Jernforbindelser. Jern: fysiske og kemiske egenskaber

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 17:43

De første produkter lavet af jern og dets legeringer blev fundet under udgravninger og dateres tilbage til omkring det 4. årtusinde f. Kr. Det vil sige, at selv de gamle egyptere og sumerere brugte meteoritaflejringer af dette stof til at fremstille smykker og husholdningsartikler samt våben.

I dag er forskellige slags jernforbindelser, såvel som rent metal, de mest almindelige og brugte stoffer. Ikke underligt, at det 20. århundrede blev betragtet som jern. Når alt kommer til alt, før fremkomsten og den udbredte brug af plastik og relaterede materialer, var det denne forbindelse, der var af afgørende betydning for mennesker. Hvad er dette grundstof, og hvilke stoffer det danner, vil vi overveje i denne artikel.

Kemisk element jern

Hvis vi betragter atomets struktur, så bør vi først og fremmest angive dets placering i det periodiske system.

1. Ordin alt nummer - 26.
2. Periode er den fjerde store.
3. ottende gruppe, sekundær undergruppe.
4. Atomvægt er 55.847.
5. Strukturen af den ydre elektronskal er angivet med formlen 3d⁶4s^2.
6. Kemisk elementsymbol - Fe.
7. Navn - strygejern, læser indformel - "ferrum".
8. I naturen er der fire stabile isotoper af det pågældende grundstof med massetallene 54, 56, 57, 58.

Det kemiske grundstof jern har også omkring 20 forskellige isotoper, der ikke er stabile. Mulig oxidation angiver, at dette atom kan udvise:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Ikke kun selve grundstoffet er vigtigt, men også dets forskellige forbindelser og legeringer.

Fysiske egenskaber

Som et simpelt stof har jern fysiske egenskaber med udt alt metallicitet. Det vil sige, at det er et sølvhvidt metal med en grå nuance, som har en høj grad af duktilitet og duktilitet og et højt smelte- og kogepunkt. Hvis vi overvejer egenskaberne mere detaljeret, så:

• smeltepunkt - 1539 0С;
• koge - 2862 0C;
• aktivitet – medium;
• ildfast - høj;
• viser udt alte magnetiske egenskaber.

Afhængigt af forhold og forskellige temperaturer er der flere modifikationer, som jern dannes. Deres fysiske egenskaber adskiller sig fra det faktum, at krystalgitterne er forskellige.

1. Alfaformen, eller ferrit, eksisterer op til en temperatur på 769 0C.
2. Fra 769 til 917 0C - betaform.
3. 917-1394 0С - gammaform eller austenit.
4. Over 1394 0S - sigma-jern.

Alle ændringer harforskellige typer af struktur af krystalgitre og også forskellige i magnetiske egenskaber.

Kemiske egenskaber

Som nævnt ovenfor udviser det simple stof jern middel kemisk aktivitet. Men i en fint spredt tilstand kan den selvantænde i luft, mens selve metallet brænder ud i ren ilt.

Korrosionsevnen er høj, så legeringerne af dette stof er belagt med legeringsforbindelser. Jern er i stand til at interagere med:

• syrer;
• oxygen (inklusive luft);
• grå;
• halogener;
• ved opvarmning - med nitrogen, fosfor, kulstof og silicium;
• med s alte af mindre aktive metaller, hvilket reducerer dem til simple stoffer;
• med live steam;
• med jerns alte i oxidationstilstand +3.

Det er indlysende, at metallet ved at vise en sådan aktivitet er i stand til at danne forskellige forbindelser, forskellige og polære i egenskaber. Og sådan sker det. Jern og dets forbindelser er ekstremt forskelligartede og bruges i forskellige grene af videnskab, teknologi, industriel menneskelig aktivitet.

Spredning i naturen

Naturlige jernforbindelser er ret almindelige, fordi det er det næstmest udbredte grundstof på vores planet efter aluminium. Samtidig er metallet i sin rene form yderst sjældent, som en del af meteoritter, hvilket indikerer dets store ophobninger i rummet. Hovedmassen er indeholdt i sammensætningen af malme, sten og mineraler.

Hvisfor at tale om procentdelen af det pågældende element i naturen, så kan følgende tal gives.

1. Kernen af de terrestriske planeter - 90%.
2. I jordskorpen - 5%.
3. I jordens kappe - 12%.
4. I jordens kerne - 86%.
5. I flodvand - 2 mg/l.
6. I havet og havet - 0,02 mg/l.

De mest almindelige jernforbindelser danner følgende mineraler:

• magnetit;
• limonit eller brun jernsten;
• vivianite;
• pyrrhotite;
• pyrit;
• siderit;
• marcasite;
• lellingite;
• Mipicel;
• milanterit og andre.

Dette er langt fra en komplet liste, for der er rigtig mange af dem. Derudover er forskellige legeringer, der er skabt af mennesker, udbredt. Disse er også sådanne jernforbindelser, uden hvilke det er svært at forestille sig menneskers moderne liv. Disse omfatter to hovedtyper:

• støbejern;
• stål.

Det er også jern, der er en værdifuld tilføjelse til mange nikkellegeringer.

Jern(II)-forbindelser

Disse inkluderer dem, hvor oxidationstilstanden for det dannende element er +2. De er ret mange, fordi de omfatter:

• oxid;
• hydroxid;
• binære forbindelser;
• komplekse s alte;
• komplekse forbindelser.

Formlerne for kemiske forbindelser, hvori jern udviser den angivne grad af oxidation, er individuelle for hver klasse. Overvej de vigtigste og mest almindelige af dem.

