Metode za dobijanje hemije gvožđa. Hemijska i fizička svojstva željeza

Gvožđe je element sekundarne 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. U čistom kiseoniku gvožđe gori, au fino raspršenom stanju se spontano pali na vazduhu.

Hemijska svojstva jednostavne supstance - gvožđa:

Rđanje i gorenje u kiseoniku

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

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Zagrijana 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 s razrijeđenim kiselinama Hcl i H 2 SO 4, pri čemu 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 (dif.) → FeSO 4 + H 2

U koncentriranim oksidirajućim kiselinama željezo se otapa tek kada se zagrije, odmah prelazi 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 postepeno se prekriva premazom od crvenog metalnog bakra.

5) Gvožđe istiskuje metale desno od sebe u rastvorima njihovih soli.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Amfoternost gvožđa se manifestuje samo u koncentrisanim alkalijama tokom ključanja:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2

i formira se talog natrijum tetrahidroksoferata(II).

Tehničko gvožđe- legure gvožđa sa ugljenikom: 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 proizvodnje željeza u visokoj peći sastoji se od sljedećih 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 sa vrućim udarom:

C (koks) + O 2 (vazduh) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (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°S) Fe (g) (lijevano željezo, t pl 1145°C)

U livenom gvožđu cementit Fe 2 C i grafit su uvek prisutni u obliku zrna.

Proizvodnja čelika

Preraspodjela lijevanog željeza u čelik vrši se u posebnim pećima (konverterskim, otvorenim, električnim), koje se razlikuju po načinu grijanja; temperatura procesa 1700-2000 °C. Puhanjem zraka obogaćenog kisikom sagorijeva se višak ugljika iz lijevanog željeza, kao i sumpor, fosfor i silicijum u obliku oksida. U ovom slučaju, oksidi se ili hvataju u obliku izduvnih plinova (CO 2, SO 2), ili se vezuju u lako odvojivu trosku - mješavinu Ca 3 (PO 4) 2 i CaSiO 3. Da bi se dobili posebni čelici, u peć se unose legirajući aditivi drugih metala.

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

FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elektroliza)

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

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

Gvožđe(II) oksid F EO . Amfoterni oksid sa velikom dominacijom osnovnih svojstava. Crna, ima jonsku strukturu Fe 2+ O 2-. Kada se zagreje, prvo se raspada, a zatim ponovo formira. Ne nastaje tokom sagorevanja gvožđa u vazduhu. Ne reaguje sa vodom. Razložena kiselinama, spojena sa alkalijama. Polako oksidira na vlažnom vazduhu. Oporavljen vodonikom, 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 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (konc.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Na 4FeO3 (crveno.) trioksoferat(II)(400-500 °S)

FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (visoke čistoće) (350 ° C)

FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (iznad 1000 ° C)

FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)

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

6FeO + O 2 \u003d 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 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)

FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° C)

Digvožđev oksid (III) - 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. Razložena kiselinama. Redukuje ga vodonik, usijano gvožđe. Učestvuje u visokopećnom procesu proizvodnje gvožđa. Koristi se kao komponenta mineralnih boja ( minimalno gvožđe), keramika, obojeni cement. Proizvod posebne oksidacije površine čeličnih proizvoda ( crnjenje, plavilo). Sastav odgovara smeđoj rđi i tamnoj ljusci na željezu. Upotreba formule Fe 3 O 4 se ne preporučuje. Jednačine najvažnijih reakcija:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (iznad 1538 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (dif.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (konc.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (vazduh) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (visoke čistoće, 1000 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (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 tokom sagorevanja gvožđa u vazduhu. Ne reaguje sa vodom, iz rastvora se taloži smeđi amorfni hidrat Fe 2 O 3 nH 2 O. Polako reaguje sa kiselinama i alkalijama. Smanjuje se ugljičnim monoksidom, rastopljenim željezom. Legira sa oksidima drugih metala i formira dvostruke okside - spineli(tehnički proizvodi se nazivaju feritima). Koristi se kao sirovina za topljenje željeza u visokoj peći, kao katalizator u proizvodnji amonijaka, kao komponenta keramike, obojenih cementa i mineralnih boja, u termitnom zavarivanju čeličnih konstrukcija, kao nosač zvuka i slike. na magnetnim trakama, kao sredstvo za poliranje čelika i stakla.

Jednačine najvažnijih reakcija:

6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° C)

Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 °C, p)

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

Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M = Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (visoko čist, 1050-1100 ° C)

Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)

3Fe 2 O 3 + CO \u003d 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 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° C)

4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe 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 sa zelenkastom nijansom), Fe-OH veze su pretežno kovalentne. Termički nestabilan. Lako oksidira na zraku, posebno kada je mokar (potamni). Nerastvorljivo u vodi. Reaguje sa razrijeđenim kiselinama, koncentriranim alkalijama. Tipičan restaurator. Intermedijarni proizvod u rđenju željeza. Koristi se u proizvodnji aktivne mase željezo-nikl baterija.

Jednačine najvažnijih reakcija:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, u atm.N 2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d 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 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (konc.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° C)

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

Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4

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. Precipitira iz rastvora u obliku smeđeg amorfnog polihidrata Fe 2 O 3 nH 2 O, koji se, kada se drži u razblaženom alkalnom rastvoru ili kada se osuši, pretvara u FeO (OH). Reaguje sa kiselinama, 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, kao apsorber izduvnih gasova, kao katalizator u organskoj sintezi.

Sastav veze Fe(OH) 3 nije poznat (nije primljen).

Jednačine najvažnijih reakcija:

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

FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d 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 - heksacijanoferat (II) gvožđe (III) kalijum

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

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Sa ovim reagensom (na primjer, u obliku KNCS soli), čak se i tragovi željeza (III) mogu otkriti u vodi iz slavine ako prođe kroz željezne cijevi prekrivene hrđom iznutra.

