Željezo, kao i njegov položaj u periodnom sustavu. Identificirajmo osnovna fizikalna i kemijska svojstva ovog elementa i područja njegove uporabe.

Pozicija u PS

Željezo je d-element grupe 8 (bočna podskupina). Ima atomski broj 26, relativnu atomsku masu 56, a njegov atom sadrži 26 protona, 26 elektrona i 30 neutrona. Ovaj metal ima prosječnu kemijsku aktivnost i pokazuje redukcijska svojstva. Karakteristična oksidacijska stanja: +2, +3.

Značajke strukture atoma

Što je elektroničko glačalo? Ako uzmemo u obzir distribuciju elektrona po energetskim razinama, dobivamo sljedeću opciju:

2e; 8e; 14.; 2e. Ova struktura elektronske ljuske atoma željeza ukazuje na njegov položaj u sekundarnoj podskupini i potvrđuje njegovu pripadnost d-obitelji elemenata.

Biti u prirodi

Željezo je jedan od najčešćih kemijskih elemenata u prirodi. U zemljinoj kori njegov postotak je oko 5,1%. Samo su tri elementa prisutna u većim količinama u dubinama našeg planeta: silicij, aluminij, kisik.

Željezne rude nalaze se u različitim dijelovima Zemlje. Alkemičari su otkrili spojeve ovog metala u tlu. Pri proizvodnji željeza biraju se rude u kojima njegov sadržaj prelazi 30 posto.

Magnetska željezna ruda sadrži oko sedamdeset i dva posto metala. Glavna nalazišta magnetita nalaze se u Kurskoj magnetskoj anomaliji, kao i na Južnom Uralu. U krvavom kamenu postotak željeza doseže 65 posto. Hematit je otkriven u regiji Krivoy Rog.

Važnost za biljke i životinje

Kakvu ulogu ima željezo u živim organizmima? Struktura atoma objašnjava njegova redukcijska svojstva. Ovaj kemijski element daje mu karakterističnu crvenu boju. Otprilike tri grama čistog željeza, od kojeg je većina uključena u hemoglobin, nalazi se u tijelu odrasle osobe. Glavna svrha je prijenos aktivnog kisika u tkiva iz pluća, kao i uklanjanje nastalog ugljičnog dioksida.

Biljke također trebaju ovaj metal. Budući da je dio citoplazme, aktivno sudjeluje u procesima fotosinteze. Ako biljka nema dovoljno željeza, listovi su joj bijeli. Uz minimalnu gnojidbu solima željeza, lišće biljke postaje zeleno.

Fizička svojstva

Pogledali smo strukturu atoma željeza. Dijagram potvrđuje da ovaj element ima metalni sjaj (postoje valentni elektroni). Srebrno-bijeli metal ima prilično visoko talište (1539 stupnjeva Celzijusa). Zbog svoje dobre duktilnosti, ovaj se metal može lako valjati, štancati i kovati.

Sposobnost magnetiziranja i demagnetiziranja, karakteristična za željezo, učinila ga je izvrsnim materijalom za proizvodnju jezgri snažnih elektromagneta u raznim uređajima i električnim strojevima.

Koliko je željezo aktivno? Struktura atoma pokazuje prisutnost dva elektrona u vanjskoj razini, koji će biti otpušteni tijekom kemijske reakcije. Da bi se povećala njegova tvrdoća i čvrstoća, provodi se dodatno valjanje i otvrdnjavanje metala. Takvi procesi nisu popraćeni promjenom strukture atoma.

Vrste željeza

Elektronska struktura atoma željeza, čiji je dijagram gore spomenut, objašnjava njegove kemijske karakteristike. U komercijalno čistom metalu, koji je niskougljični čelik, glavna komponenta je željezo. Oko 0,04 posto ugljika identificirano je kao nečistoće; prisutni su bili i fosfor, dušik i sumpor.

Kemijski čisto željezo po svojim je vanjskim parametrima slično platini. Ima povećanu otpornost na korozijske procese i otporan je na kiseline. S najmanjim unosom nečistoća u čisti metal, njegove jedinstvene karakteristike nestaju.

Mogućnosti prijema

Struktura atoma aluminija i željeza ukazuje na pripadnost amfoternog aluminija glavnoj podskupini i mogućnost njegove uporabe u procesu odvajanja željeza od njegovih oksida. Aluminotermija, koja se provodi na povišenim temperaturama, omogućuje izolaciju čistog metala iz prirodnih ruda. Uz aluminij, kao jaki redukcijski agensi odabrani su ugljik (2) i ugljen.

Značajke kemijskih svojstava

Koja kemijska svojstva ima željezo? Struktura atoma objašnjava njegovu reducirajuću aktivnost. Za željezo je karakteristično stvaranje dva niza spojeva koji imaju oksidacijska stanja +2, +3.

