68. Jernforbindelser
Jern(II)oksid FeO- et svart krystallinsk stoff, uløselig i vann og alkalier. FeO matcher base Fe(OH)2.
Kvittering. Jernoksid (II) kan oppnås ved ufullstendig reduksjon av magnetisk jernmalm med karbonmonoksid (II):
Kjemiske egenskaper. Det er hovedoksidet. Reagerer med syrer og danner salter:
Jern(II)hydroksid Fe(OH)2- hvit krystallinsk substans.
Kvittering. Jern (II) hydroksyd er oppnådd fra jernholdige salter ved virkning av alkaliske løsninger:
Kjemiske egenskaper. basisk hydroksid. Reagerer med syrer:
I luft oksideres Fe (OH) 2 til Fe (OH) 3:
Jern(III)oksid Fe2O3- et brunt stoff, forekommer i naturen i form av rød jernmalm, uløselig i vann.
Kvittering. Ved fyring av pyritt:
Kjemiske egenskaper. Viser svake amfotere egenskaper. Når det samhandler med alkalier, danner det salter:
Jern(III)hydroksid Fe(OH)3- et stoff med rød-brun farge, uløselig i vann og overflødig alkali.
Kvittering. Oppnådd ved oksidasjon av jernoksid (III) og jernhydroksid (II).
Kjemiske egenskaper. Det er en amfoterisk forbindelse (med en overvekt av grunnleggende egenskaper). Det utfelles under påvirkning av alkalier på jernsalter:
Jernholdige salter oppnådd ved interaksjon av metallisk jern med de tilsvarende syrene. De er sterkt hydrolysert, derfor er deres vandige oppløsninger energiske reduksjonsmidler:
Når det varmes opp over 480 °C, brytes det ned og danner oksider:
Under virkningen av alkalier på jern(II)sulfat, dannes jern(II)hydroksid:
Danner et krystallinsk hydrat FeSO4-7H2O (jernvitriol). Jern (III) klorid FeCl3 – mørkebrunt krystallinsk stoff.
Kjemiske egenskaper. Løselig i vann. FeCl3 har oksiderende egenskaper.
Reduksjonsmidler - magnesium, sink, hydrogensulfid, oksideres uten oppvarming.
DEFINISJON
Jern- et element i den åttende gruppen av den fjerde perioden av det periodiske systemet av kjemiske elementer av D. I. Mendeleev.
Og det sløve tallet er 26. Symbolet er Fe (lat. "ferrum"). Et av de vanligste metallene i jordskorpen (andre plass etter aluminium).
Fysiske egenskaper av jern
Jern er et grått metall. I sin rene form er den ganske myk, formbar og formbar. Den elektroniske konfigurasjonen av det eksterne energinivået er 3d 6 4s 2 . I sine forbindelser viser jern oksidasjonstilstandene "+2" og "+3". Smeltepunktet til jern er 1539C. Jern danner to krystallinske modifikasjoner: α- og γ-jern. Den første av dem har et kubisk kroppssentrert gitter, den andre har et kubisk ansiktssentrert. α-jern er termodynamisk stabilt i to temperaturområder: under 912 og fra 1394C til smeltepunktet. Mellom 912 og 1394C er γ-jern stabilt.
De mekaniske egenskapene til jern avhenger av dets renhet - innholdet i det av selv svært små mengder andre elementer. Fast jern har evnen til å løse opp mange grunnstoffer i seg selv.
Kjemiske egenskaper til jern
I fuktig luft ruster jern raskt, d.v.s. dekket med et brunt belegg av hydratisert jernoksid, som på grunn av sin sprøhet ikke beskytter jern mot ytterligere oksidasjon. I vann korroderer jern intensivt; med rikelig tilgang på oksygen dannes hydratiserte former for jernoksid (III):
2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.
Ved mangel på oksygen eller med vanskelig tilgang dannes et blandet oksid (II, III) Fe 3 O 4:
3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.
Jern oppløses i saltsyre i hvilken som helst konsentrasjon:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2.
På samme måte skjer oppløsning i fortynnet svovelsyre:
Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.
I konsentrerte løsninger av svovelsyre oksideres jern til jern (III):
2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.
Men i svovelsyre, hvis konsentrasjon er nær 100%, blir jern passivt og det er praktisk talt ingen interaksjon. I fortynnede og moderat konsentrerte løsninger av salpetersyre oppløses jern:
Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.
Ved høye konsentrasjoner av salpetersyre bremses oppløsningen og jern blir passivt.
Som andre metaller reagerer jern med enkle stoffer. Reaksjonene av interaksjonen mellom jern og halogener (uavhengig av typen halogen) fortsetter når de varmes opp. Samspillet mellom jern og brom fortsetter ved et økt damptrykk av sistnevnte:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;
3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.