Postajem dobro. iz ruda izmišljen je u zap. dijelovi Azije u 2. milenijumu prije nove ere. e.; nakon toga primjena rasprostranjena u Babilonu, Egiptu, Grčkoj; za zamjenu bronzanih, c. gvožđe je ušlo. Prema sadržaju u litosferi (4,65 tež.%) Dobro. zauzima 2. mjesto među metalima (na 1. aluminij) i čini cca. 300 minerala (oksidi, sulfidi, silikati, karbonati, itd.).
Zh. može postojati u obliku tri alo-ropica. modifikacije: a-Fe sa bcc, y-Fe sa fcc i 8-Fe sa bcc kristalnim. rešetke; a-Fe je feromagnetičan do 769 "C (Kirijeva tačka). Modifikacije y ~ Fe i b-Fe su paramagnetne. Polimorfne transformacije gvožđa i čelika tokom zagrevanja i hlađenja otkrio je 1868. D.K. Černov. Fe pokazuje promenljivu valentnost ( jedinjenja 2- i 3-valentnog ulja su najstabilnija.) Sa kiseonikom, ulje formira okside FeO, Fe2O3 i Fe3O4.< 0,01 мае %) 7,874 г/ /см3, /т=1539"С, /КИЛ*3200«С.
Zh. - najvažniji metal moderne tehnologije. U svom čistom obliku zbog niske čvrstoće. praktično nije korišteno Main masaža. Koristi se u obliku legura koje se vrlo razlikuju po sastavu i St. Za udio legura čini ~95% svih metala. proizvodi.
Čisti Fe se dobija u relativno malim količinama elektrolizom vodenih rastvora njegovih soli ili redukcijom vodonikom. Dosta. cisto dobiti direktnu restauraciju. ne-srednji iz koncentrata rude (zaobilazeći domenu, peć), vodonika, prirode, plina ili uglja na niskoj temperaturi (spužvasti Fe, željezni prah, metalizirani peleti):

Spužvasto gvožđe - porozna masa sa visokim sadržajem gvožđa, dobiti. redukcija oksida na /< /пл. Сырье - ж. руда, окатыши, железорудный концентрат и прокатная окалина , а восстановитель -углерод (некоксующийся уголь , антрацит , торф, сажа), газы (водород, конверторов., природ, и др. горючие газы) или их сочетание. Г. ж. для выплавки качеств, стали в электропечах, должно иметь степень металлизации рем/реобш ^ 85 % (желат. 92-95 %) и пустой породы < 4-5 %. Содержание углерода зависит от способа произ-ва г. ж. В процессах FIOR, SL-RN и HIB получают г. ж. с 0,2-0,7 % С, в процессе Midrex 0,8-2,5 % С. При газ. восстановлении содерж. 0,01-0,015 % S. Фосфор присутствует в виде оксидов и после расплавления переходит в шлак. Из г. ж., получаемого способами H-Iron, Heganes и Сулинского мет. з-да с 97-99 % FeM механич. измельчением с последующим отжигом изготовляют жел. порошок. Общая пористость г. ж. из руды - 45- 50 %, из окатышей 45-70 %. Насыпная масса - 1,6-2,1 т/м3. Для г. ж. характерна большая уд. поверхность , к-рая, включая внутр. пов-ть открытых пор, сост. 0,2-1 М3/г. Г. ж. имеет по-выш. склонность к вторичному окислению. При темп-pax в печи ниже 550-575 °С охлажд. металлизов. продукт пирофорен (самовозгорается на воздухе при комн. темп-ре). В совр. процессах г. ж. получают при / >700 °C, što smanjuje njegovu aktivnost i omogućava skladištenje na zraku (u nedostatku vlage) bez primjetnog smanjenja stepena metalizacije. G. Zh., proizveden visokotemperaturnom tehnologijom - na /> ​​850 ° C, ima nisku sklonost sekundarnoj oksidaciji kada se navlaži, što osigurava. njegov siguran transport u otvorenim vagonima, transport morskim (rečnim) transportom, skladištenje u otvorenim gomilama;

Gvožđe direktne proizvodnje - gvožđe dobijeno hemijskim, elektrohemijskim putem. ili hemo-termalni. načina direktno. iz rude, zaobilazeći domenu, peć, u obliku praha, sunđera. gvožđe (metalizacija. peleti), krekeri ili tečni metal. Naib, proizvodnja spužva je dobila razvoj. gvožđe na 700-1150°C gasnim metodama. oporaba rude (peleta) u šahtnim pećima i uz pomoć TV-a. gorivo u rotaciji peći. L.p.p. sa 88-93% FeM koristi se kao punjenje za proizvodnju čelika, a sa većim sadržajem (98-99%) za proizvodnju željeza. prah;

Karbonil željezo - željezni prah dobiven termičkim radom. razlaganje željeznog pentakarbonila; je visoke čistoće;
prirodno gvožđe - f., koje se u prirodi nalazi u obliku minerala. Razlikovati prema uslovima pronalaženja telurske. ili zemaljski (nikl-gvožđe) i meteorit (kosmički) s. i. Teluric. gvožđe – rijedak mineral – a-Fe modifikacija, javlja se u obliku otd. pahuljice, zrna, sunđerasti mase i klasteri. Sastav - tv. rastvor Fe i Ni (do 30% Ni). Meteorit s. i. nastala u procesima formiranja kosmičkog. tijela i padovi na Zemlju u obliku meteorita; sadrži do 25% Ni. Boja čelično siva do crna, metalik. svjetlucavi, neprozirni, tv. tačke 4-5 za mineralošku. skala, y = 7,3-8,2 g/cm3 (u zavisnosti od sadržaja Ni). Jako magnetna, dobro kovana;

