Ενώσεις σιδήρου. Σίδηρος: φυσικές και χημικές ιδιότητες

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 17:44

Τα πρώτα προϊόντα από σίδηρο και τα κράματά του βρέθηκαν κατά τις ανασκαφές και χρονολογούνται περίπου στην 4η χιλιετία π. Χ. Δηλαδή, ακόμη και οι αρχαίοι Αιγύπτιοι και οι Σουμέριοι χρησιμοποιούσαν κοιτάσματα μετεωριτών αυτής της ουσίας για να φτιάξουν κοσμήματα και είδη οικιακής χρήσης, καθώς και όπλα.

Σήμερα, διάφορα είδη ενώσεων σιδήρου, καθώς και το καθαρό μέταλλο, είναι οι πιο κοινές και χρησιμοποιούμενες ουσίες. Δεν είναι περίεργο που ο 20ός αιώνας θεωρούνταν σίδηρος. Εξάλλου, πριν από την έλευση και την ευρεία χρήση του πλαστικού και των σχετικών υλικών, ήταν αυτή η ένωση που είχε καθοριστική σημασία για τον άνθρωπο. Τι είναι αυτό το στοιχείο και ποιες ουσίες σχηματίζει, θα εξετάσουμε σε αυτό το άρθρο.

Χημικό στοιχείο σίδηρος

Αν λάβουμε υπόψη τη δομή του ατόμου, τότε πρώτα από όλα θα πρέπει να υποδείξουμε τη θέση του στο περιοδικό σύστημα.

1. Τακτικός αριθμός - 26.
2. Η περίοδος είναι η τέταρτη μεγάλη.
3. Όγδοη ομάδα, δευτερεύουσα υποομάδα.
4. Το ατομικό βάρος είναι 55, 847.
5. Η δομή του εξωτερικού κελύφους ηλεκτρονίων υποδεικνύεται από τον τύπο 3d⁶4s^2.
6. Σύμβολο χημικού στοιχείου - Fe.
7. Όνομα - σίδερο, διαβάζοντας μέσατύπος - "ferrum".
8. Στη φύση, υπάρχουν τέσσερα σταθερά ισότοπα του εν λόγω στοιχείου με αριθμούς μάζας 54, 56, 57, 58.

Το χημικό στοιχείο σίδηρος έχει επίσης περίπου 20 διαφορετικά ισότοπα που δεν είναι σταθερά. Πιθανές καταστάσεις οξείδωσης που μπορεί να εμφανίσει αυτό το άτομο:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Δεν είναι μόνο το ίδιο το στοιχείο σημαντικό, αλλά και οι διάφορες ενώσεις και τα κράματά του.

Φυσικές ιδιότητες

Ως απλή ουσία, ο σίδηρος έχει φυσικές ιδιότητες με έντονη μεταλλικότητα. Είναι δηλαδή ένα ασημί-λευκό μέταλλο με γκρι απόχρωση, που έχει υψηλό βαθμό ολκιμότητας και ολκιμότητας και υψηλό σημείο τήξης και βρασμού. Αν εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά με περισσότερες λεπτομέρειες, τότε:

• σημείο τήξης - 1539 0С;
• βρασμός - 2862 0C;
• δραστηριότητα - μέτρια;
• πυρίμαχο - υψηλό;
• εμφανίζει έντονες μαγνητικές ιδιότητες.

Ανάλογα με τις συνθήκες και τις διαφορετικές θερμοκρασίες, υπάρχουν αρκετές τροποποιήσεις που σχηματίζει ο σίδηρος. Οι φυσικές τους ιδιότητες διαφέρουν από το γεγονός ότι τα κρυσταλλικά πλέγματα διαφέρουν.

1. Η μορφή άλφα, ή ο φερρίτης, υπάρχει σε θερμοκρασία 769 0C.
2. Από 769 έως 917 0C - φόρμα beta.
3. 917-1394 0С - μορφή γάμμα ή ωστενίτης.
4. Πάνω από 1394 0S - sigma iron.

Όλες οι τροποποιήσεις έχουνδιαφορετικοί τύποι δομής κρυσταλλικών δικτυωμάτων και επίσης διαφέρουν στις μαγνητικές ιδιότητες.

Χημικές ιδιότητες

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η απλή ουσία σίδηρος παρουσιάζει μέτρια χημική δράση. Ωστόσο, σε λεπτή διασπορά, μπορεί να αναφλεγεί αυθόρμητα στον αέρα, ενώ το ίδιο το μέταλλο καίγεται σε καθαρό οξυγόνο.

