Järnoxid färgämne röd effekt på kroppen. E172 – Järnoxider. Exempel på problemlösning

INTRODUKTION

Detta arbete ägnas åt studier av egenskaperna hos järn(III)oxid Fe 2O 3, även känd som mineraler: hematit ( ?-Fe 2O 3), limonit (Fe 2O 3H2O), är en del av magnetit (FeO Fe2 O 3).

Ämnet för kursarbetet är av praktiskt och teoretiskt intresse. Projektet kommer att vara användbart för företag som syntetiserar Fe 2O 3i industriell skala.

Projektet är också användbart som en samling information om järn, några av dess oxider, särskilt järn(III)oxid och de mineraler som innehåller det.

Mål som måste uppnås efter avslutat projekt: samla in den mest kompletta informationen om järn(III)oxid, studera dess egenskaper och syntesmetoder.

Projektmål:

Samla in fullständig och uppdaterad information om ämnet.

Studera egenskaperna hos järn och dess oxid (III) Fe 2O 3, på grundval av vilken du kan lära dig om användningen av dessa ämnen.

Överväg alla möjliga syntesmetoder och lyft fram den mest lönsamma.

I slutet av detta projekt ska du göra en slutsats om det utförda arbetet, ange vilka uppgifter som genomfördes och vilka som inte gjorde det.

Järn var känt redan före vår tideräkning. Människor i det antika Egypten och Nordamerika använde föremål gjorda av meteoritjärn. På den tiden var järn det vanligaste materialet efter brons.

Man tror att folken i Kaukasus och Turkestan var de första som fick järn från mineraler. Järn spred sig senare till Babylon, Egypten, Grekland och Rom. Järn, erhållet med den primitiva metoden (som bestod i att värma järnmalm med kol i lergropar eller ugnar), var förorenat med slagg och förädlades genom långsmidning.

I det gamla östern, när man smälte järn, användes ugnar, utrustade med bälgar för att tillföra luft. På 1400-talet Genom att öka flödet av tillförd luft höjdes smälttemperaturen. Tack vare detta var det möjligt att få tag i gjutjärn, som var mycket ömtåligt och gick sönder när det slogs av en hammare. Senare framställdes smidbart järn genom att gjutjärn värmdes med kol i en smedja i en luftström.

Ett stort steg inom järnmetallurgin är att ersätta träkol med koks - ett reduktionsmedel, en kolkälla och samtidigt ett brännbart material. Redan på 1800-talet. tekniska processer för att tillverka stål utvecklades.

1.1 Att vara i naturen

I naturen finns järn praktiskt taget aldrig i ett fritt tillstånd. Det finns vanligtvis i mineraler i form av olika föreningar. Dess innehåll i jordskorpan är 4,7 viktprocent. %.

De mest typiska järnmineralerna är: Siderit, Limonit, Hematite, Magnetite. Det finns även andra mineraler: Wustit, Pyrit, Marcasite, Löllingite, Mispickel, Melantherite, Vivianite, etc.

Mineralfyndigheter som innehåller järnmineral finns i olika länder: Ryssland, Sverige, Norge, Frankrike, Grekland, Italien, Kuba, Turkiet, etc.

Andelen järn i mineraler varierar från 25 till 70%. Malmer som innehåller mindre än 45 % järn anses vara fattiga och används inte i industrin. Malmer anrikas med den magnetiska metoden. Hematit eller limonit omvandlas till magnetit genom värmebehandling och passerar genom ett magnetfält för att separeras från den tomma naturen.

Järn är en del av hemoglobin, en komponent av röda blodkroppar i levande organismer. Hos vissa arter innehåller hemoglobinmolekylen koppar istället för järn.

1.2 Förberedelse och användning

Rent, lätt oxiderbart metalliskt järn kan erhållas genom att reducera järn(III)oxid Fe 2O 3väte vid upphettning:

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

Minskning av Fe 2O 3 med väte vid 278-340°C erhålls pyroforiskt järn, vid 550-650°C - järn, över 700°C - en sintrad massa av metallsvampjärn.

Rent järn kan erhållas genom termisk nedbrytning av järnpentakarbonyl Fe(CO) 5utan tillgång till syre och vid temperaturer över 140°C, samt genom elektrolys av en vattenlösning av FeCl 2·4H 2O med tillsatt NH4 Cl vid 30°C.

Förorenat metalliskt järn kan erhållas genom aluminium- eller kiseldioxid-termisk reduktion av järn(III)oxid Fe 2O 3och järn (II, III) oxider Fe3 O 4.

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

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

För att erhålla olika ferrolegeringar (ferrokrom, ferrotungsten, ferromolybden, etc.) används aluminium- eller kisel-termisk reduktion av en blandning av Fe 2O 3 med oxider av motsvarande metaller (Cr 2O 3, W.O. 3,Mu 3etc.). För kiseltermisk reduktion används elementärt kisel eller ferrokisel.

För att få ultrarent järn (10 -6% orenheter) använder zonsmältningsmetoden.

För att producera gjutjärn eller råjärn (legeringar av järn och kol) används mineraler som inte innehåller svavel, arsenik och fosfor: hematit, limonit, magnetit, siderit.

Tackjärn framställs genom att reducera järnmalm i masugnar. Processen att omvandla gjutjärn (råjärn) till smidbart järn sker genom oxidation och partiellt avlägsnande av föroreningar (S, P, As, Si, etc.), d.v.s. genom att förfina med Puddell-, Bessemer-, Thomas- eller Martin-processen.

Masugnen har formen av två stympade koner, som är förbundna med baserna. Dess höjd är 65 m, diameter 5-11 m. Arbetsvolymen för ugnen - 200-2000 m 3, produktivitet - cirka 2000 ton gjutjärn per dag. Den övre konen i ugnen kallas axeln. Den är gjord av eldfast tegel och har en så kallad "ugnstopp" i den övre delen - en automatisk anordning för att ta bort masugnsgaser. Den nedre konen är gjord av brandbeständigt kalksandsten. I dess nedre del finns en smedja, som har en cylindrisk form. Kaminen själv stöds av metallstrukturer, eftersom den är ganska tung.

