DEFINICIJA

Iron- element osme grupe četvrtog perioda Periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva.

I broj volumena je 26. Simbol je Fe (latinski “ferrum”). Jedan od najčešćih metala u zemljinoj kori (drugo mjesto nakon aluminija).

Fizička svojstva gvožđa

Gvožđe je sivi metal. U svom čistom obliku prilično je mekan, savitljiv i viskozan. Elektronska konfiguracija vanjskog energetskog nivoa je 3d 6 4s 2. U svojim jedinjenjima, željezo pokazuje oksidaciona stanja “+2” i “+3”. Tačka topljenja gvožđa je 1539C. Gvožđe formira dve kristalne modifikacije: α- i γ-gvožđe. Prvi od njih ima kubičnu rešetku usmjerenu na tijelo, a drugi kubičnu rešetku usmjerenu na lice. α-Gvožđe je termodinamički stabilno u dva temperaturna opsega: ispod 912 i od 1394C do tačke topljenja. Između 912 i 1394C γ-gvožđe je stabilno.

Mehanička svojstva željeza zavise od njegove čistoće – sadržaja čak i vrlo malih količina drugih elemenata u njemu. Čvrsto gvožđe ima sposobnost da rastvori mnoge elemente u sebi.

Hemijska svojstva gvožđa

Na vlažnom vazduhu gvožđe brzo rđa, tj. prekriven smeđim premazom od hidratiziranog željeznog oksida, koji zbog svoje krhkosti ne štiti željezo od daljnje oksidacije. U vodi, gvožđe intenzivno korodira; s obilnim pristupom kisiku nastaju hidratni oblici željeznog (III) oksida:

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 ×H 2 O.

S nedostatkom kisika ili otežanim pristupom nastaje miješani oksid (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

Gvožđe se otapa u hlorovodoničnoj kiselini bilo koje koncentracije:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2.

Otapanje u razrijeđenoj sumpornoj kiselini događa se na sličan način:

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

U koncentriranim otopinama sumporne kiseline, željezo se oksidira u željezo (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Međutim, u sumpornoj kiselini, čija je koncentracija blizu 100%, željezo postaje pasivno i praktično ne dolazi do interakcije. Gvožđe se otapa u razrijeđenim i umjereno koncentriranim otopinama dušične kiseline:

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

Pri visokim koncentracijama dušične kiseline, otapanje se usporava i željezo postaje pasivno.

Kao i drugi metali, gvožđe reaguje sa jednostavnim supstancama. Reakcije između gvožđa i halogena (bez obzira na vrstu halogena) nastaju kada se zagreju. Interakcija željeza s bromom događa se pri povećanom tlaku pare potonjeg:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

Interakcija željeza sa sumporom (prah), dušikom i fosforom također se javlja kada se zagrije:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Gvožđe je sposobno da reaguje sa nemetalima kao što su ugljenik i silicijum:

3Fe + C = Fe 3 C;

Među reakcijama interakcije gvožđa sa složenim supstancama posebnu ulogu imaju sledeće reakcije - gvožđe je sposobno da redukuje metale koji se nalaze u nizu aktivnosti desno od njega iz rastvora soli (1), redukuje jedinjenja gvožđa (III) ( 2):

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

Gvožđe, pod povišenim pritiskom, reaguje sa oksidom koji ne stvara soli – CO sa stvaranjem supstanci složenog sastava – karbonila – Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 i Fe 3 (CO) 12.

Gvožđe je, u odsustvu nečistoća, stabilno u vodi i u razblaženim alkalnim rastvorima.

Dobivanje gvožđa

Glavni način dobivanja željeza je iz željezne rude (hematit, magnetit) ili elektrolizom otopina njegovih soli (u ovom slučaju se dobiva „čisto“ željezo, tj. željezo bez nečistoća).

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte

Željezna vaga Fe 3 O 4 mase 10 g prvo je tretirana sa 150 ml otopine hlorovodonične kiseline (gustina 1,1 g/ml) sa masenim udjelom hlorovodonika od 20%, a zatim je u dobivenu otopinu dodat višak željeza. Odredite sastav otopine (u težinskim %).

