68. Төмрийн нэгдлүүд

Төмрийн (II) исэл FeO– ус, шүлтэнд уусдаггүй хар талст бодис. FeOсуурьтай таарч байна Fe(OH)2.

Баримт.Төмрийн (II) ислийг соронзон төмрийн хүдрийг нүүрстөрөгчийн (II) ислээр бүрэн бус ангижруулах замаар олж авч болно.

Химийн шинж чанар.Энэ нь гол исэл юм. Хүчилтэй урвалд орж давс үүсгэдэг:

Төмрийн (II) гидроксид Fe(OH)2- цагаан талст бодис.

Баримт.Төмрийн (II) гидроксидыг шүлтийн уусмалын нөлөөн дор хоёр валент төмрийн давснаас гаргаж авдаг.

Химийн шинж чанар.Үндсэн гидроксид. Хүчилтэй урвалд ордог:

Агаарт Fe (OH) 2 нь Fe (OH) 3 болж исэлддэг.

Төмрийн (III) исэл Fe2O3– байгальд улаан төмрийн хүдэр хэлбэрээр байдаг, усанд уусдаггүй бор бодис.

Баримт. Пиритийг шатаах үед:

Химийн шинж чанар.Сул амфотер шинж чанарыг харуулдаг. Шүлттэй харьцахдаа давс үүсгэдэг.

Төмрийн (III) гидроксид Fe(OH)3– улаан хүрэн бодис, усанд уусдаггүй, илүүдэл шүлт.

Баримт. Төмрийн (III) исэл ба төмрийн (II) гидроксидыг исэлдүүлэх замаар олж авна.

Химийн шинж чанар.Энэ нь амфотерийн нэгдэл (үндсэн шинж чанар нь давамгайлсан) юм. Төмрийн төмрийн давс дээр шүлтийн нөлөөгөөр тунадас үүсгэдэг:

Төмрийн давсметалл төмрийг зохих хүчилтэй урвалд оруулснаар олж авсан. Тэдгээр нь маш их гидролизд ордог тул усан уусмал нь энергийг бууруулдаг бодис юм.

480 ° C-аас дээш халах үед энэ нь задарч, исэл үүсгэдэг.

Төмрийн (II) сульфат дээр шүлтүүд үйлчлэхэд төмрийн (II) гидроксид үүсдэг.

Кристал гидрат үүсгэдэг - FeSO4?7Н2О (төмрийн сульфат). Төмрийн (III) хлорид FeCl3 -хар хүрэн талст бодис.

Химийн шинж чанар.Усанд уусгацгаая. FeCl3исэлдүүлэх шинж чанарыг харуулдаг.

Бууруулах бодисууд - магни, цайр, устөрөгчийн сульфид, халаахгүйгээр исэлдүүлдэг.

Хүний биед 5 гр орчим төмөр агуулагддаг бөгөөд ихэнх нь (70%) нь цусан дахь гемоглобины нэг хэсэг юм.

Физик шинж чанар

Чөлөөт төлөвт төмөр нь саарал өнгөтэй мөнгөлөг цагаан металл юм. Цэвэр төмөр нь уян хатан, ферросоронзон шинж чанартай байдаг. Практикт төмрийн хайлш - цутгамал төмөр, ган - ихэвчлэн ашиглагддаг.

Fe бол VIII бүлгийн есөн d-металын хамгийн чухал бөгөөд элбэг байдаг элемент юм. Кобальт, никельтэй хамт "төмрийн гэр бүл" -ийг бүрдүүлдэг.

Бусад элементүүдтэй нэгдлүүд үүсгэх үед ихэвчлэн 2 эсвэл 3 электрон (B = II, III) ашигладаг.

Төмөр нь VIII бүлгийн бараг бүх d-элементүүдийн нэгэн адил бүлгийн дугаартай тэнцэх өндөр валентыг харуулдаггүй. Түүний хамгийн их валент нь VI хүрдэг бөгөөд маш ховор тохиолддог.

Хамгийн ердийн нэгдлүүд бол Fe атомууд нь +2 ба +3 исэлдэлтийн төлөвт байдаг нэгдлүүд юм.

Төмөр авах арга

1. Техникийн төмрийг (нүүрстөрөгч болон бусад хольцтой хайлш) дараахь схемийн дагуу түүний байгалийн нэгдлүүдийг карботермик аргаар ангижруулж авна.

Сэргээх нь 3 үе шаттайгаар аажмаар явагддаг.

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

Энэ процессын үр дүнд үүссэн цутгамал төмөр нь 2% -иас илүү нүүрстөрөгч агуулдаг. Дараа нь цутгамал төмрийг ган үйлдвэрлэхэд ашигладаг - 1.5% -иас бага нүүрстөрөгч агуулсан төмрийн хайлш.

