Compuși de fier. Fier: proprietăți fizice și chimice

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 17:54

Primele produse din fier și aliajele sale au fost găsite în timpul săpăturilor și datează din aproximativ mileniul IV î. Hr. Adică, chiar și egiptenii și sumerienii antici foloseau depozitele de meteoriți din această substanță pentru a face bijuterii și obiecte de uz casnic, precum și pentru arme.

Astăzi, diferitele tipuri de compuși ai fierului, precum și metalul pur, sunt cele mai comune și utilizate substanțe. Nu e de mirare că secolul al XX-lea a fost considerat fier. La urma urmei, înainte de apariția și utilizarea pe scară largă a plasticului și a materialelor conexe, acest compus a fost de o importanță decisivă pentru oameni. Ce este acest element și ce substanțe formează, vom lua în considerare în acest articol.

Fier element chimic

Dacă luăm în considerare structura atomului, atunci în primul rând ar trebui să indicăm locația acestuia în sistemul periodic.

1. Număr ordinal - 26.
2. Perioada este a patra mare.
3. Al optulea grup, subgrup secundar.
4. Greutatea atomică este 55, 847.
5. Structura învelișului electron exterior este indicată de formula 3d⁶4s^2.
6. Simbol element chimic - Fe.
7. Nume - fier, citindformula - „ferrum”.
8. În natură, există patru izotopi stabili ai elementului în cauză cu numere de masă 54, 56, 57, 58.

Elementul chimic fier are, de asemenea, aproximativ 20 de izotopi diferiți care nu sunt stabili. O posibilă oxidare arată că acest atom poate prezenta:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Nu doar elementul în sine este important, ci și diferiții săi compuși și aliaje.

Proprietăți fizice

Ca substanță simplă, fierul are proprietăți fizice cu metalitate pronunțată. Adică, este un metal alb-argintiu cu o tentă gri, care are un grad ridicat de ductilitate și ductilitate și un punct de topire și fierbere ridicat. Dacă luăm în considerare caracteristicile mai detaliat, atunci:

• punct de topire - 1539 0С;
• fierbe - 2862 0C;
• activitate - medie;
• refractare - mare;
• arată proprietăți magnetice pronunțate.

În funcție de condiții și temperaturi diferite, există mai multe modificări pe care le formează fierul. Proprietățile lor fizice diferă de faptul că rețelele cristaline diferă.

1. Forma alfa, sau ferita, există până la o temperatură de 769 0C.
2. De la 769 la 917 0C - formă beta.
3. 917-1394 0С - formă gamma sau austenită.
4. Peste 1394 0S - fier de călcat sigma.

Toate modificările audiferite tipuri de structuri ale rețelelor cristaline și diferă, de asemenea, prin proprietăți magnetice.

Proprietăți chimice

Așa cum sa menționat mai sus, substanța simplă fier prezintă activitate chimică medie. Cu toate acestea, într-o stare fin dispersată, se poate aprinde spontan în aer, în timp ce metalul în sine arde în oxigen pur.

Capacitatea de coroziune este mare, astfel încât aliajele acestei substanțe sunt acoperite cu compuși de aliere. Fierul de călcat poate interacționa cu:

• acizi;
• oxigen (inclusiv aer);
• gri;
• halogeni;
• când este încălzit - cu azot, fosfor, carbon și siliciu;
• cu săruri ale metalelor mai puțin active, reducându-le la substanțe simple;
• cu aburi live;
• cu săruri de fier în stare de oxidare +3.

Este evident că, prezentând o astfel de activitate, metalul este capabil să formeze diverși compuși, cu proprietăți diverse și polare. Și așa se întâmplă. Fierul și compușii săi sunt extrem de diversi și sunt utilizați în diferite ramuri ale științei, tehnologiei, activității umane industriale.

Răspândit în natură

Compușii naturali de fier sunt destul de obișnuiți, deoarece este al doilea cel mai comun element de pe planeta noastră, după aluminiu. În același timp, în forma sa pură, metalul este extrem de rar, ca parte a meteoriților, ceea ce indică acumulările sale mari în spațiu. Masa principală este conținută în compoziția minereurilor, rocilor și mineralelor.

Dacăpentru a vorbi despre procentul elementului în cauză în natură, atunci pot fi date următoarele cifre.

1. Miezurile planetelor terestre - 90%.
2. În scoarța terestră - 5%.
3. În mantaua Pământului - 12%.
4. În miezul pământului - 86%.
5. În apa râului - 2 mg/l.
6. În mare și ocean - 0,02 mg/l.

Cei mai comuni compuși de fier formează următoarele minerale:

• magnetit;
• limonit sau piatră de fier maro;
• vivianite;
• pirotita;
• pirit;
• siderita;
• marcasite;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterit și altele.

Aceasta este departe de a fi o listă completă, pentru că sunt într-adevăr o mulțime. În plus, sunt răspândite diverse aliaje care sunt create de om. Aceștia sunt, de asemenea, astfel de compuși de fier, fără de care este dificil să ne imaginăm viața modernă a oamenilor. Acestea includ două tipuri principale:

• fontă;
• oțel.

De asemenea, fierul este un adaos valoros la multe aliaje de nichel.

Compuși de fier(II)

Acestea includ acelea în care starea de oxidare a elementului de formare este +2. Sunt destul de numeroase, deoarece includ:

• oxid;
• hidroxid;
• compuși binari;
• săruri complexe;
• compuși complexi.

Formulele de compuși chimici în care fierul prezintă gradul indicat de oxidare sunt individuale pentru fiecare clasă. Luați în considerare cele mai importante și comune dintre ele.