Η ικανότητα διάβρωσης είναι υψηλή, επομένως τα κράματα αυτής της ουσίας επικαλύπτονται με ενώσεις κραμάτων. Ο σίδηρος μπορεί να αλληλεπιδρά με:

• οξέα;
• οξυγόνο (συμπεριλαμβανομένου αέρα);
• γκρι;
• αλογόνα;
• όταν θερμαίνεται - με άζωτο, φώσφορο, άνθρακα και πυρίτιο;
• με άλατα λιγότερο ενεργών μετάλλων, μειώνοντάς τα σε απλές ουσίες;
• με ζωντανό ατμό;
• με άλατα σιδήρου σε κατάσταση οξείδωσης +3.

Είναι προφανές ότι, παρουσιάζοντας τέτοια δραστηριότητα, το μέταλλο μπορεί να σχηματίσει διάφορες ενώσεις, ποικίλες και πολικές σε ιδιότητες. Και έτσι συμβαίνει. Ο σίδηρος και οι ενώσεις του είναι εξαιρετικά διαφορετικές και χρησιμοποιούνται σε διάφορους κλάδους της επιστήμης, της τεχνολογίας, της βιομηχανικής ανθρώπινης δραστηριότητας.

Απλώστε στη φύση

Οι φυσικές ενώσεις σιδήρου είναι αρκετά κοινές, επειδή είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στον πλανήτη μας μετά το αλουμίνιο. Παράλληλα, στην καθαρή του μορφή, το μέταλλο είναι εξαιρετικά σπάνιο, ως μέρος μετεωριτών, γεγονός που υποδηλώνει τις μεγάλες του συσσωρεύσεις στο διάστημα. Η κύρια μάζα περιέχεται στη σύνθεση μεταλλευμάτων, πετρωμάτων και ορυκτών.

Ανγια να μιλήσουμε για το ποσοστό του εν λόγω στοιχείου στη φύση, τότε μπορούν να δοθούν τα ακόλουθα στοιχεία.

1. Οι πυρήνες των επίγειων πλανητών - 90%.
2. Στο φλοιό της γης - 5%.
3. Στο μανδύα της Γης - 12%.
4. Στον πυρήνα της γης - 86%.
5. Σε νερό ποταμού - 2 mg/l.
6. Σε θάλασσα και ωκεανό - 0,02 mg/l.

Οι πιο κοινές ενώσεις σιδήρου σχηματίζουν τα ακόλουθα μέταλλα:

• μαγνητίτης;
• λιμονίτης ή καφέ σιδηρόλιθος;
• βιβιανίτης;
• πυρροτίτης;
• πυρίτης;
• siderite;
• μαρκασίτης;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterite και άλλοι.

Αυτή απέχει πολύ από την πλήρη λίστα, γιατί υπάρχουν πραγματικά πολλά από αυτά. Επιπλέον, διάφορα κράματα που δημιουργούνται από τον άνθρωπο είναι ευρέως διαδεδομένα. Αυτές είναι επίσης τέτοιες ενώσεις σιδήρου, χωρίς τις οποίες είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τη σύγχρονη ζωή των ανθρώπων. Αυτά περιλαμβάνουν δύο κύριους τύπους:

• χυτοσίδηρος;
• ατσάλι.

Είναι επίσης ο σίδηρος που είναι πολύτιμη προσθήκη σε πολλά κράματα νικελίου.

Ενώσεις σιδήρου(II)

Αυτά περιλαμβάνουν εκείνα στα οποία η κατάσταση οξείδωσης του στοιχείου σχηματισμού είναι +2. Είναι αρκετά πολλά, γιατί περιλαμβάνουν:

• οξείδιο;
• υδροξείδιο;
• δυαδικές ενώσεις;
• σύνθετα άλατα;
• σύνθετες ενώσεις.

Οι τύποι των χημικών ενώσεων στις οποίες ο σίδηρος εμφανίζει τον υποδεικνυόμενο βαθμό οξείδωσης είναι ξεχωριστοί για κάθε κατηγορία. Εξετάστε τα πιο σημαντικά και κοινά από αυτά.