Rješenje

Napišimo jednadžbe reakcije prema uslovima zadatka: 8HCl + Fe 3 O 4 = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2). Znajući gustinu i volumen otopine klorovodične kiseline, možete pronaći njegovu masu: m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sol (HCl) = 150×1,1 = 165 g. Izračunajmo masu hlorovodonika: m(HCl) = m sol (HCl) ×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165×20%/100% = 33 g. Molarna masa (masa jednog mola) hlorovodonične kiseline, izračunata pomoću tabele hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev – 36,5 g/mol. Nađimo količinu hlorovodonika: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v(HCl) = 33/36,5 = 0,904 mol. Molarna masa (masa jednog mola) skale, izračunata pomoću tabele hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev – 232 g/mol. Nađimo količinu supstance skale: v(Fe 3 O 4) = 10/232 = 0,043 mol. Prema jednačini 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) = 1:8, dakle, v(HCl) = 8 v(Fe 3 O 4) = 0,344 mol. Tada će količina hlorovodonika izračunata jednadžbom (0,344 mol) biti manja od one naznačene u opisu problema (0,904 mol). Zbog toga je hlorovodonična kiselina u višku i dogodit će se druga reakcija: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). Odredimo količinu tvari željeznog klorida nastala kao rezultat prve reakcije (koristimo indekse za označavanje određene reakcije): v 1 (FeCl 2):v(Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol; v 1 (FeCl 3):v(Fe 2 O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol. Odredimo količinu hlorovodonika koja nije reagovala u reakciji 1 i količinu željezovog (II) hlorida nastalog tokom reakcije 3: v rem (HCl) = v(HCl) – v 1 (HCl) = 0,904 – 0,344 = 0,56 mol; v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) = 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol. Odredimo količinu FeCl 2 supstance koja nastaje tokom reakcije 2, ukupnu količinu FeCl 2 supstance i njenu masu: v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 mol; v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0,129 mol; v zbroj (FeCl 2) = v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 = 0,452 mol; m(FeCl 2) = v zbroj (FeCl 2) × M(FeCl 2) = 0,452 × 127 = 57,404 g. Odredimo količinu tvari i masu željeza koja je ušla u reakcije 2 i 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) = 1/2× v 2 (FeCl 3) = 0,043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol; v zbroj (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043+0,28 = 0,323 mol; m(Fe) = v zbroj (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g. Izračunajmo količinu tvari i masu vodika oslobođenog u reakciji 3: v(H 2) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol; m(H 2) = v(H 2) ×M(H 2) = 0,28 × 2 = 0,56 g. Određujemo masu rezultirajuće otopine m’sol i maseni udio FeCl 2 u njoj: m’ sol = m sol (HCl) + m(Fe 3 O 4) + m(Fe) – m(H 2);

Uvod

Proučavanje hemijskih svojstava pojedinih elemenata sastavni je deo predmeta hemije u savremenoj školi, koji omogućava, na osnovu induktivnog pristupa, da se napravi pretpostavka o karakteristikama hemijske interakcije elemenata na osnovu njihovih fizičkih i hemijskih karakteristika. karakteristike. Međutim, mogućnosti školske hemijske laboratorije ne dozvoljavaju nam uvijek u potpunosti da pokažemo ovisnost kemijskih svojstava elementa o njegovom položaju u periodičnom sistemu kemijskih elemenata i strukturnim karakteristikama jednostavnih supstanci.

Hemijska svojstva sumpora se koriste kako na početku kursa hemije da bi se pokazala razlika između hemijskih pojava i fizičkih, tako i prilikom proučavanja karakteristika pojedinih hemijskih elemenata. Smjernice najčešće preporučuju demonstriranje interakcije sumpora sa željezom, kao primjer kemijskih pojava i primjer oksidativnih svojstava sumpora. Ali u većini slučajeva ova reakcija se ili uopće ne javlja, ili se rezultati njenog nastanka ne mogu procijeniti golim okom. Različite opcije za izvođenje ovog eksperimenta često se odlikuju niskom ponovljivošću rezultata, što ne dozvoljava njihovu sistematsku upotrebu u karakterizaciji gore navedenih procesa. Stoga je relevantno tražiti opcije koje mogu pružiti alternativu demonstraciji procesa interakcije željeza sa sumporom, adekvatnu karakteristikama školskog kemijskog laboratorija.

Cilj: Istražiti mogućnost izvođenja reakcija koje uključuju interakciju sumpora s metalima u školskoj laboratoriji.