Samspillet mellom jern og svovel (pulver), nitrogen og fosfor oppstår også ved oppvarming:
6Fe + N2 = 2Fe3N;
2Fe + P = Fe2P;
3Fe + P = Fe 3 P.
Jern er i stand til å reagere med ikke-metaller som karbon og silisium:
3Fe + C = Fe3C;
Blant reaksjonene av interaksjonen av jern med komplekse stoffer, spiller følgende reaksjoner en spesiell rolle - jern er i stand til å redusere metaller som er i aktivitetsserien til høyre for det, fra saltløsninger (1), til å redusere jern (III) ) forbindelser (2):
Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);
Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2 (2).
Jern, ved forhøyet trykk, reagerer med et ikke-saltdannende oksid - CO for å danne stoffer med kompleks sammensetning - karbonyler - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 og Fe 3 (CO) 12.
Jern, i fravær av urenheter, er stabilt i vann og i fortynnede alkaliløsninger.
Får jern
Den viktigste måten å skaffe jern på er fra jernmalm (hematitt, magnetitt) eller elektrolyse av løsninger av dets salter (i dette tilfellet oppnås "rent" jern, dvs. jern uten urenheter).
Eksempler på problemløsning
EKSEMPEL 1
| Trening | Jernskjell Fe 3 O 4 som veide 10 g ble først behandlet med 150 ml saltsyreløsning (densitet 1,1 g/ml) med en massefraksjon av hydrogenklorid 20 %, og deretter ble et overskudd av jern tilsatt til den resulterende løsningen. Bestem sammensetningen av løsningen (i vektprosent). |
| Løsning | Vi skriver reaksjonsligningene i henhold til tilstanden til problemet: 8HCl + Fe304 \u003d FeCl2 + 2FeCl3 + 4H20 (1); 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 (2). Når du kjenner tettheten og volumet til en saltsyreløsning, kan du finne massen: m sol (HCl) = V(HCl) x p (HCl); m sol (HCl) \u003d 150 × 1,1 \u003d 165 g. Regn ut massen av hydrogenklorid: m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165 x 20 %/100 % = 33 g. Den molare massen (massen av en mol) av saltsyre, beregnet ved hjelp av tabellen over kjemiske elementer av D.I. Mendeleev - 36,5 g / mol. Finn mengden hydrogenkloridstoff: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v (HCl) \u003d 33 / 36,5 \u003d 0,904 mol. Molar masse (masse av en mol) av skala, beregnet ved hjelp av tabellen over kjemiske elementer av D.I. Mendeleev - 232 g/mol. Finn mengden av avleiringsstoff: v (Fe 3 O 4) \u003d 10/232 \u003d 0,043 mol. I henhold til ligning 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1: 8, derfor v (HCl) \u003d 8 v (Fe 3 O 4) \u003d 0,344 mol. Da vil mengden av hydrogenkloridstoff beregnet i henhold til ligningen (0,344 mol) være mindre enn det som er angitt i tilstanden til problemet (0,904 mol). Derfor er saltsyre i overskudd og en annen reaksjon vil fortsette: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (3). La oss bestemme mengden jernkloridstoff som dannes som et resultat av den første reaksjonen (indekser angir en spesifikk reaksjon): v 1 (FeCl 2): v (Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol; v 1 (FeCl3): v (Fe203) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol. La oss bestemme mengden hydrogenklorid som ikke reagerte i reaksjon 1 og mengden jern(II)kloridstoff som ble dannet under reaksjon 3: v rem (HCl) \u003d v (HCl) - v 1 (HCl) \u003d 0,904 - 0,344 \u003d 0,56 mol; v 3 (FeCl 2): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol. La oss bestemme mengden FeCl 2-stoff som dannes under reaksjon 2, den totale mengden FeCl 2-stoff og massen: v 2 (FeCl3) = v 1 (FeCl3) = 0,086 mol; v 2 (FeCl 2): v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2 x v 2 (FeCl 3) = 0,129 mol; v sum (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) \u003d 0,043 + 0,129 + 0,28 \u003d 0,452 mol; m (FeCl 2) \u003d v sum (FeCl 2) × M (FeCl 2) \u003d 0,452 × 127 \u003d 57,404 g. La oss bestemme mengden stoff og massen av jern som gikk inn i reaksjon 2 og 3: v2 (Fe): v2 (FeCl3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) \u003d 0,043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2 x v rem (HCl) = 0,28 mol; v sum (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \u003d 0,043 + 0,28 \u003d 0,323 mol; m(Fe) = v sum (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g. La oss beregne mengden stoff og massen av hydrogen som frigjøres i reaksjon 3: v (H 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol; m (H 2) \u003d v (H 2) × M (H 2) \u003d 0,28 × 2 \u003d 0,56 g. Vi bestemmer massen til den resulterende løsningen m 'sol og massefraksjonen av FeCl 2 i den: m’ sol \u003d m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2); |
Rent jern oppnås ved forskjellige metoder: elektrolyse av vandige løsninger av dets salter, termisk dekomponering av Zh. pentokarbonyl i vakuum, etc. Teknisk rent jern - "Armco iron", "Vit", og andre merker produseres i ovner med åpen ildsted . Tabell 2 viser innholdet av urenheter i enkelte. jernkvaliteter oppnådd ved metodene ovenfor. Alle disse metodene, med unntak av åpen ildsted-metoden, er svært kostbare.
