68. Geležies junginiai

Geležies (II) oksidas FeO– juoda kristalinė medžiaga, netirpi vandenyje ir šarmuose. FeO atitinka pagrindą Fe(OH)2.

Kvitas. Geležies (II) oksidas gali būti gaunamas nevisiškai redukuojant magnetinę geležies rūdą anglies (II) oksidu:

Cheminės savybės. Tai yra pagrindinis oksidas. Reaguodamas su rūgštimis, susidaro druskos:

Geležies (II) hidroksidas Fe(OH)2- balta kristalinė medžiaga.

Kvitas. Geležies (II) hidroksidas gaunamas iš dvivalenčių geležies druskų, veikiant šarminiais tirpalais:

Cheminės savybės. Bazinis hidroksidas. Reaguoja su rūgštimis:

Ore Fe(OH)2 oksiduojamas į Fe(OH)3:

Geležies(III) oksidas Fe2O3– ruda medžiaga, gamtoje randama raudonosios geležies rūdos pavidalu, netirpi vandenyje.

Kvitas. Šaudant piritą:

Cheminės savybės. Pasižymi silpnomis amfoterinėmis savybėmis. Sąveikaujant su šarmais susidaro druskos:

Geležies (III) hidroksidas Fe(OH)3– raudonai ruda medžiaga, netirpi vandenyje ir šarmų perteklių.

Kvitas. Gaunamas oksiduojant geležies (III) oksidą ir geležies (II) hidroksidą.

Cheminės savybės. Tai amfoterinis junginys (vyraujantis pagrindinėmis savybėmis). Nusėda šarmams veikiant geležies geležies druskoms:

Geležies druskos gaunamas metaliniam geležiui reaguojant su atitinkamomis rūgštimis. Jie yra labai hidrolizuoti, todėl jų vandeniniai tirpalai yra energingi reduktoriai:

Kaitinamas virš 480 °C, jis suyra, sudarydamas oksidus:

Kai šarmai veikia geležies (II) sulfatą, susidaro geležies (II) hidroksidas:

Sudaro kristalinį hidratą - FeSO4?7Н2О (geležies sulfatas). Geležies (III) chloridas FeCl3 – tamsiai ruda kristalinė medžiaga.

Cheminės savybės. Ištirpiname vandenyje. FeCl3 pasižymi oksidacinėmis savybėmis.

Reduktoriai – magnis, cinkas, vandenilio sulfidas, oksiduojasi nekaitinant.

Žmogaus organizme yra apie 5 g geležies, didžioji jos dalis (70%) yra kraujo hemoglobino dalis.

Fizinės savybės

Laisva geležis yra sidabriškai baltas metalas su pilkšvu atspalviu. Gryna geležis yra kali ir turi feromagnetinių savybių. Praktikoje dažniausiai naudojami geležies lydiniai – ketus ir plienas.

Fe yra svarbiausias ir gausiausias VIII grupės pogrupio devynių d-metalų elementas. Kartu su kobaltu ir nikeliu jis sudaro „geležinę šeimą“.

Sudarant junginius su kitais elementais, dažnai naudojami 2 arba 3 elektronai (B = II, III).

Geležis, kaip ir beveik visi VIII grupės d-elementai, nepasižymi didesniu valentiškumu, lygiu grupės skaičiui. Jo maksimalus valentingumas siekia VI ir pasirodo itin retai.

Tipiškiausi junginiai yra tie, kuriuose Fe atomai yra +2 ir +3 oksidacijos būsenose.

Geležies gavimo būdai

1. Techninė geležis (legiruota su anglimi ir kitomis priemaišomis) gaunama karbotermiškai redukuojant jos natūralius junginius pagal šią schemą:

Atsigavimas vyksta palaipsniui, 3 etapais:

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

Šio proceso metu gautame ketuje yra daugiau nei 2% anglies. Vėliau ketus naudojamas plieno - geležies lydinių, kuriuose yra mažiau nei 1,5% anglies, gamybai.