Zadaci:

Odrediti glavne fizičke i hemijske karakteristike sumpora;

Analizirati uslove za odvijanje i nastanak reakcija interakcije sumpora sa metalima;

Proučiti poznate metode za interakciju sumpora sa metalima;

Odaberite sisteme za provođenje reakcija;

Procijeniti adekvatnost odabranih reakcija uslovima školske hemijske laboratorije.

Predmet studija: reakcija između sumpora i metala

Predmet studija: izvodljivost reakcija interakcije sumpora sa metalima u školskoj laboratoriji.

hipoteza: Alternativa interakciji gvožđa sa sumporom u školskoj hemijskoj laboratoriji biće hemijska reakcija koja ispunjava zahteve jasnoće, ponovljivosti, relativne sigurnosti i dostupnosti reagujućih supstanci.

Želimo započeti naš rad kratkim opisom sumpora:

Pozicija u periodnom sistemu: sumpor je u periodu 3, grupa VI, glavna (A) podgrupa, pripada s-elementima.

Atomski broj sumpora je 16, dakle, naelektrisanje atoma sumpora je + 16, broj elektrona je 16. Tri elektronska nivoa na spoljašnjem nivou su 6 elektrona

Dijagram rasporeda elektrona po nivoima:

16S )))
2 8 6

Jezgro 32 S atoma sumpora sadrži 16 protona (jednako naboju jezgra) i 16 neutrona (atomska masa minus broj protona: 32 – 16 = 16).

Elektronska formula: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

Tabela 1

Vrijednosti jonizacijskih potencijala atoma sumpora

Potencijal jonizacije

Energija (eV)

Sumpor na hladnom prilično inertan (kombinuje se energetski samo sa fluor), ali kada se zagrije postaje vrlo kemijski aktivan - reagira s halogenima(osim joda), kiseonik, vodonik i sa skoro svim metalima. Kao rezultat reakcije potonji tip proizvodi odgovarajuća jedinjenja sumpora.

Reaktivnost sumpora, kao i bilo kojeg drugog elementa, pri interakciji s metalima ovisi o:

aktivnost reagujućih supstanci. Na primjer, sumpor će najaktivnije komunicirati s alkalnim metalima

na temperaturu reakcije. Ovo se objašnjava termodinamičkim karakteristikama procesa.

Termodinamička mogućnost spontanog odvijanja hemijskih reakcija u standardnim uslovima određena je standardnom Gibbsovom energijom reakcije:

ΔG 0 T< 0 – прямая реакция протекает

ΔG 0 T > 0 – direktna reakcija je nemoguća

na stepen mlevenja reagujućih supstanci, pošto i sumpor i metali reaguju uglavnom u čvrstom stanju.

Date su termodinamičke karakteristike nekih reakcija između sumpora i metala na slajdu 4

Iz tabele se vidi da je termodinamički moguća interakcija sumpora i sa metalima na početku serije napona i sa nisko aktivnim metalima.

Dakle, sumpor je prilično aktivan nemetal kada se zagrije, sposoban reagirati s metalima visoke aktivnosti (alkalni) i niske aktivnosti (srebro, bakar).

Proučavanje interakcije sumpora sa metalima

Izbor sistema za istraživanje

Za proučavanje interakcije sumpora sa metalima odabrani su sistemi koji su uključivali metale koji se nalaze na različitim mestima Beketovljeve serije i poseduju različite aktivnosti.

Kao uslovi odabira identifikovani su sledeći kriterijumi: brzina implementacije, jasnoća, kompletnost reakcije, relativna sigurnost, ponovljivost rezultata, supstance se moraju primetno razlikovati po fizičkim svojstvima, dostupnost supstanci u školskoj laboratoriji, postoje uspešni pokušaji prenosa van interakcije sumpora sa određenim metalima.

Da bi se procijenila ponovljivost reakcija, svaki eksperiment je izveden tri puta.

Na osnovu ovih kriterijuma za eksperiment su odabrani sledeći reakcioni sistemi:

SUMPOR I BAKAR Cu + S = CuS + 79 kJ/mol

Metodologija i očekivani efekat

Uzmite 4 g sumpora u prahu i sipajte u epruvetu. Zagrijte sumpor u epruveti do ključanja. Zatim uzmite bakarnu žicu i zagrijte je na vatri. Kada se sumpor otopi i proključa, stavite bakarnu žicu u njega

Očekivani rezultat:Epruveta je napunjena smeđim parama, žica se zagrijava i "gori" stvarajući krhki sulfid.