Järnsmältningsprocessen går till så här: krossad järnmalm laddas uppifrån i masugnen, som blandas lager för lager med koks; Förvärmd luft kommer in under tryck underifrån, där koksen brinner. Kolmonoxid som bildas vid förbränning reducerar järn från dess oxider:

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

Eftersom reaktionen är reversibel, enligt Le Chateliers princip, skiftar jämvikten åt vänster vid förhöjda temperaturer. Därför sker reaktionen huvudsakligen i den övre delen av ugnen, där temperaturen är lägre. Del Fe 2O 3reduceras endast till FeO:

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

I den nedre delen av ugnen, där temperaturen är mycket hög, är reduktionsmedlet själva kolet:

På grund av den mycket höga temperaturen i den nedre delen av ugnen smälter järnet och rinner ner. Det utrymme som frigörs i detta avseende fylls uppifrån med nya lager malm och koks.

Järn och dess legeringar används aktivt i alla industrier på grund av dess förmåga att bibehålla mekaniska och fysikalisk-kemiska egenskaper vid temperaturer upp till 900 °C. Järnlegeringar finns i flera typer: magnetiska, icke-magnetiska, syrabeständiga, hårda, rostfria, värmebeständiga, etc.

Stål används vid tillverkning av ellok, bilar, järnvägsräls, traktorer, borriggar, kranar och används i många andra industrier.

Förutom stål och gjutjärn är legeringar som innehåller 4-6,5 % järn, såsom mässing och brons, kända. I dem fungerar järn som en tillsats för att modifiera styrka, duktilitet, hårdhet, formbarhet, åldringshastighet och andra egenskaper.

Järn och dess legeringar är av stor betydelse för modern teknik. Järnförbrukningen överstiger 100 miljoner ton per år över hela världen.

3Fysikaliska egenskaper och kemiska egenskaper

Rent järn i kompakt tillstånd är en silvergrå metall med en blåaktig nyans, med en densitet på 7,867 g/cm 3, hårdhet 4-5 på Mohs-skalan, smp. 1536°C, etc. kp. 3250°C. Järn finns i form av fyra allotropa modifieringar, nämligen: ?-Fe, stabil upp till 768°C, ?-Fe, stabil i intervallet 768-906°C, ?-Fe, stabil i intervallet 906-1401°C, och ?-Fe, stabil i intervallet 1401-1536°C.

Modifiering ?, ?, ?har en kubisk kroppscentrerad kristallstruktur, och modifieringen ?-ansiktscentrerad kubisk gitterstruktur. Modifiering ?Och ?- ferromagnetisk, och ?Och ?- diamagnetisk. Ferromagnetism försvinner när järn värms upp till Curie-punkten på 768°C.

I ett finmalt tillstånd har metalliskt järn pyrofora egenskaper och bildas som ett resultat av destillation av järnamalgam eller reduktion av Fe 2O 3väte vid ungefär 270°.

Varmt pyroforiskt järn antänds spontant i luften eftersom det, eftersom det är finmalt och innehåller väte, interagerar energiskt med syre i luften.

Ett mycket stort antal legeringar (gjutjärn, stål, etc.) är kända, bildade av järn med olika metaller (Co, Ni, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Zr, Sb, Ti, Sn, Pb , Al, Be, Mg, Zn och Cu), såväl som med icke-metaller - kol, kisel, kväve, fosfor, svavel, väte.

Det har observerats att järn i legerat stål bildar fasta lösningar, eutektiska hårda legeringar och intermetalliska föreningar med många grundämnen. Exempel på intermetalliska föreningar: Fe 3Mo 2, Fe 5Obs 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 och Fe 2Si.

Det huvudsakliga legeringselementet i järn är kol. Kol som introduceras i relativt små mängder förändrar järnets natur och egenskaper väsentligt. Det har redan sagts att legeringar av järn med andra grundämnen som innehåller 0-1,7% kol klassificeras som stål och de som innehåller 1,7-6,7% kol klassificeras som gjutjärn. Kol finns i järn i form av grafit (elementärt kol) eller i form av cementit.

Järn-kolsystem med en kolhalt på mer än 6,67 % beaktas inte, eftersom endast legeringar som innehåller upp till cirka 5 % kol används inom tekniken. Kol hjälper till att öka styrka, hårdhet, motstånd och minska duktiliteten.

Järns mekaniska egenskaper beror på graden av dess renhet. I sitt rena tillstånd är järn ganska mjukt, formbart, formbart, trögflytande och leder värme och elektricitet bra. När järn är förorenat med olika icke-metaller eller metaller förändras dess mekaniska egenskaper avsevärt.

I sitt kompakta tillstånd är rent järn stabilt i torr luft och rostar i fuktig luft och förvandlas till Fe 2O 3n N 2O (där n har ett värde nära ett) - rost; den senare bildar en porös, lös hinna som inte skyddar järnet från inverkan av syre.

När förorenat järn kommer i kontakt med fukt och koldioxid från atmosfären bildas galvaniska par på metallens yta, i vilka järn, som är ett negativt element, förstörs. På grund av elektrokemisk korrosion blir ytan av förorenat järn i fuktig luft täckt av rost på kort tid. Fe-joner 2+med OH-anjoner -(från vatten) eller CO 32-(bildas under upplösningen av CO 2i vatten) bildar Fe(OH) 2eller FeCO 3, som i en vattenhaltig miljö och i närvaro av syre omvandlas till Fe(OH) 3(eller i Fe 2O3 3H 2O).

