Jedinjenja gvožđa. Gvožđe: fizička i hemijska svojstva

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 17:42

Prvi proizvodi napravljeni od gvožđa i njegovih legura pronađeni su tokom iskopavanja i datiraju otprilike iz 4. milenijuma pre nove ere. Odnosno, čak su i stari Egipćani i Sumerani koristili naslage meteorita ove supstance za izradu nakita i kućnih predmeta, kao i oružja.

Danas su različite vrste jedinjenja gvožđa, kao i čisti metal, najčešće i najčešće korišćene supstance. Nije ni čudo što se 20. vek smatrao gvožđem. Uostalom, prije pojave i široke upotrebe plastike i srodnih materijala, upravo je ovaj spoj bio od presudne važnosti za ljude. Šta je ovaj element i koje supstance formira, razmotrićemo u ovom članku.

Hemijski element željezo

Ako uzmemo u obzir strukturu atoma, onda prvo treba da naznačimo njegovu lokaciju u periodičnom sistemu.

1. Redni broj - 26.
2. Period je četvrti veliki.
3. Osma grupa, sekundarna podgrupa.
4. Atomska težina je 55, 847.
5. Struktura vanjske elektronske ljuske je naznačena formulom 3d⁶4s^2.
6. Simbol hemijskog elementa - Fe.
7. Ime - gvožđe, učitavanjeformula - "ferrum".
8. U prirodi postoje četiri stabilna izotopa dotičnog elementa sa masenim brojevima 54, 56, 57, 58.

Gvožđe hemijski element takođe ima oko 20 različitih izotopa koji nisu stabilni. Moguća stanja oksidacije da ovaj atom može pokazati:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Nije važan samo element, već i njegova različita jedinjenja i legure.

Fizička svojstva

Kao jednostavna supstanca, gvožđe ima fizička svojstva sa izraženom metalnošću. To jest, to je srebrno-bijeli metal sa sivom nijansom, koji ima visok stepen duktilnosti i duktilnosti i visoku tačku topljenja i ključanja. Ako detaljnije razmotrimo karakteristike, onda:

• tačka topljenja - 1539 0S;
• prokuhati - 2862 0C;
• aktivnost - srednja;
• refraktorna - visoka;
• pokazuje izražena magnetna svojstva.

U zavisnosti od uslova i različitih temperatura, postoji nekoliko modifikacija koje formira gvožđe. Njihova fizička svojstva se razlikuju od činjenice da se kristalne rešetke razlikuju.

1. Alfa oblik, ili ferit, postoji do temperature od 769 0C.
2. Od 769 do 917 0C - beta obrazac.
3. 917-1394 0S - gama oblik, ili austenit.
4. Preko 1394 0S - sigma gvožđe.

Sve modifikacije imajurazličite vrste strukture kristalnih rešetki, a razlikuju se i po magnetnim svojstvima.

Hemijska svojstva

Kao što je gore pomenuto, jednostavna supstanca gvožđa pokazuje srednju hemijsku aktivnost. Međutim, u fino raspršenom stanju, može se spontano zapaliti na zraku, dok sam metal izgara u čistom kisiku.

Sposobnost korozije je visoka, tako da su legure ove supstance premazane legirajućim jedinjenjima. Gvožđe može komunicirati sa:

• kiseline;
• kiseonik (uključujući vazduh);
• siva;
• halogeni;
• kada se zagrije - sa dušikom, fosforom, ugljikom i silicijumom;
• sa solima manje aktivnih metala, svodeći ih na jednostavne supstance;
• sa live parom;
• sa solima gvožđa u oksidacionom stanju +3.

Očigledno je da, pokazujući takvu aktivnost, metal može formirati različita jedinjenja, raznolika i polarnih svojstava. I tako se dešava. Gvožđe i njegova jedinjenja su izuzetno raznovrsni i koriste se u raznim granama nauke, tehnologije, industrijske ljudske delatnosti.