2. Interakcija sumpora sa bakrom.

Reakcija nije bila vrlo jasna; spontano zagrijavanje bakra također nije došlo. Prilikom dodavanja hlorovodonične kiseline nije uočeno značajno razvijanje gasa.

SUMPOR I GVOŽĐE Fe + S = FeS + 100,4 kJ/mol

Metodologija i očekivani efekat

Uzmite 4 g sumpora u prahu i 7 g gvožđa u prahu i promešajte. Dobijenu smjesu sipajte u epruvetu. Zagrijmo supstance u epruveti

Očekivani rezultat:Dolazi do snažnog spontanog zagrijavanja smjese. Dobijeni željezni sulfid se sinteruje. Supstanca se ne odvaja vodom i ne reaguje na magnet.

1. Interakcija sumpora sa gvožđem.

Gotovo je nemoguće izvesti reakciju za proizvodnju željeznog sulfida bez ostatka u laboratorijskim uvjetima; vrlo je teško odrediti kada su tvari u potpunosti reagirale; spontano zagrijavanje reakcione smjese nije uočeno. Dobivena supstanca je provjerena da se vidi da li je željezo sulfid. Za ovo smo koristili HCl. Kada smo ispustili hlorovodoničnu kiselinu na supstancu, ona je počela da se pjeni i oslobodio se sumporovodik.

SUMPOR I NATRIJUM 2Na + S = Na 2 S + 370,3 kJ/mol

Metodologija i očekivani efekat

Uzmite 4 g sumpora u prahu i sipajte u malter i dobro sameljite

Izrežite komad natrijuma težine oko 2 g. Odrežite oksidni film i sameljite ih zajedno.

Očekivani rezultat:Reakcija se odvija brzo i moguće je spontano sagorijevanje reagensa.

3. Interakcija sumpora sa natrijumom.

Interakcija sumpora sa natrijem je sama po sebi opasan i nezaboravan eksperiment. Nakon nekoliko sekundi trljanja proletjele su prve varnice, a natrijum i sumpor u malteru su se rasplamsali i počeli gorjeti. Kada proizvod stupi u interakciju sa klorovodičnom kiselinom, sumporovodik se aktivno oslobađa.

SUMPOR I CINK Zn + S = ZnS + 209 kJ/mol

Metodologija i očekivani efekat

Uzmite sumpor i cink u prahu, po 4 g, i pomiješajte tvari. Gotovu smjesu izlijte na azbestnu mrežicu. Donosimo vruću baklju do tvari

Očekivani rezultat:Reakcija se ne događa odmah, već burno i formira se zelenkasto-plavi plamen.

4. Interakcija sumpora sa cinkom.

Reakcija je vrlo teško započeti, njeno pokretanje zahtijeva upotrebu jakih oksidacijskih sredstava ili visoke temperature. Supstance pale zelenkasto-plavim plamenom. Kada se plamen ugasi, na ovom mjestu ostaje talog; pri interakciji sa hlorovodoničnom kiselinom, sumporovodik se lagano oslobađa.

SUMPOR I ALUMINIJUM 2Al + 3S = Al 2 S 3 + 509,0 kJ/mol

Metodologija i očekivani efekat

Uzmite sumpor u prahu težine 4 g i aluminijum težine 2,5 g i promiješajte. Dobivenu smjesu stavite na azbestnu mrežu. Zapaliti smjesu sa gorućim magnezijumom

Očekivani rezultat:Reakcija izaziva bljesak.

5. Interakcija sumpora sa aluminijumom.

Reakcija zahtijeva dodavanje jakog oksidacijskog sredstva kao inicijatora. Nakon paljenja sa zapaljenim magnezijem, pojavio se snažan bljesak žućkasto-bijele boje, sumporovodik se oslobađa prilično aktivno.

SUMPOR I MAGNEZIJUM Mg + S = MgS + 346,0 kJ/mol

Metodologija i očekivani efekat

Uzmite magnezijum strugotine 2,5 g i sumpor u prahu 4 g i promiješajte

Dobivenu smjesu stavite na azbestnu mrežu. Donesemo iver do rezultirajuće smjese.