Elektrolitičko željezo - f., dobiveno elektrolizom. rafiniranje; ima visoku čistoću nečistoća (<0,02 % С; 0,01 % О2);
električno gvožđe - čelik koji se koristi u elektrotehnici (ili tzv. tehničko čisto gvožđe) sa ukupnim sadržajem. nečistoća do 0,08-0,10%, uključujući do 0,05% S. E.zh. ima mali ritam. električni otpor, ima pojačanje. gubitke vrtložnih struja, te je stoga njegova upotreba uglavnom ograničena. postmagnetna kola, magnetni fluks (polovi, magnetna kola, releji, itd.);

A-gvožđe - niskotemperaturna modifikacija željeza s bcc rešetkom (na 20 ° C a = 286.645 pm), stabilna< 910 °С; a-Fe ферромагнитно при t < 769 °С (точка Кюри);

U-gvožđe - visokotemperaturna modifikacija gvožđa sa fcc rešetkom (a = 364 pm), stabilna na 910-1400 °C; paramagnetski;
5-gvožđe je visokotemperaturna modifikacija gvožđa sa bcc rešetkom (a = 294 pm), stabilna od 1400°C do tm, paramagnetna.

• Oznaka - Fe (gvožđe);
• Period - IV;
• Grupa - 8 (VIII);
• Atomska masa - 55.845;
• Atomski broj - 26;
• Radijus atoma = 126 pm;
• Kovalentni radijus = 117 pm;
• Raspodjela elektrona - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ;
• t topljenja = 1535°C;
• tačka ključanja = 2750°C;
• Elektronegativnost (prema Paulingu / prema Alpredu i Rochovu) = 1,83 / 1,64;
• Oksidacijsko stanje: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
• Gustina (n.a.) \u003d 7,874 g / cm 3;
• Molarni volumen = 7,1 cm 3 / mol.

Jedinjenja gvožđa:

Gvožđe je najzastupljeniji metal u Zemljinoj kori (5,1% mase) nakon aluminijuma.

Na Zemlji se gvožđe u slobodnom stanju nalazi u malim količinama u obliku grumenova, kao i u palim meteoritima.

Industrijski, željezo se kopa na nalazištima željezne rude, od minerala koji sadrže željezo: magnetne, crvene, smeđe željezne rude.

Treba reći da je željezo dio mnogih prirodnih minerala, što uzrokuje njihovu prirodnu boju. Boja minerala zavisi od koncentracije i odnosa iona gvožđa Fe 2+/Fe 3+, kao i od atoma koji okružuju te ione. Na primjer, prisustvo nečistoća iona željeza utječe na boju mnogih dragog i poludragog kamenja: topaza (od blijedožute do crvene), safira (od plave do tamnoplave), akvamarina (od svijetloplave do zelenkasto plave) i tako dalje.

Gvožđe se nalazi u tkivima životinja i biljaka, na primjer, oko 5 g željeza je prisutno u tijelu odrasle osobe. Gvožđe je vitalni element, deo je proteina hemoglobina, učestvuje u transportu kiseonika iz pluća do tkiva i ćelija. Sa nedostatkom gvožđa u ljudskom organizmu, razvija se anemija (anemija zbog nedostatka gvožđa).

Rice. Struktura atoma gvožđa.

Elektronska konfiguracija atoma željeza je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 (vidi Elektronska struktura atoma). U formiranju hemijskih veza sa drugim elementima mogu učestvovati 2 elektrona koja se nalaze na spoljašnjem 4s nivou + 6 elektrona 3d podnivoa (ukupno 8 elektrona), tako da u jedinjenjima gvožđe može poprimiti oksidaciona stanja +8, +6, +4, +3, +2, +1, (najčešći su +3, +2). Gvožđe ima prosečnu hemijsku aktivnost.

Rice. Oksidacija gvožđa: +2, +3.

Fizička svojstva gvožđa:

• srebrno-bijeli metal;
• u svom čistom obliku prilično je mekan i plastičan;
• ima dobru toplotnu i električnu provodljivost.

Gvožđe postoji u obliku četiri modifikacije (razlikuju se po strukturi kristalne rešetke): α-gvožđe; β-gvožđe; γ-gvožđe; δ-gvožđe.

Hemijska svojstva gvožđa

• reagira s kisikom, ovisno o temperaturi i koncentraciji kisika, mogu nastati različiti produkti ili mješavina produkata oksidacije željeza (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4):
  3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4;
• oksidacija gvožđa na niskim temperaturama:
  4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3;
• reaguje sa vodenom parom:
  3Fe + 4H 2 O \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2;
• fino usitnjeno željezo reagira kada se zagrije sa sumporom i hlorom (gvozdeni sulfid i hlorid):
  Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;
• reagira sa silicijumom, ugljikom, fosforom na visokim temperaturama:
  3Fe + C = Fe 3 C;
• sa drugim metalima i sa nemetalima, gvožđe može formirati legure;
• željezo istiskuje manje aktivne metale iz njihovih soli:
  Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu;
• s razrijeđenim kiselinama, željezo djeluje kao redukcijsko sredstvo, formirajući soli:
  Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2;
• sa razblaženom azotnom kiselinom, gvožđe formira različite produkte redukcije kiseline, u zavisnosti od njegove koncentracije (N 2, N 2 O, NO 2).

Dobijanje i upotreba gvožđa

Dobija se industrijsko željezo topljenje livenog gvožđa i čelika.

Liveno gvožđe je legura gvožđa sa primesama silicijuma, mangana, sumpora, fosfora, ugljenika. Sadržaj ugljika u livenom gvožđu prelazi 2% (u čeliku manje od 2%).

Čisto gvožđe se dobija:

• u pretvaračima kisika od lijevanog željeza;
• redukcija željeznih oksida vodonikom i dvovalentnim ugljičnim monoksidom;
• elektroliza odgovarajućih soli.

