68. مركبات الحديد

أكسيد الحديد (II) FeO– مادة بلورية سوداء اللون، غير قابلة للذوبان في الماء والقلويات. الحديد Oيطابق القاعدة الحديد (أوه)2.

إيصال.يمكن الحصول على أكسيد الحديد (II) عن طريق الاختزال غير الكامل لخام الحديد المغناطيسي بأكسيد الكربون (II):

الخواص الكيميائية.وهو الأكسيد الرئيسي. يتفاعل مع الأحماض ويشكل الأملاح:

الحديد (II) هيدروكسيد الحديد (OH)2- مادة بلورية بيضاء .

إيصال.يتم الحصول على هيدروكسيد الحديد (II) من أملاح الحديد ثنائية التكافؤ تحت تأثير المحاليل القلوية:

الخواص الكيميائية.هيدروكسيد أساسي. يتفاعل مع الأحماض:

في الهواء، يتأكسد Fe(OH)2 إلى Fe(OH)3:

أكسيد الحديد (III) Fe2O3– مادة بنية اللون، توجد في الطبيعة على شكل خام الحديد الأحمر، غير قابل للذوبان في الماء.

إيصال. عند إطلاق البيريت:

الخواص الكيميائية.يعرض خصائص مذبذبة ضعيفة. عندما تتفاعل مع القلويات فإنها تشكل الأملاح:

الحديد (III) هيدروكسيد الحديد (OH)3– مادة حمراء بنية، غير قابلة للذوبان في الماء وقلوية زائدة.

إيصال. تم الحصول عليه عن طريق أكسدة أكسيد الحديد (III) وهيدروكسيد الحديد (II).

الخواص الكيميائية.وهو مركب مذبذب (مع غلبة الخصائص الأساسية). يترسب تحت تأثير القلويات على أملاح الحديديك:

أملاح الحديدوزيتم الحصول عليها عن طريق تفاعل الحديد المعدني مع الأحماض المناسبة. وهي شديدة التحلل المائي، وهذا هو السبب في أن محاليلها المائية هي عوامل اختزال نشطة:

عند تسخينه فوق 480 درجة مئوية، فإنه يتحلل ويشكل أكاسيد:

عندما تتفاعل القلويات مع كبريتات الحديد (II)، يتكون هيدروكسيد الحديد (II):

أشكال هيدرات بلورية - FeSO4?7Н2О (كبريتات الحديد). كلوريد الحديد (III) FeCl3 –مادة بلورية بنية داكنة.

الخواص الكيميائية.دعونا نذوب في الماء. FeCl3يظهر خصائص مؤكسدة.

عوامل الاختزال - المغنيسيوم والزنك وكبريتيد الهيدروجين تتأكسد بدون تسخين.

يحتوي جسم الإنسان على حوالي 5 جرام من الحديد، معظمه (70%) جزء من هيموجلوبين الدم.

الخصائص الفيزيائية

الحديد في حالته الحرة هو معدن أبيض فضي مع مسحة رمادية. الحديد النقي مطاوع وله خصائص مغناطيسية. في الممارسة العملية، عادة ما تستخدم سبائك الحديد - الحديد الزهر والصلب.

الحديد هو العنصر الأكثر أهمية والأكثر وفرة في المعادن التسعة d للمجموعة الفرعية الثامنة. ويشكل مع الكوبالت والنيكل "عائلة الحديد".

عند تكوين مركبات مع عناصر أخرى، غالبًا ما يستخدم 2 أو 3 إلكترونات (B = II، III).

الحديد، مثل جميع عناصر المجموعة الثامنة تقريبًا، لا يُظهر تكافؤًا أعلى يساوي رقم المجموعة. يصل الحد الأقصى للتكافؤ إلى VI ويظهر نادرًا للغاية.

المركبات الأكثر شيوعًا هي تلك التي تكون فيها ذرات الحديد في حالات الأكسدة +2 و +3.

طرق الحصول على الحديد

1. يتم الحصول على الحديد التقني (المخلوط بالكربون والشوائب الأخرى) عن طريق الاختزال الكربوثيرمي لمركباته الطبيعية وفق المخطط التالي:

يتم التعافي تدريجيًا على ثلاث مراحل:

1) 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

2) الحديد 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

ويحتوي الحديد الزهر الناتج عن هذه العملية على أكثر من 2% من الكربون. بعد ذلك، يتم استخدام الحديد الزهر لإنتاج الصلب - سبائك الحديد التي تحتوي على أقل من 1.5٪ من الكربون.

2. يتم الحصول على الحديد النقي جداً بإحدى الطرق التالية:

أ) تحلل الحديد خماسي الكربونيل

الحديد (CO) 5 = الحديد + 5СО

ب) تقليل FeO النقي بالهيدروجين

FeO + H2 = Fe + H2O

ج) التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لأملاح الحديد +2

FeC 2 O 4 = الحديد + 2CO 2

أكسالات الحديد (II).