2. Labai gryna geležis gaunama vienu iš šių būdų:

a) Fe pentakarbonilo skilimas

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

b) gryno FeO redukcija vandeniliu

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

c) Fe +2 druskų vandeninių tirpalų elektrolizė

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

geležies (II) oksalatas

Cheminės savybės

Fe yra vidutinio aktyvumo metalas ir pasižymi bendromis metalams būdingomis savybėmis.

Unikali savybė yra galimybė „rūdyti“ drėgname ore:

Nesant drėgmės su sausu oru, geležis pradeda pastebimai reaguoti tik esant T > 150°C; kalcinuojant susidaro „geležies apnašos“ Fe 3 O 4:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Geležis netirpsta vandenyje, kai nėra deguonies. Esant labai aukštai temperatūrai, Fe reaguoja su vandens garais, išstumdamas vandenilį iš vandens molekulių:

3 Fe + 4H2O(g) = 4H2

Rūdijimo mechanizmas yra elektrocheminė korozija. Rūdžių gaminys pateikiamas supaprastinta forma. Iš tikrųjų susidaro laisvas kintamos sudėties oksidų ir hidroksidų mišinio sluoksnis. Skirtingai nuo Al 2 O 3 plėvelės, šis sluoksnis neapsaugo geležies nuo tolesnio sunaikinimo.

Korozijos tipai

Geležies apsauga nuo korozijos

1. Sąveika su halogenais ir siera aukštoje temperatūroje.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Susidaro junginiai, kuriuose vyrauja joninio tipo ryšys.

2. Sąveika su fosforu, anglimi, siliciu (geležis tiesiogiai nesijungia su N2 ir H2, o juos ištirpdo).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Susidaro įvairios sudėties medžiagos, tokios kaip bertolidai (junginiuose vyrauja kovalentinė jungties prigimtis)

3. Sąveika su „neoksiduojančiomis“ rūgštimis (HCl, H 2 SO 4 skiedimas)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H2

Kadangi Fe yra aktyvumo eilutėje į kairę nuo vandenilio (E° Fe/Fe 2+ = -0,44 V), jis gali išstumti H 2 iš įprastų rūgščių.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

4. Sąveika su „oksiduojančiomis“ rūgštimis (HNO 3, H 2 SO 4 koncentr.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Koncentruotas HNO 3 ir H 2 SO 4 „pasyvina“ geležį, todėl įprastoje temperatūroje metalas juose netirpsta. Stipriai kaitinant, tirpsta lėtai (neišskirdamas H 2).

Skyriuje HNO 3 geležis ištirpsta, tirpsta Fe 3+ katijonų pavidalu ir rūgšties anijonas redukuojamas iki NO*:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Labai gerai tirpsta HCl ir HNO 3 mišinyje

5. Ryšys su šarmais

Fe netirpsta vandeniniuose šarmų tirpaluose. Su išlydytais šarmais jis reaguoja tik esant labai aukštai temperatūrai.

6. Sąveika su mažiau aktyvių metalų druskomis

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Reakcija su dujiniu anglies monoksidu (t = 200°C, P)

Fe (milteliai) + 5CO (g) = Fe 0 (CO) 5 geležies pentakarbonilas

Fe(III) junginiai

Fe 2 O 3 - geležies (III) oksidas.

Raudonai rudi milteliai, n. R. H 2 O. Gamtoje – „raudonoji geležies rūda“.

Gavimo būdai:

1) geležies (III) hidroksido skilimas

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2) pirito šaudymas

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

3) nitratų skilimas

Cheminės savybės

Fe 2 O 3 yra bazinis oksidas, turintis amfoteriškumo požymių.

I. Pagrindinės savybės pasireiškia gebėjimu reaguoti su rūgštimis:

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

Fe2O3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H2O

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

II. Silpnos rūgšties savybės. Fe 2 O 3 netirpsta vandeniniuose šarmų tirpaluose, tačiau susiliejus su kietais oksidais, šarmais ir karbonatais susidaro feritai:

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

III. Fe 2 O 3 – žaliava geležies gamybai metalurgijoje:

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

Fe(OH) 3 - geležies (III) hidroksidas

Gavimo būdai:

Gaunamas šarmams veikiant tirpias Fe 3+ druskas:

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

Paruošimo metu Fe(OH) 3 yra raudonai rudos gleivinės-amorfinės nuosėdos.