För att skydda järn från inverkan av frätande ämnen är det belagt med ett lager av oljefärg, emalj eller annan metall: Zn (zinkplätering), Sn (tinning), Cr (kromplätering), Ni (nickelplätering), Cd ( kadmiumplätering), Pb (blyplätering) - eller ytoxidation med smält NaNO 3 eller KNO 3.

Vattenånga bryts ner av glödhett järn över 700° enligt den reversibla ekvationen:

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

Vid rumstemperatur löser järn ungefär 0,005 % väte. I det här fallet bildas inklusionshydrid FeH, vilket hjälper till att öka hårdheten hos järn:

Fe+4H2 O=2FeH

Ett gram järn löser sig 0,272 cm vid 1530°C 3 väte, vid 1550° -0,279 cm 3väte och vid 1650° -0,310 cm3 väte.

Järn mättat med väte, när det värms upp i luft till 900°, förlorar en betydande del av denna gas.

Vid vanliga temperaturer interagerar torrt syre inte med järn. När en polerad järnplatta värms upp i syre över 150° observeras en mörkare yta, och när den värms upp till vit värme bildas magnetit:

Fe+2O 2=Fe 3O 4

Vid 1900° i närvaro av syre omvandlas järn helt till oxider.

På? 900° löslighet av syre i ?-Fe är 0,18%, och in ?-Fe och ?-Fe hon är större. Järn med låg syrehalt bildar hårda och spröda legeringar.

Vid upphettning reagerar järn med klorgas och omvandlas till Fe 2Cl 6, men reagerar inte med flytande klor. När brom eller jodånga verkar på pulveriserat kristallint järn erhålls Fe 3Br 8(eller 2 feb 3FeBr 2) och Fe 3jag 8(eller 2FeI3· FeI 2):

Fe+3Cl 2=Fe 2Cl 6

Fe+4Br 2=Fe 3Br 8

Genom att värma upp pulveriserat metalliskt järn i bromånga vid 190° erhålls Fe2 Br 6:

Fe+3Br 2=Fe 2Br 6

Finmalet järn reagerar med svavel vid upphettning och bildar sulfider FeS, FeS2 :

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

Svavel är dåligt lösligt i järn, men järnsulfid FeS (från legeringar av järn-svavelsystemet) bildar ett eutektikum med järn, som innehåller 30 % svavel, smälter vid 985°, är skört vid röd värme och försämrar kvaliteten på järn ( gjutjärn eller stål).

När järnpulver värms upp i en ström av ammoniak bildas Fe2-nitrider N, Fe 4N:

Fosfor, arsenik och kisel bildar intermetalliska föreningar med järn vid upphettning, till exempel Fe 3P, Fe 2P, FeP, Fe 3Som 2, Fe 2Som, Fe 3Som 4, Fe 3Si 2, FeSi, FeSi2 , Fe 2Si.

Eftersom Fe/Fe-systemets normala potential 2+är lika med -0,44 V, är järn en lätt oxiderad metall. Under påverkan av utspädda oorganiska syror (HCl, H 2SÅ 4etc.) det förvandlas till motsvarande salter av järn (II) med frisättning av väte:

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

Utspädd salpetersyra, tagen i överskott, reagerar med järn enligt ekvationen:

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

Koncentrerade syror som HNO 3och H 2SÅ 4, interagerar med järn när det värms upp enligt ekvationerna:

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

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

Normal potential för Fe/Fe-systemet 3+ är lika med -0,036 V.

Under påverkan av koncentrerade syror HNO 3, H 2SÅ 4, N 2СгО 4järn blir passivt på grund av bildandet av en tät skyddande film på metallytan, vilket ändrar värdet på den elektrokemiska potentialen.

Järn utsätts för koncentrerade alkalilösningar. Utspädda lösningar av alkalier verkar på järn endast i närvaro av koldioxid.

Järn tränger undan metallerna Bi, Sb, Pb, Sn, Cu, Ag, Hg och Au från lösningar av deras salter.

Ur en fysiologisk synvinkel är järn av särskild betydelse för människokroppen och djuren, eftersom det är en katalysator för andningsprocessen. Som redan nämnts är järn en del av hemoglobinmolekylen. Hemoglobinmolekylen består av den intercykliska föreningen hem, som innehåller tvåvärt järn, och globinproteinet. I de mänskliga lungorna fäster hemoglobin syre och förvandlas till oxyhemoglobin, som transporteras av blodet och levererar syre till alla kroppens celler.

2. MINERALER

Magnetit, Fe 3O 4, innehåller upp till 72% järn och är en svart kubisk kristall med en svag metallglans, densitet 4,9-5,2 g/cm 3, hårdhet 5,6-6 på Mohs-skalan och magnetiska egenskaper.

Hematit, ?-Fe 2O 3(från det grekiska ordet hematikos, som betyder "blodig"), innehåller upp till 65 % järn och är en röd-svart romboedrisk kristall med en densitet på 5-5,3 g/cm 3, hårdhet 5,5-6 på Mohs-skalan. ?-Fe 2O 3lätt att återställa när den värms upp under påverkan av H 2, C, CO, A1, Si, etc.

Limonit (goethit), Fe 2O 3H 2O eller HFeO 2, innehåller upp till 60 % järn och visas som kristaller, granulat, ooliter eller svartbruna knölar. Densitet av limonit 3,3-4 g/cm 3, hårdhet 1-4 på Mohs-skalan. Goetitdensitet 4-4,4 g/cm 3, hårdhet 4,5-5,5 på Mohs-skalan. Till skillnad från andra järnhaltiga malmer är limonit och goetit lättast att reducera till metalliskt järn.

Siderite, FeCO 3, innehåller cirka 35 % järn, har en gulvit (med en grå eller brun nyans om smutsig) färg, densitet 3,9 g/cm 3och hårdhet 3,5-4,5 på Mohs-skalan.

