Osnovna hemijska svojstva gvožđa. Iron

17. d -elementi Gvožđe, opšte karakteristike, svojstva. Oksidi i hidroksidi, karakteristike CO i OM, biouloga, sposobnost formiranja kompleksa.

1. Opće karakteristike.

Iron - d-element bočne podgrupe osme grupe četvrtog perioda PSHE sa atomskim brojem 26.

Jedan od najčešćih metala u zemljinoj kori (drugo mjesto nakon aluminija).

Jednostavna supstanca gvožđe je savitljiv srebrno-beli metal sa visokom hemijskom reaktivnošću: gvožđe brzo korodira na visokim temperaturama ili visokoj vlažnosti u vazduhu.

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

Gvožđe gori u čistom kiseoniku, au fino raspršenom stanju spontano se zapali u vazduhu.

3Fe + 2O2 = FeO + Fe2O3

3Fe + 4H2O = FeO*Fe2O3

FeO*Fe2O3 = Fe3O4 (željezna skala)

Zapravo, gvožđem se obično nazivaju njegove legure sa niskim sadržajem nečistoća (do 0,8%), koje zadržavaju mekoću i duktilnost čistog metala. Ali u praksi se češće koriste legure željeza s ugljikom: čelik (do 2,14 tež.% ugljika) i liveno željezo (više od 2,14 tež.% ugljika), kao i nehrđajući (legirani) čelik s dodacima legirajućih metala (hrom, mangan, nikl, itd.). Kombinacija specifičnih svojstava gvožđa i njegovih legura čine ga „metalom br. 1“ po važnosti za ljude.

U prirodi se željezo rijetko nalazi u čistom obliku, najčešće se nalazi u željezo-nikl meteoritima. Obilje gvožđa u zemljinoj kori iznosi 4,65% (4. mesto posle O, Si, Al). Također se vjeruje da željezo čini većinu Zemljinog jezgra.

2.Properties

1.Physical St. Gvožđe je tipičan metal, u slobodnom stanju je srebrno-bele boje sa sivkastom nijansom. Čisti metal je duktilan; razne nečistoće (posebno ugljenik) povećavaju njegovu tvrdoću i lomljivost. Ima izražena magnetna svojstva. Često se razlikuje takozvana „gvozdena trijada“ - grupa od tri metala (gvožđe Fe, kobalt Co, nikal Ni) sa sličnim fizičkim svojstvima, atomskim radijusima i vrednostima elektronegativnosti.

2.Chemical St.

Oksidacijsko stanje	Oksid	hidroksid	karakter	Bilješke
			Slabo osnovno
			Vrlo slaba baza, ponekad amfoterna
	Nije dobila	*	Kiselina	Jako oksidaciono sredstvo

Gvožđe karakterišu oksidaciona stanja gvožđa - +2 i +3.

Oksidacijsko stanje +2 odgovara crnom oksidu FeO i zelenom hidroksidu Fe(OH) 2. Oni su osnovne prirode. U solima je Fe(+2) prisutan kao kation. Fe(+2) je slab redukcioni agens.

Oksidacijsko stanje +3 odgovara crveno-smeđem oksidu Fe 2 O 3 i smeđem hidroksidu Fe(OH) 3. Oni su amfoterne prirode, iako kiseli, a njihova osnovna svojstva su slabo izražena. Dakle, Fe 3+ joni su potpuno hidroliziratičak i u kiseloj sredini. Fe(OH) 3 se rastvara (i tada ne u potpunosti) samo u koncentriranim alkalijama. Fe 2 O 3 reaguje sa alkalijama samo pri fuziji, dajući feriti(formalne kisele soli kiseline HFeO 2, koja ne postoji u slobodnom obliku):

Gvožđe (+3) najčešće ispoljava slaba oksidaciona svojstva.

Stanja oksidacije +2 i +3 lako se međusobno mijenjaju kada se promijene redoks uslovi.

