Jernoksid fargestoff rød effekt på kroppen. E172 – Jernoksider. Eksempler på problemløsning

INTRODUKSJON

Dette arbeidet er viet til studiet av egenskapene til jern(III)oksid Fe 2O 3, også kjent som mineraler: hematitt ( ?-Fe 2O 3), limonitt (Fe 2O 3H2O), er en del av magnetitt (FeO Fe2 O 3).

Emnet for kursarbeidet er av praktisk og teoretisk interesse. Prosjektet vil være nyttig for bedrifter som syntetiserer Fe 2O 3i industriell skala.

Prosjektet er også nyttig som en samling av informasjon om jern, noen av dets oksider, spesielt jern(III)oksid, og mineralene som inneholder det.

Mål som må oppnås ved fullføring av prosjektet: samle inn den mest komplette informasjonen om jern(III)oksid, studere dets egenskaper og syntesemetoder.

Prosjektmål:

Samle fullstendig og oppdatert informasjon om emnet.

Studer egenskapene til jern og dets oksid (III) Fe 2O 3, på grunnlag av dette kan du lære om bruken av disse stoffene.

Vurder alle mulige syntesemetoder og fremhev den mest lønnsomme.

På slutten av dette prosjektet bør du ta en konklusjon om arbeidet som er utført, angi hvilke oppgaver som ble utført og hvilke som ikke ble utført.

Jern var kjent allerede før vår tidsregning. Folk i det gamle Egypt og Nord-Amerika brukte gjenstander laget av meteorittjern. På den tiden var jern det vanligste materialet etter bronse.

Det antas at folkene i Kaukasus og Turkestan var de første som fikk jern fra mineraler. Jern spredte seg senere til Babylon, Egypt, Hellas og Roma. Jern, oppnådd ved den primitive metoden (som besto av oppvarming av jernmalm med trekull i leirgroper eller ovner), ble forurenset med slagg og ble foredlet ved lang smiing.

I det gamle østen, når man smeltet jern, ble det brukt ovner utstyrt med belg for å tilføre luft. På 1400-tallet Ved å øke strømmen av tilført luft ble smeltetemperaturen økt. Takket være dette var det mulig å få tak i støpejern, som var svært skjørt og gikk i stykker når det ble truffet av en hammer. Senere ble smidbart jern produsert ved å varme opp støpejern med trekull i en smie i en luftstrøm.

Et stort sprang innen jernmetallurgi er erstatningen av trekull med koks - et reduksjonsmiddel, en kilde til karbon og samtidig et brennbart materiale. Allerede på 1800-tallet. teknologiske prosesser for å produsere stål ble utviklet.

1.1 Å være i naturen

I naturen finnes jern praktisk talt aldri i fri tilstand. Det finnes vanligvis i mineraler i form av forskjellige forbindelser. Innholdet i jordskorpen er 4,7 wt. %.

De mest typiske jernmineralene er: Sideritt, Limonite, Hematite, Magnetite. Det finnes også andre mineraler: Wustit, Pyritt, Marcasite, Löllingite, Mispickel, Melantherite, Vivianite, etc.

Mineralforekomster som inneholder jernmineraler er lokalisert i forskjellige land: Russland, Sverige, Norge, Frankrike, Hellas, Italia, Cuba, Tyrkia, etc.

Prosentandelen av jern i mineraler varierer fra 25 til 70%. Malmer som inneholder mindre enn 45 % jern anses som dårlige og brukes ikke i industrien. Malmer anrikes ved hjelp av den magnetiske metoden. Hematitt eller limonitt omdannes til magnetitt ved varmebehandling og føres gjennom et magnetfelt for å skilles fra den tomme naturen.

Jern er en del av hemoglobin, en komponent av røde blodlegemer i levende organismer. Hos noen arter, i stedet for jern, inneholder hemoglobinmolekylet kobber.

1.2 Klargjøring og bruk

Rent, lett oksiderbart metallisk jern kan oppnås ved å redusere jern(III)oksid Fe 2O 3hydrogen ved oppvarming:

Fe 2O 3+3H2 =2Fe+3H 2O

Reduserer Fe 2O 3 med hydrogen ved 278-340°C oppnås pyroforisk jern, ved 550-650°C - jern, over 700°C - en sintret masse av metallsvampjern.

Rent jern kan oppnås ved termisk dekomponering av jernpentakarbonyl Fe(CO) 5uten tilgang til oksygen og ved temperaturer over 140°C, samt ved elektrolyse av en vandig løsning av FeCl 2·4H 2O tilsatt NH4 Cl ved 30°C.

Forurenset metallisk jern kan oppnås ved aluminium- eller silika-termisk reduksjon av jern(III)oksid Fe 2O 3og jern (II, III) oksider Fe3 O 4.

Fe 2O 3+2Al=2Fe+Al2 O 3

Fe 3O 4+8Al=9Fe+4Al2 O 3

For å oppnå ulike ferrolegeringer (ferrokrom, ferrotungsten, ferromolybden, etc.), brukes aluminium- eller silisium-termisk reduksjon av en blanding av Fe 2O 3 med oksider av de tilsvarende metallene (Cr 2O 3, W.O. 3,Mø 3etc.). For silisium-termisk reduksjon brukes elementært silisium eller ferrosilisium.

For å oppnå ultrarent jern (10 -6% urenheter) bruker sonesmeltemetoden.

For å produsere støpejern eller råjern (legeringer av jern og karbon), brukes mineraler som ikke inneholder svovel, arsen og fosfor: hematitt, limonitt, magnetitt, sideritt.

Råjern produseres ved å redusere jernmalm i masovner. Prosessen med å omdanne støpejern (råjern) til smidbart jern skjer gjennom oksidasjon og delvis fjerning av urenheter (S, P, As, Si, etc.), dvs. ved å foredle ved hjelp av Puddell-, Bessemer-, Thomas- eller Martin-prosessen.

Masovnen har form av to avkuttede kjegler, som er forbundet med basene. Høyden er 65 m, diameter 5-11 m. Arbeidsvolum av ovnen - 200-2000 m 3, produktivitet - ca 2000 tonn støpejern per dag. Den øvre kjeglen i ovnen kalles akselen. Den er laget av ildfast murstein og har en såkalt "ovntopp" i den øvre delen - en automatisk enhet for fjerning av masovnsgasser. Den nedre kjeglen er laget av brannbestandig kalksandstein. I den nedre delen er det en smie, som har en sylindrisk form. Selve ovnen er støttet av metallstrukturer, da den er ganske tung.