Pyrit, FeS 2, innehåller 46,6 % järn och förekommer i form av kubiska kristaller, gula som mässing, med en metallisk lyster (gulaktig-brun nyans), densitet 4,9-5,2 g/cm 3, hårdhet 6-6,5 på Mohs-skalan. Den innehåller små mängder Co, Ni, As, Sb och ibland Cu, Ag, Au.

Marcasite, FeS 2, innehåller också 46,6% järn, men förekommer som mässingsgula bipyramidala rombiska kristaller med en densitet på 4,6-4,9 g/cm 3och hårdhet 5-6 på Mohs-skalan. Vid en temperatur på 450° förvandlas det till pyrit.

Löllingite, FeAs 2, innehåller 27,2 % järn och förekommer i form av silvervita bipyramidala ortorombiska kristaller med en densitet på 7,0 - 7,40 g/cm 3och hårdhet 5 - 5,5 på Mohs-skalan.

Mispickel, FeAsS, innehåller 34,3 % järn och förekommer i form av vita monokliniska prismor med en densitet på 5,6-6,2 g/cm 3och hårdhet 5,5-6 på Mohs-skalan.

Melanterit, FeSO 47H 2O, mindre vanlig i naturen och är gröna (eller grå på grund av föroreningar) monokliniska kristaller med en glasig lyster, ömtåliga, med en densitet på 1,8-1,9 g/cm3 .

Vivianite, Fe 3(P.O. 4)28H 2O, förekommer som blågrå eller gröngrå monokliniska kristaller med en densitet av 2,95 g/cm 3och hårdhet 1,5-2 på Mohs-skalan.

Utöver de beskrivna är andra mineraler kända, till exempel: ilmenit FeTiO 3magnetit (Fe, Mg), fibroferrit FeSO 4(ÅH) 4,5N 2O, jarosite KFe 3(SÅ 4)2(ÅH) 6, cokimbite Fe 2(SÅ 4)39N 2O, roemerit Fe 2+Fe 3/2+(SÅ 4)414H 2O, graftonit (Fe, Mn) 3(PO 4)2, skorodit Fe 3+AsO 42H 2O, stark FePO 42H 2O, fayalite Fe 2SiO 4, almandit Fe 3Al 23, andradite Ca 3Fe 23, hypersten (Fe, Mg) 2hedenbergit (Ca, Fe), aegirin (Na, Fe), kamosit Fe 42+Al(OH)2 nH 2O.

Förutom dessa mineraler är många aluminosilikater, såsom leror, förorenade med järnföreningar.

3. JÄRNOXIDER

Järn(II)oxid, FeO, erhålls genom oxidation av metalliskt järn, termisk nedbrytning av FeC 2O 42H 2O utan lufttillgång, reduktion av järn(III)oxid Fe 2O 3 kolmonoxid vid 500° eller väte vid 700-800°, kalcinering (650-700° i frånvaro av luft) av en blandning av stökiometriskt erforderliga mängder Fe 2O 3och metalliskt järnpulver genom uppvärmning av FeCO3 vid 490-581°:

Föreningen FeO är ett diamagnetiskt svart instabilt kristallint pulver (struktur av NaCl-typ). Det förvandlas till Fe 2O 3när den upphettas till 200-250° i luft, är den oproportionerlig mot Fe 3O 4 och metalliskt järn vid 570°, smälter vid ca 1360°; svårlöslig i vatten och alkalier, lättlöslig i syror för att bilda järn(II)salter; reduceras till metalliskt järn genom inverkan av H 2eller CO vid upphettning; sönderdelar vatten vid upphettning för att bilda Fe 2O 3och frisättning av H2 :

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

Järn(II)oxid bildar föreningar av spinelltyp Fe med många metalloxider 2+eller Fe perovskit 2+Jag 4+ O 3.

Järn(III)oxid, Fe 2O 3, är den mest stabila naturligt förekommande syrehaltiga järnföreningen, som förekommer i form av hematit eller röda järnstensmineraler.

Tre modifieringar av järn(III)oxid är kända, nämligen: ?-Fe 2O 3, ?-Fe 2O 3Och ?-Fe 2O 3. Modifiering ?-Fe 2O 3 (motsvarande hematit) är paramagnetisk och bildas genom oxidation av järn i luft vid temperaturer över 200°, samt genom uppvärmning ?-Fe 2O 3under 3 timmar vid 110° eller genom att bränna pyrofort järn i luft vid rumstemperatur och tryck mindre än 760 mm Hg. Konst. Modifiering ?-Fe 2O 3ferromagnetisk och bildas genom oxidation av järn i luft vid temperaturer under 200°, samt genom oxidation av Fe 3O 4eller genom uppvärmning ?-Fe 2O 3vid 300°. Modifiering ?-Fe 2O 3ferromagnetisk och bildas genom oxidation av lösningar av järn(II)salter i alkalier.

Modifieringar av järn(III)oxid kan också erhållas genom kalcinering av järn(III)hydroxid, Fe(OH) 3vid 700°, nitrat Fe(NO 3)36H 2O vid 600-800°, karbonat FeCO 3vid 500° i luft, FeSO-sulfat 4eller pyrit FeS2 på luft:

Uppvärmning av pulveriserat järn eller järntriklorid i ånga producerar också Fe2 O 3.

Förening ?-Fe 2O 3är ett rött pulver med en densitet på 5,24 g/cm 3, som smälter vid ca 1550°, är svårlösligt i vatten och kan reduceras till Fe 3O 4, FeO eller järnmetall genom väte, kol, kolmonoxid, aluminiummetall eller elementärt kisel. Vid återhämtning ?-, ?-, ?-Fe 2O 3väte (280-340°) producerar pyrofor metalliskt järn, och med aluminium- eller kiseltermisk reduktion av modifieringar ?-, ?-, ?-Fe 2O 3förorenat metalliskt järn bildas.