Den viktigste industrielle metoden for å oppnå sink er produksjonen i form av forskjellige legeringer med karbon-støpejern og karbonstål. Når jern reduseres i masovner, dannes det støpejern, og stål brukes hovedsakelig i maskinteknikk. Støpejern oppnås ved masovnsprosessen.
Kjemien til domeneprosessen er som følger:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,
FeO + CO = Fe + CO2.
Råjern er i henhold til deres formål delt inn i konvertering og støpejern Råjern - går til videre bearbeiding til karbon og andre stål. Støperi - for produksjon av støpegods. Krom-nikkel støpejern for videre utvinning av nikkel fra dem eller fremstilling av lavlegert nikkel og krom-nikkel stål.
Åpen ildsted, omformer og elektrisk smelting reduseres til fjerning av overflødig karbon og skadelige urenheter ved å brenne dem ut og til å finjustere innholdet av legeringselementer til et forhåndsbestemt.
Maksimalt karboninnhold i støpejern er 4,4 %, silisium 1,75 %, mangan 1,75 %, fosfor 0,30 %, svovel 0,07 %. I en stålovn skal innholdet av karbon, silisium og mangan reduseres til tideler av en prosent. Omfordelingen av støpejern utføres gjennom oksidasjonsreaksjoner utført ved høye temperaturer Jern, hvis innhold i støpejern er mye høyere enn andre stoffer, er delvis oksidert:
2Fe + O2 = 2FeO + Q
Jernoksid (II), blandet med smelten, oksiderer silisium, mangan, fosfor og karbon:
Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe + Q
Mn + FeO = MnO + Fe + Q
2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe + Q
C + FeO = CO + Fe - Q
Etter at oksidative reaksjoner er fullført, inneholder legeringen jern(II)oksid, som må fjernes. I tillegg er det nødvendig å bringe innholdet av karbon, silisium og mangan i stålet til de etablerte standardene.Dette oppnås ved å tilsette deoksideringsmidler, som ferromangan. Mangan reagerer med jern(II)oksid:
Mn + FeO = MnO + Fe
Karbonstål er klassifisert neste. vei:
grunnleggende åpent ildsted stål
syre åpent ildsted stål
omformer stål
elektrisk stål
Betydningen av den metallurgiske prosessen for produksjon av jern og stål, inkludert masovnsprosessen og omfordeling av råjern, er årsaken til den stadige utviklingen og forbedringen av metoden for direkte produksjon av jern fra jernmalm.
Syntese av 2,2-dietoksyindandion
Aminosyrer, peptider og proteiner, eller proteiner, danner en gruppe kjemisk og biologisk beslektede forbindelser som spiller en svært viktig rolle i livsprosesser. Med fullstendig hydrolyse...
Menneskekroppen inneholder omtrent 5 g jern, det meste (70%) er en del av hemoglobinet i blodet.
Fysiske egenskaper
I fri tilstand er jern et sølvhvitt metall med en gråaktig fargetone. Rent jern er formbart og har ferromagnetiske egenskaper. I praksis brukes ofte jernlegeringer - støpejern og stål.
Fe er det viktigste og vanligste elementet av de ni d-metallene i den sekundære undergruppen til gruppe VIII. Sammen med kobolt og nikkel utgjør den «jernfamilien».
Når du danner forbindelser med andre elementer, bruker den ofte 2 eller 3 elektroner (B \u003d II, III).
Jern, som nesten alle d-elementer i gruppe VIII, viser ikke en høyere valens lik gruppetallet. Dens maksimale valens når VI og er ekstremt sjelden.
De mest typiske forbindelsene er de der Fe-atomene er i +2 og +3 oksidasjonstilstander.