Jernsmelteprosessen går slik: knust jernmalm lastes inn i masovnen ovenfra, som blandes lag på lag med koks; Forvarmet luft kommer inn under trykk nedenfra, hvori koksen brenner. Karbonmonoksid dannet under forbrenning reduserer jern fra oksidene:

CO+Fe 2O3 =2Fe+3CO 2?

Siden reaksjonen er reversibel, i henhold til Le Chateliers prinsipp, skifter likevekten til venstre ved forhøyede temperaturer. Derfor foregår reaksjonen hovedsakelig i den øvre delen av ovnen, hvor temperaturen er lavere. Del Fe 2O 3reduseres bare til FeO:

Fe 2O 3+CO=2FeO+CO 2?

I den nedre delen av ovnen, hvor temperaturen er veldig høy, er reduksjonsmidlet selve karbonet:

På grunn av den svært høye temperaturen i den nedre delen av ovnen smelter jernet og renner ned. Plassen som frigjøres i denne forbindelse er fylt ovenfra med nye lag malm og koks.

Jern og dets legeringer brukes aktivt i alle bransjer på grunn av dets evne til å opprettholde mekaniske og fysisk-kjemiske egenskaper ved temperaturer opp til 900 °C. Jernlegeringer finnes i flere typer: magnetiske, ikke-magnetiske, syrefaste, harde, rustfrie, varmebestandige, etc.

Stål brukes i produksjon av elektriske lokomotiver, biler, jernbaneskinner, traktorer, borerigger, kraner og brukes i mange andre bransjer.

I tillegg til stål og støpejern er det kjent legeringer som inneholder 4-6,5 % jern, som messing og bronse. I dem fungerer jern som et tilsetningsstoff for å endre styrke, duktilitet, hardhet, formbarhet, aldringshastighet og andre egenskaper.

Jern og dets legeringer er av stor betydning for moderne teknologi. Jernforbruket overstiger 100 millioner tonn per år på verdensbasis.

3Fysiske egenskaper og kjemiske egenskaper

Rent jern i kompakt tilstand er et sølvgrå metall med en blåaktig fargetone, med en tetthet på 7,867 g/cm 3, hardhet 4-5 på Mohs-skalaen, smp. 1536°C, etc. kp. 3250°C. Jern eksisterer i form av fire allotropiske modifikasjoner, nemlig: ?-Fe, stabil opp til 768°C, ?-Fe, stabil i området 768-906°C, ?-Fe, stabil i området 906-1401°C, og ?-Fe, stabil i området 1401-1536°C.

Modifikasjon ?, ?, ?har en kubisk kroppssentrert krystallstruktur, og modifikasjonen ?-ansiktssentrert kubisk gitterstruktur. Modifikasjon ?Og ?- ferromagnetisk, og ?Og ?- diamagnetisk. Ferromagnetisme forsvinner når jern varmes opp til Curie-punktet på 768°C.

I en finmalt tilstand har metallisk jern pyrofore egenskaper og dannes som et resultat av destillasjon av jernamalgam eller reduksjon av Fe 2O 3hydrogen ved ca. 270°.

Varmt pyroforisk jern antennes spontant i luft fordi det er finmalt og har inkludert hydrogen, og samhandler energisk med oksygen i luften.

Et meget stort antall legeringer (støpejern, stål, etc.) er kjent, dannet av jern med forskjellige metaller (Co, Ni, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Zr, Sb, Ti, Sn, Pb , Al, Be, Mg, Zn og Cu), så vel som med ikke-metaller - karbon, silisium, nitrogen, fosfor, svovel, hydrogen.

Det har blitt observert at jern i legert stål danner faste løsninger, eutektiske harde legeringer og intermetalliske forbindelser med mange grunnstoffer. Eksempler på intermetalliske forbindelser: Fe 3Mo 2, Fe 5NB 3, FeCr, FeZn 7, Fe 5Zn 21, Fe 2Sn, FeSn, FeSn 2, Fe 2W, Fe 3W 2, Fe 3Zr 2, Fe 3Ti, FeAl 3, Fe 2N, Fe 4N, Fe 3P, Fe 3C, Fe 2C, Fe 3Si 2, FeSi, FeSi2 og Fe 2Si.

Det viktigste legeringselementet i jern er karbon. Karbon introdusert i relativt små mengder endrer jernets natur og egenskaper betydelig. Det har allerede blitt sagt at legeringer av jern med andre elementer som inneholder 0-1,7 % karbon er klassifisert som stål, og de som inneholder 1,7-6,7 % karbon er klassifisert som støpejern. Karbon kan finnes i jern i form av grafitt (elementært karbon) eller i form av sementitt.

Jern-karbonsystemer med et karboninnhold på mer enn 6,67 % er ikke vurdert, siden det kun brukes legeringer som inneholder opptil ca. 5 % karbon i teknologien. Karbon bidrar til å øke styrke, hardhet, motstand og redusere duktilitet.

De mekaniske egenskapene til jern avhenger av renhetsgraden. I sin rene tilstand er jern ganske mykt, formbart, formbart, viskøst og leder varme og elektrisitet godt. Når jern er forurenset med forskjellige ikke-metaller eller metaller, endres dets mekaniske egenskaper betydelig.

I sin kompakte tilstand er rent jern stabilt i tørr luft og ruster i fuktig luft og blir til Fe 2O 3n N 2O (hvor n har en verdi nær én) - rust; sistnevnte danner en porøs, løs film som ikke beskytter jernet mot påvirkning av oksygen.

Når forurenset jern kommer i kontakt med fuktighet og karbondioksid fra atmosfæren, dannes galvaniske par på overflaten av metallet, der jern, som er et negativt element, blir ødelagt. På grunn av elektrokjemisk korrosjon blir overflaten av forurenset jern i fuktig luft dekket av rust i løpet av kort tid. Fe ioner 2+med OH-anioner -(fra vann) eller CO 32-(dannet under oppløsningen av CO 2i vann) danner Fe(OH) 2eller FeCO 3, som i et vandig miljø og i nærvær av oksygen omdannes til Fe(OH) 3(eller i Fe 2O3 3H 2O).