Löslighet ?-, ?-, ?-Fe 2O 3Modifieringar i syror beror på temperaturen och varaktigheten av kalcineringen av oxiden före upplösning. Om järnoxid har blivit lätt bränd löses den i syror.

Järnoxid som kallas rött bly, ockra, mumie, används som preparatpigment för färger.

Järn(II,III)oxid, Fe 3O 4, med Fe spinell struktur 2+förekommer naturligt som mineralet magnetit.

Fe-förening 3O 4 kan framställas genom kalcinering av andra järnoxider eller reduktion av Fe 2O 3(400-500°) med väte mättad med vattenånga eller kolmonoxid (800°). 3O 4är en ferromagnetisk spröd (hårdhet 5,6-6,5 på Mohs-skalan) svarta kubiska kristaller med en metallisk lyster; de är svårlösliga i vatten och syror, har en mp. 1538° och sönderdelas vid 1787°.

Järn(II, III)oxid är stabil i torr luft och används för tillverkning av elektroder, eftersom den är en bra ledare av elektrisk ström och är resistent mot kemiska reagenser.

4. JÄRN(III)OXID

1 Ansökan

Det används som råmaterial vid smältning av gjutjärn i masugnsprocessen, en katalysator vid framställning av ammoniak, en komponent av keramik, färgade cement och mineralfärger, vid termitsvetsning av stålkonstruktioner, som bärare av analoga och digital information (t.ex. ljud och bild) på magnetband (ferromagnetisk ?-Fe 2O 3), som polish (röd krokus) för stål och glas.

Inom livsmedelsindustrin används det som livsmedelsfärg (E172).

I raketmodellering används det för att producera katalyserat karamellbränsle, som har en förbränningshastighet som är 80 % högre än konventionellt bränsle.

Det är huvudkomponenten i rött bly (kolkotar).

2 Kolkotar

Kolkotar - brun mineralfärg. Andra namn: Parisisk eller engelsk röd färg, caput mortuum vitrioli, krokus, rött bly; i alkemi - rött lejon.

Sammansättningen av kolkotar är mer eller mindre ren vattenfri järnoxid. Även om vattenfri järnoxid finns i naturen i mycket stora mängder (röd järnmalm, järnglans), framställs värdefulla varianter av denna färg på konstgjord väg eller erhålls som en biprodukt vid utvinning av Nordhausensyra från järnsulfat, samt vid kalcinering av huvudsakliga järnsulfidsalter som frigörs från lösning vid framställning av järnsulfat från vitriolsten.

4.3 Beredning och syntes

Fe 2O 3bildas vid kalcinering i luft av alla hydrater och syreföreningar av järn, samt Fe(NO) 3)3och FeSO 4. Så till exempel kalcineras de i 2 timmar. på full låga av en bunsenbrännare Fe(OH) 3erhållen genom metoden av G. Guttig och G. Garside.

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

Enligt anvisningar från D.N. Finkelshtein, 100 g Fe(NO 3)39H 2O värms upp i en stor porslinsdegel på en elektrisk kokplatta. Till en början smälter saltet tyst och bildar en brun vätska som gradvis avdunstar. Vid 121° börjar vätskan koka och frigör konstant kokande 68 % HNO3 .

Så småningom börjar vätskan tjockna och frekvent omrörning är nödvändig för att undvika stötar och stänk. Med start vid 130° omrörs vätskan kontinuerligt med en porslinsspatel och den tjocknar och bildar en pasta (utan omrörning stelnar vätskan plötsligt till en fast massa). Vid 132° smälter pastan omedelbart sönder till pulver och fortsätter att släppa ut HNO3-ångor .

Utan att sluta röra om, fortsätt värma tills det är helt torrt; hela processen tar 20-25 minuter. Den torra massan mals, överförs till en degel och kalcineras i en muffel vid 600-700° i 8-10 timmar. Om det ursprungliga järnnitratet är av tillräcklig renhet, uppfyller den resulterande produkten kvalifikation x. h. Utbyte 95-98 % teoretiskt, dvs ca 19 g.

För att förbereda ett rent preparat tillsätts den beräknade mängden av en het lösning av oxalsyra till en lösning av järnsalt upphettad till kokning, och järnoxalsyra fälls ut. Den filtreras, tvättas noggrant med vatten, torkas och kalcineras i närvaro av luft under kontinuerlig omrörning. Utbyte 90-93% teoretiskt. Det resulterande preparatet innehåller 99,79-99,96% Fe2 O 3.

En lösning av 500 g Fe(NO 3)3 9N 2Ca 2 liter vatten. En inte alltför stark ström NH leds genom ett rör som sträcker sig till botten av potten. 3tvättas med alkali och vatten. Rör om vätskan då och då med ett gasutloppsrör.

Efter avslutad utfällning får vätskan sedimentera, lösningen dekanteras och fällningen tvättas med varmt vatten tills NO avlägsnas. 3i tvättvatten. Tvättad Fe(OH) 3torkas i porslinsmuggar och brändes sedan i 5-6 timmar. vid 550-600°. Utbyte 96 g (96-97 % teoretiskt).

Vid mottagande av Fe 2O 3, som tjänar som ett råmaterial för framställning av högrent Fe, måste utgångsjärnnitratet vara extremt rent. Genom upprepad omkristallisation av Fe(NO 3)39N 2O Cleaves och Thompson erhöll ett preparat innehållande endast 0,005 % Si och mindre än 0,001 % andra föroreningar.

Enligt Brandt är det mest lämpligt att utgå från kemiskt rent järn. Den senare löses i HCl, lösningen behandlas med vätesulfid när den värms upp, filtreras och tvåvärt järn i filtratet oxideras till järn(III)järn genom att koka med en liten mängd HNO 3. Blandningen indunstas två gånger med koncentrerad HCl och, efter att ha löst återstoden i överskott av utspädd HCl, skakas lösningen flera gånger med eter i en stor separertratt.