U vlažnom zraku dolazi do procesa hrđanja (korozije) metala pri čemu dolazi do stvaranja željeznog hidroksida (3). Zagrijana željezna žica reagira s kisikom stvarajući crni prah željeznog (2,3) oksida, koji se naziva željezni oksid.

Na visokim temperaturama, metal može komunicirati s vodenom parom, stvarajući miješani oksid. Proces je popraćen oslobađanjem vodika.

Reakcija s nemetalima događa se samo kada su polazne komponente prethodno zagrijane.

Željezo se može otopiti u razrijeđenoj sumpornoj ili klorovodičnoj kiselini bez prethodnog zagrijavanja smjese. Koncentrirana sumporna i solna kiselina pasiviziraju ovaj metal.

Koja još kemijska svojstva ima željezo? Atomska struktura danog elementa ukazuje na njegovu prosječnu aktivnost. To potvrđuje raspored željeza ispred vodika (H2) u nizu napona. Posljedično, može istisnuti iz soli sve metale koji se nalaze desno u Beketovom nizu. Tako se u reakciji s bakrovim (2) kloridom, koja se provodi zagrijavanjem, oslobađa čisti bakar i dobiva se otopina željeznog klorida (2).

Prijave

Većina cjelokupnog željeza koristi se u proizvodnji željeza i čelika. U lijevanom željezu postotak ugljika je 3-4 posto, u čeliku - ne više od 1,4 posto. Ovaj nemetal djeluje kao element koji povećava čvrstoću veze. Osim toga, pozitivno utječe na korozijska svojstva legura i povećava otpornost materijala na povišene temperature.

Dodaci vanadija neophodni su za povećanje mehaničke čvrstoće čelika. Krom povećava otpornost na agresivne kemikalije.

Feromagnetska svojstva ovog kemijskog elementa učinila su ga popularnim u industrijskim postrojenjima koja uključuju elektromagnete. Osim toga, željezo je pronašlo svoju primjenu u industriji suvenira. Od njega se izrađuju razni suveniri, poput šarenih magneta za hladnjak.

Snaga i savitljivost omogućuju metalu da se koristi za izradu oklopa i raznih vrsta oružja.

Željezov klorid (3) koristi se za pročišćavanje vode od nečistoća. U medicini se element 26 koristi u liječenju bolesti poput anemije. Ako postoji nedostatak crvenih krvnih zrnaca, brzo se javlja umor, a koža postaje neprirodno blijeda. Dodaci željeza pomažu u otklanjanju ovog problema i vraćaju tijelu punu aktivnost. Željezo je od posebne važnosti za rad štitnjače i jetre. Da biste izbjegli ozbiljne probleme u ljudskom tijelu, dovoljno je konzumirati oko 20 mg ovog metala dnevno.

Članci Crteži Tablice O stranici English

Željezni radijus

     Magnetiti i titanomagnetitne rude i pijesci. Vanadij u njima izomorfno zamjenjuje željezo (ionski radijusi 

Vrijednost +2 jedna je od dvije najkarakterističnije za elemente obitelji željeza. Polumjeri iona u kristalima u nizu Fe (0,83) - Co (0,82) - Ni (0,78 A) blago se smanjuju. Normalni potencijali Fe, Co i Ni koji odgovaraju prijelazu + 2e = E su -0,44, -0,28 i -0,23 V (u kiseloj sredini) ili -0,88, -0,73 i -0,72 in (u alkalnoj sredini) . Za konstante kiselinske disocijacije prema shemi [E(OHg) n]" = = = [E(OHg) n-iOI-i] + H, dane su vrijednosti 5-10 (Fe), 6-10- ° (Co) i i- 10 - (Ni) Navodno je n = 6 za Fe - i Ni +, ali samo 4 za Co.  

     Znanstvenici vjeruju da je unutarnja jezgra našeg planeta duga 2200 milja (3500 km) sastavljena prvenstveno od željeza i nikla. Ta jezgra stvara Zemljino magnetsko polje, kakvo Mjesec i nama susjedni planeti Mars i Venera očito nemaju. Zemljina je jezgra pod visokim pritiskom i temperaturom i čini se da je tekuća. Stara teorija o nastanku našeg planeta temelji se na pretpostavci da je Zemlja nastala nakupljanjem i hlađenjem vrućih plinova. Prema toj teoriji, Zemljina jezgra je ostatak prvobitnog visokotemperaturnog razdoblja, nije otvrdnula zbog izolacijskog utjecaja vanjskih slojeva Zemljine kugle. 