For å beskytte jern mot virkningen av korrosive midler, er det belagt med et lag oljemaling, emalje eller annet metall: Zn (sinkbelegg), Sn (fortinning), Cr (krombelegg), Ni (nikkelbelegg), Cd ( kadmiumplettering), Pb (blyplettering) - eller overflateoksidasjon med smeltet NaNO 3 eller KNO 3.

Vanndamp dekomponeres av glødende jern over 700° i henhold til den reversible ligningen:

Fe+4H 2O=Fe 3O4 +4H 2?

Ved romtemperatur løser jern opp omtrent 0,005 % hydrogen. I dette tilfellet dannes inklusjonshydrid FeH, som bidrar til å øke hardheten til jern:

Fe+4H2 O=2FeH

Ett gram jern løser opp 0,272 cm ved 1530°C 3 hydrogen, ved 1550° -0,279 cm 3hydrogen og ved 1650° -0,310 cm3 hydrogen.

Jern mettet med hydrogen, når det varmes opp i luft til 900°, mister en betydelig del av denne gassen.

Ved vanlige temperaturer interagerer ikke tørt oksygen med jern. Når en polert jernplate varmes opp i oksygen over 150°, observeres en mørkere overflate, og når den varmes opp til hvit varme, dannes magnetitt:

Fe+2O 2=Fe 3O 4

Ved 1900° i nærvær av oksygen blir jern fullstendig omdannet til oksider.

På? 900° løselighet av oksygen i ?-Fe er 0,18 %, og inn ?-Fe og ?-Fe hun er større. Jern med lite oksygeninnhold danner harde og sprø legeringer.

Ved oppvarming reagerer jern med klorgass og blir til Fe 2Cl 6, men reagerer ikke med flytende klor. Når brom eller joddamp virker på pulverisert krystallinsk jern, oppnås Fe 3Br 8(eller 2feBr 3FeBr 2) og Fe 3Jeg 8(eller 2FeI3· FeI 2):

Fe+3Cl 2=Fe 2Cl 6

Fe+4Br 2=Fe 3Br 8

Ved å varme opp pulverisert metallisk jern i bromdamp ved 190° oppnås Fe2 Br 6:

Fe+3Br 2=Fe 2Br 6

Finmalt jern reagerer med svovel ved oppvarming og danner sulfider FeS, FeS2 :

Fe+S (diamant) = FeS Fe+2S (diamant) = FeS2

Svovel er dårlig løselig i jern, men jernsulfid FeS (fra legeringer av jern-svovelsystemet) danner et eutektikum med jern, som inneholder 30 % svovel, smelter ved 985°, er sprøtt ved rød varme og forringer kvaliteten på jern ( støpejern eller stål).

Når jernpulver varmes opp i en strøm av ammoniakk, dannes Fe2-nitrider N, Fe 4N:

Fosfor, arsen og silisium danner intermetalliske forbindelser med jern ved oppvarming, for eksempel Fe 3P, Fe 2P, FeP, Fe 3Som 2, Fe 2Som, Fe 3Som 4, Fe 3Si 2, FeSi, FeSi2 , Fe 2Si.

Siden det normale potensialet til Fe/Fe-systemet 2+er lik -0,44 V, er jern et lett oksidert metall. Under påvirkning av fortynnede uorganiske syrer (HCl, H 2SÅ 4etc.) det blir til de tilsvarende salter av jern (II) med frigjøring av hydrogen:

Fe+2HCl - FeCl 2+H 2 Fe+H 2SÅ 4= FeSO4 +H 2

Fortynnet salpetersyre, tatt i overskudd, reagerer med jern i henhold til ligningen:

4Fe+10HNO 3= 4Fe(NR 3)2+NH 4NO3 +3H 2O

Konsentrerte syrer som HNO 3og H 2SÅ 4, samhandle med jern når det varmes opp i henhold til ligningene:

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

2Fe + 6H 2SÅ 4= Fe 2(SÅ 4)3+ 3SO2 + 6H 2O

Normalt potensial for Fe/Fe-systemet 3+ er lik -0,036 V.

Under påvirkning av konsentrerte syrer HNO 3, H 2SÅ 4, N 2СгО 4jern blir passivt på grunn av dannelsen av en tett beskyttende film på metalloverflaten, noe som endrer verdien av det elektrokjemiske potensialet.

Jern utsettes for konsentrerte alkaliløsninger. Fortynnede løsninger av alkalier virker på jern bare i nærvær av karbondioksid.

Jern fortrenger metallene Bi, Sb, Pb, Sn, Cu, Ag, Hg og Au fra løsninger av deres salter.

Fra et fysiologisk synspunkt er jern av spesiell betydning for menneskekroppen og dyrene, siden det er en katalysator for respirasjonsprosessen. Som allerede nevnt er jern en del av hemoglobinmolekylet. Hemoglobinmolekylet består av den intersykliske forbindelsen hem, som inneholder toverdig jern, og globinproteinet. I de menneskelige lungene fester hemoglobin oksygen, og blir til oksyhemoglobin, som bæres av blodet, og leverer oksygen til alle kroppens celler.

2. MINERALER

Magnetitt, Fe 3O 4, inneholder opptil 72 % jern og er svarte kubiske krystaller med en svak metallisk glans, tetthet 4,9-5,2 g/cm 3, hardhet 5,6-6 på Mohs-skalaen og magnetiske egenskaper.

hematitt, ?-Fe 2O 3(fra det greske ordet hematikos, som betyr "blodig"), inneholder opptil 65 % jern og er en rød-svart romboedrisk krystall med en tetthet på 5-5,3 g/cm 3, hardhet 5,5-6 på Mohs-skalaen. ?-Fe 2O 3lett restaurert ved oppvarming under påvirkning av H 2, C, CO, A1, Si, etc.

Limonitt (goethitt), Fe 2O 3H 2O eller HFeO 2, inneholder opptil 60 % jern og fremstår som krystaller, granuler, oolitter eller svartbrune knuter. Tetthet av limonitt 3,3-4 g/cm 3, hardhet 1-4 på Mohs-skalaen. Goetitttetthet 4-4,4 g/cm 3, hardhet 4,5-5,5 på Mohs-skalaen. I motsetning til andre jernholdige malmer, er limoniitt og goetitt lettest å redusere til metallisk jern.