Liveno željezo se dobiva iz željeznih ruda redukcijom željeznih oksida. Sirovo gvožđe se topi u visokim pećima. Koks se koristi kao izvor toplote u visokoj peći.

Visoka peć je vrlo složena tehnička konstrukcija visoka nekoliko desetina metara. Položen je od vatrostalnih opeka i zaštićen vanjskim čeličnim kućištem. Od 2013. godine najveću visoku peć je u Južnoj Koreji izgradila čeličana POSCO u metalurškoj fabrici u gradu Kwangyang (zapremina peći nakon modernizacije bila je 6.000 kubnih metara sa godišnjim kapacitetom od 5.700.000 tona).

Rice. Visoka peć.

Proces topljenja gvožđa u visokoj peći traje neprekidno nekoliko decenija, sve dok peć ne dođe do kraja životnog veka.

Rice. Proces topljenja gvožđa u visokoj peći.

• obogaćene rude (magnetna, crvena, smeđa željezna ruda) i koks se sipaju kroz vrh koji se nalazi na samom vrhu visoke peći;
• procesi oporavka željeza iz rude pod djelovanjem ugljičnog monoksida (II) odvijaju se u srednjem dijelu visoke peći (šaht) na temperaturi od 450-1100°C (oksidi željeza se redukuju u metal):
  • 450-500°C - 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2;
  • 600°C - Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2;
  • 800°C - FeO + CO = Fe + CO 2 ;
  • dio željeznog oksida reducira se koksom: FeO + C = Fe + CO.
• paralelno se odvija proces redukcije oksida silicijuma i mangana (uključenih u željeznu rudu u obliku nečistoća), silicijum i mangan su dio sirovog željeza za topljenje:
  • SiO 2 + 2C \u003d Si + 2CO;
  • Mn 2 O 3 + 3C \u003d 2Mn + 3CO.
• prilikom termičke razgradnje krečnjaka (unesenog u visoku peć) nastaje kalcijum oksid koji reaguje sa oksidima silicija i aluminijuma sadržanim u rudi:
  • CaCO 3 \u003d CaO + CO 2;
  • CaO + SiO 2 \u003d CaSiO 3;
  • CaO + Al 2 O 3 \u003d Ca (AlO 2) 2.
• na 1100°C proces redukcije gvožđa se zaustavlja;
• ispod okna nalazi se parna soba, najširi dio visoke peći, ispod kojeg se nalazi rame, u kojem izgara koks i nastaju tekući proizvodi topljenja - liveno željezo i šljaka, koji se nakupljaju na samom dnu peći. - ognjište;
• u gornjem dijelu ložišta na temperaturi od 1500°C dolazi do intenzivnog sagorijevanja koksa u mlazu uduvanog zraka: C + O 2 = CO 2 ;
• prolazeći kroz vrući koks, ugljični monoksid (IV) se pretvara u ugljični monoksid (II), koji je redukcijski agens željeza (vidi gore): CO 2 + C \u003d 2CO;
• šljake nastale od kalcijevih silikata i aluminosilikata nalaze se iznad lijevanog željeza, štiteći ga od djelovanja kisika;
• kroz posebne otvore koji se nalaze na različitim nivoima ognjišta, lijevano željezo i šljaka izlaze van;
• Većina sirovog gvožđa ide u dalju preradu - topljenje čelika.

Čelik se topi od livenog gvožđa i starog metala konverterskom metodom (polje je već zastarelo, iako se još koristi) ili električnim topljenjem (u električnim pećima, indukcijskim pećima). Suština procesa (prerada željeza) je smanjenje koncentracije ugljika i drugih nečistoća oksidacijom kisikom.

Kao što je već spomenuto, koncentracija ugljika u čeliku ne prelazi 2%. Zbog toga se čelik, za razliku od lijevanog željeza, prilično lako kovati i valjati, što omogućava proizvodnju različitih proizvoda od njega visoke tvrdoće i čvrstoće.

Tvrdoća čelika ovisi o sadržaju ugljika (što je više ugljika, to je čelik tvrđi) u određenom tipu čelika i uvjetima toplinske obrade. Tokom kaljenja (sporo hlađenje), čelik postaje mekan; kada se gasi (brzo ohladi), čelik postaje vrlo tvrd.

Da bi čeliku dali željena specifična svojstva, dodaju mu se legirajući aditivi: hrom, nikal, silicijum, molibden, vanadijum, mangan i tako dalje.

Liveno gvožđe i čelik su najvažniji konstruktivni materijali u velikoj većini sektora nacionalne privrede.

Biološka uloga gvožđa:

• tijelo odrasle osobe sadrži oko 5 g željeza;
• gvožđe igra važnu ulogu u radu hematopoetskih organa;
• gvožđe je deo mnogih kompleksnih proteinskih kompleksa (hemoglobin, mioglobin, razni enzimi).

Gvožđe je dobro poznati hemijski element. Spada u metale sa prosečnom reaktivnošću. U ovom članku ćemo razmotriti svojstva i upotrebu željeza.

Prevalencija u prirodi

Postoji prilično veliki broj minerala koji uključuju željezo. Prije svega, to je magnetit. To je sedamdeset dva posto gvožđa. Njegova hemijska formula je Fe 3 O 4 . Ovaj mineral se još naziva i magnetna željezna ruda. Svetlosive je boje, ponekad sa tamno sivom, do crne, sa metalnim sjajem. Njegovo najveće nalazište među zemljama ZND nalazi se na Uralu.

Sljedeći mineral s visokim sadržajem željeza je hematit - sastoji se od sedamdeset posto ovog elementa. Njegova hemijska formula je Fe 2 O 3 . Naziva se i crvena željezna ruda. Ima boju od crveno-braon do crveno-sive. Najveće nalazište na teritoriji zemalja ZND nalazi se u Krivoj Rogu.