Očekivani rezultat:Reakcija izaziva snažan bljesak.

4. Interakcija sumpora sa magnezijumom.

Reakcija zahtijeva dodavanje čistog magnezija kao inicijatora. Pojavljuje se snažan bljesak bjelkaste boje, sumporovodik se aktivno oslobađa.

Zaključak

Reakcija za proizvodnju željeznog sulfida nije završena, jer je ostao ostatak u obliku mješavine plastičnog sumpora i željeza.

Najaktivnije oslobađanje sumporovodika uočeno je u natrijum sulfidu i u magnezijum i aluminijum sulfidima.

Bakar sulfid je imao manje aktivno oslobađanje vodonik sulfida.

Provođenje eksperimenata za dobivanje natrijevog sulfida je opasno i ne preporučuje se u školskoj laboratoriji.

Reakcije za proizvodnju sulfida aluminijuma, magnezija i cinka najpogodnije su za izvođenje u školskim uslovima.

Očekivani i stvarni rezultati su se poklopili kada je sumpor stupio u interakciju sa natrijumom, magnezijumom i aluminijumom.

Zaključak

Uprkos postojećim preporukama za demonstriranje interakcije gvožđa sa sumporom kao primerom za ilustraciju hemijskih pojava i oksidativnih svojstava sumpora u srednjoškolskom kursu hemije, stvarna realizacija ovakvog eksperimenta često nije praćena vidljivim efektom.

Prilikom određivanja alternative ovoj demonstraciji odabrani su sistemi koji su ispunjavali zahtjeve vidljivosti, sigurnosti i dostupnosti reagujućih supstanci u školskoj laboratoriji. Kao moguće opcije odabrani su reakcioni sistemi sumpora sa bakrom, gvožđem, cinkom, magnezijumom, aluminijumom i natrijumom, što nam omogućava da procenimo efikasnost upotrebe reakcije sumpora sa različitim metalima kao demonstracionih eksperimenata na časovima hemije.

Na osnovu rezultata eksperimenata utvrđeno je da je za ove svrhe najoptimalnije koristiti reakcione sisteme sumpora sa metalima srednje visoke aktivnosti (magnezijum, aluminijum).

Na temelju provedenih eksperimenata kreiran je video koji demonstrira oksidativna svojstva sumpora na primjeru njegove interakcije s metalima, što omogućava opisivanje ovih svojstava bez provođenja eksperimenta u punoj mjeri. Kao dodatna pomoć napravljena je web stranica ( ), koji, između ostalog, predstavlja rezultate studije u vizuelnom obliku.

Rezultati studije mogu postati osnova za dublje proučavanje karakteristika hemijskih svojstava nemetala, hemijske kinetike i termodinamike.

Hemijska svojstva gvožđa Pogledajmo primjer njegove interakcije s tipičnim nemetalima - sumporom i kisikom.

Pomiješajte gvožđe i sumpor usitnjeni u prah u Petrijevoj posudi. Zagrijmo čeličnu iglu za pletenje u plamenu i dodirnimo je mješavinom reagensa. Burna reakcija između željeza i sumpora je praćena oslobađanjem toplinske i svjetlosne energije. Čvrsti proizvod interakcije ovih supstanci, gvožđe (II) sulfid, je crne boje. Za razliku od gvožđa, magnet ga ne privlači.

Gvožđe reaguje sa sumporom i formira gvožđe(II) sulfid. Kreirajmo jednačinu reakcije:

Reakcija gvožđa sa kiseonikom takođe zahteva prethodno zagrevanje. Sipajte kvarcni pijesak u posudu debelih stijenki. Zagrijmo gomilu vrlo tanke željezne žice - takozvane željezne vune - u plamenu plamenika. Stavite vruću žicu u posudu koja sadrži kisik. Gvožđe gori blistavim plamenom, raspršujući iskre - vruće čestice željeznog kamenca Fe 3 O 4.

Ista reakcija se dešava i na vazduhu, kada čelik postaje veoma vruć od trenja tokom obrade.

Kada gvožđe sagoreva u kiseoniku ili u vazduhu, formira se kamenac:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4, Materijal sa sajta

ili 3Fe + 2O 2 = FeO. Fe 2 O 3 .