Siderite, FeCO 3, inneholder omtrent 35 % jern, har en gulhvit (med en grå eller brun nyanse hvis skitten) farge, tetthet 3,9 g/cm 3og hardhet 3,5-4,5 på Mohs-skalaen.

Pyritt, FeS 2, inneholder 46,6 % jern og forekommer i form av kubiske krystaller, gule som messing, med en metallisk glans (gulbrun fargetone), tetthet 4,9-5,2 g/cm 3, hardhet 6-6,5 på Mohs-skalaen. Den inneholder små mengder Co, Ni, As, Sb og noen ganger Cu, Ag, Au.

Marcasite, FeS 2, inneholder også 46,6 % jern, men forekommer som messinggule bipyramidale rombekrystaller med en tetthet på 4,6-4,9 g/cm 3og hardhet 5-6 på Mohs-skalaen. Ved en temperatur på 450° blir det til pyritt.

Löllingite, FeAs 2, inneholder 27,2 % jern og forekommer i form av sølvhvite bipyramidale ortorhombiske krystaller med en tetthet på 7,0 - 7,40 g/cm 3og hardhet 5 - 5,5 på Mohs-skalaen.

Mispickel, FeAsS, inneholder 34,3 % jern og forekommer i form av hvite monokliniske prismer med en tetthet på 5,6-6,2 g/cm 3og hardhet 5,5-6 på Mohs-skalaen.

Melantherite, FeSO 47H 2O, mindre vanlig i naturen og er grønne (eller grå på grunn av urenheter) monokliniske krystaller med en glassaktig glans, skjøre, med en tetthet på 1,8-1,9 g/cm3 .

Vivianite, Fe 3(P.O. 4)28H 2O, forekommer som blågrå eller grønngrå monokliniske krystaller med en tetthet på 2,95 g/cm 3og hardhet 1,5-2 på Mohs-skalaen.

I tillegg til de som er beskrevet, er andre mineraler kjent, for eksempel: ilmenitt FeTiO 3, magnetitt (Fe, Mg), fibroferritt FeSO 4(ÅH) 4,5N 2Å, jarositt KFe 3(SÅ 4)2(ÅH) 6, cokimbite Fe 2(SÅ 4)39N 2Å, roemeritt Fe 2+Fe 3/2+(SÅ 4)414H 2O, graftonitt (Fe, Mn) 3(PO 4)2, Scorodite Fe 3+AsO 42H 2Å, sterk FePO 42H 2Å, fayalite Fe 2SiO 4, almanditt Fe 3Al 23, andradite Ca 3Fe 23, hypersten (Fe, Mg) 2hedenbergitt (Ca, Fe), aegirin (Na, Fe), kamositt Fe 42+Al(OH)2 nH 2O.

I tillegg til disse mineralene er mange aluminosilikater, som leire, forurenset med jernforbindelser.

3. JERNOKSIDER

Jern(II)oksid, FeO, oppnås ved oksidasjon av metallisk jern, termisk dekomponering av FeC 2O 42H 2O uten lufttilgang, reduksjon av jern(III)oksid Fe 2O 3 karbonmonoksid ved 500° eller hydrogen ved 700-800°, kalsinering (650-700° i fravær av luft) av en blanding av støkiometrisk nødvendige mengder Fe 2O 3og metallisk jernpulver ved oppvarming av FeCO3 ved 490-581°:

Forbindelsen FeO er et diamagnetisk svart ustabilt krystallinsk pulver (struktur av NaCl-type). Det blir til Fe 2O 3når det varmes opp til 200-250° i luft, er det uforholdsmessig med Fe 3O 4 og metallisk jern ved 570°, smelter ved ca. 1360°; lite løselig i vann og alkalier, lett løselig i syrer for å danne jern(II)salter; redusert til metallisk jern ved virkningen av H 2eller CO ved oppvarming; bryter ned vann når det varmes opp for å danne Fe 2O 3og utgivelse av H2 :

FeO+H 2O=Fe 2O 3+H 2?

Jern (II) oksid danner spinell-type forbindelser Fe med tallrike metalloksider 2+eller Fe perovskitt 2+Me4+ O 3.

Jern(III)oksid, Fe 2O 3, er den mest stabile naturlig forekommende oksygenholdige jernforbindelsen, som forekommer i form av hematitt eller røde jernsteinmineraler.

Tre modifikasjoner av jern(III)oksid er kjent, nemlig: ?-Fe 2O 3, ?-Fe 2O 3Og ?-Fe 2O 3. Modifikasjon ?-Fe 2O 3 (tilsvarende hematitt) er paramagnetisk og dannes ved oksidasjon av jern i luft ved temperaturer over 200°, samt ved oppvarming ?-Fe 2O 3i 3 timer ved 110° eller ved å brenne pyroforisk jern i luft ved romtemperatur og trykk mindre enn 760 mm Hg. Kunst. Modifikasjon ?-Fe 2O 3ferromagnetisk og dannes ved oksidasjon av jern i luft ved temperaturer under 200°, samt ved oksidasjon av Fe 3O 4eller ved oppvarming ?-Fe 2O 3ved 300°. Modifikasjon ?-Fe 2O 3ferromagnetisk og dannes ved oksidasjon av løsninger av jern (II) salter i alkalier.

Modifikasjoner av jern(III)oksid kan også oppnås ved kalsinering av jern(III)hydroksid, Fe(OH) 3ved 700°, nitrat Fe(NO 3)36H 2O ved 600-800°, karbonat FeCO 3ved 500° i luft, FeSO-sulfat 4eller pyritt FeS2 på lufta:

Oppvarming av pulverisert jern eller jerntriklorid i damp produserer også Fe2 O 3.

Sammensatt ?-Fe 2O 3er et rødt pulver med en tetthet på 5,24 g/cm 3, som smelter ved ca. 1550°, er lite løselig i vann og kan reduseres til Fe 3O 4, FeO eller jernmetall med hydrogen, karbon, karbonmonoksid, aluminiummetall eller elementært silisium. Ved bedring ?-, ?-, ?-Fe 2O 3hydrogen (280-340°) produserer pyroforisk metallisk jern, og med aluminium- eller silisium-termisk reduksjon av modifikasjoner ?-, ?-, ?-Fe 2O 3det dannes forurenset metallisk jern.