Pored toga, postoji oksid Fe 3 O 4, formalno oksidaciono stanje gvožđa u kojem je +8/3. Međutim, ovaj oksid se može smatrati i željeznim (II) feritom Fe +2 (Fe +3 O 2) 2.

Takođe postoji oksidaciono stanje od +6. Odgovarajući oksid i hidroksid ne postoje u slobodnom obliku, ali se dobijaju soli - ferati (npr. K 2 FeO 4). Gvožđe (+6) je u njima prisutno u obliku anjona. Ferati su jaki oksidanti.

Čisto metalno gvožđe je stabilno u vodi i u razblaženim rastvorima alkalije. Gvožđe se ne otapa u hladnoj koncentriranoj sumpornoj i azotnoj kiselini zbog pasivizacije površine metala jakim oksidnim filmom. Vruća koncentrirana sumporna kiselina, kao jači oksidacijski agens, stupa u interakciju sa željezom.

WITH sol i razrijeđen (približno 20%) sumpor kiseline gvožđe reaguje da formira soli gvožđa(II):

Kada gvožđe reaguje sa približno 70% sumporne kiseline nakon zagrevanja, reakcija nastavlja da se formira gvožđe(III) sulfat:

3.Oksidi i hidroksidi, karakteristike CO i OM...

Jedinjenja gvožđa(II).

Gvožđe(II) oksid FeO ima osnovna svojstva, njemu odgovara baza Fe(OH) 2. Soli gvožđa (II) imaju svetlo zelenu boju. Kada se čuvaju, posebno na vlažnom vazduhu, postaju smeđi usled oksidacije u gvožđe (III). Isti proces se dešava i kod skladištenja vodenih rastvora soli gvožđa(II):

Stabilan od soli gvožđa(II) u vodenim rastvorima Mohrova so- dvostruki amonijum i gvožđe(II) sulfat (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.

Reagens za Fe 2+ jone u rastvoru može biti kalijum heksacijanoferat(III) K 3 (crvena krvna sol). Kada Fe 2+ i 3− joni interaguju, formira se talog turnbull blue:

Za kvantitativno određivanje gvožđa (II) u rastvoru koristite fenantrolin, formirajući crveni kompleks FePhen 3 sa željezom (II) u širokom rasponu pH (4-9)

Jedinjenja gvožđa(III).

Gvožđe(III) oksid Fe 2 O 3 slab amfoterično, na njega odgovara još slabija baza od Fe(OH) 2, Fe(OH) 3, koja reaguje sa kiselinama:

Fe 3+ soli su sklone stvaranju kristalnih hidrata. U njima je ion Fe 3+ obično okružen sa šest molekula vode. Takve soli imaju ružičastu ili ljubičastu boju.Jon Fe 3+ se potpuno hidrolizira čak iu kiseloj sredini. Pri pH>4 ovaj ion se skoro potpuno istaloži kao Fe(OH) 3:

Parcijalnom hidrolizom Fe 3+ jona nastaju polinuklearni okso- i hidroksokacioni kationi, zbog čega rastvori postaju smeđi.Glavna svojstva gvožđe(III) hidroksida Fe(OH) 3 su veoma slabo izražena. Sposoban je reagirati samo s koncentriranim otopinama alkalija:

Nastali hidrokso kompleksi gvožđa(III) stabilni su samo u jako alkalnim rastvorima. Kada se rastvori razblaže vodom, oni se uništavaju, a Fe(OH) 3 precipitira.

Kada je legiran sa alkalijama i oksidima drugih metala, Fe 2 O 3 formira različite feriti:

Jedinjenja željeza(III) u otopinama reduciraju se metalnim željezom:

Gvožđe(III) je sposobno da formira dvostruke sulfate sa jednostrukim nabojem katjoni tip alum, na primjer, KFe(SO 4) 2 - gvožđe-kalijum alum, (NH 4) Fe(SO 4) 2 - gvožđe-amonijum stipsa, itd.