Treći mineral po sadržaju željeza je limonit. Ovdje je željezo šezdeset posto ukupne mase. To je kristalni hidrat, odnosno molekuli vode su utkani u njegovu kristalnu rešetku, hemijska formula mu je Fe 2 O 3 .H 2 O. Kao što naziv govori, ovaj mineral ima žuto-smeđu boju, povremeno smeđu. Jedan je od glavnih sastojaka prirodnog okera i koristi se kao pigment. Naziva se i smeđi željezni kamen. Najveće pojave su Krim, Ural.

U sideritu, takozvanoj šparovoj rudi željeza, četrdeset osam posto željeza. Njegova hemijska formula je FeCO 3 . Njegova struktura je heterogena i sastoji se od kristala različitih boja povezanih zajedno: sive, blijedozelene, sivo-žute, smeđe-žute itd.

Posljednji prirodni mineral s visokim sadržajem željeza je pirit. Ima sledeću hemijsku formulu FeS 2 . Gvožđe u njemu čini četrdeset šest posto ukupne mase. Zbog atoma sumpora, ovaj mineral ima zlatnožutu boju.

Mnogi od minerala koji se razmatraju koriste se za dobijanje čistog gvožđa. Osim toga, hematit se koristi u proizvodnji nakita od prirodnog kamenja. Inkluzije pirita mogu se naći u nakitu od lapis lazulija. Osim toga, željezo se u prirodi nalazi u sastavu živih organizama – ono je jedna od najvažnijih komponenti ćelije. Ovaj element u tragovima mora biti dostavljen ljudskom tijelu u dovoljnim količinama. Ljekovita svojstva gvožđa u velikoj mjeri su posljedica činjenice da je ovaj hemijski element osnova hemoglobina. Stoga upotreba feruma dobro utiče na stanje krvi, a samim tim i na cijeli organizam u cjelini.

Gvožđe: fizička i hemijska svojstva

Pogledajmo redom ova dva glavna odjeljka. gvožđe je njegov izgled, gustina, tačka topljenja, itd. Odnosno, sve karakteristične osobine supstance koje su povezane sa fizikom. Hemijska svojstva gvožđa su njegova sposobnost da reaguje sa drugim jedinjenjima. Počnimo s prvim.

Fizička svojstva gvožđa

U svom čistom obliku u normalnim uslovima, to je čvrsta materija. Srebrno-sive je boje i izraženog metalnog sjaja. Mehanička svojstva gvožđa uključuju nivo tvrdoće She jednak četiri (srednja). Gvožđe ima dobru električnu i toplotnu provodljivost. Posljednju osobinu možete osjetiti dodirivanjem željeznog predmeta u hladnoj prostoriji. Budući da ovaj materijal brzo provodi toplinu, on za kratko vrijeme izvlači mnogo toga iz vaše kože, zbog čega vam je hladno.

Dodirujući, na primjer, drvo, može se primijetiti da je njegova toplinska provodljivost mnogo niža. Fizička svojstva gvožđa su njegove tačke topljenja i ključanja. Prva je 1539 stepeni Celzijusa, druga 2860 stepeni Celzijusa. Može se zaključiti da su karakteristična svojstva željeza dobra duktilnost i taljivost. Ali to nije sve.

Fizička svojstva željeza također uključuju njegov feromagnetizam. Šta je to? Gvožđe, čija magnetna svojstva svakodnevno možemo posmatrati na praktičnim primerima, jedini je metal koji ima tako jedinstvenu karakteristiku. To je zbog činjenice da se ovaj materijal može magnetizirati pod utjecajem magnetskog polja. I nakon prestanka djelovanja potonjeg, željezo, čija su magnetska svojstva upravo formirana, ostaje magnet dugo vremena. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da u strukturi ovog metala postoji mnogo slobodnih elektrona koji se mogu kretati.

U smislu hemije

Ovaj element spada u metale srednje aktivnosti. Ali hemijska svojstva gvožđa su tipična za sve druge metale (osim onih koji su desno od vodonika u elektrohemijskom nizu). Sposoban je da reaguje sa mnogim klasama supstanci.

Počnimo jednostavno

Ferum stupa u interakciju sa kiseonikom, azotom, halogenima (jod, brom, hlor, fluor), fosforom, ugljenikom. Prva stvar koju treba uzeti u obzir su reakcije s kisikom. Kada se željezo sagorijeva, nastaju njegovi oksidi. U zavisnosti od uslova reakcije i proporcija između dva učesnika, one se mogu menjati. Kao primjer takvih interakcija mogu se dati sljedeće jednačine reakcije: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4. I svojstva željeznog oksida (i fizička i kemijska) mogu varirati, ovisno o njegovoj raznolikosti. Ove reakcije se odvijaju na visokim temperaturama.

Sljedeća je interakcija sa dušikom. Takođe se može javiti samo pod uslovima grejanja. Ako uzmemo šest molova željeza i jedan mol dušika, dobićemo dva mola željeznog nitrida. Jednačina reakcije će izgledati ovako: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.

U interakciji s fosforom nastaje fosfid. Za izvođenje reakcije potrebne su sljedeće komponente: za tri mola željeza - jedan mol fosfora, kao rezultat toga, formira se jedan mol fosfida. Jednačina se može napisati na sljedeći način: 3Fe + P = Fe 3 P.

Osim toga, među reakcijama s jednostavnim tvarima može se razlikovati i interakcija sa sumporom. U ovom slučaju se može dobiti sulfid. Princip po kojem se odvija proces formiranja ove tvari sličan je gore opisanim. Naime, dolazi do reakcije adicije. Sve hemijske interakcije ove vrste zahtevaju posebne uslove, uglavnom visoke temperature, ređe katalizatore.

