Sloučeniny železa. Železo: fyzikální a chemické vlastnosti

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 17:43

První výrobky ze železa a jeho slitin byly nalezeny během vykopávek a pocházejí asi ze 4. tisíciletí před naším letopočtem. To znamená, že dokonce i staří Egypťané a Sumerové používali meteoritová ložiska této látky k výrobě šperků a domácích potřeb, stejně jako zbraní.

Dnes jsou nejběžnější a nejpoužívanější látky různé druhy sloučenin železa a také čistý kov. Není divu, že 20. století bylo považováno za železo. Ostatně před příchodem a rozšířeným používáním plastu a příbuzných materiálů měla právě tato sloučenina pro člověka rozhodující význam. Co je tento prvek a jaké látky tvoří, budeme zvažovat v tomto článku.

Chemický prvek železo

Pokud uvažujeme o struktuře atomu, pak bychom měli nejprve uvést jeho umístění v periodickém systému.

1. Pořadové číslo – 26.
2. Období je čtvrté velké období.
3. Osmá skupina, sekundární podskupina.
4. Atomová hmotnost je 55 847.
5. Struktura vnějšího elektronového obalu je označena vzorcem 3d⁶4s^2.
6. Symbol chemického prvku – Fe.
7. Jméno - železo, čtenívzorec - "ferrum".
8. V přírodě existují čtyři stabilní izotopy daného prvku s hmotnostními čísly 54, 56, 57, 58.

Chemický prvek železo má také asi 20 různých izotopů, které nejsou stabilní. Možné oxidační stavy, které tento atom může vykazovat:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Nejen samotný prvek je důležitý, ale také jeho různé sloučeniny a slitiny.

Fyzikální vlastnosti

Jako jednoduchá látka má železo fyzikální vlastnosti s výraznou kovovostí. To znamená, že jde o stříbřitě bílý kov s šedým odstínem, který má vysoký stupeň tažnosti a tažnosti a vysoký bod tání a varu. Pokud vlastnosti zvážíme podrobněji, pak:

• bod tání - 1539 0С;
• vařit - 2862 0C;
• aktivita – střední;
• refrakterní - vysoká;
• vykazuje výrazné magnetické vlastnosti.

V závislosti na podmínkách a různých teplotách existuje několik modifikací, které železo tvoří. Jejich fyzikální vlastnosti se liší od skutečnosti, že se liší krystalové mřížky.

1. Forma alfa neboli ferit existuje až do teploty 769 0C.
2. Od 769 do 917 0C – beta forma.
3. 917-1394 0С - gama forma nebo austenit.
4. Více než 1394 0S - sigma železo.

Všechny úpravy majírůzné typy struktury krystalových mřížek a také se liší magnetickými vlastnostmi.

Chemické vlastnosti

Jak bylo uvedeno výše, jednoduchá látka železo vykazuje střední chemickou aktivitu. V jemně rozptýleném stavu se však může na vzduchu samovolně vznítit, zatímco samotný kov hoří v čistém kyslíku.

Korozní schopnost je vysoká, proto jsou slitiny této látky potaženy legujícími sloučeninami. Železo je schopno interagovat s:

• kyseliny;
• kyslík (včetně vzduchu);
• grey;
• halogeny;
• při zahřátí – s dusíkem, fosforem, uhlíkem a křemíkem;
• se solemi méně aktivních kovů, které je redukují na jednoduché látky;
• s živou párou;
• se solemi železa v oxidačním stavu +3.

Je zřejmé, že při takové aktivitě je kov schopen tvořit různé sloučeniny, různorodé a polární ve vlastnostech. A tak se to stane. Železo a jeho sloučeniny jsou extrémně rozmanité a používají se v různých odvětvích vědy, techniky, průmyslové lidské činnosti.

Šíření v přírodě

Přírodní sloučeniny železa jsou docela běžné, protože je to po hliníku druhý nejrozšířenější prvek na naší planetě. Zároveň je kov ve své čisté formě extrémně vzácný jako součást meteoritů, což naznačuje jeho velké nahromadění ve vesmíru. Hlavní hmota je obsažena ve složení rud, hornin a minerálů.

Pokudmluvit o procentu dotyčného prvku v přírodě, pak lze uvést následující čísla.

1. Jádra terestrických planet – 90 %.
2. V zemské kůře - 5%.
3. V zemském plášti – 12 %.
4. V jádru Země – 86 %.
5. V říční vodě - 2 mg/l.
6. V moři a oceánu – 0,02 mg/l.

Nejběžnější sloučeniny železa tvoří následující minerály:

• magnetit;
• limonit nebo hnědý železný kámen;
• vivianite;
• pyrrhotite;
• pyrite;
• siderite;
• marcasite;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterite a další.

Toto není zdaleka úplný seznam, protože jich je opravdu hodně. Kromě toho jsou rozšířené různé slitiny, které vytváří člověk. To jsou také takové sloučeniny železa, bez kterých je těžké si představit moderní život lidí. Patří mezi ně dva hlavní typy:

• litina;
• ocel.

Je to také železo, které je cenným doplňkem mnoha slitin niklu.

Sloučeniny železa(II)

Patří sem ty, ve kterých je oxidační stav tvořícího prvku +2. Jsou poměrně četné, protože zahrnují:

• oxid;
• hydroxid;
• binární sloučeniny;
• komplexní soli;
• komplexní sloučeniny.

Vzorce chemických sloučenin, ve kterých železo vykazuje uvedený stupeň oxidace, jsou individuální pro každou třídu. Zvažte nejdůležitější a nejběžnější z nich.