Metoder for å skaffe jern
1. Kommersielt jern (i en legering med karbon og andre urenheter) oppnås ved karbotermisk reduksjon av dets naturlige forbindelser i henhold til skjemaet:
Gjenoppretting skjer gradvis, i 3 stadier:
1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2
2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2
3) FeO + CO \u003d Fe + CO 2
Støpejernet fra denne prosessen inneholder mer enn 2 % karbon. I fremtiden oppnås stål fra støpejern - jernlegeringer som inneholder mindre enn 1,5% karbon.
2. Veldig rent jern oppnås på en av følgende måter:
a) dekomponering av pentakarbonyl Fe
Fe(CO)5 = Fe + 5CO
b) hydrogenreduksjon av ren FeO
FeO + H 2 \u003d Fe + H 2 O
c) elektrolyse av vandige løsninger av Fe+2-salter
FeC 2 O 4 \u003d Fe + 2СO 2
jern(II)oksalat
Kjemiske egenskaper
Fe - et metall med middels aktivitet, viser generelle egenskaper som er karakteristiske for metaller.
En unik funksjon er evnen til å "ruste" i fuktig luft:
I fravær av fuktighet med tørr luft, begynner jern å reagere merkbart bare ved T > 150°C; ved kalsinering dannes "jernbelegg" Fe 3 O 4:
3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4
Jern løses ikke opp i vann i fravær av oksygen. Ved svært høye temperaturer reagerer Fe med vanndamp og fortrenger hydrogen fra vannmolekyler:
3 Fe + 4H 2 O (g) \u003d 4H 2
Rustprosessen i mekanismen er elektrokjemisk korrosjon. Rustproduktet presenteres i en forenklet form. Faktisk dannes et løst lag av en blanding av oksider og hydroksider med variabel sammensetning. I motsetning til Al 2 O 3-filmen, beskytter ikke dette laget jernet mot ytterligere ødeleggelse.
Typer korrosjon
Korrosjonsbeskyttelse av jern
1. Interaksjon med halogener og svovel ved høy temperatur.
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
2Fe + 3F 2 = 2FeF 3
Fe + I 2 \u003d FeI 2
Det dannes forbindelser der den ioniske typen binding dominerer.
2. Interaksjon med fosfor, karbon, silisium (jern kombineres ikke direkte med N 2 og H 2, men løser dem opp).
Fe + P = Fe x P y
Fe + C = Fe x C y
Fe + Si = FexSiy
Stoffer med variabel sammensetning dannes siden berthollider (bindingens kovalente natur råder i forbindelsene)
3. Interaksjon med "ikke-oksiderende" syrer (HCl, H 2 SO 4 dil.)
Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2
Siden Fe ligger i aktivitetsserien til venstre for hydrogen (E ° Fe / Fe 2+ \u003d -0,44V), er den i stand til å fortrenge H 2 fra vanlige syrer.
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2
4. Interaksjon med "oksiderende" syrer (HNO 3 , H 2 SO 4 kons.)
Fe 0 - 3e - → Fe 3+
Konsentrert HNO 3 og H 2 SO 4 "passiverer" jern, så ved vanlige temperaturer løses ikke metallet i dem. Ved sterk oppvarming skjer langsom oppløsning (uten frigjøring av H 2).
I razb. HNO 3 jern løses opp, går i løsning i form av Fe 3+ kationer, og syreanionet reduseres til NO *:
Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O
Det løser seg veldig godt i en blanding av HCl og HNO 3
5. Holdning til alkalier
Fe oppløses ikke i vandige løsninger av alkalier. Det reagerer med smeltede alkalier bare ved svært høye temperaturer.
6. Interaksjon med salter av mindre aktive metaller
Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu
Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0
7. Interaksjon med gassformig karbonmonoksid (t = 200°C, P)
Fe (pulver) + 5CO (g) \u003d Fe 0 (CO) 5 jernpentakarbonyl
Fe(III) forbindelser
Fe 2 O 3 - jernoksid (III).
Rødbrunt pulver, n. R. i H 2 O. I naturen - "rød jernmalm".
Måter å få:
1) dekomponering av jernhydroksid (III)
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
2) pyrittbrenning
4FeS 2 + 11O 2 \u003d 8SO 2 + 2Fe 2 O 3
3) dekomponering av nitrat
Kjemiske egenskaper
Fe 2 O 3 er et basisk oksid med tegn på amfoterisme.
