Geležies junginiai. Geležis: fizinės ir cheminės savybės

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 17:51

Pirmieji gaminiai iš geležies ir jos lydinių buvo rasti kasinėjimų metu ir datuojami maždaug IV tūkstantmečiu prieš Kristų. Tai yra, net senovės egiptiečiai ir šumerai naudojo šios medžiagos meteoritų nuosėdas papuošalams ir namų apyvokos reikmenims, taip pat ginklams gaminti.

Šiandien įvairių rūšių geležies junginiai, taip pat grynas metalas, yra labiausiai paplitusios ir naudojamos medžiagos. Nenuostabu, kad XX amžius buvo laikomas geležiniu. Juk prieš atsirandant ir plačiai naudojant plastiką ir su ja susijusias medžiagas, būtent šis junginys turėjo lemiamą reikšmę žmogui. Kas yra šis elementas ir kokias medžiagas jis sudaro, aptarsime šiame straipsnyje.

Cheminis elementas geležis

Jei atsižvelgsime į atomo struktūrą, tai pirmiausia turėtume nurodyti jo vietą periodinėje sistemoje.

1. Eilinis skaičius – 26.
2. Laikotarpis yra ketvirtas didelis.
3. Aštunta grupė, antrinis pogrupis.
4. Atominis svoris yra 55 847.
5. Išorinio elektroninio apvalkalo struktūra nurodoma formule 3d⁶4s^2.
6. Cheminio elemento simbolis – Fe.
7. Vardas – lygintuvas, skaitymasformulė - "ferrum".
8. Gamtoje yra keturi stabilūs nagrinėjamo elemento izotopai, kurių masės skaičiai yra 54, 56, 57, 58.

Cheminis elementas geležis taip pat turi apie 20 skirtingų izotopų, kurie nėra stabilūs. Galimos oksidacijos būsenos, kurias šis atomas gali rodyti:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Svarbus ne tik pats elementas, bet ir įvairūs jo junginiai bei lydiniai.

Fizikinės savybės

Geležis, kaip paprasta medžiaga, turi fizinių savybių ir ryškų metališkumą. Tai yra, tai yra sidabriškai b altas metalas su pilku atspalviu, turintis aukštą plastiškumą ir plastiškumą bei aukštą lydymosi ir virimo temperatūrą. Jei apsvarstysime charakteristikas išsamiau, tada:

• lydymosi temperatūra – 1539 0С;
• virinti - 2862 0C;
• veikla – vidutinė;
• ugniai atsparus – didelis;
• rodo ryškias magnetines savybes.

Priklausomai nuo sąlygų ir skirtingų temperatūrų, yra keletas modifikacijų, kurias formuoja geležis. Jų fizinės savybės skiriasi nuo to, kad skiriasi kristalinės gardelės.

1. Alfa forma arba feritas egzistuoja iki 769 °C temperatūros 0C.
2. Nuo 769 iki 917 0C – beta versija.
3. 917-1394 0С – gama forma arba austenitas.
4. Daugiau nei 1394 0S – sigma geležis.

Visos modifikacijos turiskirtingų tipų kristalų gardelių struktūra, taip pat skiriasi magnetinės savybės.

Cheminės savybės

Kaip minėta, paprasta medžiaga geležis pasižymi vidutiniu cheminiu aktyvumu. Tačiau smulkiai išsklaidytas jis gali savaime užsidegti ore, o pats metalas perdega gryname deguonyje.

Atsparumas korozijai yra didelis, todėl šios medžiagos lydiniai yra padengti legiruojančiais junginiais. Geležis gali sąveikauti su:

• rūgštys;
• deguonis (įskaitant orą);
• pilka;
• halogenai;
• kaitinamas – su azotu, fosforu, anglimi ir siliciu;
• su mažiau aktyvių metalų druskomis, jas redukuojant į paprastas medžiagas;
• su tiesioginiu steam'u;
• su geležies druskomis oksidacijos būsenoje +3.

Akivaizdu, kad, parodydamas tokį aktyvumą, metalas gali sudaryti įvairius junginius, įvairių ir poliarinių savybių. Ir taip atsitinka. Geležis ir jos junginiai yra labai įvairūs ir naudojami įvairiose mokslo, technikos šakose, pramoninėje žmogaus veikloje.