1. Jernoxid (II). Sort pulver, uopløseligt i vand. Forbindelsens natur er grundlæggende. Det er i stand til hurtigt at oxidere, men det kan også nemt reduceres til et simpelt stof. Det opløses i syrer for at danne de tilsvarende s alte. Formel - FeO.
2. Jern(II)hydroxid. Det er et hvidt amorft bundfald. Dannet ved omsætning af s alte med baser (alkalier). Det viser svage grundlæggende egenskaber, er i stand til hurtigt at oxidere i luft til jernforbindelser +3. Formel - Fe(OH)_2.
3. S alte af et grundstof i den specificerede oxidationstilstand. Som regel har de en lysegrøn farve af opløsningen, oxiderer godt selv i luft, får en mørkebrun farve og bliver til jerns alte 3. De opløses i vand. Sammensatte eksempler: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktisk værdi blandt de udpegede stoffer har flere forbindelser. Først jern(II)chlorid. Dette er hovedleverandøren af ioner til den menneskelige krop med anæmi. Når en sådan lidelse diagnosticeres hos en patient, ordineres han komplekse præparater, som er baseret på den pågældende forbindelse. Sådan genopbygges jernmangel i kroppen.

For det andet bruges jern(II)sulfat, det vil sige jern(II)sulfat, sammen med kobber til at ødelægge landbrugets skadedyr i afgrøder. Metoden har bevist sin effektivitet i mere end et årti, derfor er den meget værdsat af gartnere og gartnere.

Mora S alt

Denne forbindelsesom er et hydreret jern- og ammoniumsulfat. Dens formel er skrevet som FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. En af forbindelserne af jern (II), som er meget udbredt i praksis. De vigtigste områder for menneskelig brug er som følger.}

1. Pharmaceuticals.
2. Videnskabelig forskning og titrimetriske laboratorieanalyser (til bestemmelse af chrom, kaliumpermanganat, vanadium).
3. Medicin - som tilsætningsstof til mad med mangel på jern i patientens krop.
4. Til imprægnering af træprodukter, da Moras alt beskytter mod forrådnelsesprocesser.

Der er andre områder, hvor dette stof bruges. Det fik sit navn til ære for den tyske kemiker, der først opdagede manifesterede egenskaber.

Stoffer med jern(III)-oxidationstilstand

Egenskaberne af jernforbindelser, hvor de udviser en oxidationstilstand på +3, er noget anderledes end dem, der er diskuteret ovenfor. Naturen af det tilsvarende oxid og hydroxid er således ikke længere basisk, men udt alt amfoterisk. Lad os give en beskrivelse af hovedstofferne.

1. Jernoxid (III). Pulveret er fint-krystallinsk, rød-brun i farven. Det opløses ikke i vand, udviser let sure, mere amfotere egenskaber. Formel: Fe₂O_3.
2. Jern(III)hydroxid. Et stof, der udfældes, når alkalier reagerer med de tilsvarende jerns alte. Dens karakter udtales amfoterisk, farven er brun-brun. Formel: Fe(OH)_3.
3. S alt, som inkluderer kationen Fe³⁺. Mange af disse er blevet isoleret, med undtagelse af carbonat, da der sker hydrolyse og kuldioxid frigives. Eksempler på formler for nogle s alte: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{og andre.}

Blandt de ovennævnte eksempler, set fra et praktisk synspunkt, et krystallinsk hydrat som FeCL₃6H_{2O, eller jernchloridhexahydrat er vigtigt (III). Det bruges i medicin til at stoppe blødninger og genopbygge jernioner i kroppen i tilfælde af anæmi.}

Jern(III)sulfat 9-hydrat bruges til at rense drikkevand, da det virker som koaguleringsmiddel.

Jern(VI)-forbindelser

Formlerne for de kemiske forbindelser af jern, hvor det udviser en speciel oxidationstilstand på +6, kan skrives som følger:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 og andre.}

Alle har et fælles navn - ferrater - og har lignende egenskaber (stærke reduktionsmidler). De er også i stand til at desinficere og har en bakteriedræbende effekt. Dette gør det muligt at bruge dem til behandling af drikkevand i industriel skala.

Komplekse forbindelser

Speciale stoffer er meget vigtige i analytisk kemi og ikke kun. Dem, der dannes i vandige opløsninger af s alte. Disse er komplekse forbindelser af jern. De mest populære og velundersøgte er som følger.

1. Kaliumhexacyanoferrat (II)K₄[Fe(CN)₆]. Et andet navn for forbindelsen er gult blods alt. Det bruges til kvalitativ bestemmelse af Fe³⁺ jernion i opløsning. Som et resultat af eksponering får opløsningen en smuk lys blå farve, da der dannes et andet kompleks - preussisk blå KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Siden oldtiden er det blevet brugt som farvestof til stof.}
2. Kaliumhexacyanoferrat (III) K₃[Fe(CN)₆]. Et andet navn er rødt blods alt. Anvendes som et kvalitativt reagens til bestemmelse af jernion Fe^{2+. Som følge heraf dannes et blåt bundfald, som kaldes Turnbull blue. Bruges også som stoffarve.}

Jern i organisk stof

Jern og dets forbindelser er, som vi har set, af stor praktisk betydning i menneskets økonomiske liv. Men udover dette er dens biologiske rolle i kroppen ikke mindre stor, tværtimod.

Der er en meget vigtig organisk forbindelse, protein, som inkluderer dette element. Dette er hæmoglobin. Det er takket være ham, at ilt transporteres og ensartet og rettidig gasudveksling udføres. Derfor er jernets rolle i den vitale proces - vejrtrækning - simpelthen enorm.

I alt indeholder den menneskelige krop omkring 4 gram jern, som konstant skal genopfyldes gennem indtaget mad.