Za kvalitativnu detekciju jedinjenja gvožđa(III) u rastvoru koristi se kvalitativna reakcija Fe 3+ jona sa tiocijanat ionima SCN − . Kada ioni Fe 3+ stupe u interakciju sa SCN − anjonima, nastaje mješavina svijetlocrvenih kompleksa željeznih tiocijanatnih 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Sastav smjese (a samim tim i intenzitet njene boje) ovisi o različitim faktorima, stoga ova metoda nije primjenjiva za precizno kvalitativno određivanje željeza.

Još jedan visokokvalitetni reagens za Fe 3+ ione je kalijum heksacijanoferat(II) K 4 (žuta krvna sol). Kada Fe 3+ i 4− joni interaguju, formira se svetloplavi talog pruska plava:

Jedinjenja gvožđa(VI).

Ferrate- soli željezne kiseline H 2 FeO 4 koja ne postoji u slobodnom obliku. To su jedinjenja ljubičaste boje, koja po oksidativnim svojstvima podsjećaju na permanganate, a po rastvorljivosti na sulfate. Ferati nastaju djelovanjem plina hlor ili ozona za suspendovani Fe(OH) 3 u alkalijama , na primjer, kalijev ferat(VI) K 2 FeO 4 . Ferati su obojeni ljubičastom bojom.

Ferate se takođe mogu nabaviti elektroliza 30% alkalni rastvor na gvozdenoj anodi:

Ferati su jaki oksidanti. U kiseloj sredini se razgrađuju oslobađanjem kiseonika:

Oksidirajuća svojstva ferata se koriste za dezinfekcija vode.

4.Biorole

1) U živim organizmima gvožđe je važan element u tragovima koji katalizuje procese razmene kiseonika (disanje).

2) Gvožđe se obično nalazi u enzimima u obliku kompleksa, a posebno se ovaj kompleks nalazi u hemoglobinu, najvažnijem proteinu koji obezbeđuje transport kiseonika u krvi do svih organa čoveka i životinja. I on je taj koji boji krv u njenu karakterističnu crvenu boju.

4) Prekomjerna doza željeza (200 mg i više) može imati toksični učinak. Predoziranje gvožđem inhibira antioksidativni sistem organizma, pa se zdravim osobama ne preporučuje uzimanje preparata gvožđa.

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);

Ciljevi lekcije:

• Upoznati učenike sa elementom sekundarne grupe periodnog sistema - gvožđem, njegovom strukturom, osobinama.
• Znati lokaciju gvožđa u prirodi, metode dobijanja, primjenu, fizička svojstva.
• Biti u stanju okarakterizirati željezo kao element sekundarne podgrupe.
• Znati dokazati hemijska svojstva željeza i njegovih spojeva, napisati jednadžbe reakcija u molekularnom, ionskom, redoks obliku.
• Razvijati vještine učenika u sastavljanju jednadžbi reakcija koje uključuju željezo, formirati znanje učenika o kvalitativnim reakcijama na jone željeza.
• Negujte interesovanje za predmet.

Oprema: gvožđe (prašak, igla, ploča), sumpor, boca kiseonika, hlorovodonična kiselina, gvožđe(II) sulfat, gvožđe(III) hlorid, natrijum hidroksid, crvene i žute krvne soli.