Širenje u prirodi

Prirodna jedinjenja gvožđa su prilično česta, jer je to drugi najzastupljeniji element na našoj planeti nakon aluminijuma. Istovremeno, u svom čistom obliku, metal je izuzetno rijedak, kao dio meteorita, što ukazuje na njegove velike akumulacije u svemiru. Glavna masa sadržana je u sastavu ruda, stijena i minerala.

Akoda bismo govorili o postotku dotičnog elementa u prirodi, onda se mogu dati sljedeće brojke.

1. Jezgra zemaljskih planeta - 90%.
2. U zemljinoj kori - 5%.
3. U Zemljinom plaštu - 12%.
4. U jezgru zemlje - 86%.
5. U riječnoj vodi - 2 mg/l.
6. U moru i okeanu - 0,02 mg/l.

Najčešća jedinjenja gvožđa formiraju sledeće minerale:

• magnetit;
• limonit ili smeđi željezni kamen;
• vivianite;
• pirotin;
• pyrite;
• siderite;
• marcasite;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterit i drugi.

Ovo je daleko od potpune liste, jer ih ima zaista puno. Osim toga, rasprostranjene su razne legure koje stvara čovjek. To su i takva jedinjenja gvožđa, bez kojih je teško zamisliti savremeni život ljudi. Ovo uključuje dvije glavne vrste:

• liveno gvožđe;
• čelik.

To je takođe gvožđe koje je vredan dodatak mnogim legurama nikla.

Jedinjenja željeza(II)

Ovo uključuje one u kojima je oksidacijsko stanje elementa za formiranje +2. Oni su prilično brojni, jer uključuju:

• oksid;
• hidroksid;
• binarni spojevi;
• kompleksne soli;
• složena jedinjenja.

Formule hemijskih jedinjenja u kojima gvožđe pokazuje naznačeni stepen oksidacije su individualne za svaku klasu. Razmotrite najvažnije i najčešće od njih.

1. Gvozdeni oksid (II). Crni prah, nerastvorljiv u vodi. Priroda veze je osnovna. U stanju je brzo oksidirati, ali se također može lako reducirati u jednostavnu supstancu. Otapa se u kiselinama stvarajući odgovarajuće soli. Formula - FeO.
2. Gvožđe(II) hidroksid. To je bijeli amorfni talog. Nastaje reakcijom soli sa bazama (alkalijama). Pokazuje slaba osnovna svojstva, sposoban je brzo oksidirati na zraku u jedinjenja željeza +3. Formula - Fe(OH)_2.
3. Soli elementa u specificiranom oksidacionom stanju. U pravilu imaju blijedozelenu boju otopine, dobro oksidiraju čak i na zraku, poprimajući tamno smeđu boju i pretvarajući se u soli željeza 3. Otapaju se u vodi. Primjeri složenih: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktičnu vrijednost među naznačenim supstancama ima nekoliko spojeva. Prvo, gvožđe(II) hlorid. Ovo je glavni dobavljač jona u ljudskom tijelu s anemijom. Kada se takva bolest dijagnosticira kod pacijenta, propisuju mu se složeni preparati, koji se temelje na dotičnom spoju. Ovako se nadoknađuje nedostatak gvožđa u organizmu.

Drugo, željezni sulfat, odnosno željezo (II) sulfat, zajedno sa bakrom se koristi za uništavanje poljoprivrednih štetočina u usjevima. Metoda dokazuje svoju efikasnost više od jedne decenije, stoga je veoma cijenjena od vrtlara i vrtlara.

Mora S alt

Ova vezakoji je hidratizirano željezo i amonijum sulfat. Njegova formula je napisana kao FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Jedno od jedinjenja gvožđa (II) koje se široko koristi u praksi. Glavna područja ljudske upotrebe su sljedeća.}

1. Pharmaceuticals.
2. Naučna istraživanja i laboratorijske titrimetrijske analize (za određivanje hroma, kalijum permanganata, vanadijuma).
3. Medicina - kao dodatak hrani sa nedostatkom gvožđa u telu pacijenta.
4. Za impregnaciju drvenih proizvoda, jer Mora so štiti od procesa propadanja.