Løselighet ?-, ?-, ?-Fe 2O 3modifikasjoner i syrer avhenger av temperaturen og varigheten av kalsineringen av oksidet før oppløsning. Hvis jernoksid har blitt lett kalsinert, løses det opp i syrer.

Jernoksid kalt rødt bly, oker, mumie, brukes som preparatpigment for maling.

Jern(II,III)oksid, Fe 3O 4, med Fe spinell struktur 2+forekommer naturlig som mineralet magnetitt.

Fe-forbindelse 3O 4 kan fremstilles ved kalsinering av andre jernoksider eller reduksjon av Fe 2O 3(400-500°) med hydrogen mettet med vanndamp eller karbonmonoksid (800°). 3O 4er en ferromagnetisk sprø (hardhet 5,6-6,5 på Mohs-skalaen) svarte kubiske krystaller med en metallisk glans; de er tungt løselige i vann og syrer, har smp. 1538° og spaltes ved 1787°.

Jern(II, III)oksid er stabilt i tørr luft og brukes til fremstilling av elektroder, siden det er en god leder av elektrisk strøm og er motstandsdyktig mot kjemiske reagenser.

4. JERN(III)OKSID

1 Søknad

Det brukes som råmateriale ved smelting av støpejern i masovnsprosessen, en katalysator i produksjon av ammoniakk, en komponent av keramikk, farget sementer og mineralmaling, i termittsveising av stålkonstruksjoner, som bærer av analoge og digital informasjon (f.eks. lyd og bilde) på magnetbånd (ferromagnetisk ?-Fe 2O 3), som poleringsmiddel (rød krokus) for stål og glass.

I næringsmiddelindustrien brukes det som matfargestoff (E172).

I rakettmodellering brukes det til å produsere katalysert karamelldrivstoff, som har en brennhastighet som er 80 % høyere enn konvensjonelt drivstoff.

Det er hovedkomponenten i rødt bly (kolkotar).

2 Kolkotar

Kolkotar - brun mineralmaling. Andre navn: parisisk eller engelsk rødmaling, caput mortuum vitrioli, krokus, rødt bly; i alkymi - rød løve.

Sammensetningen av kolkotar er mer eller mindre rent vannfritt jernoksid. Selv om vannfritt jernoksid finnes i naturen i svært store mengder (rød jernmalm, jernglans), produseres verdifulle varianter av denne malingen kunstig eller oppnås som et biprodukt ved utvinning av Nordhausen-syre fra jernsulfat, samt ved kalsinering av de viktigste jernsulfidsaltene frigjort fra løsningen ved fremstilling av jernsulfat fra vitriolstein.

4.3 Forberedelse og syntese

Fe 2O 3dannes ved kalsinering i luft av alle hydrater og oksygenforbindelser av jern, samt Fe(NO) 3)3og FeSO 4. Så for eksempel blir de kalsinert i 2 timer. på full flamme av en bunsenbrenner Fe(OH) 3, oppnådd ved metoden til G. Güttig og G. Garside.

Fe(OH) 3= Fe 2O3 + 3H 2O

Som instruert av D.N. Finkelshtein, 100 g Fe(NO 3)39H 2O varmes opp i en stor porselensdigel på en elektrisk kokeplate. Først smelter saltet stille, og danner en brun væske som gradvis fordamper. Ved 121° begynner væsken å koke, og frigjør konstant kokende 68 % HNO3 .

Etter hvert begynner væsken å tykne og hyppig omrøring er nødvendig for å unngå støt og sprut. Fra 130° blir væsken kontinuerlig omrørt med en porselensspatel, og den tykner og danner en pasta (uten omrøring stivner væsken plutselig til en fast masse). Ved 132° smuldrer pastaen umiddelbart til pulver, og fortsetter å frigjøre HNO3-damper .

Uten å slutte å røre, fortsett oppvarmingen til den er helt tørr; hele prosessen tar 20-25 minutter. Den tørre massen males, overføres til en digel og kalsineres i en muffel ved 600-700° i 8-10 timer. Hvis det opprinnelige jernnitratet er av tilstrekkelig renhet, oppfyller det resulterende produktet kvalifikasjon x. h. Utbytte 95-98% teoretisk, dvs. ca. 19 g.

For å tilberede et rent preparat tilsettes den beregnede mengden av en varm løsning av oksalsyre til en løsning av jernholdig salt oppvarmet til koking, og jernholdig oksalsyre utfelles. Det filtreres, vaskes grundig med vann, tørkes og kalsineres i nærvær av luft under kontinuerlig omrøring. Utbytte 90-93% teoretisk. Det resulterende preparatet inneholder 99,79-99,96% Fe2 O 3.

En løsning av 500 g Fe(NO 3)3 9N 2Ca 2 liter vann. En ikke for sterk strøm NH føres gjennom et rør som strekker seg til bunnen av potten. 3, vasket med alkali og vann. Rør væsken fra tid til annen med et gassutløpsrør.

Etter at utfellingen er fullført, får væsken sette seg, løsningen dekanteres, og utfellingen vaskes med varmt vann til NO er fjernet. 3i vaskevann. Vasket Fe(OH) 3tørket i porselenskopper, deretter kalsinert i 5-6 timer. ved 550-600°. Utbytte 96 g (96-97% teoretisk).

Ved mottak av Fe 2O 3, som tjener som et råmateriale for fremstilling av høyrent Fe, må utgangsjernnitratet være ekstremt rent. Ved gjentatt omkrystallisering av Fe(NO 3)39N 2O Cleaves og Thompson oppnådde et preparat som inneholdt bare 0,005 % Si og mindre enn 0,001 % andre urenheter.

Ifølge Brandt er det mest lurt å ta utgangspunkt i kjemisk rent jern. Sistnevnte oppløses i HCl, løsningen behandles med hydrogensulfid når den oppvarmes, filtreres, og toverdig jern i filtratet oksideres til jern(III)jern ved å koke med en liten mengde HNO 3. Blandingen inndampes to ganger med konsentrert HCl, og etter å ha oppløst resten i overskudd av fortynnet HCl, rystes løsningen flere ganger med eter i en stor skilletrakt.