U hemijskoj industriji takođe su uobičajene reakcije između gvožđa i halogena. To su hloriranje, bromiranje, jodiranje, fluoriranje. Kao što je jasno iz naziva samih reakcija, ovo je proces dodavanja atoma klora / broma / joda / fluora atomima željeza kako bi se formirao hlorid / bromid / jodid / fluor. Ove supstance se široko koriste u raznim industrijama. Osim toga, ferum se može kombinirati sa silicijumom na visokim temperaturama. Zbog činjenice da su hemijska svojstva gvožđa raznolika, često se koristi u hemijskoj industriji.

Željez i složene supstance

Od jednostavnih supstanci, prijeđimo na one čije se molekule sastoje od dva ili više različitih kemijskih elemenata. Prva stvar koju treba spomenuti je reakcija feruma sa vodom. Evo glavnih svojstava gvožđa. Kada se voda zagrije, ona nastaje zajedno sa željezom (tako se zove jer u interakciji s istom vodom stvara hidroksid, drugim riječima, bazu). Dakle, ako uzmete jedan mol obje komponente, tvari kao što su željezov dioksid i vodik nastaju u obliku plina oštrog mirisa - također u molarnim omjerima jedan prema jedan. Jednadžba za ovu vrstu reakcije može se napisati na sljedeći način: Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2. U zavisnosti od omjera u kojima su ove dvije komponente pomiješane, može se dobiti željezni di- ili trioksid. Obje ove supstance su vrlo česte u hemijskoj industriji, a koriste se i u mnogim drugim industrijama.

Sa kiselinama i solima

Budući da se ferum nalazi lijevo od vodonika u elektrohemijskom nizu aktivnosti metala, on je u stanju da istisne ovaj element iz jedinjenja. Primjer za to je reakcija supstitucije koja se može uočiti kada se željezo doda kiselini. Na primjer, ako pomiješate željezo i sulfatnu kiselinu (aka sumporna kiselina) srednje koncentracije u istim molarnim omjerima, rezultat će biti željezni sulfat (II) i vodik u istim molarnim omjerima. Jednadžba za takvu reakciju će izgledati ovako: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

U interakciji sa solima očituju se redukcijske osobine željeza. Odnosno, uz pomoć nje, manje aktivni metal se može izolirati iz soli. Na primjer, ako uzmete jedan mol i istu količinu feruma, onda možete dobiti željezni sulfat (II) i čisti bakar u istim molarnim omjerima.

Značaj za organizam

Jedan od najčešćih hemijskih elemenata u zemljinoj kori je gvožđe. već smo razmotrili, sada ćemo tome pristupiti sa biološke tačke gledišta. Ferrum obavlja vrlo važne funkcije kako na ćelijskom nivou tako i na nivou cijelog organizma. Prije svega, željezo je osnova takvog proteina kao što je hemoglobin. Neophodan je za transport kiseonika kroz krv od pluća do svih tkiva, organa, do svake ćelije u telu, prvenstveno do neurona mozga. Stoga se korisna svojstva gvožđa ne mogu precijeniti.

Osim što utječe na stvaranje krvi, ferum je važan i za puno funkcioniranje štitne žlijezde (za to nije potreban samo jod, kako neki vjeruju). Gvožđe takođe učestvuje u unutarćelijskom metabolizmu, reguliše imunitet. Ferrum se također nalazi u posebno velikim količinama u stanicama jetre, jer pomaže u neutralizaciji štetnih tvari. Takođe je jedna od glavnih komponenti mnogih vrsta enzima u našem tijelu. Dnevna prehrana osobe trebala bi sadržavati od deset do dvadeset miligrama ovog elementa u tragovima.

Hrana bogata gvožđem

Ima ih mnogo. Oni su i biljnog i životinjskog porijekla. Prvi su žitarice, mahunarke, žitarice (posebno heljda), jabuke, pečurke (vrganji), sušeno voće, šipak, kruške, breskve, avokado, bundeve, bademi, urme, paradajz, brokoli, kupus, borovnice, kupine, celer itd. Drugi - jetra, meso. Upotreba hrane bogate gvožđem posebno je važna tokom trudnoće, jer je organizmu fetusa u razvoju potrebna velika količina ovog elementa u tragovima za pravilan rast i razvoj.

Znakovi nedostatka gvožđa u organizmu

Simptomi premalo feruma ulaska u organizam su umor, stalno smrzavanje ruku i stopala, depresija, lomljiva kosa i nokti, smanjena intelektualna aktivnost, probavni poremećaji, slab rad i poremećaji štitne žlijezde. Ako primijetite više od jednog od ovih simptoma, možda biste željeli povećati količinu hrane bogate željezom u svojoj prehrani ili kupiti vitamine ili suplemente koji sadrže željezo. Također, obavezno posjetite ljekara ako se neki od ovih simptoma osjećate previše akutnim.

Upotreba željeza u industriji

Upotreba i svojstva gvožđa su usko povezani. Zbog svog feromagnetizma koristi se za izradu magneta - kako slabih za kućne potrebe (magneti za suvenire, itd.), tako i jačih - za industrijske potrebe. Zbog činjenice da je dotični metal visoke čvrstoće i tvrdoće, od davnina se koristio za izradu oružja, oklopa i drugih vojnih i kućnih alata. Inače, još u starom Egiptu je bilo poznato meteoritno željezo, čija su svojstva superiornija od običnog metala. Također, takvo posebno željezo korišteno je u starom Rimu. Od njega su pravili elitno oružje. Samo vrlo bogata i plemenita osoba mogla je imati štit ili mač napravljen od metala meteorita.

Općenito, metal koji razmatramo u ovom članku je najsvestraniji među svim supstancama u ovoj grupi. Prije svega, od njega se izrađuju čelik i lijevano željezo koji se koriste za proizvodnju svih vrsta proizvoda potrebnih kako u industriji tako iu svakodnevnom životu.