Postoje i druga područja u kojima se ova supstanca koristi. Ime je dobio u čast njemačkog hemičara koji je prvi otkrio manifestirana svojstva.

Tvari sa oksidacionim stanjem gvožđa (III)

Svojstva jedinjenja gvožđa, u kojima ono pokazuje oksidaciono stanje od +3, donekle se razlikuju od onih o kojima se raspravljalo gore. Dakle, priroda odgovarajućeg oksida i hidroksida više nije bazična, već izražena kao amfoterna. Hajde da opišemo glavne supstance.

1. Gvozdeni oksid (III). Prašak je fino-kristalan, crveno-braon boje. Ne otapa se u vodi, pokazuje blago kisela, više amfoterna svojstva. Formula: Fe₂O_3.
2. Gvožđe(III) hidroksid. Supstanca koja se taloži kada alkalije reaguju sa odgovarajućim solima gvožđa. Karakter mu je izražen kao amfoteričan, boje je smeđe-smeđe. Formula: Fe(OH)_3.
3. Soli, koje uključuju kation Fe³⁺. Mnogi od njih su izolirani, s izuzetkom karbonata, jer dolazi do hidrolize i oslobađanja ugljičnog dioksida. Primjeri formula za neke soli: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{i drugi.}

Među gornjim primjerima, sa praktične tačke gledišta, takav kristalni hidrat kao što je FeCL₃6H_{2O, ili gvožđe hlorid heksahidrat je važan (III). U medicini se koristi za zaustavljanje krvarenja i nadoknadu jona gvožđa u organizmu u slučaju anemije.}

Gvožđe(III) sulfat 9-hidrat se koristi za prečišćavanje vode za piće jer deluje kao koagulant.

Jedinjenja željeza(VI)

Formule hemijskih jedinjenja gvožđa, gde ono pokazuje posebno oksidaciono stanje od +6, mogu se napisati na sledeći način:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 i drugi.}

Svi imaju zajednički naziv - ferati - i imaju slična svojstva (jaka redukciona sredstva). Takođe su u stanju da dezinfikuju i imaju baktericidni efekat. To im omogućava da se koriste za prečišćavanje vode za piće u industrijskim razmjerima.

Složena jedinjenja

Specijalne supstance su veoma važne u analitičkoj hemiji i ne samo. Oni koji se formiraju u vodenim rastvorima soli. To su kompleksna jedinjenja gvožđa. Najpopularnije i dobro istražene su sljedeće.

1. Kalijev heksacijanoferat (II)K₄[Fe(CN)₆]. Drugi naziv za jedinjenje je žuta krvna so. Koristi se za kvalitativno određivanje Fe³⁺ jona gvožđa u rastvoru. Kao rezultat izlaganja, rastvor dobija prelepu svetlo plavu boju, jer se formira još jedan kompleks - pruska plava KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Od davnina se koristila kao boja za tkanine.}
2. Kalijum heksacijanoferat (III) K₃[Fe(CN)₆]. Drugo ime je crvena krvna sol. Koristi se kao kvalitativni reagens za određivanje jona gvožđa Fe^{2+. Kao rezultat, formira se plavi talog koji se naziva Turnbull blue. Koristi se i kao boja za tkaninu.}

Gvožđe u organskoj materiji

Gvožđe i njegova jedinjenja, kao što smo videli, imaju veliki praktični značaj u ekonomskom životu čoveka. Međutim, pored toga, njegova biološka uloga u tijelu nije ništa manje velika, naprotiv.

Postoji jedno veoma važno organsko jedinjenje, protein, koji uključuje ovaj element. Ovo je hemoglobin. Zahvaljujući njemu, kiseonik se transportuje i vrši ujednačena i pravovremena izmjena plina. Stoga je uloga gvožđa u vitalnom procesu – disanju – jednostavno ogromna.

Ukupno, ljudsko tijelo sadrži oko 4 grama gvožđa, koje se mora stalno nadoknađivati kroz konzumiranu hranu.