2. Маш цэвэр төмрийг дараах аргуудын аль нэгээр нь гаргаж авдаг.

a) Fe пентакарбонилийн задрал

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

б) цэвэр FeO-ийг устөрөгчөөр бууруулах

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

в) Fe +2 давсны усан уусмалын электролиз

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

төмөр (II) оксалат

Химийн шинж чанар

Fe бол дунд зэргийн идэвхжилтэй металл бөгөөд металлын ерөнхий шинж чанарыг харуулдаг.

Өвөрмөц онцлог нь чийглэг агаарт "зэврэх" чадвар юм.

Хуурай агаартай чийг байхгүй үед төмөр нь зөвхөн T> 150 ° C-д мэдэгдэхүйц урвалд орж эхэлдэг; шохойжуулахад "төмрийн масштаб" Fe 3 O 4 үүсдэг.

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Хүчилтөрөгч байхгүй үед төмөр усанд уусдаггүй. Маш өндөр температурт Fe нь усны ууртай урвалд орж, усны молекулуудаас устөрөгчийг зайлуулдаг.

3 Fe + 4H 2 O(g) = 4H 2

Зэврэх механизм нь цахилгаан химийн зэврэлт юм. Зэвэрсэн бүтээгдэхүүнийг хялбаршуулсан хэлбэрээр үзүүлэв. Үнэн хэрэгтээ хувьсах найрлагатай исэл ба гидроксидын хольцын сул давхарга үүсдэг. Al 2 O 3 хальснаас ялгаатай нь энэ давхарга нь төмрийг цаашид устгахаас хамгаалдаггүй.

Зэврэлтийн төрлүүд

Төмрийг зэврэлтээс хамгаалах

1. Өндөр температурт галоген ба хүхэртэй харилцан үйлчлэх.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

Ионы төрлийн холбоо давамгайлсан нэгдлүүд үүсдэг.

2. Фосфор, нүүрстөрөгч, цахиуртай харилцан үйлчлэх (төмөр нь N2 ба Н2-тэй шууд нийлдэггүй, харин тэдгээрийг уусгадаг).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

Бертоллид гэх мэт хувьсах найрлагатай бодисууд үүсдэг (нэгдлүүдэд бондын ковалент шинж чанар давамгайлдаг)

3. “Исэлдүүлэхгүй” хүчлүүдтэй харилцан үйлчлэл (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Fe нь устөрөгчийн зүүн талд байрлах үйл ажиллагааны цувралд (E° Fe/Fe 2+ = -0.44 В) байрладаг тул энгийн хүчлүүдээс H 2-ыг нүүлгэн шилжүүлэх чадвартай.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

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

4. "Исэлдүүлэгч" хүчлүүдтэй харилцан үйлчлэл (HNO 3, H 2 SO 4 конц.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

Баяжуулсан HNO 3 ба H 2 SO 4 нь төмрийг "идэвхгүй" болгодог тул энгийн температурт метал нь уусдаггүй. Хүчтэй халах үед удаан уусдаг (H 2-ыг ялгаруулахгүйгээр).

хэсэгт HNO3 төмөр уусч, Fe 3+ катион хэлбэрээр уусмалд орж, хүчиллэг анион нь NO* болж буурдаг.

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

HCl ба HNO 3-ийн холимогт маш сайн уусдаг

5. Шүлттэй харьцах харьцаа

Fe нь шүлтийн усан уусмалд уусдаггүй. Энэ нь зөвхөн маш өндөр температурт хайлсан шүлттэй урвалд ордог.

6. Идэвхгүй металлын давстай харилцан үйлчлэх

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

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

7. Хийн нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн харилцан үйлчлэл (t = 200°C, P)

Fe (нунтаг) + 5CO (г) = Fe 0 (CO) 5 төмөр пентакарбонил

Fe(III) нэгдлүүд

Fe 2 O 3 - төмрийн (III) исэл.

Улаан хүрэн нунтаг, n. Р. in H 2 O. Байгальд - “улаан төмрийн хүдэр”.

Хүлээн авах аргууд:

1) төмрийн (III) гидроксидын задрал

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

2) пиритээр галлах

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

3) нитратын задрал

Химийн шинж чанар

Fe 2 O 3 нь амфотерийн шинж тэмдэг бүхий үндсэн исэл юм.

I. Үндсэн шинж чанарууд нь хүчилтэй урвалд орох чадвараар илэрдэг.

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

Fe 2 O 3 + 6HCI = 2FeCI 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 6HNO 3 = 2Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O

II. Сул хүчиллэг шинж чанар. Fe 2 O 3 нь шүлтийн усан уусмалд уусдаггүй боловч хатуу исэл, шүлт, карбонатуудтай холилдоход феррит үүсдэг.