Liveno gvožđe je legura gvožđa i ugljenika, u kojoj je drugi prisutan od 1,7 do 4,5 odsto. Ako je drugi manji od 1,7 posto, onda se ova vrsta legure naziva čelik. Ako je u sastavu prisutno oko 0,02 posto ugljika, onda je to već obično tehničko željezo. Prisustvo ugljika u leguri neophodno je da bi se dobila veća čvrstoća, termička stabilnost i otpornost na rđu.

Osim toga, čelik može sadržavati mnoge druge kemijske elemente kao nečistoće. Ovo je i mangan, i fosfor, i silicijum. Takođe, ovoj vrsti legure mogu se dodati hrom, nikl, molibden, volfram i mnogi drugi hemijski elementi koji joj daju određene kvalitete. Kao transformatorski čelici koriste se vrste čelika u kojima je prisutna velika količina silicija (oko četiri posto). Oni koji sadrže mnogo mangana (do dvanaest do četrnaest posto) nalaze svoju primjenu u proizvodnji dijelova za željeznice, mlinova, drobilica i drugih alata, čiji su dijelovi podložni brzom habanju.

Molibden se uvodi u sastav legure kako bi bio termički stabilniji - takvi se čelici koriste kao alatni čelici. Osim toga, za dobivanje poznatih i često korištenih nehrđajućih čelika u svakodnevnom životu u obliku noževa i drugih kućnih alata, potrebno je u leguru dodati krom, nikl i titan. A da bi se dobio otporan na udarce, visoke čvrstoće, duktilni čelik, dovoljno je dodati vanadij. Kada se unese u sastav niobija, moguće je postići visoku otpornost na koroziju i djelovanje kemijski agresivnih tvari.

Mineral magnetit, koji je spomenut na početku članka, potreban je za proizvodnju tvrdih diskova, memorijskih kartica i drugih uređaja ove vrste. Zbog svojih magnetnih svojstava, gvožđe se može naći u konstrukciji transformatora, motora, elektronskih proizvoda itd. Osim toga, ferum se može dodati drugim metalnim legurama da bi im dao veću čvrstoću i mehaničku stabilnost. Sulfat ovog elementa se koristi u hortikulturi za suzbijanje štetočina (zajedno sa bakrenim sulfatom).

Nezamjenjivi su u prečišćavanju vode. Osim toga, prah magnetita se koristi u crno-bijelim štampačima. Glavna upotreba pirita je dobivanje sumporne kiseline iz njega. Ovaj proces se odvija u laboratoriji u tri faze. U prvoj fazi, ferum pirit se spaljuje kako bi se dobio željezni oksid i sumpor dioksid. U drugoj fazi dolazi do pretvaranja sumpor-dioksida u njegov trioksid uz sudjelovanje kisika. I u završnoj fazi, rezultirajuća tvar se propušta u prisustvu katalizatora, čime se dobiva sumporna kiselina.

Dobivanje gvožđa

Ovaj metal se uglavnom dobija iz dva glavna minerala: magnetita i hematita. To se postiže redukcijom željeza iz njegovih spojeva ugljikom u obliku koksa. To se radi u visokim pećima, temperatura u kojima dostiže dvije hiljade stepeni Celzijusa. Osim toga, postoji način da se ferum reducira vodonikom. Za to nije potrebna visoka peć. Za implementaciju ove metode uzima se specijalna glina, pomiješana sa zdrobljenom rudom i tretirana vodikom u osovinskoj peći.

Zaključak

Svojstva i upotreba gvožđa su različiti. Ovo je možda najvažniji metal u našem životu. Pošto je postao poznat čovječanstvu, zauzeo je mjesto bronce, koja je u to vrijeme bila glavni materijal za izradu svih alata, kao i oružja. Čelik i liveno gvožđe su u mnogome superiorniji od legure bakra i kalaja po svojim fizičkim svojstvima, otpornosti na mehanička opterećenja.

Osim toga, željezo je češće na našoj planeti od mnogih drugih metala. u zemljinoj kori je skoro pet posto. To je četvrti najzastupljeniji hemijski element u prirodi. Takođe, ovaj hemijski element je veoma važan za normalno funkcionisanje organizma životinja i biljaka, pre svega zato što se na njegovoj osnovi gradi hemoglobin. Gvožđe je esencijalni element u tragovima, čija je upotreba važna za održavanje zdravlja i normalno funkcionisanje organa. Pored navedenog, to je jedini metal koji ima jedinstvena magnetna svojstva. Bez feruma je nemoguće zamisliti naš život.

Feroksidni katalizatori za prah maline, sastav za upaljač, karamel gorivo.

Metoda 1. Dobivanje željeznog oksida Fe 2 O 3 iz željeznog sulfata

Oksidi željeza se vrlo često koriste kao katalizatori u pirotehničkim smjesama. Ranije su se mogli kupiti u trgovinama. Na primjer, željezni oksid monohidrat FeOOH se susreće kao pigment "žuti pigment željeznog oksida". Gvozdeni oksid Fe 2 O 3 prodavan je u obliku miniijuma gvožđa. Trenutno nije lako sve ovo kupiti, pokazalo se. Morao sam se pobrinuti da ga dobijem kod kuće. Nisam hemičar, ali me je život natjerao. Pogledajte preporuke na netu. Avaj, normalno, tj. jednostavan i siguran, recept za kućne uslove nije bilo lako pronaći. Činilo mi se da je samo jedan recept odgovarao, ali nisam ga mogao ponovo pronaći. Lista dozvoljenih komponenti u glavi je odložena. Odlučio sam da krenem svojim putem. Začudo, rezultat je bio vrlo prihvatljiv. Ispostavilo se da je spoj sa jasnim znakovima željeznog oksida vrlo homogen i fino dispergovan. Njegova upotreba u prahu od maline i sekundarnom upaljaču u potpunosti je potvrdila da je dobijeno ono što je bilo potrebno.