Hvis utgangsmaterialet inneholdt Co, får innholdet i trakten sette seg, det nedre (vandige) laget dreneres gjennom kranen, og en volumdel av blandingen oppnådd ved å riste HCl (spes. 1.104) med eter blir tilsettes til eterekstraktet som er igjen i trakten. Rist kraftig, hell av bunnlaget igjen og gjenta operasjonen.

Det rensede eterekstraktet filtreres, eteren destilleres av (eller fjernes ganske enkelt ved oppvarming i vannbad), og den gjenværende FeCl-løsningen 3fordamp flere ganger med HNO 3. Den siste fordampningen utføres med tilsetning av NH4 NEI 3.

Det anbefales å utføre fordampning i en flat porselenskopp.

Etter fordampning gjenstår en skjør saltmasse som lett kan skilles fra koppen. Den males i en morter og kalsineres moderat i porsjoner på 40-50 g i en platinakopp. Resten blandes flere ganger med tørt ammoniumkarbonat og oppvarmes igjen til lav rød varme under hyppig omrøring.

Denne operasjonen gjentas til en tilnærmet konstant vekt (nøyaktig konstant vekt kan ikke oppnås, siden en liten mengde Fe 2O 3båret bort i par (NH 4)2CO 3).

jernmetalloksidmineral

KONKLUSJON

Målene som ble satt i begynnelsen av forskningsarbeidet ble fullt ut nådd:

)Informasjon om jern, dets oksider og mineraler er samlet inn:

Jern er et formbart, sølvhvitt metall med høy reaktivitet. Forbindelsen viser oksidasjonstilstander +2, +3, +6. Har oksider: Fe +2Å, Fe 2+3O 3, Fe 3O 4 (Fe +2O·Fe +32O 3). Jern(III)oksid Fe 2O 3I tillegg til å oppnås syntetisk, kan den finnes i naturlige malmforekomster. Det er en del av noen mineraler som hematitt, limonitt, magnetitt.

)Egenskapene til Fe er studert 2O 3og konklusjoner om anvendelsen trekkes:

Stoff Fe 2O 3brukes til å oppnå rent, lett oksiderbart jern ved reduksjon med hydrogen, samt i elektroniske lagringsmedier (på grunn av magnetisme), som poleringsmiddel (rød krokus) for stål og glass, i næringsmiddelindustrien og er hovedkomponenten i kolkotar (siden forbindelsen er fargelegging).

)Flere metoder for å syntetisere stoffet er studert. Det høyeste produktutbyttet er 98 % av det teoretiske. Dette resultatet kan oppnås ved å bruke metoden til D.N. Finkelstein, ved oppvarming av Fe(NO 3)39H 2O i en stor porselensdigel på en elektrisk kokeplate under konstant omrøring.

BIBLIOGRAFI

1) Ripan R. Uorganisk kjemi: I 2 bind/R. Ripan, I. Ceteanu; Overs. fra rommet D.G. Batyra, Kh.M. Khariton; Ed. I OG. Spitsyna, I.D. Collie. - M.: Forlag "Mir" 1972. - 2 bind.

)Knunyants I.L. Kort kjemisk leksikon: I 5 bind / Red. telle I.L. Knunyants (red.), etc. - M.: Publishing House "Soviet Encyclopedia", 1967 - 5 bind.

) Lidin, R.A. Kjemiske egenskaper til uorganiske stoffer: lærebok. håndbok for universiteter / R.A. Lidin, Molochko, L.L. Andreeva. Ed. R.A. Lidina.- M.: Kjemi, 2000 - 480 s.

) Nekrasov B.V. Fundamentals of General Chemistry T. I. ed. 3. rev. og tillegg Forlag "Chemistry", 1973 - 656 s.

)Remy G. Kurs i uorganisk kjemi i 2 bind / G. Remy; A.P. Grigorieva, A.G. Rykov; Ed. A.V. Novoselova. - M.: Forlag "Mir", 1966 - 2 bind.

)Paffengoltz K.N. Geologisk ordbok: i 2 bind / Utg. com. K.N. Paffengoltz (sjefredaktør), L.I. Borovikov, A.I. Zhamaida, I.I. Krasnov et al.-M.: Nedra Publishing House, 1978 - 2 bind.

)Efimov A.I. Egenskaper til uorganiske forbindelser. Katalog / A.I. Efimov et al. - L.: Chemistry, 1983 - 392 s.

)Brauer G. Veiledning til uorganisk syntese: i 6 bind Overs. fra tysk/Red. G Brower. - M.: Forlaget "Mir", 1985 - 6 bind.

)Karyakin Yu.V. Rene kjemiske reagenser / Yu.V. Karyakin, I.I. Angelov. - M.: State Scientific and Technical Publishing House of Chemical Literature, 1955 - 585 s.

)Klyuchnikov N.G. Workshop om uorganisk syntese. - M.: Forlag "Prosveshchenie", 1979 - 271 s.

)Terentyeva E.A. Uorganiske synteser: I 2 bind / Transl. fra engelsk E.A. Terentyeva, red. DI. Ryabchikova, - M.: Forlaget for utenlandsk litteratur, 1951 - 2 bind.

)Glinka N.L. Generell kjemi: Lærebok for universiteter. - 23. utg., revidert / Utg. V.A. Robinovich. - L.: Kjemi 1983-704 s.: ill.

)Zakharov L.N. Begynnelsen av laboratorieteknikker. - L.: Kjemi, 1981 - 192 s.

)Spitsyn V.I. Uorganisk kjemi. Del I: Lærebok - M.: Moscow State University Publishing House, 1991 - 480 s.: ill.

)Rabinovich V.A. Kort kjemisk oppslagsbok. - L.: Kjemi, 1977.

)Akhmetov N.S. Generell og uorganisk kjemi. - M.: Videregående skole, 2004.

)Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Generell og uorganisk kjemi. - M.: Kjemi, 1981.

)Workshop om generell og uorganisk kjemi / Red. Vorobyova A.A., Drakina S.I. - M.: Kjemi, 1984.