TOKOM NASTAVE

I. Organizacioni momenat

II. Provjera domaćeg

III. Učenje novog gradiva

1. Uvod nastavnika.

– Značaj gvožđa u životu, njegova uloga u istoriji civilizacije. Jedan od najčešćih metala u zemljinoj kori je gvožđe. Počeo se koristiti mnogo kasnije od drugih metala (bakar, zlato, cink, olovo, kalaj), što je najvjerovatnije zbog male sličnosti željezne rude sa metalom. Primitivnim ljudima bilo je vrlo teško shvatiti da se iz rude može dobiti metal, koji se može uspješno koristiti u proizvodnji raznih predmeta, zbog nedostatka alata i potrebnih uređaja za organizaciju takvog procesa. Prošlo je dosta vremena prije nego što je čovjek naučio vaditi željezo iz rude i od nje praviti čelik i liveno gvožđe.
U ovom trenutku, željezne rude su neophodna sirovina za crnu metalurgiju, one minerale bez kojih ne može ni jedna razvijena industrijska zemlja. Godišnja svjetska proizvodnja željezne rude iznosi oko 350.000.000 tona. Koriste se za topljenje gvožđa (sadržaj ugljenika 0,2-0,4%), livenog gvožđa (2,5-4% ugljenika), čelika (2,5-1,5% ugljenika).Čelik ima najširu upotrebu u industriji od gvožđa i livenog gvožđa, koji se zašto postoji veća potražnja za njenim topljenjem.
Za topljenje lijevanog željeza iz željeznih ruda koriste se visoke peći koje rade na ugljen ili koks; čelik i željezo se tope od lijevanog željeza u reverberacijskim otvorenim pećima, Bessemerovim pretvaračima ili Thomasovom metodom.
Crni metali i njihove legure su od velikog značaja u životu i razvoju ljudskog društva. Od gvožđa se izrađuju sve vrste kućnih i potrošačkih predmeta. Stotine miliona tona čelika i livenog gvožđa koriste se za izgradnju brodova, aviona, železničkog transporta, automobila, mostova, železnica, raznih zgrada, opreme i ostalog. Ne postoji grana poljoprivrede i industrije u kojoj se ne koriste željezo i njegove različite legure.
Nekoliko minerala koji se obično nalaze u prirodi koji sadrže željezo su željezna ruda. Takvi minerali uključuju: smeđu željeznu rudu, hematit, magnetit i druge koji formiraju velike naslage i zauzimaju ogromna područja.
Hemijski odnos magnetita ili magnetne željezne rude, koja ima željezno-crnu boju i jedinstveno svojstvo - magnetizam, je spoj koji se sastoji od željeznog oksida i željeznog oksida. U prirodnom okruženju može se naći kako u obliku zrnastih ili čvrstih masa, tako iu obliku dobro oblikovanih kristala. Željezna ruda je najbogatija udjelom metalnog željeza u magnetitu (do 72%).
Najveća nalazišta magnetitnih ruda u našoj zemlji nalaze se na Uralu, u planinama Vysokaya, Blagodat, Magnitnaya, u nekim područjima Sibira - sliv rijeke Angara, Mountain Shoria, na teritoriji poluostrva Kola.

2. Radite sa razredom. Karakteristike gvožđa kao hemijskog elementa

a) Pozicija u periodnom sistemu:

Vježba 1. Odredite položaj gvožđa u periodnom sistemu?

odgovor: Gvožđe se nalazi u 4. velikom periodu, parni red, 8. grupa, mala grupa.

b) struktura atoma:

Zadatak 2. Nacrtajte sastav i strukturu atoma željeza, elektronsku formulu i ćelije.

odgovor: Fe +3 2) 8) 14) 2)metal

p = 26
e = 26
n = (56 – 26) = 30

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Pitanje. Na kojim slojevima gvožđa se nalaze valentni elektroni? Zašto?

Odgovori. Valentni elektroni se nalaze na posljednjem i pretposljednjem sloju, jer je to element sekundarne podgrupe.

Gvožđe je klasifikovano kao d-element, deo je trijade elemenata - metali (Fe-Co-Ni);

c) redoks svojstva gvožđa:

Pitanje.Šta je gvožđe - oksidaciono ili redukciono sredstvo? Koja oksidaciona stanja i valenciju pokazuje?

odgovor:

Fe 0 – 2e = Fe +3) redukciono sredstvo
Fe 0 – 3e = Fe +3
s.o.+ 2,+ 3; valencija = II i III, valencija 7 – ne pokazuje;

d) jedinjenja gvožđa:

FeO – osnovni oksid
Fe(OH) 2 – nerastvorljiva baza
Fe 2 O 3 – oksid sa znacima amfoternosti
Fe(OH) 3 – baza sa znacima amfoternosti
Hlapljiva vodonikova jedinjenja nisu.

d) boravak u prirodi.