Fe(III) hidroksidas taip pat susidaro oksiduojant Fe ir Fe(OH) 2 drėgname ore:

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

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

Fe(III) hidroksidas yra galutinis Fe 3+ druskų hidrolizės produktas.

Cheminės savybės

Fe(OH)3 yra labai silpna bazė (daug silpnesnė už Fe(OH)2). Rodo pastebimas rūgštines savybes. Taigi Fe (OH) 3 turi amfoterinį pobūdį:

1) reakcijos su rūgštimis vyksta lengvai:

2) šviežios Fe(OH) 3 nuosėdos ištirpsta karštoje koncentracijoje. KOH arba NaOH tirpalai su hidrokso kompleksų susidarymu:

Fe(OH)3 + 3KOH = K3

Šarminiame tirpale Fe(OH) 3 gali būti oksiduojamas iki feratų (geležies rūgšties H 2 FeO 4 druskos, neišsiskiriančios laisvoje būsenoje):

2Fe(OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O

Fe 3+ druskos

Praktiškai svarbiausios yra: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe(NO 3) 3, Fe(SCN) 3, K 3 4 - geltona kraujo druska = Fe 4 3 Prūsijos mėlyna (tamsiai mėlynos nuosėdos)

b) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 tiocianatas Fe(III) (kraujo raudonumo tirpalas)

Geležis sudaro du oksidus, kuriuose atitinkamai yra II ir III valentingumas ir oksidacijos būsenos (+2) ir (+3).

APIBRĖŽIMAS

Geležies (II) oksidas normaliomis sąlygomis tai juodi milteliai (1 pav.), vidutiniškai kaitinant suyra ir toliau kaitinant vėl susidaro iš skilimo produktų.

Po kalcinavimo jis yra chemiškai neaktyvus. Piroforinis miltelių pavidalo. Nereaguoja su šaltu vandeniu. Pasižymi amfoterinėmis savybėmis (vyrauja pagrindinės). Lengvai oksiduojamas deguonimi. Sumažintas vandenilio ir anglies.

Ryžiai. 1. Geležies (II) oksidas. Išvaizda.

APIBRĖŽIMAS

Tai raudonai ruda kieta medžiaga trigonalinės modifikacijos atveju arba tamsiai ruda kubinės modifikacijos atveju, kuri yra reaktyviausia (1 pav.).

Termiškai stabilus. Lydymosi temperatūra 1562 o C.

Ryžiai. 1. Geležies (III) oksidas.

Nereaguoja su vandeniu, amoniako hidratu. Rodo amfoterines savybes, reaguoja su rūgštimis ir šarmais. Sumažintas vandeniliu, anglies monoksidu, geležimi.

Geležies oksido cheminė formulė

Geležies (II) oksido cheminė formulė yra FeO, o geležies (III) oksido cheminė formulė yra Fe 2 O 3. Cheminė formulė parodo kokybinę ir kiekybinę molekulės sudėtį (kiek ir kokių atomų joje yra). Naudodami cheminę formulę galite apskaičiuoti medžiagos molekulinę masę (Ar(Fe) = 56 amu, Ar(O) = 16 amu):

Mr(FeO) = Ar(Fe) + Ar(O);

Mr(FeO) = 56 + 16 = 72.

Mr(Fe2O3) = 2×Ar(Fe) + 3×Ar(O);

Ponas (Fe 2 O 3) = 2 × 56 + 3 × 16 = 58 + 48 = 160.

Geležies oksido struktūrinė (grafinė) formulė

Struktūrinė (grafinė) medžiagos formulė yra vizualesnė. Tai rodo, kaip atomai yra sujungti vienas su kitu molekulėje. Žemiau pateikiamos grafinės geležies oksidų formulės (a - FeO, b - Fe 2 O 3):

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

2 PAVYZDYS

Geležies oksidai yra geležies ir deguonies junginiai.