Pleisk gamtoje

Natūralūs geležies junginiai yra gana paplitę, nes tai antras pagal gausumą elementas mūsų planetoje po aliuminio. Tuo pačiu metu gryna forma metalas yra ypač retas kaip meteoritų dalis, o tai rodo dideles jo sankaupas erdvėje. Pagrindinė masė yra rūdų, uolienų ir mineralų sudėtyje.

Jeikalbėti apie nagrinėjamo elemento procentinę dalį gamtoje, galima pateikti tokius skaičius.

1. Žemių planetų šerdys – 90%.
2. Žemės plutoje – 5%.
3. Žemės mantijoje – 12%.
4. Žemės šerdyje – 86%.
5. Upės vandenyje - 2 mg/l.
6. Jūroje ir vandenyne - 0,02 mg/l.

Dažniausiai paplitę geležies junginiai sudaro šiuos mineralus:

• magnetitas;
• limonitas arba rudas geležinis akmuo;
• vivianite;
• pirotitas;
• piritas;
• siderite;
• markasite;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanteritas ir kt.

Tai toli gražu ne visas sąrašas, nes jų tikrai daug. Be to, plačiai paplitę įvairūs lydiniai, kuriuos sukuria žmogus. Tai irgi tokie geležies junginiai, be kurių sunku įsivaizduoti šiuolaikinį žmonių gyvenimą. Tai apima du pagrindinius tipus:

• ketaus;
• plienas.

Taip pat geležis yra vertingas daugelio nikelio lydinių priedas.

Geležies(II) junginiai

Tai apima tuos, kuriuose formuojančio elemento oksidacijos būsena yra +2. Jų yra gana daug, nes jie apima:

• oksidas;
• hidroksidas;
• dvejetainiai junginiai;
• sudėtinės druskos;
• sudėtingi junginiai.

Cheminių junginių, kuriuose geležis turi nurodytą oksidacijos laipsnį, formulės yra individualios kiekvienai klasei. Apsvarstykite svarbiausius ir dažniausiai pasitaikančius iš jų.

1. Geležies oksidas (II). Juodi milteliai, netirpūs vandenyje. Ryšio pobūdis yra pagrindinis. Jis gali greitai oksiduotis, tačiau taip pat gali būti lengvai redukuojamas į paprastą medžiagą. Jis ištirpsta rūgštyse ir susidaro atitinkamos druskos. Formulė – FeO.
2. Geležies(II) hidroksidas. Tai b altos amorfinės nuosėdos. Susidaro druskoms reaguojant su bazėmis (šarmais). Pasižymi silpnomis pagrindinėmis savybėmis, gali greitai oksiduotis ore iki geležies junginių +3. Formulė – Fe(OH)_2.
3. Elemento druskos nurodytoje oksidacijos būsenoje. Paprastai jie turi blyškiai žalią tirpalo spalvą, gerai oksiduojasi net ore, įgaudami tamsiai rudą spalvą ir virsdami geležies druskomis 3. Jie ištirpsta vandenyje. Sudėtiniai pavyzdžiai: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktinė vertė tarp nurodytų medžiagų turi keletą junginių. Pirma, geležies (II) chloridas. Tai yra pagrindinis jonų tiekėjas žmogaus organizmui, sergančiam anemija. Pacientui diagnozavus tokį negalavimą, jam skiriami kompleksiniai preparatai, kurių pagrindą sudaro atitinkamas junginys. Taip kompensuojamas geležies trūkumas organizme.

Antra, geležies sulfatas, ty geležies (II) sulfatas, kartu su variu naudojamas žemės ūkio kenkėjams pasėliuose naikinti. Metodas savo veiksmingumą įrodė jau daugiau nei dešimtmetį, todėl jį labai vertina sodininkai ir sodininkai.

Mora druska

Šis ryšyskuris yra hidratuotas geležies ir amonio sulfatas. Jo formulė parašyta taip: FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Vienas iš geležies (II) junginių, kuris plačiai naudojamas praktikoje. Pagrindinės žmonių naudojimo sritys yra šios.}

1. Farmaceuticals.
2. Moksliniai tyrimai ir laboratorinės titrimetrinės analizės (chromui, kalio permanganatui, vanadžiui nustatyti).
3. Vaistas – kaip maisto priedas, kai ligonio organizme trūksta geležies.
4. Medinių gaminių impregnavimui, nes Moros druska apsaugo nuo irimo procesų.