الخواص الكيميائية

الحديد معدن ذو نشاط متوسط ​​ويظهر خصائص عامة مميزة للمعادن.

الميزة الفريدة هي القدرة على "الصدأ" في الهواء الرطب:

في غياب الرطوبة مع الهواء الجاف، يبدأ الحديد في التفاعل بشكل ملحوظ فقط عند درجة حرارة T> 150 درجة مئوية؛ عند التكليس يتكون "مقياس الحديد" Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = الحديد 3 O 4

الحديد لا يذوب في الماء في غياب الأكسجين. عند درجات حرارة عالية جدًا، يتفاعل الحديد مع بخار الماء، مما يؤدي إلى إزاحة الهيدروجين من جزيئات الماء:

3 Fe + 4H2O(g) = 4H2

آلية الصدأ هي التآكل الكهروكيميائي. يتم تقديم منتج الصدأ في شكل مبسط. في الواقع، يتم تشكيل طبقة فضفاضة من خليط من الأكاسيد والهيدروكسيدات ذات التركيب المتغير. وعلى عكس طبقة Al 2 O 3، فإن هذه الطبقة لا تحمي الحديد من المزيد من التدمير.

أنواع التآكل

حماية الحديد من التآكل

1. التفاعل مع الهالوجينات والكبريت عند درجات الحرارة العالية.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

الحديد + أنا 2 = الحديد 2

تتشكل المركبات التي يسود فيها نوع الرابطة الأيونية.

2. التفاعل مع الفوسفور والكربون والسيليكون (لا يتحد الحديد مباشرة مع N2 و H2 ولكنه يذوبهم).

Fe + P = Fe x P y

الحديد + C = الحديد × C ذ

الحديد + سي = الحديد × سي ذ

تتشكل مواد ذات تركيب متغير، مثل البيرثوليدات (الطبيعة التساهمية للرابطة هي السائدة في المركبات)

3. التفاعل مع الأحماض "غير المؤكسدة" (HCl، H 2 SO 4 dil.)

الحديد 0 + 2H + → الحديد 2+ + H 2

بما أن الحديد يقع في سلسلة النشاط على يسار الهيدروجين (E° Fe/Fe 2+ = -0.44 V)، فهو قادر على إزاحة H 2 من الأحماض العادية.

الحديد + 2HCl = FeCl2 + H2

الحديد + ح 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

4. التفاعل مع الأحماض "المؤكسدة" (HNO 3, H 2 SO 4 conc.)

الحديد 0 - 3e - → الحديد 3+

الحديد المركز HNO 3 وH 2 SO 4 "خامل"، لذلك في درجات الحرارة العادية لا يذوب المعدن فيها. مع التسخين القوي، يحدث الذوبان البطيء (دون إطلاق H 2).

في القسم يذوب الحديد HNO 3، ويتحول إلى محلول على شكل كاتيونات Fe 3+ ويتم تقليل الأنيون الحمضي إلى NO*:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H2O

شديد الذوبان في خليط من حمض الهيدروكلوريك وHNO3

5. العلاقة بالقلويات

لا يذوب الحديد في المحاليل المائية للقلويات. يتفاعل مع القلويات المنصهرة فقط عند درجات حرارة عالية جدًا.

6. التفاعل مع أملاح المعادن الأقل نشاطا

الحديد + CuSO4 = FeSO4 + النحاس

الحديد 0 + النحاس 2+ = الحديد 2+ + النحاس 0

7. التفاعل مع أول أكسيد الكربون الغازي (t = 200°C, P)

Fe (مسحوق) + 5CO (جم) = Fe 0 (CO) 5 خماسي كربونيل الحديد

مركبات الحديد (III).

Fe 2 O 3 - أكسيد الحديد (III).

مسحوق بني محمر، ن. ر. في H 2 O. في الطبيعة - "خام الحديد الأحمر".

طرق الحصول على:

1) تحلل هيدروكسيد الحديد (III).

2Fe(OH) 3 = الحديد 2 O 3 + 3H 2 O

2) إطلاق البيريت

4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) تحلل النترات

الخواص الكيميائية

Fe 2 O 3 هو أكسيد أساسي مع علامات الأمفوتريتي.

I. تتجلى الخصائص الرئيسية في القدرة على التفاعل مع الأحماض:

Fe 2 O 3 + 6H + = 2Fe 3+ + ZH 2 O

Fe2O3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H2O

Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O

ثانيا. خصائص حمض ضعيفة. لا يذوب الحديد 2 O 3 في المحاليل المائية للقلويات، ولكن عند دمجه مع الأكاسيد الصلبة والقلويات والكربونات، تتشكل الفريت:

Fe 2 O 3 + CaO = Ca(FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg(FeO 2) 2 + CO 2

ثالثا. Fe 2 O 3 - مادة خام لإنتاج الحديد في صناعة المعادن:

Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO أو Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2

Fe(OH) 3 - هيدروكسيد الحديد (III).