Garsiausi yra trys geležies oksidai: geležies oksidas (II) - FeO, geležies (III) oksidas – Fe 2 O 3 ir geležies (II, III) oksidas – Fe 3 O 4.

Geležies (II) oksidas

Geležies oksido cheminė formulė yra FeO . Ši jungtis yra juodos spalvos.

FeO Lengvai reaguoja su atskiesta druskos rūgštimi ir koncentruota azoto rūgštimi.

FeO + 2HCl → FeCl 2 + H 2 O

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

Jis nereaguoja su vandeniu ar druskomis.

Sąveikaujant su vandeniliu 350 o C temperatūroje ir koksu aukštesnėje nei 1000 o C temperatūroje, jis redukuojamas iki grynos geležies.

FeO +H2 → Fe + H2O

FeO +C → Fe + CO

Geležies (II) oksidas gaunamas įvairiais būdais:

1. Dėl geležies oksido redukcijos reakcijos su anglies monoksidu.

Fe 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2

2. Kaitinamas lygintuvas su mažu deguonies slėgiu

2Fe + O 2 → 2 FeO

3. Geležies oksalato skaidymas vakuume

FeC 2 O 4 → FeO +CO + CO 2

4. Geležies sąveika su geležies oksidais 900-1000 o temperatūroje

Fe + Fe 2 O 3 → 3 FeO

Fe + Fe 3 O 4 → 4 FeO

Gamtoje geležies oksidas egzistuoja kaip mineralas wustitas.

Pramonėje naudojamas ketaus lydymui aukštakrosnėse, plieno juodinimo (mėlyninimo) procese. Jis randamas dažuose ir keramikoje.

Geležies (III) oksidas

Cheminė formulė Fe2O3 . Tai geležies geležies ir deguonies junginys. Tai raudonai rudi milteliai. Hematitas gamtoje randamas kaip mineralas.

Fe2O3 turi kitus pavadinimus: geležies oksidas, raudonasis švinas, krokusas, pigmentas raudonas 101, maistiniai dažaiE172 .

Nereaguoja su vandeniu. Gali sąveikauti tiek su rūgštimis, tiek su šarmais.

Fe 2 O 3 + 6HCl → 2 FeCl 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 2NaOH → 2NaFeO 2 + H 2 O

Geležies (III) oksidas naudojamas dažant statybines medžiagas: plytas, cementą, keramiką, betoną, grindinio plokštes, linoleumą. Jis dedamas kaip dažiklis į dažus ir emalius bei į spaudos dažus. Geležies oksidas naudojamas kaip katalizatorius amoniako gamyboje. Maisto pramonėje jis žinomas kaip E172.

Geležies (II, III) oksidas

Cheminė formulė Fe3O4 . Šią formulę galima parašyti ir kitaip: FeO Fe 2 O 3.

Gamtoje jis randamas kaip mineralinis magnetitas arba magnetinė geležies rūda. Jis yra geras elektros srovės laidininkas ir turi magnetinių savybių. Susidaro kai geležis dega ir kai perkaitinti garai veikia geležį.

3Fe + 2O2 → Fe3O4

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

Kaitinant 1538 o C temperatūroje, jis suyra

2Fe 3 O 4 → 6FeO + O 2

Reaguoja su rūgštimis

Fe 3 O 4 + 8HCl → FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O

Fe 3 O 4 + 10HNO 3 → 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

Susiliejus reaguoja su šarmais

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

Reaguoja su deguonimi ore

4 Fe 3 O 4 + O 2 → 6 Fe 2 O 3

Redukcija vyksta reaguojant su vandeniliu ir anglies monoksidu

Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

Fe3O4 + 4CO → 3Fe +4CO2

Magnetinės Fe 3 O 4 oksido nanodalelės buvo pritaikytos magnetinio rezonanso vaizdavimui. Jie taip pat naudojami magnetinių laikmenų gamyboje. Geležies oksidas Fe 3 O 4 yra dažuose, kurie gaminami specialiai karo laivams, povandeniniams laivams ir kitai įrangai. Kai kuriems elektrocheminiams procesams atlikti elektrodai yra pagaminti iš lydyto magnetito.