Om utgångsmaterialet innehöll Co, får innehållet i tratten sedimentera, det undre (vattenhaltiga) skiktet dräneras genom kranen och en volymandel av blandningen som erhålls genom att skaka HCl (spec. 1.104) med eter sattes till det kvarvarande eterextraktet i tratten. Skaka kraftigt, häll av det undre lagret igen och upprepa operationen.

Det renade eterextraktet filtreras, etern destilleras av (eller avlägsnas helt enkelt genom uppvärmning i ett vattenbad) och den återstående FeCl-lösningen 3indunsta flera gånger med HNO 3. Den sista indunstningen utförs med tillsats av NH4 NEJ 3.

Det är lämpligt att utföra avdunstning i en platt porslinsmugg.

Efter avdunstning finns en ömtålig saltmassa kvar, lätt att separera från koppen. Den mals i en mortel och måttligt kalcinerad i portioner om 40-50 g i en platinakopp. Återstoden blandas flera gånger med torrt ammoniumkarbonat och upphettas igen vid låg röd värme under ofta omrörning.

Denna operation upprepas tills en ungefärligen konstant vikt (exakt konstant vikt kan inte uppnås, eftersom en liten mängd Fe 2O 3bortförd i par (NH 4)2CO 3).

järnmetalloxidmineral

SLUTSATS

De mål som sattes upp i början av forskningsarbetet uppnåddes fullt ut:

)Information om järn, dess oxider och mineraler har samlats in:

Järn är en formbar, silvervit metall med hög reaktivitet. Föreningen uppvisar oxidationstillstånd +2, +3, +6. Har oxider: Fe +2O, Fe 2+3O 3, Fe 3O 4 (Fe +2O·Fe +32O 3). Järn(III)oxid Fe 2O 3Förutom att den erhålls syntetiskt kan den finnas i naturliga malmfyndigheter. Det är en del av vissa mineraler som hematit, limonit, magnetit.

)Egenskaper hos Fe har studerats 2O 3och slutsatser om dess tillämpning dras:

Substans Fe 2O 3används för att erhålla rent, lätt oxiderbart järn genom reduktion med väte, samt i elektroniska lagringsmedier (på grund av magnetism), som polermedel (röd krokus) för stål och glas, i livsmedelsindustrin och är huvudkomponenten i kolkotar (eftersom föreningen är färgande).

)Flera metoder för att syntetisera ämnet har studerats. Det högsta produktutbytet är 98 % av det teoretiska. Detta resultat kan uppnås med användning av metoden enligt D.N. Finkelstein, genom att värma Fe(NO 3)39H 2O i en stor porslinsdegel på en elektrisk kokplatta under konstant omrörning.

BIBLIOGRAFI

1) Ripan R. Oorganisk kemi: I 2 volymer/R. Ripan, I. Ceteanu; Transl. från rummet D.G. Batyra, Kh.M. Khariton; Ed. IN OCH. Spitsyna, I.D. Collie. - M.: Förlaget "Mir" 1972. - 2 vols.

)Knunyants I.L. Kort kemiskt uppslagsverk: I 5 volymer / Ed. räkna I.L. Knunyants (red.), etc. - M.: Publishing House "Soviet Encyclopedia", 1967 - 5 vols.

) Lidin, R.A. Kemiska egenskaper hos oorganiska ämnen: lärobok. manual för universitet / R.A. Lidin, Molochko, L.L. Andreeva. Ed. R.A. Lidina.- M.: Kemi, 2000 - 480 sid.

) Nekrasov B.V. Fundamentals of General Chemistry T. I. ed. 3:a, rev. och ytterligare Förlag "Chemistry", 1973 - 656 sid.

)Remy G. Kurs i oorganisk kemi i 2 volymer / G. Remy; A.P. Grigorieva, A.G. Rykov; Ed. A.V. Novoselova. - M.: Förlaget "Mir", 1966 - 2 vol.

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

)Efimov A.I. Egenskaper hos oorganiska föreningar. Katalog / A.I. Efimov et al. - L.: Chemistry, 1983 - 392 sid.

)Brauer G. Guide till oorganisk syntes: i 6 volymer Övers. från tyska/red. G Brower. - M.: Förlaget "Mir", 1985 - 6 band.

)Karyakin Yu.V. Rena kemiska reagenser / Yu.V. Karyakin, I.I. Angelov. - M.: Statens vetenskapliga och tekniska förlag för kemisk litteratur, 1955 - 585 sid.

)Klyuchnikov N.G. Workshop om oorganisk syntes. - M.: Förlaget "Prosveshchenie", 1979 - 271 s.

)Terentyeva E.A. Oorganiska synteser: I 2 volymer / Transl. från engelska E.A. Terentyeva, red. DI. Ryabchikova, - M.: Foreign Literature Publishing House, 1951 - 2 vols.

)Glinka N.L. Allmän kemi: Lärobok för universitet. - 23:e uppl., reviderad / Ed. V.A. Robinovich. - L.: Kemi 1983-704 s.: ill.

)Zakharov L.N. Början av laboratorieteknik. - L.: Kemi, 1981 - 192 sid.

)Spitsyn V.I. Oorganisk kemi. Del I: Lärobok - M.: Moscow State University Publishing House, 1991 - 480 s.: ill.

) Rabinovich V.A. Kort kemisk referensbok. - L.: Kemi, 1977.

)Akhmetov N.S. Allmän och oorganisk kemi. - M.: Högre skola, 2004.

)Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Allmän och oorganisk kemi. - M.: Kemi, 1981.

) Workshop om allmän och oorganisk kemi / Ed. Vorobyova A.A., Drakina S.I. - M.: Kemi, 1984.