) Zharsky I.M., Novikov G.I. Fysiske forskningsmetoder i uorganisk kjemi. - M.: Videregående skole, 1988.

)Krasnov K.S. Molekyler og kjemisk binding. - M.: Videregående skole, 1974.

) Cotton F., Wilkinson J. Fundamentals of uorganisk kjemi. - M.: Forlaget "Mir", 1979.

)Isidorov V.A. Miljøkjemi. - St. Petersburg: Khimizdat, 2001.

) Cotton F., Wilkinson J. Moderne uorganisk kjemi. Del 1 M.: Mir, 1969.

)Lever E. Elektronisk spektroskopi av uorganiske forbindelser, M.: Mir, 1987, 2 bind.

) Lidin R.A. og andre Kjemiske egenskaper til uorganiske stoffer. - 3. utgave, rev. - M.: Kjemi, 2000 - 480 s.

)Trifonov D.N., Trifonov V.D. Hvordan kjemiske elementer ble oppdaget - M.: Education, 1980.

)Kjemi: Referanse. utg. / W. Schröter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak et al.: Trans. med ham. 2. utgave, stereotypi. - M.: Kjemi, 2000.

Tilsetningsstoffet under kodeklassifiseringsnummeret E 172 er et rødt pulveraktig stoff. I kjemisk forstand er dette tilsetningsstoffet en forbindelse av oksygen og jern.

De naturlige kildene til dette stoffet er mineralene hematitt og magnetitt, men for bruk av tilsetningsstoffet i mat er det oppnådd syntetisk. Enten ved interaksjon av jern og vanndamp ved høye temperaturer, eller ved kalsinering av jernoksider.

Opprinnelse: 2-syntetisk;

Fare:ekstremt lavt nivå;

Synonyme navn:E 172, E-172, jernoksid, jernoksider og hydroksider.

Generell informasjon

I matproduksjon av denne typen brukes tilsetningsstoffet for å gi matvarer en viss farge. Dette stoffet kan gi matvarer en rekke nyanser, alt fra rødt til svart, inkludert oransje, gult og brunt.

Det er totalt 16 typer jernoksider. Men bare tre brukes i matproduksjon:

Jern (II, III) oksid, som er et kompleks oksid, kombinerer jern (II) og (III) ioner, og i form av en kjemisk molekylformel ser det slik ut: Fe 3 O 4. I levende natur kan det være funnet i form av et magnetisk mineral. Merket E 172(i).
Jern (III) oksid, som i form av en molekylformel ser slik ut: Fe 2 O 3, og i levende natur kan det finnes i form av mineralet hematitt (og i hverdagen kalles det vanlig rust). Merket E 172(ii).
Jern(II)oksid, som i form av en molekylformel ser slik ut: FeO. Og i levende natur kan den finnes i form av mineralet wustitt. Merket E 172(iii).

Effekt på kroppen

Skade

Selve tilsetningsstoffet E 172 anses som ufarlig, og til og med i noen tilfeller gunstig for menneskekroppen. Men når det er et overskudd av det i kroppen, er det fulle av svært merkbare negative konsekvenser. Når det er et høyt nivå av jernkonsentrasjon, produseres frie radikaler i kroppen, og dette fører alltid til sykdommer som hjerteinfarkt eller.

Hvis jern samler seg i leveren, er dette full av tumorsykdommer i dette organet, og i en ondartet form. Riktignok er denne typen patologi bare karakteristisk for de menneskene som har en genetisk sykdom som f.eks.

Fordel

I ekstremt tillatte små doser gir jern betydelige fordeler for menneskekroppen. Først av alt avhenger nivået av hemoglobin i blodet direkte av det.

Og forutsatt at metabolske prosesser i kroppen er i normal tilstand, behandles jernoksid (med rimelig forbruk) 100% og skilles ut sammen med urin og avføring.

Bruk

I matproduksjon brukes dette fargestoffet i konfekt, sjokolade, dragéer og andre produkter.

I tillegg til næringsmiddelindustrien brukes det i metallurgi, som råstoff for produksjon av ulike metaller; i malings- og lakkindustrien (som fargepigment); i kjemisk industri (som katalysator); i kosmetikk (hovedsakelig for dekorativ kosmetikk); i farmakologi (for legemidler som øker nivået av hemoglobin i blodet).

Lovgivning

I nesten alle land i verden er matfargestoff under koden E 172 godkjent for bruk i matproduksjon.

Jernoksider er forbindelser av jern og oksygen.

De mest kjente er tre jernoksider: jernoksid (II) - FeO, jern(III)oksid – Fe 2 O 3 og jern(II, III) oksid – Fe 3 O 4.

Jern(II)oksid

Den kjemiske formelen til jernoksid er FeO . Denne forbindelsen er svart i fargen.

FeO Reagerer lett med fortynnet saltsyre og konsentrert salpetersyre.

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

FeO + 4HNO 3 → Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

Det reagerer ikke med vann eller salter.

Ved interaksjon med hydrogen ved en temperatur på 350 o C og koks ved en temperatur over 1000 o C, reduseres det til rent jern.

FeO +H2 → Fe + H2O

FeO +C → Fe + CO

Jern(II)oksid oppnås på forskjellige måter:

1. Som et resultat av reduksjonsreaksjonen av jern(III)oksid med karbonmonoksid.

Fe 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2

2. Varmejern med lavt oksygentrykk

2Fe + O2 → 2 FeO

3. Nedbryting av jernholdig oksalat i vakuum

FeC 2 O 4 → FeO + CO + CO 2

4. Interaksjon av jern med jernoksider ved en temperatur på 900-1000 o

Fe + Fe 2 O 3 → 3 FeO

Fe + Fe 3 O 4 → 4 FeO

I naturen eksisterer jernholdig oksid som mineralet wustitt.

I industrien brukes det til smelting av støpejern i masovner, i prosessen med å sverte (blånende) stål. Det finnes i fargestoffer og keramikk.

Jern(III)oksid

Kjemisk formel Fe2O3 . Dette er en forbindelse av jern(III)jern med oksygen. Det er et rødbrunt pulver. Hematitt finnes i naturen som et mineral.

Fe2O3 har andre navn: jernoksid, rødt bly, krokus, pigment rød 101, konditorfargeE172 .

Reagerer ikke med vann. Kan interagere med både syrer og alkalier.