Željezna ljuska je spoj u kojem željezo ima različite vrijednosti valencije.

Prolazak obje reakcije veze praćen je oslobađanjem toplinske i svjetlosne energije.

Na ovoj stranici nalazi se materijal o sljedećim temama:

• Kakva je reakcija željeznog sulfida s kisikom?

• Napišite jednačinu između željeza i sumpora

• Nivo reakcija gvožđa sa kiseonikom

• Primjer kemijske reakcije između željeza i sumpora

• Jednačina za interakciju kiseonika sa gvožđem

Pitanja o ovoj stavci:

Gvožđe je element bočne podgrupe osme grupe četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D.I. Mendeljejeva sa atomskim brojem 26. Označeno je simbolom Fe (lat. Ferrum). Jedan od najčešćih metala u zemljinoj kori (drugo mjesto nakon aluminija). Metal srednje aktivnosti, redukciono sredstvo.

Glavna oksidaciona stanja - +2, +3

Jednostavna supstanca gvožđe je savitljiv srebrno-beli metal sa visokom hemijskom reaktivnošću: gvožđe brzo korodira na visokim temperaturama ili visokoj vlažnosti u vazduhu. Gvožđe gori u čistom kiseoniku, au fino raspršenom stanju spontano se zapali u vazduhu.

Hemijska svojstva jednostavne supstance - gvožđa:

Rđanje i gorenje u kiseoniku

1) Na vazduhu, gvožđe lako oksidira u prisustvu vlage (rđanje):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Vruća željezna žica gori u kisiku, stvarajući kamenac - željezni oksid (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)

2) Na visokim temperaturama (700-900°C), gvožđe reaguje sa vodenom parom:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Gvožđe reaguje sa nemetalima kada se zagreje:

2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)

4) U nizu napona nalazi se lijevo od vodonika, reagira sa razrijeđenim kiselinama HCl i H 2 SO 4, te nastaju soli željeza(II) i oslobađa se vodonik:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reakcije se odvijaju bez pristupa zraka, inače se Fe +2 postepeno pretvara kisikom u Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (razrijeđeno) → FeSO 4 + H 2

U koncentriranim oksidirajućim kiselinama, željezo se otapa tek kada se zagrije; odmah se pretvara u Fe 3+ kation:

2Fe + 6H 2 SO 4 (konc.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (konc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(u hladnoj, koncentrovane azotne i sumporne kiseline pasivirati

Gvozdeni ekser uronjen u plavkastu otopinu bakrenog sulfata postupno postaje prevučen premazom od crvenog metalnog bakra.

5) Gvožđe istiskuje metale koji se nalaze desno od njega iz rastvora njihovih soli.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Amfoterna svojstva gvožđa pojavljuju se samo u koncentrisanim alkalijama tokom ključanja:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O= Na 2 ↓+ H 2

i formira se talog natrijum tetrahidroksoferata(II).

Tehnički hardver- legure gvožđa i ugljenika: liveno gvožđe sadrži 2,06-6,67% C, čelikaČesto su prisutni 0,02-2,06% C, druge prirodne nečistoće (S, P, Si) i umjetno uneseni specijalni aditivi (Mn, Ni, Cr), što daje legurama željeza tehnički korisna svojstva - tvrdoću, termičku i korozionu otpornost, kovljivost itd. . .

Proces proizvodnje gvožđa u visokim pećima

Proces visoke peći za proizvodnju livenog gvožđa sastoji se od sledećih faza:

a) priprema (prženje) sulfidnih i karbonatnih ruda - pretvaranje u oksidnu rudu:

FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2.800°C, -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2.500-600°C, -CO 2)

b) sagorevanje koksa vrućim mlazom:

C (koks) + O 2 (vazduh) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2 CO (700-1000 °C)

c) redukcija oksidne rude ugljičnim monoksidom CO uzastopno:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) karburizacija gvožđa (do 6,67% C) i topljenje livenog gvožđa:

Fe (t ) →(C(koka-kola)900-1200°C) Fe (tečnost) (liveno gvožđe, tačka topljenja 1145°C)

Liveno gvožđe uvek sadrži cementit Fe 2 C i grafit u obliku zrna.