) Zharsky I.M., Novikov G.I. Fysikaliska forskningsmetoder inom oorganisk kemi. - M.: Högre skola, 1988.

)Krasnov K.S. Molekyler och kemisk bindning. - M.: Högre skola, 1974.

) Cotton F., Wilkinson J. Fundamentals of inorganic chemistry. - M.: Förlaget "Mir", 1979.

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

) Cotton F., Wilkinson J. Modern oorganisk kemi. Del 1 M.: Mir, 1969.

) Lever E. Elektronisk spektroskopi av oorganiska föreningar, M.: Mir, 1987, 2 vol.

) Lidin R.A. oorganiska ämnens kemiska egenskaper. - 3:e uppl., rev. - M.: Kemi, 2000 - 480 sid.

)Trifonov D.N., Trifonov V.D. Hur kemiska grundämnen upptäcktes - M.: Education, 1980.

)Kemi: Referens. ed. / W. Schröter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak et al.: Trans. med honom. 2:a uppl., stereotyp. - M.: Kemi, 2000.

Tillsatsen under kodklassificeringsnummer E 172 är ett rött pulverformigt ämne. I kemisk mening är denna tillsats en förening av syre och järn.

De naturliga källorna till detta ämne är mineralerna hematit och magnetit, men för användning av tillsatsen i livsmedel erhålls den syntetiskt. Antingen genom växelverkan mellan järn och vattenånga vid höga temperaturer, eller genom kalcinering av järnoxider.

Ursprung: 2-syntetisk;

Fara:extremt låg nivå;

Synonyma namn:E 172, E-172, järnoxid, järnoxider och hydroxider.

Allmän information

Vid livsmedelsproduktion av denna typ används tillsatsen för att ge livsmedelsprodukter en viss färg. Detta ämne kan ge livsmedel en mängd olika nyanser, allt från rött till svart, inklusive orange, gult och brunt.

Det finns totalt 16 typer av järnoxider. Men bara tre används i livsmedelsproduktion:

Järn (II, III) oxid, som är en komplex oxid, kombinerar järn (II) och (III) joner, och i form av en kemisk molekylformel ser det ut så här: Fe 3 O 4. I levande natur kan det vara finns i form av ett magnetiskt mineral. Märkt E 172(i).
Järn(III)oxid, som i form av en molekylformel ser ut så här: Fe 2 O 3, och i levande natur kan den hittas i form av mineralet hematit (och i vardagen kallas det vanlig rost). Märkt E 172(ii).
Järn(II)oxid, som i form av en molekylformel ser ut så här: FeO. Och i den levande naturen kan den hittas i form av mineralet wustite. Märkt E 172(iii).

Effekt på kroppen

Skada

E 172-tillsatsen i sig anses ofarlig, och även i vissa fall fördelaktig för människokroppen. Men när det finns ett överskott av det i kroppen är det fyllt med mycket märkbara negativa konsekvenser. När det finns en hög nivå av järnkoncentration, produceras fria radikaler i kroppen, och detta leder undantagslöst till sjukdomar som hjärtinfarkt eller.

Om järn ackumuleras i levern, är detta fyllt med tumörsjukdomar i detta organ, och i en malign form. Det är sant att denna typ av patologi är karakteristisk endast för de människor som har en genetisk sjukdom som t.ex.

Dra nytta

I extremt tillåtna små doser ger järn avsevärda fördelar för människokroppen. Först och främst beror nivån av hemoglobin i blodet direkt på det.

Och förutsatt att metaboliska processer i kroppen är i normalt tillstånd, bearbetas järnoxid (med rimlig konsumtion) till 100% och utsöndras tillsammans med urin och avföring.

Användande

I livsmedelsproduktion används denna färgtillsats i konfektyr, choklad, dragéer och andra produkter.

Förutom livsmedelsindustrin används den inom metallurgi, som råvara för framställning av olika metaller; inom färg- och lackindustrin (som färgpigment); i den kemiska industrin (som katalysator); inom kosmetologi (främst för dekorativa kosmetika); i farmakologi (för läkemedel som ökar nivån av hemoglobin i blodet).

Lagstiftning

I nästan alla länder i världen är livsmedelsfärger under koden E 172 godkända för användning i livsmedelsproduktion.

Järnoxider är föreningar av järn med syre.

De mest kända är tre järnoxider: järnoxid (II) - FeO, järn(III)oxid – Fe 2 O 3 och järn(II, III) oxid – Fe 3 O 4.

Järn(II)oxid

Den kemiska formeln för järnoxid är FeO . Denna anslutning är svart till färgen.

FeO Reagerar lätt med utspädd saltsyra och koncentrerad salpetersyra.

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

Det reagerar inte med vatten eller salter.

När det interagerar med väte vid en temperatur av 350 o C och koks vid en temperatur över 1000 o C, reduceras det till rent järn.

FeO +H2 → Fe + H2O

FeO +C → Fe + CO

Järn(II)oxid erhålls på olika sätt:

1. Som ett resultat av reduktionsreaktionen av järnoxid med kolmonoxid.

Fe 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2

2. Värmejärn med lågt syretryck

2Fe + O2 → 2 FeO

3. Nedbrytande järnoxalat i vakuum

FeC 2 O 4 → FeO + CO + CO 2

4. Interaktion av järn med järnoxider vid en temperatur av 900-1000 o

Fe + Fe2O3 → 3 FeO

Fe + Fe3O4 → 4 FeO

I naturen finns järnoxid som mineralet wustite.

Inom industrin används det vid smältning av gjutjärn i masugnar, i processen att svärta (blånande) av stål. Det finns i färgämnen och keramik.

Järn(III)oxid

Kemisk formel Fe2O3 . Detta är en förening av järn med syre. Det är ett rödbrunt pulver. Hematit finns i naturen som ett mineral.