Fe 2 O 3 + 6 HCl → 2 FeCl 3 + 3 H 2 O

Fe 2 O 3 + 2 NaOH → 2 NaFeO 2 + H 2 O

Jern (III) oksid brukes til å male byggematerialer: murstein, sement, keramikk, betong, belegningsplater, linoleum. Det tilsettes som et fargestoff til maling og emaljer, og til trykkfarger. Jernoksid brukes som katalysator i produksjonen av ammoniakk. I næringsmiddelindustrien er det kjent som E172.

Jern (II, III) oksid

Kjemisk formel Fe3O4 . Denne formelen kan skrives på en annen måte: FeO Fe 2 O 3.

Det finnes i naturen som mineralet magnetitt, eller magnetisk jernmalm. Det er en god leder av elektrisk strøm og har magnetiske egenskaper. Dannes når jern brenner og når overopphetet damp virker på jern.

3Fe + 2 O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 4H2O → Fe304 + 4H2

Oppvarming ved en temperatur på 1538 o C fører til oppløsning

2Fe 3 O 4 → 6FeO + O 2

Reagerer med syrer

Fe 3 O 4 + 8 HCl → FeCl 2 + 2 FeCl 3 + 4H 2 O

Fe 3 O 4 + 10HNO 3 → 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

Reagerer med alkalier ved fusjon

Fe 3 O 4 + 14NaOH → Na 3 FeO 3 + 2Na 5 FeO 4 + 7H 2 O

Reagerer med oksygen i luften

4 Fe 3 O 4 + O 2 → 6Fe 2 O 3

Reduksjon skjer ved reaksjon med hydrogen og karbonmonoksid

Fe304 + 4H2 → 3Fe + 4H20

Fe 3 O 4 + 4CO → 3Fe + 4CO 2

Magnetiske nanopartikler av Fe 3 O 4 oksid har funnet anvendelse i magnetisk resonansavbildning. De brukes også i produksjon av magnetiske medier. Jernoksid Fe 3 O 4 inngår i maling som produseres spesielt for krigsskip, ubåter og annet utstyr. Elektroder er laget av smeltet magnetitt for noen elektrokjemiske prosesser.

Jern(III)oksid

TU 6-09-1404-76

Fe2O3

Jern(III)oksid- et komplekst uorganisk stoff, en forbindelse av jern og oksygen med den kjemiske formelen Fe 2 O 3.

Jern(III)oksid er et amfotert oksid med høy overvekt av grunnleggende egenskaper. Rød-brun farge. Termisk motstandsdyktig mot høye temperaturer. Dannes når jern brenner i luft. Reagerer ikke med vann. Reagerer sakte med syrer og alkalier. Redusert av karbonmonoksid, smeltet jern. Den smelter sammen med oksider av andre metaller og danner doble oksider - spineller.

Hematitt finnes i naturen som et utbredt mineral, hvis urenheter forårsaker den rødlige fargen på lateritt, rød jord, og også overflaten til Mars; en annen krystallinsk modifikasjon oppstår som mineralet maghemitt.

Jernoksid Fe 2 O 3 er krystaller fra rødbrune til svartfiolette. Kjemikaliet er termisk stabilt. Ingen reaksjon med vann. Langsom reaksjon med alkalier og syrer.

Jernoksid Fe 2 O 3 brukes som råstoff for produksjon av støpejern i masovnsprosessen. Dette kjemikaliet er en katalysator i ammoniakkproduksjonsprosessen. Det er inkludert i keramikk som en av komponentene; det brukes til fremstilling av mineralmaling og farget sement. Jernoksid Fe2O3 er effektivt for termisk sveising av stålkonstruksjonselementer. Dette stoffet er assosiert med opptak av lyd og bilder på magnetiske medier. Fe2O3 er et kvalitetspoleringsmiddel for polering av stål- og glassdeler.

Det er hovedkomponenten i rødt bly. Fe 2 O 3 i næringsmiddelindustrien er et ganske vanlig tilsetningsstoff E172.

Fysiske egenskaper
Stat	hard
Molar masse	159,69 g/mol
Tetthet	5,242 g/cm³
Termiske egenskaper
T. flyte.	1566 °C
T. kip.	1987 °C
Damptrykk	0 ± 1 mmHg

Fe 2 O 3 brukes i smelting av støpejern i masovnsprosessen, en katalysator i produksjon av ammoniakk, en komponent i keramikk, farget sementer og mineralmaling, i termittsveising av stålkonstruksjoner, som bærer av analog og digital informasjon (for eksempel lyd og bilde) på magnetbånd (ferrimagnetisk γ -Fe 2 O 3), som poleringsmiddel (rød krokus) for stål og glass.

I næringsmiddelindustrien brukes det som matfargestoff (E172).

I rakettmodellering brukes det til å produsere katalysert karamelldrivstoff, som har en brennhastighet som er 80 % høyere enn konvensjonelt drivstoff.

Det er hovedkomponenten i rødt bly (kolkotar).

I den petrokjemiske industrien brukes den som en hovedkomponent i en dehydrogeneringskatalysator i syntesen av dienmonomerer.

Jernoksid brukes:

I konstruksjon brukes den til maling av betong, sement, murstein og keramikk. Det er et av hovedfargene for belegningsplater og kalksandstein. For å oppnå en rik farge tilsettes fargestoffer i en mengde på 2-5 vekt% av blandingen.
I maling- og lakkindustrien brukes jernoksidpigmenter til maling, emaljer og primere, de er perfekt kompatible med nesten alle typer filmdannende stoffer.
På grunn av deres unike egenskaper brukes disse fargestoffene også aktivt i andre bransjer, for eksempel til farging av linoleum, plast og i trykkfarger.
Som katalysator i produksjonen av ammoniakk.
For termittsveising av stålkonstruksjoner.
Som en bærer av informasjon i magnetiske medier.
Som poleringsmiddel for stål og glass.
Som konditorfarge E172.

Beskrivelse

Fysisk-kjemiske egenskaper

Et amfotert oksid med høy overvekt av grunnleggende egenskaper. Rød-brun farge. Termisk stabil opp til høye temperaturer. Dannes når jern brenner i luft. Reagerer ikke med vann. Reagerer sakte med syrer og alkalier.