I. Hovedegenskapene manifesteres i evnen til å reagere med syrer:
Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + ZN2O
Fe 2 O 3 + 6 HCI \u003d 2FeCI 3 + 3H 2 O
Fe 2 O 3 + 6HNO 3 \u003d 2Fe (NO 3) 3 + 3H 2 O
II. Svake syreegenskaper. Fe 2 O 3 løses ikke opp i vandige løsninger av alkalier, men når de smeltes sammen med faste oksider, alkalier og karbonater, dannes ferritter:
Fe 2 O 3 + CaO \u003d Ca (FeO 2) 2
Fe 2 O 3 + 2 NaOH \u003d 2NaFeO 2 + H 2 O
Fe 2 O 3 + MgCO 3 \u003d Mg (FeO 2) 2 + CO 2
III. Fe 2 O 3 - råstoff for jernproduksjon i metallurgi:
Fe 2 O 3 + ZS \u003d 2Fe + ZSO eller Fe 2 O 3 + ZSO \u003d 2Fe + ZSO 2
Fe (OH) 3 - jern (III) hydroksyd
Måter å få:
Oppnådd ved virkningen av alkalier på løselige salter Fe 3+:
FeCl 3 + 3 NaOH \u003d Fe (OH) 3 + 3 NaCl
På tidspunktet for mottak av Fe(OH) 3 - rødbrunt mukosamorft utfelling.
Fe (III) hydroksyd dannes også under oksidasjon av Fe og Fe (OH) 2 i fuktig luft:
4Fe + 6H 2 O + 3O 2 \u003d 4Fe (OH) 3
4Fe(OH) 2 + 2Н 2 O + O 2 = 4Fe(OH) 3
Fe(III)-hydroksid er sluttproduktet av hydrolyse av Fe 3+-salter.
Kjemiske egenskaper
Fe(OH) 3 er en veldig svak base (mye svakere enn Fe(OH) 2). Viser merkbare sure egenskaper. Dermed har Fe (OH) 3 en amfoter karakter:
1) reaksjoner med syrer går lett:
2) et friskt bunnfall av Fe(OH)3 løses i varm kons. løsninger av KOH eller NaOH med dannelse av hydroxokomplekser:
Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K 3
I en alkalisk løsning kan Fe (OH) 3 oksideres til ferrater (salter av jernsyre H 2 FeO 4 ikke isolert i fri tilstand):
2Fe(OH)3 + 10KOH + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O
Fe 3+ salter
De mest praktiske viktige er: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe (NO 3) 3, Fe (SCN) 3, K 3 4 - gult blodsalt \u003d Fe 4 3 prøyssisk blått (mørkeblått bunnfall)
b) Fe 3+ + 3SCN - \u003d Fe (SCN) 3 Fe (III) tiocyanat (blodrød løsning)
Jern er et velkjent kjemisk grunnstoff. Det tilhører metallene med gjennomsnittlig reaktivitet. Vi vil vurdere egenskapene og bruken av jern i denne artikkelen.
Utbredelse i naturen
Det er et ganske stort antall mineraler som inkluderer ferrum. Først av alt er det magnetitt. Det er syttito prosent jern. Dens kjemiske formel er Fe 3 O 4 . Dette mineralet kalles også magnetisk jernmalm. Den har en lys grå farge, noen ganger med mørk grå, opp til svart, med en metallisk glans. Dens største forekomst blant CIS-landene ligger i Ural.
Det neste mineralet med høyt jerninnhold er hematitt - det består av sytti prosent av dette elementet. Dens kjemiske formel er Fe 2 O 3 . Det kalles også rød jernmalm. Den har en farge fra rødbrun til rødgrå. Den største forekomsten på territoriet til CIS-landene ligger i Krivoy Rog.
Det tredje mineralet når det gjelder ferruminnhold er limonitt. Her er jern seksti prosent av den totale massen. Det er et krystallinsk hydrat, det vil si at vannmolekyler er vevd inn i dets krystallgitter, dens kjemiske formel er Fe 2 O 3 .H 2 O. Som navnet tilsier, har dette mineralet en gul-brunaktig farge, noen ganger brun. Det er en av hovedkomponentene i naturlig oker og brukes som pigment. Det kalles også brun jernstein. De største forekomstene er Krim, Ural.
I sideritt, den såkalte jernmalmen, førtiåtte prosent av ferrum. Dens kjemiske formel er FeCO 3 . Strukturen er heterogen og består av krystaller av forskjellige farger koblet sammen: grå, blekgrønn, grå-gul, brun-gul, etc.
Det siste naturlig forekommende mineralet med høyt ferruminnhold er pyritt. Den har følgende kjemiske formel FeS 2 . Jern i den er førtiseks prosent av den totale massen. På grunn av svovelatomene har dette mineralet en gylden gul farge.
Mange av mineralene som vurderes brukes til å oppnå rent jern. I tillegg brukes hematitt til fremstilling av smykker fra naturstein. Pyritt inneslutninger kan finnes i lapis lazuli smykker. I tillegg finnes jern i naturen i sammensetningen av levende organismer - det er en av de viktigste komponentene i cellen. Dette sporelementet må tilføres menneskekroppen i tilstrekkelige mengder. De helbredende egenskapene til jern skyldes i stor grad det faktum at dette kjemiske elementet er grunnlaget for hemoglobin. Derfor har bruk av ferrum en god effekt på blodets tilstand, og derfor hele organismen som helhet.