Proizvodnja čelika

Pretvorba lijevanog željeza u čelik vrši se u posebnim pećima (konverterske, otvorenog ložišta, električne), koje se razlikuju po načinu grijanja; temperatura procesa 1700-2000 °C. Puhanje vazduha obogaćenog kiseonikom dovodi do sagorevanja viška ugljenika, kao i sumpora, fosfora i silicijuma u obliku oksida iz livenog gvožđa. U tom slučaju, oksidi se ili hvataju u obliku izduvnih plinova (CO 2, SO 2), ili se vezuju u šljaku koja se lako odvaja - mješavinu Ca 3 (PO 4) 2 i CaSiO 3. Za proizvodnju specijalnih čelika u peć se unose legirajući aditivi drugih metala.

Potvrdačisto željezo u industriji - elektroliza otopine željeznih soli, na primjer:

FeSl 2 → Fe↓ + Sl 2 (90°S) (elektroliza)

(postoje i druge posebne metode, uključujući redukciju željeznih oksida vodonikom).

Čisto željezo se koristi u proizvodnji specijalnih legura, u proizvodnji jezgri elektromagneta i transformatora, lijevano željezo - u proizvodnji odljevaka i čelika, čelik - kao konstrukcijski i alatni materijali, uključujući otpornost na habanje, toplinu i koroziju one.

Gvožđe(II) oksid F EO . Amfoterni oksid sa visokom dominacijom osnovnih svojstava. Crna, ima jonsku strukturu Fe 2+ O 2- . Kada se zagrije, prvo se raspada, a zatim se ponovo formira. Ne nastaje kada gvožđe gori na vazduhu. Ne reaguje sa vodom. Razlaže se kiselinama, stapa se sa alkalijama. Polako oksidira na vlažnom vazduhu. Redukovano vodonikom i koksom. Učestvuje u visokopećnom procesu topljenja gvožđa. Koristi se kao komponenta keramike i mineralnih boja. Jednačine najvažnijih reakcija:

4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)

FeO + 2HC1 (razrijeđen) = FeC1 2 + H 2 O

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

FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Na 4FeO3 (crveno.) trioksoferat(II)(400-500 °C)

FeO + H 2 =H 2 O + Fe (ekstra čist) (350°C)

FeO + C (koks) = Fe + CO (iznad 1000 °C)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900°C)

4FeO + 2H 2 O (vlaga) + O 2 (vazduh) →4FeO(OH) (t)

6FeO + O 2 = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)

Potvrda V laboratorije: termička razgradnja jedinjenja željeza (II) bez pristupa zraka:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 °C)

Digvožđe(III) oksid - gvožđe( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Dvostruki oksid. Crna, ima jonsku strukturu Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termički stabilan do visokih temperatura. Ne reaguje sa vodom. Razlaže se kiselinama. Redukovano vodonikom, vrućim gvožđem. Učestvuje u visokopećnom procesu proizvodnje livenog gvožđa. Koristi se kao komponenta mineralnih boja ( crveno olovo), keramika, obojeni cement. Proizvod specijalne oksidacije površine čeličnih proizvoda ( crnjenje, plavilo). Sastav odgovara smeđoj rđi i tamnoj ljusci na željezu. Ne preporučuje se upotreba bruto formule Fe 3 O 4. Jednačine najvažnijih reakcija:

2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (iznad 1538 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8NS1 (dil.) = FeS1 2 + 2FeS1 3 + 4N 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (konc.) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (vazduh) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 °C)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (ekstra čist, 1000 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800°C)

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 °C, 560-700 °C)

Potvrda: sagorevanje gvožđa (vidi) u vazduhu.

magnetit.

Gvožđe(III) oksid F e 2 O 3 . Amfoterni oksid sa dominantnim osnovnim svojstvima. Crveno-braon, ima jonsku strukturu (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termički stabilan do visokih temperatura. Ne nastaje kada gvožđe gori na vazduhu. Ne reaguje sa vodom, iz rastvora se taloži smeđi amorfni hidrat Fe 2 O 3 nH 2 O. Reaguje sporo sa kiselinama i alkalijama. Redukovano ugljen monoksidom, rastopljenim gvožđem. Osigurava se sa oksidima drugih metala i formira dvostruke okside - spineli(tehnički proizvodi se nazivaju feritima). Koristi se kao sirovina pri taljenju livenog gvožđa u procesu visoke peći, katalizator u proizvodnji amonijaka, komponenta keramike, obojenih cementa i mineralnih boja, u termitnom zavarivanju čeličnih konstrukcija, kao nosilac zvuka i slika na magnetnim trakama, kao sredstvo za poliranje čelika i stakla.