طرق الحصول على:

تم الحصول عليه عن طريق عمل القلويات على أملاح Fe 3+ القابلة للذوبان:

FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3NaCl

في وقت التحضير، يكون Fe(OH) 3 عبارة عن رواسب مخاطية غير متبلورة ذات لون بني أحمر.

يتكون هيدروكسيد Fe(III) أيضًا أثناء أكسدة Fe وFe(OH)2 في الهواء الرطب:

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3

4Fe(OH) 2 + 2H2O + O 2 = 4Fe(OH) 3

هيدروكسيد الحديد (III) هو المنتج النهائي للتحلل المائي لأملاح الحديد 3+.

الخواص الكيميائية

Fe(OH) 3 عبارة عن قاعدة ضعيفة جدًا (أضعف بكثير من Fe(OH) 2). يظهر خصائص حمضية ملحوظة. وهكذا، Fe(OH) 3 له طابع مذبذب:

1) تحدث التفاعلات مع الأحماض بسهولة:

2) يذوب الراسب الطازج من Fe(OH)3 في المحلول الساخن. محاليل KOH أو NaOH مع تكوين مجمعات هيدروكسيو:

Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

في المحلول القلوي، يمكن أكسدة Fe(OH) 3 إلى الحديدات (أملاح حمض الحديد H 2 FeO 4 غير متحررة في الحالة الحرة):

2Fe(OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H2O

أملاح الحديد 3+

والأكثر أهمية من الناحية العملية هي: Fe 2 (SO 4) 3، FeCl 3، Fe(NO 3) 3، Fe(SCN) 3، K 3 4 - ملح الدم الأصفر = Fe 4 3 الأزرق البروسي (راسب أزرق داكن)

ب) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 ثيوسيانات Fe(III) (محلول أحمر الدم)

يشكل الحديد أكسيدين، حيث يظهر فيهما التكافؤ II و III وحالات الأكسدة (+2) و (+3) على التوالي.

تعريف

أكسيد الحديد الثنائيفي الظروف العادية يكون مسحوقًا أسود (الشكل 1)، يتحلل عند التسخين المعتدل ويتشكل مرة أخرى من منتجات التحلل عند التسخين الإضافي.

بعد التكليس فهو غير نشط كيميائيا. قابل للاشتعال في شكل مسحوق. لا يتفاعل مع الماء البارد. يُظهر خصائص مذبذبة (مع غلبة الخصائص الأساسية). يتأكسد بسهولة بواسطة الأكسجين. مختزلة بالهيدروجين والكربون.

أرز. 1. أكسيد الحديد (II). مظهر.

تعريف

وهي مادة صلبة ذات لون بني محمر في حالة التعديل الثلاثي أو بنية داكنة في حالة التعديل المكعب وهي الأكثر تفاعلا (الشكل 1).

مستقرة حراريا. نقطة الانصهار 1562 درجة مئوية.

أرز. 1. أكسيد الحديد (III).

لا يتفاعل مع الماء وهيدرات الأمونيا. يظهر خصائص مذبذبة، ويتفاعل مع الأحماض والقلويات. يتم تقليله بواسطة الهيدروجين وأول أكسيد الكربون والحديد.

الصيغة الكيميائية لأكسيد الحديد

الصيغة الكيميائية لأكسيد الحديد (II) هي FeO، والصيغة الكيميائية لأكسيد الحديد (III) هي Fe 2 O 3. توضح الصيغة الكيميائية التركيب النوعي والكمي للجزيء (كم عدد الذرات الموجودة فيه وما هي الذرات). باستخدام الصيغة الكيميائية، يمكنك حساب الكتلة الجزيئية للمادة (Ar(Fe) = 56 amu، Ar(O) = 16 amu):

السيد (FeO) = Ar(Fe) + Ar(O);

السيد(FeO) = 56 + 16 = 72.

السيد(Fe 2 O 3) = 2×Ar(Fe) + 3×Ar(O);

السيد(Fe2O3) = 2×56 + 3×16 = 58 + 48 = 160.

الصيغة الهيكلية (الرسمية) لأكسيد الحديد

الصيغة الهيكلية (الرسمية) للمادة أكثر وضوحا. يوضح كيفية ارتباط الذرات ببعضها البعض داخل الجزيء. فيما يلي الصيغ الرسومية لأكاسيد الحديد (a - FeO، b - Fe 2 O 3):

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

مثال 2

أكاسيد الحديد هي مركبات من الحديد والأكسجين.