Jern: fysiske og kjemiske egenskaper
La oss ta en titt på disse to hoveddelene i rekkefølge. jern er dets utseende, tetthet, smeltepunkt osv. Det vil si alle de særegne egenskapene til et stoff som er assosiert med fysikk. De kjemiske egenskapene til jern er dets evne til å reagere med andre forbindelser. La oss starte med det første.
Fysiske egenskaper av jern
I sin rene form under normale forhold er det et fast stoff. Den har en sølvgrå farge og en uttalt metallisk glans. De mekaniske egenskapene til jern inkluderer et hardhetsnivå på She lik fire (middels). Jern har god elektrisk og termisk ledningsevne. Den siste funksjonen kan føles ved å berøre en jerngjenstand i et kaldt rom. Siden dette materialet leder varme raskt, tar det mye av det ut av huden din på kort tid, og det er derfor du føler deg kald.
Ved å berøre for eksempel et tre, kan det bemerkes at dets varmeledningsevne er mye lavere. De fysiske egenskapene til jern er dets smelte- og kokepunkt. Den første er 1539 grader Celsius, den andre er 2860 grader Celsius. Det kan konkluderes med at de karakteristiske egenskapene til jern er god duktilitet og smelteevne. Men det er ikke alt.
De fysiske egenskapene til jern inkluderer også dets ferromagnetisme. Hva det er? Jern, hvis magnetiske egenskaper vi kan observere i praktiske eksempler hver dag, er det eneste metallet som har et så unikt kjennetegn. Dette skyldes det faktum at dette materialet er i stand til å magnetiseres under påvirkning av et magnetfelt. Og etter avslutningen av virkningen av sistnevnte, forblir jern, hvis magnetiske egenskaper nettopp er dannet, en magnet i lang tid. Dette fenomenet kan forklares med det faktum at i strukturen til dette metallet er det mange frie elektroner som er i stand til å bevege seg.
Når det gjelder kjemi
Dette elementet tilhører metallene med middels aktivitet. Men de kjemiske egenskapene til jern er typiske for alle andre metaller (unntatt de som er til høyre for hydrogen i den elektrokjemiske serien). Det er i stand til å reagere med mange klasser av stoffer.
La oss starte enkelt
Ferrum interagerer med oksygen, nitrogen, halogener (jod, brom, klor, fluor), fosfor, karbon. Det første du bør vurdere er reaksjoner med oksygen. Når ferrum brennes, dannes dets oksider. Avhengig av reaksjonsbetingelsene og proporsjonene mellom de to deltakerne, kan de varieres. Som et eksempel på slike interaksjoner kan følgende reaksjonsligninger gis: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 \u003d 2Fe 2 O 3; 3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4. Og egenskapene til jernoksid (både fysisk og kjemisk) kan varieres, avhengig av variasjonen. Disse reaksjonene finner sted ved høye temperaturer.
Den neste er interaksjonen med nitrogen. Det kan også bare oppstå under oppvarming. Hvis vi tar seks mol jern og en mol nitrogen, får vi to mol jernnitrid. Reaksjonsligningen vil se slik ut: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.
Ved interaksjon med fosfor dannes et fosfid. For å utføre reaksjonen er følgende komponenter nødvendige: for tre mol ferrum - en mol fosfor, som et resultat dannes en mol fosfid. Ligningen kan skrives som følger: 3Fe + P = Fe 3 P.
I tillegg, blant reaksjoner med enkle stoffer, kan interaksjon med svovel også skilles. I dette tilfellet kan sulfid oppnås. Prinsippet hvorved prosessen med dannelse av dette stoffet skjer, ligner de som er beskrevet ovenfor. Det oppstår nemlig en addisjonsreaksjon. Alle kjemiske interaksjoner av denne typen krever spesielle forhold, hovedsakelig høye temperaturer, sjeldnere katalysatorer.
Også vanlig i kjemisk industri er reaksjoner mellom jern og halogener. Disse er klorering, bromering, jodering, fluorering. Som det fremgår av navnene på selve reaksjonene, er dette prosessen med å tilsette klor / brom / jod / fluor-atomer til ferrum-atomer for å danne henholdsvis klorid / bromid / jodid / fluor. Disse stoffene er mye brukt i ulike bransjer. I tillegg er ferrum i stand til å kombinere med silisium ved høye temperaturer. På grunn av det faktum at de kjemiske egenskapene til jern er forskjellige, brukes det ofte i kjemisk industri.