1. Οξείδιο σιδήρου (II). Μαύρη σκόνη, αδιάλυτη στο νερό. Η φύση της σύνδεσης είναι βασική. Είναι σε θέση να οξειδώνεται γρήγορα, ωστόσο, μπορεί επίσης να αναχθεί εύκολα σε μια απλή ουσία. Διαλύεται σε οξέα για να σχηματίσει τα αντίστοιχα άλατα. Φόρμουλα - FeO.
2. Υδροξείδιο σιδήρου(II). Είναι ένα λευκό άμορφο ίζημα. Σχηματίζεται από την αντίδραση αλάτων με βάσεις (αλκάλια). Παρουσιάζει ασθενείς βασικές ιδιότητες, είναι σε θέση να οξειδώνεται γρήγορα στον αέρα σε ενώσεις σιδήρου +3. Τύπος - Fe(OH)_2.
3. Άλατα ενός στοιχείου στην καθορισμένη κατάσταση οξείδωσης. Κατά κανόνα, έχουν ανοιχτό πράσινο χρώμα του διαλύματος, οξειδώνονται καλά ακόμα και στον αέρα, αποκτούν σκούρο καφέ χρώμα και μετατρέπονται σε άλατα σιδήρου 3. Διαλύονται στο νερό. Σύνθετα παραδείγματα: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Πρακτική αξία μεταξύ των καθορισμένων ουσιών έχουν αρκετές ενώσεις. Πρώτον, χλωριούχος σίδηρος (II). Αυτός είναι ο κύριος προμηθευτής ιόντων στο ανθρώπινο σώμα με αναιμία. Όταν διαγνωστεί μια τέτοια πάθηση σε έναν ασθενή, του συνταγογραφούνται σύνθετα σκευάσματα, τα οποία βασίζονται στην εν λόγω ένωση. Έτσι αναπληρώνεται η έλλειψη σιδήρου στον οργανισμό.

Δεύτερον, ο θειικός σίδηρος, δηλαδή ο θειικός σίδηρος (II), μαζί με τον χαλκό χρησιμοποιείται για την καταστροφή των γεωργικών παρασίτων στις καλλιέργειες. Η μέθοδος έχει αποδείξει την αποτελεσματικότητά της για περισσότερο από μια δεκαετία, επομένως εκτιμάται πολύ από τους κηπουρούς και τους κηπουρούς.

Αλάτι Mora

Αυτή η σύνδεσηπου είναι ένας ένυδρος σίδηρος και θειικό αμμώνιο. Ο τύπος του είναι γραμμένος ως FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Μία από τις ενώσεις του σιδήρου (II), που χρησιμοποιείται ευρέως στην πράξη. Οι κύριοι τομείς ανθρώπινης χρήσης είναι οι εξής.}

1. Pharmaceuticals.
2. Επιστημονική έρευνα και εργαστηριακές ογκομετρικές αναλύσεις (για τον προσδιορισμό χρωμίου, υπερμαγγανικού καλίου, βαναδίου).
3. Φάρμακο - ως πρόσθετο σε τρόφιμα με έλλειψη σιδήρου στον οργανισμό του ασθενούς.
4. Για τον εμποτισμό ξύλινων προϊόντων, καθώς το αλάτι Mora προστατεύει από τις διεργασίες σήψης.

Υπάρχουν άλλοι τομείς στους οποίους χρησιμοποιείται αυτή η ουσία. Πήρε το όνομά του προς τιμή του Γερμανού χημικού που ανακάλυψε πρώτος τις εκδηλωμένες ιδιότητες.

Ουσίες με κατάσταση οξείδωσης σιδήρου (III)

Οι ιδιότητες των ενώσεων σιδήρου, στις οποίες εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης +3, είναι κάπως διαφορετικές από αυτές που συζητήθηκαν παραπάνω. Έτσι, η φύση του αντίστοιχου οξειδίου και υδροξειδίου δεν είναι πλέον βασική, αλλά έντονο αμφοτερική. Ας δώσουμε μια περιγραφή των κύριων ουσιών.