Fe2O3 har andra namn: järnoxid, rött bly, krokus, pigment rött 101, livsmedelsfärgE172 .

Reagerar inte med vatten. Kan interagera med både syror och alkalier.

Fe2O3 + 6HCl → 2 FeCl3 + 3H2O

Fe2O3 + 2NaOH → 2NaFeO2 + H2O

Järn(III)oxid används för att måla byggmaterial: tegel, cement, keramik, betong, beläggningsplattor, linoleum. Det tillsätts som ett färgämne till färger och emaljer och till tryckfärger. Järnoxid används som katalysator vid framställning av ammoniak. Inom livsmedelsindustrin är det känt som E172.

Järn (II, III) oxid

Kemisk formel Fe3O4 . Denna formel kan skrivas på ett annat sätt: FeO Fe 2 O 3.

Det finns i naturen som mineralet magnetit, eller magnetisk järnmalm. Det är en bra ledare av elektrisk ström och har magnetiska egenskaper. Bildas när järn brinner och när överhettad ånga verkar på järn.

3Fe + 2 O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

Uppvärmning vid en temperatur av 1538 o C leder till dess sönderfall

2Fe3O4 → 6FeO + O2

Reagerar med syror

Fe3O4 + 8HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O

Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O

Reagerar med alkalier vid fusion

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

Reagerar med syre i luften

4 Fe 3 O 4 + O 2 → 6 Fe 2 O 3

Reduktion sker genom reaktion med väte och kolmonoxid

Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

Fe 3 O 4 + 4CO → 3Fe + 4CO 2

Magnetiska nanopartiklar av Fe 3 O 4 oxid har funnit tillämpning i magnetisk resonanstomografi. De används också vid tillverkning av magnetiska medier. Järnoxid Fe 3 O 4 ingår i färger som tillverkas specifikt för krigsfartyg, ubåtar och annan utrustning. Elektroder är gjorda av smält magnetit för vissa elektrokemiska processer.

Järn(III)oxid

TU 6-09-1404-76

Fe2O3

Järn(III)oxid- en komplex oorganisk substans, en förening av järn och syre med den kemiska formeln Fe 2 O 3.

Järn(III)oxid är en amfoter oxid med hög övervikt av grundläggande egenskaper. Rödbrun färg. Termiskt resistent mot höga temperaturer. Bildas när järn brinner i luften. Reagerar inte med vatten. Reagerar långsamt med syror och alkalier. Reduceras av kolmonoxid, smält järn. Det smälter samman med oxider av andra metaller och bildar dubbla oxider - spineller.

Hematit finns i naturen som ett utbrett mineral, vars föroreningar orsakar den rödaktiga färgen hos laterit, röda jordar och även Mars yta; en annan kristallin modifiering sker som mineralet maghemit.

Järnoxid Fe 2 O 3 är kristaller från rödbruna till svartvioletta. Kemikalien är termiskt stabil. Ingen reaktion med vatten. Långsam reaktion med alkalier och syror.

Järnoxid Fe 2 O 3 används som råvara för framställning av gjutjärn i masugnsprocessen. Denna kemikalie är en katalysator i ammoniaktillverkningsprocessen. Det ingår i keramik som en av komponenterna, det används vid tillverkning av mineralfärger och färgade cement. Järnoxid Fe2O3 är effektiv för termisk svetsning av stålkonstruktionselement. Detta ämne är associerat med inspelning av ljud och bilder på magnetiska medier. Fe2O3 är ett kvalitetspolermedel för polering av stål- och glasdetaljer.

Det är huvudkomponenten i rött bly. Fe 2 O 3 i livsmedelsindustrin är en ganska vanlig livsmedelstillsats E172.

Fysikaliska egenskaper
stat	hård
Molar massa	159,69 g/mol
Densitet	5,242 g/cm³
Termiska egenskaper
T. flyta.	1566°C
T. kip.	1987 °C
Ångtryck	0 ± 1 mmHg

Fe 2 O 3 används vid smältning av gjutjärn i masugnsprocessen, en katalysator vid framställning av ammoniak, en komponent i keramik, färgade cement och mineralfärger, vid termitsvetsning av stålkonstruktioner, som bärare av analoga och digital information (till exempel ljud och bild) på magnetband (ferrimagnetisk γ -Fe 2 O 3), som polermedel (röd krokus) för stål och glas.

Inom livsmedelsindustrin används det som livsmedelsfärg (E172).

I raketmodellering används det för att producera katalyserat karamellbränsle, som har en förbränningshastighet som är 80 % högre än konventionellt bränsle.

Det är huvudkomponenten i rött bly (kolkotar).

Inom den petrokemiska industrin används den som en huvudkomponent i en dehydreringskatalysator vid syntesen av dienmonomerer.

Järnoxid används:

I konstruktionen används den för målning av betong, cement, tegel och keramik. Det är ett av de viktigaste färgämnena för beläggningsplattor och kalksandsten. För att erhålla en rik färg tillsätts färgämnen i en mängd av 2-5 viktprocent av blandningen.
Inom färg- och lackindustrin används järnoxidpigment till färger, emaljer och primers, de är perfekt kompatibla med nästan alla typer av filmbildande ämnen.
På grund av sina unika egenskaper används dessa färgämnen också aktivt i andra industrier, till exempel för färgning av linoleum, plast och i tryckfärger.
Som katalysator vid framställning av ammoniak.
För termitsvetsning av stålkonstruktioner.
Som informationsbärare i magnetiska medier.
Som polish för stål och glas.
Som livsmedelsfärg E172.

Beskrivning

Fysikalisk-kemiska egenskaper

En amfoter oxid med en hög övervikt av grundläggande egenskaper. Rödbrun färg. Termiskt stabil upp till höga temperaturer. Bildas när järn brinner i luften. Reagerar inte med vatten. Reagerar långsamt med syror och alkalier.