Ferrum og komplekse stoffer
Fra enkle stoffer, la oss gå videre til de hvis molekyler består av to eller flere forskjellige kjemiske elementer. Det første å nevne er reaksjonen av ferrum med vann. Her er hovedegenskapene til jern. Når vann varmes opp, dannes det sammen med jern (det kalles det fordi det, når det samhandler med det samme vannet, danner et hydroksid, med andre ord en base). Så hvis du tar en mol av begge komponentene, dannes stoffer som ferrumdioksid og hydrogen i form av en gass med en skarp lukt - også i molare proporsjoner på en til en. Ligningen for denne typen reaksjon kan skrives som følger: Fe + H 2 O \u003d FeO + H 2. Avhengig av proporsjonene som disse to komponentene er blandet i, kan jerndi- eller trioksid oppnås. Begge disse stoffene er svært vanlige i kjemisk industri og brukes også i mange andre industrier.
Med syrer og salter
Siden ferrum er plassert til venstre for hydrogen i den elektrokjemiske serien av metallaktivitet, er det i stand til å fortrenge dette elementet fra forbindelser. Et eksempel på dette er substitusjonsreaksjonen som kan observeres når jern tilsettes til en syre. For eksempel, hvis du blander jern og sulfatsyre (aka svovelsyre) med middels konsentrasjon i samme molare proporsjoner, vil resultatet være jernsulfat (II) og hydrogen i samme molare proporsjoner. Ligningen for en slik reaksjon vil se slik ut: Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.
Når du samhandler med salter, manifesteres de reduserende egenskapene til jern. Det vil si at ved hjelp av det kan et mindre aktivt metall isoleres fra salt. For eksempel, hvis du tar en mol og samme mengde ferrum, kan du få jernsulfat (II) og rent kobber i samme molare proporsjoner.
Betydning for kroppen
Et av de vanligste kjemiske grunnstoffene i jordskorpen er jern. vi allerede har vurdert, nå vil vi nærme oss det fra et biologisk synspunkt. Ferrum utfører svært viktige funksjoner både på cellenivå og på nivå med hele organismen. Først av alt er jern grunnlaget for et slikt protein som hemoglobin. Det er nødvendig for transport av oksygen gjennom blodet fra lungene til alle vev, organer, til hver celle i kroppen, først og fremst til nevronene i hjernen. Derfor kan de gunstige egenskapene til jern ikke overvurderes.
I tillegg til at det påvirker bloddannelsen, er ferrum også viktig for full funksjon av skjoldbruskkjertelen (dette krever ikke bare jod, som noen tror). Jern deltar også i intracellulær metabolisme, regulerer immunitet. Ferrum finnes også i spesielt store mengder i leverceller, da det bidrar til å nøytralisere skadelige stoffer. Det er også en av hovedkomponentene i mange typer enzymer i kroppen vår. Det daglige kostholdet til en person bør inneholde fra ti til tjue milligram av dette sporstoffet.
Mat rik på jern
Det er mange. De er av både plante- og animalsk opprinnelse. De første er frokostblandinger, belgfrukter, frokostblandinger (spesielt bokhvete), epler, sopp (hvit), tørket frukt, nyper, pærer, fersken, avokado, gresskar, mandler, dadler, tomater, brokkoli, kål, blåbær, bjørnebær, selleri, etc. Den andre - lever, kjøtt. Bruken av mat med mye jern er spesielt viktig under graviditet, da kroppen til det utviklende fosteret krever en stor mengde av dette sporelementet for riktig vekst og utvikling.
Tegn på jernmangel i kroppen
Symptomer på for lite ferrum som kommer inn i kroppen er tretthet, konstant frysing av hender og føtter, depresjon, sprøtt hår og negler, nedsatt intellektuell aktivitet, fordøyelsessykdommer, lav ytelse og skjoldbruskkjertelforstyrrelser. Hvis du merker mer enn ett av disse symptomene, kan det være lurt å øke mengden jernrik mat i kostholdet ditt eller kjøpe vitaminer eller kosttilskudd som inneholder ferrum. Sørg også for å konsultere en lege hvis noen av disse symptomene du føler deg for akutt.
Bruken av ferrum i industrien
Brukene og egenskapene til jern er nært beslektet. På grunn av sin ferromagnetisme, brukes den til å lage magneter - både svakere for husholdningsformål (souvenir kjøleskapsmagneter, etc.), og sterkere - for industrielle formål. På grunn av det faktum at det aktuelle metallet har høy styrke og hardhet, har det blitt brukt siden antikken til fremstilling av våpen, rustninger og andre militære og husholdningsverktøy. Forresten, selv i det gamle Egypt var meteorittjern kjent, hvis egenskaper er overlegne de av vanlig metall. Også et slikt spesielt jern ble brukt i det gamle Roma. De laget elitevåpen av det. Bare en veldig rik og edel person kunne ha et skjold eller sverd laget av meteorittmetall.