1. Oxid železitý (II). Černý prášek, nerozpustný ve vodě. Povaha spojení je základní. Je schopen rychle oxidovat, lze jej však také snadno redukovat na jednoduchou látku. Rozpouští se v kyselinách za vzniku odpovídajících solí. Vzorec – FeO.
2. Hydroxid železitý. Je to bílá amorfní sraženina. Vzniká reakcí solí s bázemi (alkáliemi). Vykazuje slabé zásadité vlastnosti, je schopen rychle oxidovat na vzduchu na sloučeniny železa +3. Vzorec – Fe(OH)_2.
3. Soli prvku ve specifikovaném oxidačním stavu. Zpravidla mají světle zelenou barvu roztoku, dobře oxidují i na vzduchu, získávají tmavě hnědou barvu a mění se na soli železa 3. Rozpouštějí se ve vodě. Příklady sloučenin: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktickou hodnotu mezi označenými látkami má několik sloučenin. Nejprve chlorid železitý. Ten je hlavním dodavatelem iontů do lidského těla s anémií. Když je takové onemocnění u pacienta diagnostikováno, jsou mu předepsány komplexní přípravky, které jsou založeny na příslušné sloučenině. Takto se doplňuje nedostatek železa v těle.

Zadruhé, síran železnatý, tedy síran železnatý, se spolu s mědí používá k ničení zemědělských škůdců v plodinách. Metoda prokazuje svou účinnost již více než deset let, proto je velmi oceňována zahradníky a zahradníky.

Mora S alt

Toto připojenícož je hydratovaný síran železa a amonný. Jeho vzorec je napsán jako FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Jedna ze sloučenin železa (II), která je v praxi široce používána. Hlavní oblasti lidského použití jsou následující.}

1. Pharmaceuticals.
2. Vědecký výzkum a laboratorní titrimetrické analýzy (pro stanovení chrómu, manganistanu draselného, vanadu).
3. Léčivo - jako přísada do potravin při nedostatku železa v těle pacienta.
4. Pro impregnaci dřevěných výrobků, protože sůl Mora chrání před procesy rozkladu.

Existují další oblasti, ve kterých se tato látka používá. Své jméno dostal na počest německého chemika, který jako první objevil projevené vlastnosti.

Látky s oxidačním stavem železa (III)

Vlastnosti sloučenin železa, ve kterých vykazuje oxidační stav +3, se poněkud liší od vlastností diskutovaných výše. Povaha odpovídajícího oxidu a hydroxidu tedy již není zásaditá, ale vysloveně amfoterní. Uveďme popis hlavních látek.

1. Oxid železitý (III). Prášek je jemně krystalický, červenohnědé barvy. Nerozpouští se ve vodě, vykazuje mírně kyselé, více amfoterní vlastnosti. Vzorec: Fe₂O_3.
2. Hydroxid železitý. Látka, která se vysráží, když alkálie reagují s odpovídajícími solemi železa. Jeho charakter je výrazný amfoterní, barva je hnědohnědá. Vzorec: Fe(OH)_3.
3. Soli, které obsahují kationt Fe³⁺. Mnoho z nich bylo izolováno, s výjimkou uhličitanu, protože dochází k hydrolýze a uvolňuje se oxid uhličitý. Příklady vzorců pro některé soli: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{a další.}

Mezi výše uvedenými příklady z praktického hlediska patří takový krystalický hydrát jako FeCL₃6H_{2O, popř. důležitý je hexahydrát chloridu železitého (III). V medicíně se používá k zastavení krvácení a doplnění iontů železa v těle v případě anémie.}

Síran železitý 9-hydrát se používá k čištění pitné vody, protože působí jako koagulant.

Sloučeniny železa(VI)

Vzorce chemických sloučenin železa, kde železo vykazuje speciální oxidační stav +6, lze zapsat následovně:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 a další.}

Všechny mají společný název – feráty – a mají podobné vlastnosti (silná redukční činidla). Jsou také schopny dezinfikovat a mají baktericidní účinek. To umožňuje jejich použití pro úpravu pitné vody v průmyslovém měřítku.

Komplexní sloučeniny

Speciální látky jsou velmi důležité nejen v analytické chemii. Ty, které se tvoří ve vodných roztocích solí. Jedná se o komplexní sloučeniny železa. Nejpopulárnější a dobře prozkoumané jsou následující.

1. hexakyanoželezitan draselný (II)K₄[Fe(CN)₆]. Jiný název pro sloučeninu je žlutá krevní sůl. Používá se pro kvalitativní stanovení Fe³⁺ iontů železa v roztoku. V důsledku expozice získá roztok krásnou jasně modrou barvu, protože se vytvoří další komplex - pruská modř KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Od starověku se používá jako barvivo na látky.}
2. Hexakyanoželezitan draselný (III) K₃[Fe(CN)₆]. Dalším názvem je červená krevní sůl. Používá se jako kvalitativní činidlo pro stanovení iontů železa Fe^{2+. V důsledku toho se vytvoří modrá sraženina, která se nazývá Turnbullova modř. Používá se také jako barvivo na tkaniny.}

Železo v organické hmotě

Železo a jeho sloučeniny, jak jsme viděli, mají velký praktický význam v hospodářském životě člověka. Kromě toho je však jeho biologická role v těle neméně velká, ba naopak.

Existuje jedna velmi důležitá organická sloučenina, bílkovina, která obsahuje tento prvek. Toto je hemoglobin. Je to díky němu, že je transportován kyslík a probíhá rovnoměrná a včasná výměna plynu. Proto je role železa v životně důležitém procesu – dýchání – prostě obrovská.

Celkově lidské tělo obsahuje asi 4 gramy železa, které musí být neustále doplňováno konzumovanou potravou.