Yra ir kitų sričių, kuriose ši medžiaga naudojama. Jis gavo savo pavadinimą vokiečių chemiko, kuris pirmasis atrado pasireiškiančias savybes, garbei.

Medžiagos, kurių oksidacijos būsena geležis (III)

Geležies junginių, kurių oksidacijos būsena yra +3, savybės šiek tiek skiriasi nuo aptartų aukščiau. Taigi atitinkamo oksido ir hidroksido pobūdis nebėra bazinis, o ryškus amfoterinis. Pateikime pagrindinių medžiagų aprašymą.

1. Geležies oksidas (III). Milteliai yra smulkiai kristaliniai, raudonai rudos spalvos. Jis netirpsta vandenyje, pasižymi šiek tiek rūgštinėmis, labiau amfoterinėmis savybėmis. Formulė: Fe₂O_3.
2. Geležies(III) hidroksidas. Medžiaga, kuri nusėda šarmams reaguojant su atitinkamomis geležies druskomis. Jo charakteris yra ryškus amfoterinis, spalva yra rusvai ruda. Formulė: Fe(OH)_3.
3. Druskos, kurios apima katijoną Fe³⁺. Daugelis jų buvo izoliuoti, išskyrus karbonatą, nes vyksta hidrolizė ir išsiskiria anglies dioksidas. Kai kurių druskų formulių pavyzdžiai: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO)4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{ir kt.}

Tarp aukščiau pateiktų pavyzdžių, praktiniu požiūriu, toks kristalinis hidratas kaip FeCL₃6H_{2O, arba geležies chlorido heksahidratas yra svarbus (III). Jis naudojamas medicinoje kraujavimui stabdyti ir geležies jonų papildymui organizme esant anemijai.}

Geležies(III) sulfatas 9-hidratas naudojamas geriamam vandeniui valyti, nes veikia kaip koaguliantas.

Geležies(VI) junginiai

Geležies cheminių junginių formules, kuriose jai būdinga ypatinga oksidacijos būsena +6, galima parašyti taip:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 ir kt.}

Visi jie turi bendrą pavadinimą – feratai – ir turi panašių savybių (stiprios reduktorius). Jie taip pat gali dezinfekuoti ir turėti baktericidinį poveikį. Tai leidžia juos naudoti pramoniniu mastu geriamojo vandens valymui.

Sudėtingi junginiai

Specialios medžiagos yra labai svarbios analitinėje chemijoje ir ne tik. Tie, kurie susidaro vandeniniuose druskų tirpaluose. Tai sudėtingi geležies junginiai. Populiariausi ir labiausiai ištirti yra šie.

1. Kalio heksacianoferatas (II)K₄[Fe(CN)₆]. Kitas junginio pavadinimas yra geltona kraujo druska. Jis naudojamas kokybiniam Fe³⁺ geležies jonų tirpale nustatymui. Dėl poveikio tirpalas įgauna gražią ryškiai mėlyną spalvą, nes susidaro dar vienas kompleksas - Prūsijos mėlyna KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Nuo seniausių laikų jis buvo naudojamas kaip audinių dažiklis.}
2. Kalio heksacianoferatas (III) K₃[Fe(CN)₆]. Kitas pavadinimas yra raudonoji kraujo druska. Naudojamas kaip kokybinis reagentas geležies jonui Fe^{2+ nustatyti. Dėl to susidaro mėlynos nuosėdos, kurios vadinamos Turnbull mėlyna. Taip pat naudojamas kaip audinių dažiklis.}

Geležis organinėse medžiagose

Geležis ir jos junginiai, kaip matėme, turi didelę praktinę reikšmę ekonominiame žmogaus gyvenime. Tačiau, be to, jo biologinis vaidmuo organizme yra ne mažiau didelis, priešingai.

Yra vienas labai svarbus organinis junginys – b altymas, kuriame yra šis elementas. Tai yra hemoglobinas. Jo dėka yra transportuojamas deguonis ir vyksta vienoda bei savalaikė dujų mainai. Todėl geležies vaidmuo gyvybiškai svarbiame procese – kvėpuojant – yra tiesiog didžiulis.

Iš viso žmogaus organizme yra apie 4 gramus geležies, kuri turi būti nuolat papildyta suvartojamu maistu.