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 - металлургийн төмрийн үйлдвэрлэлийн түүхий эд:

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

Fe(OH) 3 - төмрийн (III) гидроксид

Хүлээн авах аргууд:

Уусдаг Fe 3+ давс дээр шүлтийн үйлчлэлээр олж авсан:

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

Бэлтгэх үед Fe(OH) 3 нь улаан хүрэн салст-аморф хурдас юм.

Fe (III) гидроксид нь чийглэг агаарт Fe ба Fe (OH) 2-ийн исэлдэлтийн явцад үүсдэг.

4Fe + 6H 2 O + 3O 2 = 4Fe(OH) 3

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

Fe (III) гидроксид нь Fe 3+ давсны гидролизийн эцсийн бүтээгдэхүүн юм.

Химийн шинж чанар

Fe(OH) 3 нь маш сул суурь (Fe(OH) 2-ээс хамаагүй сул). Мэдэгдэхүйц хүчиллэг шинж чанарыг харуулдаг. Тиймээс Fe(OH) 3 нь амфотер шинж чанартай:

1) хүчилтэй урвалд орох нь амархан:

2) Fe(OH) 3-ийн шинэ тунадас халуунд уусдаг. гидроксо комплекс үүсэх KOH эсвэл NaOH-ийн уусмалууд:

Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

Шүлтлэг уусмалд Fe(OH) 3-ыг феррат болгон исэлдүүлж болно (чөлөөт төлөвт ялгардаггүй төмрийн хүчлийн H 2 FeO 4 давс):

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

Fe 3+ давс

Хамгийн чухал нь: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe (NO 3) 3, Fe (SCN) 3, K 3 4 - шар цусны давс = Fe 4 3 Прусс хөх (хар хөх тунадас)

б) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 тиоцианат Fe(III) (цусны улаан уусмал)

Төмөр нь хоёр исэл үүсгэдэг бөгөөд энэ нь II ба III валентыг, исэлдэлтийн төлөвийг (+2) ба (+3) харуулдаг.

ТОДОРХОЙЛОЛТ

Төмрийн (II) исэлхэвийн нөхцөлд энэ нь хар нунтаг юм (Зураг 1), дунд зэргийн халаахад задарч, дахин халаахад задралын бүтээгдэхүүнээс дахин үүсдэг.

Калцинжуулсны дараа химийн идэвхгүй болно. Нунтаг хэлбэртэй пирофор. Хүйтэн усаар урвалд ордоггүй. Амфотер шинж чанарыг харуулдаг (үндсэн шинж чанарууд нь давамгайлдаг). Хүчилтөрөгчөөр амархан исэлддэг. Устөрөгч болон нүүрстөрөгчөөр багасдаг.

Цагаан будаа. 1. Төмрийн (II) исэл. Гадаад төрх.

ТОДОРХОЙЛОЛТ

Энэ нь тригональ өөрчлөлтийн хувьд улаан хүрэн хатуу, куб өөрчлөлтийн хувьд хар хүрэн өнгөтэй бөгөөд хамгийн идэвхтэй байдаг (Зураг 1).

Дулааны хувьд тогтвортой. Хайлах цэг 1562 ° C.

Цагаан будаа. 1. Төмрийн (III) исэл.

Ус, аммиак гидраттай урвалд ордоггүй. Амфотер шинж чанарыг харуулдаг, хүчил, шүлттэй урвалд ордог. Устөрөгч, нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, төмрөөр буурдаг.

Төмрийн ислийн химийн томъёо

Төмрийн (II) оксидын химийн томъёо нь FeO, төмрийн (III) ислийн химийн томъёо нь Fe 2 O 3 юм. Химийн томьёо нь молекулын чанарын болон тоон найрлагыг (хэдэн, ямар атом агуулдаг) харуулдаг. Химийн томъёог ашиглан та бодисын молекулын массыг тооцоолж болно (Ar(Fe) = 56 аму, Ar(O) = 16 аму):

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

Ноён(FeO) = 56 + 16 = 72.

Mr(Fe 2 O 3) = 2×Ar(Fe) + 3×Ar(O);

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

Төмрийн ислийн бүтцийн (график) томъёо

Бодисын бүтцийн (график) томъёо нь илүү нүдээр харагддаг. Энэ нь молекул дотор атомууд хоорондоо хэрхэн холбогдож байгааг харуулдаг. Төмрийн ислийн график томъёог доор харуулав (a - FeO, b - Fe 2 O 3):

Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

ЖИШЭЭ 1

ЖИШЭЭ 2

Төмрийн исэл нь төмөр ба хүчилтөрөгчийн нэгдлүүд юм.