Jednačine najvažnijih reakcija:

6Fe 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °C)

Fe 2 O 3 + 6NS1 (dil.) →2FeS1 3 + ZN 2 O (t) (600°S,r)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (konc.) →H 2 O+ 2 NAFeO 2 (crveno)dioksoferat (III)

Fe 2 O 3 + MO=(M II Fe 2 II I)O 4 (M=Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (ekstra čist, 1050-1100 °C)

Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)

3Fe 2 O 3 + CO = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400-600 °C)

Potvrda u laboratoriji - termička razgradnja soli željeza (III) u zraku:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)

4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)

U prirodi - rude željeznog oksida hematit Fe 2 O 3 i limonit Fe 2 O 3 nH 2 O

Gvožđe(II) hidroksid F e(OH) 2 . Amfoterni hidroksid sa dominantnim osnovnim svojstvima. Bijele (ponekad zelenkaste), Fe-OH veze su pretežno kovalentne. Termički nestabilan. Lako oksidira na zraku, posebno kada je vlažan (potamni). Nerastvorljivo u vodi. Reaguje sa razrijeđenim kiselinama i koncentriranim alkalijama. Tipičan reduktor. Intermedijarni proizvod u rđenju željeza. Koristi se u proizvodnji aktivne mase željezo-nikl baterija.

Jednačine najvažnijih reakcija:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C, atm.N 2)

Fe(OH) 2 + 2HC1 (razd.) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (plavo-zeleno) (ključanje)

4Fe(OH) 2 (suspenzija) + O 2 (vazduh) →4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe(OH) 2 (suspenzija) +H 2 O 2 (razrijeđen) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + KNO 3 (konc.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)

Potvrda: taloženje iz rastvora sa alkalijama ili amonijačnim hidratom u inertnoj atmosferi:

Fe 2+ + 2OH (razd.) = Fe(OH) 2 ↓

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

Gvožđe metahidroksid F eO(OH). Amfoterni hidroksid sa dominantnim osnovnim svojstvima. Svijetlo smeđe, Fe - O i Fe - OH veze su pretežno kovalentne. Kada se zagreje, raspada se bez topljenja. Nerastvorljivo u vodi. Iz rastvora se taloži u obliku smeđeg amorfnog polihidrata Fe 2 O 3 nH 2 O, koji se, čuvanjem u razblaženom alkalnom rastvoru ili nakon sušenja, pretvara u FeO(OH). Reaguje sa kiselinama i čvrstim alkalijama. Slabo oksidaciono i redukciono sredstvo. Sinterovano sa Fe(OH) 2. Intermedijarni proizvod u rđenju željeza. Koristi se kao osnova za žute mineralne boje i emajle, apsorber za otpadne gasove i katalizator u organskoj sintezi.

Jedinjenje sastava Fe(OH) 3 je nepoznato (nije dobijeno).

Jednačine najvažnijih reakcija:

Fe 2 O 3 . nH 2 O→( 200-250 °C, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700° C na zraku, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO(OH) + ZNS1 (razd.) = FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-koloid(NaOH (konc.))

FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH) 6 ]bijela, Na 5 i K 4 respektivno; u oba slučaja se taloži plavi produkt istog sastava i strukture, KFe III. U laboratoriji se ovaj talog naziva pruska plava, ili turnbull blue:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Hemijski nazivi početnih reagensa i produkta reakcije:

K 3 Fe III - kalijum heksacijanoferat (III)

K 4 Fe III - kalijum heksacijanoferat (II)

KFe III - gvožđe (III) kalijum heksacijanoferat (II)

Osim toga, dobar reagens za Fe 3+ ione je tiocijanatni jon NSS -, s njim se kombinira željezo (III) i pojavljuje se svijetlo crvena („krvava“) boja:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Ovaj reagens (na primjer, u obliku KNCS soli) može čak otkriti tragove željeza (III) u vodi iz slavine ako prođe kroz željezne cijevi obložene hrđom iznutra.