Generelt er metallet som vi vurderer i denne artikkelen det mest allsidige blant alle stoffene i denne gruppen. Først av alt lages stål og støpejern av det, som brukes til å produsere alle slags produkter som er nødvendige både i industrien og i hverdagen.
Støpejern er en legering av jern og karbon, der den andre er tilstede fra 1,7 til 4,5 prosent. Hvis den andre er mindre enn 1,7 prosent, kalles denne typen legering stål. Hvis omtrent 0,02 prosent karbon er tilstede i sammensetningen, er dette allerede vanlig teknisk jern. Tilstedeværelsen av karbon i legeringen er nødvendig for å gi den større styrke, termisk stabilitet og rustmotstand.
I tillegg kan stål inneholde mange andre kjemiske elementer som urenheter. Dette er mangan, fosfor og silisium. Også krom, nikkel, molybden, wolfram og mange andre kjemiske elementer kan tilsettes denne typen legeringer for å gi den visse kvaliteter. Ståltyper hvor det er mye silisium (omtrent fire prosent) brukes som transformatorstål. De som inneholder mye mangan (opptil tolv til fjorten prosent) finner sin bruk i produksjon av deler til jernbaner, møller, knusere og andre verktøy, hvor deler er utsatt for rask slitasje.
Molybden introduseres i sammensetningen av legeringen for å gjøre den mer termisk stabil - slike stål brukes som verktøystål. I tillegg, for å få kjente og ofte brukte rustfrie stål i hverdagen i form av kniver og andre husholdningsverktøy, er det nødvendig å tilsette krom, nikkel og titan til legeringen. Og for å få støtbestandig, høyfast, duktilt stål, er det nok å tilsette vanadium til det. Når det introduseres i sammensetningen av niob, er det mulig å oppnå høy motstand mot korrosjon og effekten av kjemisk aggressive stoffer.
Mineralet magnetitt, som ble nevnt i begynnelsen av artikkelen, er nødvendig for produksjon av harddisker, minnekort og andre enheter av denne typen. På grunn av sine magnetiske egenskaper kan jern finnes i konstruksjonen av transformatorer, motorer, elektroniske produkter osv. I tillegg kan ferrum tilsettes andre metallegeringer for å gi dem større styrke og mekanisk stabilitet. Sulfatet til dette elementet brukes i hagebruk for skadedyrbekjempelse (sammen med kobbersulfat).
De er uunnværlige i vannrensing. I tillegg brukes magnetittpulver i sort/hvitt-skrivere. Hovedbruken av pyritt er å få svovelsyre fra den. Denne prosessen skjer i laboratoriet i tre trinn. I det første trinnet brennes ferrumkis for å produsere jernoksid og svoveldioksid. På det andre trinnet skjer omdannelsen av svoveldioksid til trioksid med deltakelse av oksygen. Og på det siste stadiet føres det resulterende stoffet gjennom i nærvær av katalysatorer, og oppnår derved svovelsyre.
Får jern
Dette metallet utvinnes hovedsakelig fra de to hovedmineralene: magnetitt og hematitt. Dette gjøres ved å redusere jern fra dets forbindelser med karbon i form av koks. Dette gjøres i masovner, hvor temperaturen når to tusen grader Celsius. I tillegg er det en måte å redusere ferrum med hydrogen. Dette krever ikke en masovn. For å implementere denne metoden tas spesiell leire, blandet med knust malm og behandlet med hydrogen i en sjaktovn.
Konklusjon
Egenskapene og bruken av jern er varierte. Dette er kanskje det viktigste metallet i livet vårt. Etter å ha blitt kjent for menneskeheten, tok han plassen til bronse, som på den tiden var hovedmaterialet for produksjon av alle verktøy, så vel som våpen. Stål og støpejern er på mange måter overlegen legeringen av kobber og tinn når det gjelder deres fysiske egenskaper, motstand mot mekanisk påkjenning.
I tillegg er jern mer vanlig på planeten vår enn mange andre metaller. den i jordskorpen er nesten fem prosent. Det er det fjerde mest tallrike kjemiske elementet i naturen. Dette kjemiske elementet er også veldig viktig for normal funksjon av organismen til dyr og planter, først og fremst fordi hemoglobin er bygget på grunnlaget. Jern er et essensielt sporelement, hvis bruk er viktig for å opprettholde helse og normal funksjon av organer. I tillegg til ovennevnte er det det eneste metallet som har unike magnetiske egenskaper. Uten ferrum er det umulig å forestille seg livet vårt.