Хамгийн алдартай нь гурван төмрийн исэл юм: төмрийн исэл (II) - FeO, төмрийн (III) исэл – Fe 2 O 3, төмрийн (II, III) исэл – Fe 3 O 4.

Төмрийн (II) исэл

Төмрийн ислийн химийн томъёо нь FeO . Энэ холболт нь хар өнгөтэй байна.

FeO Шингэрүүлсэн давсны хүчил ба төвлөрсөн азотын хүчилтэй амархан урвалд ордог.

FeO + 2HCl → FeCl 2 + H 2 O

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

Энэ нь ус, давстай урвалд ордоггүй.

350oС-ийн температурт устөрөгч, 1000oС-ээс дээш температурт кокстой харилцан үйлчлэхэд цэвэр төмөр болж буурдаг.

FeO +H 2 → Fe + H 2 O

FeO +C → Fe + CO

Төмрийн (II) ислийг янз бүрийн аргаар олж авдаг.

1. Төмрийн ислийг нүүрстөрөгчийн дутуу исэлтэй бууруулах урвалын үр дүнд.

Fe 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2

2. Хүчилтөрөгчийн даралт багатай төмрийг халаана

2Fe + O 2 → 2 FeO

3. Вакуум дахь төмрийн оксалатыг задлах

FeC 2 O 4 → FeO +CO + CO 2

4. 900-1000 o-ийн температурт төмрийн төмрийн исэлтэй харилцан үйлчлэл

Fe + Fe 2 O 3 → 3 FeO

Fe + Fe 3 O 4 → 4 FeO

Байгальд төмрийн исэл нь вуститын эрдэс хэлбэрээр байдаг.

Аж үйлдвэрт үүнийг тэсэлгээний зууханд цутгамал төмрийг хайлуулах, ган харлуулах (хөхрүүлэх) үйл явцад ашигладаг. Энэ нь будагч бодис, керамик эдлэлээс олддог.

Төмрийн (III) исэл

Химийн томъёо Fe2O3 . Энэ бол төмрийн төмрийн хүчилтөрөгчтэй нэгдэл юм. Энэ нь улаан хүрэн нунтаг юм. Гематит нь байгальд ашигт малтмал хэлбэрээр олддог.

Fe2O3 бусад нэртэй: төмрийн исэл, улаан хар тугалга, матар, пигмент улаан 101, хүнсний будагE172 .

Устай урвалд ордоггүй. Хүчил ба шүлттэй харилцан үйлчилж болно.

Fe 2 O 3 + 6HCl → 2 FeCl 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 2NaOH → 2NaFeO 2 + H 2 O

Төмрийн (III) ислийг барилгын материалыг будахад ашигладаг: тоосго, цемент, керамик, бетон, хучилтын хавтан, хулдаас. Будаг, паалан, хэвлэлийн бэхэнд будагч бодис болгон нэмдэг. Төмрийн ислийг аммиак үйлдвэрлэхэд катализатор болгон ашигладаг. Хүнсний үйлдвэрт үүнийг E172 гэж нэрлэдэг.

Төмрийн (II, III) исэл

Химийн томъёо Fe3O4 . Энэ томъёог өөр аргаар бичиж болно: FeO Fe 2 O 3.

Энэ нь байгальд магнетит буюу соронзон төмрийн хүдэр хэлбэрээр олддог. Энэ нь цахилгаан гүйдлийн сайн дамжуулагч бөгөөд соронзон шинж чанартай байдаг. Төмөр шатаж, хэт халсан уур нь төмөр дээр үйлчилснээр үүсдэг.

3Fe + 2 O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

1538 o С-ийн температурт халаах нь түүний задралд хүргэдэг

2Fe 3 O 4 → 6FeO + O 2

Хүчилтэй урвалд ордог

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

Хайлуулах үед шүлттэй урвалд ордог

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

Агаар дахь хүчилтөрөгчтэй урвалд ордог

4 Fe 3 O 4 + O 2 → 6Fe 2 O 3

Устөрөгч ба нүүрстөрөгчийн дутуу исэлтэй урвалд орсноор бууралт үүсдэг

Fe 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O

Fe 3 O 4 + 4CO → 3Fe +4CO 2

Fe 3 O 4 оксидын соронзон нано хэсгүүд нь соронзон резонансын дүрслэлд хэрэглэхийг олсон. Тэдгээрийг соронзон зөөвөрлөгч үйлдвэрлэхэд ч ашигладаг. Төмрийн исэл Fe 3 O 4 нь байлдааны хөлөг онгоц, шумбагч онгоц болон бусад тоног төхөөрөмжид тусгайлан үйлдвэрлэсэн будагны нэг хэсэг юм. Электродууд нь зарим цахилгаан химийн процессуудад зориулж хайлсан магнетитээр хийгдсэн байдаг.