1. Οξείδιο σιδήρου (III). Η σκόνη είναι λεπτής κρυσταλλικής, κόκκινου-καφέ χρώματος. Δεν διαλύεται στο νερό, παρουσιάζει ελαφρώς όξινες, πιο αμφοτερικές ιδιότητες. Τύπος: Fe₂O_3.
2. Υδροξείδιο σιδήρου(III). Μια ουσία που καθιζάνει όταν τα αλκάλια αντιδρούν με τα αντίστοιχα άλατα σιδήρου. Ο χαρακτήρας του προφέρεται αμφοτερικός, το χρώμα είναι καφέ-καφέ. Τύπος: Fe(OH)_3.
3. Άλατα, που περιλαμβάνουν το κατιόν Fe³⁺. Πολλά από αυτά έχουν απομονωθεί, με εξαίρεση τα ανθρακικά, αφού γίνεται υδρόλυση και απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα. Παραδείγματα τύπων για ορισμένα άλατα: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{και άλλα.}

Μεταξύ των παραπάνω παραδειγμάτων, από πρακτική άποψη, ένα τέτοιο κρυσταλλικό ένυδρο όπως το FeCL₃6H_{2O, ή ο εξαένυδρος χλωριούχος σίδηρος είναι σημαντικός (III). Χρησιμοποιείται στην ιατρική για τη διακοπή της αιμορραγίας και την αναπλήρωση ιόντων σιδήρου στο σώμα σε περίπτωση αναιμίας.}

Ο 9-ένυδρος θειικός σίδηρος (III) χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό του πόσιμου νερού καθώς δρα ως πηκτικό.

Ενώσεις σιδήρου(VI)

Οι τύποι των χημικών ενώσεων του σιδήρου, όπου εμφανίζει ειδική κατάσταση οξείδωσης +6, μπορούν να γραφούν ως εξής:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 και άλλα.}

Όλα έχουν κοινή ονομασία - ferrates - και έχουν παρόμοιες ιδιότητες (ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες). Είναι επίσης σε θέση να απολυμάνουν και να έχουν βακτηριοκτόνο αποτέλεσμα. Αυτό τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία του πόσιμου νερού σε βιομηχανική κλίμακα.

Σύνθετες ενώσεις

Οι ειδικές ουσίες είναι πολύ σημαντικές στην αναλυτική χημεία και όχι μόνο. Αυτά που σχηματίζονται σε υδατικά διαλύματα αλάτων. Αυτές είναι σύνθετες ενώσεις του σιδήρου. Τα πιο δημοφιλή και καλά ερευνημένα είναι τα ακόλουθα.

1. Εξακυανοσιδηρικό κάλιο (II)K₄[Fe(CN)₆]. Ένα άλλο όνομα για την ένωση είναι κίτρινο άλας αίματος. Χρησιμοποιείται για τον ποιοτικό προσδιορισμό του Fe³⁺ ιόντος σιδήρου σε διάλυμα. Ως αποτέλεσμα της έκθεσης, το διάλυμα αποκτά ένα όμορφο φωτεινό μπλε χρώμα, αφού σχηματίζεται ένα άλλο σύμπλεγμα - το μπλε της Πρωσίας KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Από την αρχαιότητα χρησιμοποιήθηκε ως βαφή για υφάσματα.}
2. Εξακυανοσιδηρικό κάλιο (III) K₃[Fe(CN)₆]. Ένα άλλο όνομα είναι κόκκινο αλάτι αίματος. Χρησιμοποιείται ως ποιοτικό αντιδραστήριο για τον προσδιορισμό του ιόντος σιδήρου Fe^{2+. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα μπλε ίζημα, το οποίο ονομάζεται μπλε Turnbull. Χρησιμοποιείται και ως βαφή υφασμάτων.}

Σίδηρος σε οργανική ύλη

Ο σίδηρος και οι ενώσεις του, όπως είδαμε, έχουν μεγάλη πρακτική σημασία στην οικονομική ζωή του ανθρώπου. Ωστόσο, εκτός από αυτό, ο βιολογικός του ρόλος στον οργανισμό δεν είναι λιγότερο μεγάλος, αντίθετα.

Υπάρχει μια πολύ σημαντική οργανική ένωση, η πρωτεΐνη, η οποία περιλαμβάνει αυτό το στοιχείο. Αυτή είναι η αιμοσφαιρίνη. Χάρη σε αυτόν μεταφέρεται οξυγόνο και πραγματοποιείται ομοιόμορφη και έγκαιρη ανταλλαγή αερίων. Επομένως, ο ρόλος του σιδήρου στη ζωτική διαδικασία - την αναπνοή - είναι απλά τεράστιος.

Συνολικά, το ανθρώπινο σώμα περιέχει περίπου 4 γραμμάρια σιδήρου, το οποίο πρέπει να αναπληρώνεται συνεχώς μέσω της τροφής που καταναλώνεται.