1. Oxid de fier (II). Pulbere neagră, insolubilă în apă. Natura conexiunii este de bază. Este capabil să se oxideze rapid, cu toate acestea, poate fi ușor redus la o substanță simplă. Se dizolvă în acizi pentru a forma sărurile corespunzătoare. Formula - FeO.
2. Hidroxid de fier (II). Este un precipitat alb amorf. Formată prin reacția sărurilor cu baze (alcali). Prezintă proprietăți de bază slabe, este capabil să se oxideze rapid în aer la compuși de fier +3. Formula - Fe(OH)_2.
3. Săruri ale unui element în starea de oxidare specificată. De regulă, au o culoare verde pal a soluției, oxidează bine chiar și în aer, dobândind o culoare maro închis și transformându-se în săruri de fier 3. Se dizolvă în apă. Exemple compuse: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Valoarea practică dintre substanțele desemnate au mai mulți compuși. În primul rând, clorura de fier (II). Acesta este principalul furnizor de ioni pentru corpul uman cu anemie. Când o astfel de boală este diagnosticată la un pacient, i se prescriu preparate complexe, care se bazează pe compusul în cauză. Acesta este modul în care deficitul de fier din organism este completat.

În al doilea rând, sulfatul feros, adică sulfatul de fier (II), împreună cu cuprul este folosit pentru a distruge dăunătorii agricoli din culturi. Metoda își dovedește eficacitatea de mai bine de un deceniu, prin urmare este foarte apreciată de grădinari și grădinari.

Sare Mora

Această conexiunecare este un sulfat de fier și amoniu hidratat. Formula sa este scrisă ca FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Unul dintre compușii fierului (II), care este utilizat pe scară largă în practică. Principalele domenii de utilizare umană sunt următoarele.}

1. Farmaceutice.
2. Cercetare științifică și analize titrimetrice de laborator (pentru determinarea cromului, permanganatului de potasiu, vanadiului).
3. Medicina - ca aditiv la alimente cu lipsă de fier în corpul pacientului.
4. Pentru impregnarea produselor din lemn, deoarece sarea Mora protejează împotriva proceselor de degradare.

Există și alte domenii în care se utilizează această substanță. Și-a primit numele în onoarea chimistului german care a descoperit primul proprietăți manifeste.

Substanțe cu stare de oxidare a fierului (III)

Proprietățile compușilor de fier, în care prezintă o stare de oxidare de +3, sunt oarecum diferite de cele discutate mai sus. Astfel, natura oxidului și hidroxidului corespunzător nu mai este bazică, ci se pronunță amfoterică. Să dăm o descriere a principalelor substanțe.

1. Oxid de fier (III). Pulberea este fin-cristalină, de culoare roșu-brun. Nu se dizolvă în apă, prezintă proprietăți ușor acide, mai amfotere. Formula: Fe₂O_3.
2. Hidroxid de fier (III). O substanță care precipită atunci când alcalii reacţionează cu sărurile de fier corespunzătoare. Caracterul său este pronunțat amfoter, culoarea este maro-brun. Formula: Fe(OH)_3.
3. Săruri, care includ cationul Fe³⁺. Multe dintre acestea au fost izolate, cu excepția carbonatului, deoarece are loc hidroliza și este eliberat dioxid de carbon. Exemple de formule pentru unele săruri: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{și altele.}

Printre exemplele de mai sus, din punct de vedere practic, un hidrat cristalin precum FeCL₃6H_{2O sau clorură de fier hexahidrat este important (III). Este folosit în medicină pentru a opri sângerarea și a reface ionii de fier din organism în caz de anemie.}

Sulfatul de fier(III) 9-hidrat este folosit pentru purificarea apei de băut, deoarece acționează ca un coagulant.

Compuși de fier(VI)

Formulele compușilor chimici ai fierului, în care acesta prezintă o stare specială de oxidare de +6, pot fi scrise după cum urmează:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 și altele.}

Toți au un nume comun - ferați - și au proprietăți similare (agenți reducători puternici). De asemenea, sunt capabili să dezinfecteze și să aibă un efect bactericid. Acest lucru le permite să fie utilizate pentru tratarea apei potabile la scară industrială.

Compuși complexi

Substanțele speciale sunt foarte importante în chimia analitică și nu numai. Cele care se formează în soluții apoase de săruri. Aceștia sunt compuși complecși ai fierului. Cele mai populare și bine cercetate sunt următoarele.

1. hexacianoferat de potasiu (II)K₄[Fe(CN)₆]. Un alt nume pentru compus este sarea galbenă din sânge. Este utilizat pentru determinarea calitativă a ionului de fier Fe³⁺ în soluție. Ca urmare a expunerii, soluția capătă o frumoasă culoare albastru strălucitor, deoarece se formează un alt complex - albastru prusac KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Din cele mai vechi timpuri, a fost folosit ca vopsea pentru țesături.}
2. Hexacianoferat de potasiu (III) K₃[Fe(CN)₆]. Un alt nume este sarea roșie din sânge. Folosit ca reactiv calitativ pentru determinarea ionului de fier Fe^{2+. Ca rezultat, se formează un precipitat albastru, care se numește Turnbull blue. Folosit și ca vopsea pentru țesături.}

Fier în materie organică

Fierul și compușii săi, așa cum am văzut, au o mare importanță practică în viața economică a omului. Cu toate acestea, pe lângă aceasta, rolul său biologic în organism nu este mai puțin mare, dimpotrivă.

Există un compus organic foarte important, proteina, care include acest element. Aceasta este hemoglobina. Datorită lui, oxigenul este transportat și se realizează schimbul de gaze uniform și în timp util. Prin urmare, rolul fierului în procesul vital - respirația - este pur și simplu uriaș.

În total, corpul uman conține aproximativ 4 grame de fier, care trebuie completat în mod constant prin alimentele consumate.