Gvožđe je drugi najzastupljeniji metal u prirodi (posle aluminijuma). U slobodnom stanju gvožđe se nalazi samo u meteoritima. Najvažnija prirodna jedinjenja:

FeO*3HO – smeđa željezna ruda,
FeO – crvena željezna ruda,
FeO (FeO*FeO) – magnetna željezna ruda,
FeS – željezni pirit (pirit)

Jedinjenja željeza nalaze se u živim organizmima.

3. Karakteristike jednostavne supstance gvožđa

a) molekularna struktura, vrsta veze, tip kristalne rešetke; (nezavisno)

b) fizička svojstva gvožđa

Gvožđe je srebrno-sivi metal koji ima veliku savitljivost, duktilnost i jaka magnetna svojstva. Gustina gvožđa je 7,87 g/cm 3, tačka topljenja je 1539 t o C.

c) hemijska svojstva gvožđa:

Atomi željeza doniraju elektrone u reakcijama i pokazuju oksidaciona stanja od + 2, + 3, a ponekad i + 6.
U reakcijama, željezo je redukcijski agens. Međutim, na uobičajenim temperaturama ne stupa u interakciju čak ni s najaktivnijim oksidantima (halogeni, kisik, sumpor), ali kada se zagrije postaje aktivan i reagira s njima:

2Fe +3Cl 2 = 2FeCl 3 Gvožđe(III) hlorid
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) Gvožđe(III) oksid
Fe +S = FeS Gvožđe(II) sulfid

Na veoma visokim temperaturama, gvožđe reaguje sa ugljenikom, silicijumom i fosforom.

3Fe + C = Fe 3 C Gvozdeni karbid (cementit)
3Fe + Si = Fe 3 Si Željezni silicid
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 Gvožđe fosfid

Gvožđe reaguje sa složenim supstancama.
U vlažnom vazduhu, gvožđe brzo zakiseli (korodira):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
Rust

Gvožđe je u sredini elektrohemijskog naponskog niza metala, stoga je metal prosječna aktivnost. Redukciona sposobnost gvožđa je manja od sposobnosti alkalnih, zemnoalkalnih metala i aluminijuma. Samo pri visokim temperaturama vruće gvožđe reaguje sa vodom:

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2

Željezo reagira s razrijeđenom sumpornom i hlorovodoničnom kiselinom, istiskujući iz njih vodik:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H 2 0

Na uobičajenim temperaturama gvožđe ne stupa u interakciju sa koncentrovanom sumpornom kiselinom, jer se njome pasivira. Kada se zagreje, koncentrovana sumporna kiselina oksidira gvožđe u gvožđe(III) sulfat:

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

Razrijeđena dušična kiselina oksidira željezo u željezo(III) nitrat:

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

Koncentrirana dušična kiselina pasivira željezo.

Iz otopina soli željezo istiskuje metale koji se nalaze desno od njega u elektrohemijskom naponskom nizu:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,

d) upotreba gvožđa (na svoju ruku)

e) primanje (zajedno sa studentima)

U industriji se željezo dobija redukcijom iz željeznih ruda ugljikom (koksom) i ugljičnim monoksidom (II) u visokim pećima.
Hemijski proces u visokoj peći je sljedeći:

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

4. Jedinjenja gvožđa

Hemijska svojstva ovih jedinjenja.

Dodatak. Jedinjenja željeza(II) su nestabilna, mogu oksidirati i pretvoriti se u jedinjenja željeza(III).

Fe +2 Cl 2 + Cl 2 = Fe +3 Cl 3 čine redoks kuću
Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 = Fe +3 (OH) 3 šeme, izjednačiti.

Hemijska svojstva ovih jedinjenja

Također, kvalitativna reakcija na Fe +2 je reakcija soli željeza(II) sa supstancom koja se zove crvena krvna sol K3 - ovo je složeno jedinjenje.

3FeCl + 2K 3 = Fe 3)