Dakle, kupujemo u vrtlarskoj radnji željezni sulfat FeSO 4, u apoteci kupujemo tablete hydroperita, tri pakovanja i zalihe u kuhinji soda za piće NaHCO 3. Imamo sve sastojke, krenimo sa kuvanjem. Umjesto tableta hidroperita, možete koristiti otopinu vodonik peroksid H 2 0 2, dešava se i u apotekama.

U staklenoj posudi zapremine 0,5 litara u vrućoj vodi otopimo oko 80 g (trećina pakovanja) željeznog sulfata. Dodajte sodu bikarbonu u malim porcijama uz miješanje. Nastaje neka vrsta smeća vrlo gadne boje, koja se jako pjeni.

FeSO 4 + 2NaHCO 3 \u003d FeCO 3 + Na 2 SO 4 + H 2 O + CO 2

Stoga se sve mora obaviti u sudoperu. Dodajte sodu bikarbonu dok penušanje skoro ne prestane. Nakon što smo malo taložili smjesu, počinjemo polako ulijevati zdrobljene tablete hidroperita. Reakcija opet teče prilično energično sa stvaranjem pjene. Smjesa poprima karakterističnu boju i poznati miris hrđe.

2FeCO 3 + H 2 O 2 \u003d 2FeOOH + 2CO 2

Ponovo nastavljamo sa zasipanjem hidroperita sve dok se pjenjenje, odnosno reakcija, gotovo potpuno ne zaustavi.

Ostavljamo našu hemijsku posudu na miru i vidimo kako ispada crveni talog - to je naš oksid, tačnije FeOOH oksid monohidrat, ili hidroksid. Ostaje neutralizirati vezu. Odbranimo talog i ocijedimo višak tečnosti. Zatim dodati čistu vodu, braniti i ponovo ocijediti. Tako da ponavljamo 3-4 puta. Na kraju talog sipamo na papirni ubrus i osušimo. Dobijeni prah je odličan katalizator i već se može koristiti u proizvodnji stopina i sekundarnog upaljača, "malina" baruta i za katalizu karamel raketnih goriva. /25.01.2008, kia-soft/

Međutim, originalna receptura za "grimizni" barut propisivala je upotrebu čistog crvenog oksida Fe 2 O 3. Kao što su pokazali eksperimenti sa katalizom karamela, Fe 2 O 3 je zaista nešto aktivniji katalizator od FeOOH. Za dobivanje željeznog oksida dovoljno je zapaliti nastali hidroksid na vrućem željeznom listu ili jednostavno u limenki. Rezultat je crveni prah Fe 2 O 3 .

Nakon izrade muflne peći u njoj vršim kalcinaciju 1-1,5 sati na temperaturi od 300-350°C. Vrlo udobno. /kia-soft 06.12.2007/

P.S.
Nezavisne studije vega raketnog naučnika pokazale su da katalizator dobijen ovom metodom ima povećanu aktivnost u odnosu na industrijske ferokside, što je posebno uočljivo u šećernom karamel gorivu dobijenom isparavanjem.

Metoda 2. Dobivanje željeznog oksida Fe 2 O 3 iz željeznog hlorida

Ima informacija o ovoj mogućnosti na netu, npr. oksid je dobijen bikarbonatom na forumu bugarskih raketnih naučnika, ova metoda je spominjana na forumu hemičara, ali nisam obraćao puno pažnje, pošto nisam imao feri hlorid. Nedavno me je gost moje RubberBigPepper web stranice podsjetio na ovu opciju. Vrlo pravovremeno, jer sam se aktivno bavio elektronikom i opskrbio se hloridom. Odlučio sam testirati ovu opciju za dobivanje željeznog hidroksida. Metoda je finansijski nešto skuplja, a glavnu komponentu željeznog hlorida je teže dobiti, ali je u pogledu pripreme lakša.

Tako da nam treba gvožđe hlorid FeCl 3 I soda za piće NaHCO 3. Željezni hlorid se obično koristi za jetkanje štampanih ploča i prodaje se u radio prodavnicama.

Sipajte dvije kašičice FeCl3 praha u čašu vrele vode i miješajte dok se ne otopi. Sada polako dodajte sodu uz stalno miješanje. Reakcija se odvija živopisno uz mjehuriće i pjenu, tako da nema potrebe za žurbom.

FeCl 3 + 3NaHCO 3 \u003d FeOOH + 3NaCl + 3CO 2 + H 2 O

Osip dok mehurići ne prestanu. Branimo se i dobijamo isti FeOOH hidroksid u sedimentu. Zatim neutraliziramo jedinjenje, kao u prvoj metodi, nekoliko odvoda otopine, dolijemo vodu i taložimo. Na kraju, talog se suši i koristi kao katalizator ili za dobijanje željeznog oksida Fe 2 O 3 kalcinacijom (vidi metodu 1).

Evo jednog jednostavnog načina. Prinos je veoma dobar, od dve kašičice (~15 g) hlorida dobije se 10 g hidroksida. Katalizatori dobijeni ovom metodom su testirani i dobro se slažu. /kia-soft 11.03.2010/

P.S.
Ne mogu garantovati 100% tačnost jednačina hemijskih reakcija, ali one u stvari odgovaraju tekućim hemijskim procesima. Posebno je taman slučaj sa Fe(III) hidroksidom. Prema svim kanonima, Fe (OH) 3 bi trebalo da se istaloži. Ali u prisustvu peroksida (metoda 1) i na povišenoj temperaturi (metoda 2), u teoriji, trihidroksid se dehidrira do FeOOH monohidrata. Na površini, upravo se to dešava. Dobijeni hidroksidni prah izgleda kao betonska hrđa, a glavna komponenta rđe je FeOOH. ***