وأشهرها ثلاثة أكاسيد حديد: أكسيد الحديد (II) - FeO، أكسيد الحديد (III) – Fe 2 O 3 وأكسيد الحديد (II، III) – Fe 3 O 4.

أكسيد الحديد الثنائي

الصيغة الكيميائية لأكسيد الحديدوز هيالحديد O . هذا الاتصال أسود اللون.

الحديد O يتفاعل بسهولة مع حمض الهيدروكلوريك المخفف وحمض النيتريك المركز.

FeO + 2HCl → FeCl 2 + H2O

FeO + 4HNO 3 → Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

لا يتفاعل مع الماء أو الأملاح.

عند تفاعله مع الهيدروجين عند درجة حرارة 350 درجة مئوية وفحم الكوك عند درجة حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية، فإنه يتحول إلى حديد نقي.

الحديدO +H2 → الحديد + H2O

FeO +C → Fe + CO

يتم الحصول على أكسيد الحديد (II) بطرق مختلفة:

1. نتيجة تفاعل اختزال أكسيد الحديديك مع أول أكسيد الكربون.

الحديد 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2

2. تسخين الحديد بضغط أكسجين منخفض

2Fe + O 2 → 2 FeO

3. تحلل أكسالات الحديدوز في الفراغ

FeC 2 O 4 → FeO +CO + CO 2

4. تفاعل الحديد مع أكاسيد الحديد عند درجة حرارة 900-1000 درجة مئوية

الحديد + الحديد 2 يا 3 → 3 الحديد O

الحديد + الحديد3O4 → 4 FeO

في الطبيعة، يوجد أكسيد الحديدوز على شكل معدن الووستايت.

في الصناعة يتم استخدامه في صهر الحديد الزهر في الأفران العالية، وفي عملية اسوداد (صبغ) الفولاذ. ويوجد في الأصباغ والسيراميك.

أكسيد الحديد (III).

صيغة كيميائية Fe2O3 . هذا مركب من الحديديك مع الأكسجين. إنه مسحوق أحمر بني. تم العثور على الهيماتيت في الطبيعة كمعدن.

Fe2O3 وله أسماء أخرى: أكسيد الحديد، الرصاص الأحمر، الزعفران، الصباغ الأحمر 101، تلوين الطعامإي172 .

لا يتفاعل مع الماء. يمكن أن تتفاعل مع كل من الأحماض والقلويات.

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O

Fe 2 O 3 + 2NaOH → 2NaFeO 2 + H 2 O

يستخدم أكسيد الحديد (III) لطلاء مواد البناء: الطوب والأسمنت والسيراميك والخرسانة وألواح الرصف والمشمع. ويضاف كصبغة للدهانات والمينا وأحبار الطباعة. يستخدم أكسيد الحديد كمحفز في إنتاج الأمونيا. يُعرف في صناعة المواد الغذائية باسم E172.

أكسيد الحديد (الثاني والثالث).

صيغة كيميائية Fe3O4 . يمكن كتابة هذه الصيغة بطريقة أخرى: FeO Fe 2 O 3.

ويوجد في الطبيعة على شكل معدن المغنتيت، أو خام الحديد المغناطيسي. وهو موصل جيد للتيار الكهربائي وله خصائص مغناطيسية. تتشكل عندما يحترق الحديد وعندما يعمل البخار المسخن على الحديد.

3Fe + 2 O 2 → الحديد 3 O 4

3Fe + 4H2O → الحديد3O4 + 4H2

التسخين عند درجة حرارة 1538 درجة مئوية يؤدي إلى تفككه

2Fe3O4 → 6FeO + O2

يتفاعل مع الأحماض

Fe3O4 + 8HCl → FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H2O

Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3) 3 + NO2 + 5H2O

يتفاعل مع القلويات عند الانصهار

الحديد 3 O 4 + 14 NaOH → Na 3 FeO 3 + 2Na 5 FeO 4 + 7H 2 O

يتفاعل مع الأكسجين الموجود في الهواء

4 الحديد 3 يا 4 + يا 2 → 6 الحديد 2 يا 3

يحدث التخفيض عن طريق التفاعل مع الهيدروجين وأول أكسيد الكربون

Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

الحديد 3 O 4 + 4CO → 3Fe +4CO 2

وجدت الجسيمات النانوية المغناطيسية لأكسيد الحديد 3 O 4 تطبيقًا في التصوير بالرنين المغناطيسي. كما أنها تستخدم في إنتاج الوسائط المغناطيسية. يتم تضمين أكسيد الحديد Fe 3 O 4 في الدهانات التي يتم إنتاجها خصيصًا للسفن الحربية والغواصات وغيرها من المعدات. تُصنع الأقطاب الكهربائية من المغنتيت المنصهر لإجراء بعض العمليات الكهروكيميائية.