Dvije različite linije na Sl. 15.2 uzrokovane su razlikama u izomernim pomacima dva različita atoma željeza u oktaedarskim centrima. Izomerni pomak rezultat je elektrostatske interakcije raspodjele naboja u jezgri s gustoćom elektrona, čija je vjerojatnost postojanja na jezgri konačna. Samo 5-elektrona ima konačnu vjerojatnost preklapanja s gustoćom nuklearnog naboja, tako da se izomerni pomak može izračunati uzimajući u obzir ovu interakciju. Treba upamtiti da p- i druge gustoće elektrona mogu utjecati na gustoću 5 elektrona štiteći gustoću 5 elektrona od nuklearnog naboja. Pretpostavljajući da je jezgra jednoliko nabijena kugla radijusa K, a gustoća 5 elektrona oko jezgre je konstantna i dana funkcijom > (0), razlika između elektrostatske interakcije sferno raspoređene gustoće elektrona s točkom jezgre i iste gustoće elektrona s jezgrom radijusa R izražava se Kako 

Prema teoriji, koncentracija defekata u oksidnoj rešetki mijenja se samo ako se uvedu ioni različite valencije. Prema radu Zavoda za koroziju metala MISiS-a, zamjena kationa osnovnog metala u oksidu kationima aditiva s istom valencijom može promijeniti koncentraciju slobodnih mjesta kationa, a time i brzinu oksidacije baze. metal u slučaju zamjene kationskih slobodnih mjesta s nononima aditiva; to je vjerojatnije ako je radijus iona aditiva r1 manji od radijusa iona osnovnog metala, na primjer, pri uvođenju magnezija r1 = 0,78A) u željezo, koji se oksidira u FeO (/ == 0.83A). 

Fe+ spojevi se dobivaju djelovanjem oksidacijskih sredstava na metalno željezo ili oksidacijom spojeva dvovalentnog željeza. Po kiselo-baznim svojstvima, sastavu i strukturi kristalohidrata, topivosti i drugim svojstvima, mnogi spojevi Fe+ slični su spojevima Al+, što je posljedica bliskosti ionskih polumjera za Fe+ a = 64 pm, za Al+ r = 51 popodne. 

Mnogi oksidni katalizatori predloženi su za oksidaciju amonijaka u dušikov oksid. Većina ovih katalizatora nema dovoljnu katalitičku stabilnost. Najaktivnijima i katalitički najstabilnijima pokazali su se aktivirani oksidi željeza i kobalta, na kojima je u izotermnim uvjetima moguće postići stupanj oksidacije amonijaka u dušikov oksid od 0,97-0,98. Međutim, čak i na ovim katalizatorima u fiksnom sloju, uočeno je prirodno neizotermno ponašanje u visini i promjeru reaktora. Brzina procesa se smanjuje zbog inhibicije intradifuzije. Oštre promjene temperature u korištenim velikim zrncima (ali njihov radijus) dovode do brze promjene strukture zrna i pada aktivnosti katalizatora. 

     Kao što je poznato, trovalentno željezo stvara vrlo stabilne komplekse s polihidričnim alkoholima, čiji ion s malim radijusom ima veliki pozitivni naboj; isti ion je najbolji kokatalizator za reakciju hidrogeolize. Trovalentni aluminijev ion također služi kao aktivni kokatalizator za hidrogeolizu (vidi tablicu 3.2), ali je inferioran ionu željeza (III) zbog premalog promjera (isti kao i ion Mg  

U radu je kao kriterij stabilnosti kuglaste nano-fuleren-željezne globule s fulerenskom jezgrom radijusa r korišten kompleks Are = 0,11 koji integralno karakterizira svojstva čelika i legura na bazi željeza je usvojen  

IV,5.17. Izračunajte masu taloga dobivenog na cilindričnoj elektrodi tijekom elektroforeze vodene suspenzije željeznog oksida. Duljina elektrode / = 2-10 m polumjer unutarnje elektrode / 2 = 1 10 m polumjer vanjske G = 28-10 m = 20-10 V napon na elektrodama / = 20 V 10 kg/m t = 1 10 Pa s s = 1 Yu kg/m  

Eksperimentalni podaci pokazuju da kada je željezo(I) u stanju niskog spina, njegov ionski radijus je manji nego kada je u stanju visokog spina. Što mislite koji je razlog tome?  

Do sada se pretpostavljalo da su sva mjesta u rešetki otopine ekvivalentna. U čvrstim otopinama, međutim, mogući su slučajevi kada postoje mjesta različitih vrsta. Moguće je da atomi jedne od komponenti preferencijalno ili u potpunosti odabiru određena mjesta. Najjednostavniji slučaj ove vrste je intersticijska otopina. Poznato je, na primjer, da je austenit intersticijska rešetka. U rešetki 7 željeza (kubična rešetka usmjerena na lice), između atoma željeza postoje pore (međuprostori) u koje mogu stati mali atomi ugljika. Zbog velike razlike u polumjerima, atomi ugljika i željeza ne mogu dati supstitucijsko rješenje. 

Unutarnja difuzija niz je paralelnih procesa. Jedna od njih je uobičajena difuzija plinova kroz kapilare relativno velikog polumjera; druga je kapilarna difuzija kroz uske kapilare. Ako je srednji slobodni put veći od promjera kapilare, tada difuzijsko lutanje molekula nije određeno međusobnim sudarima, već sudarima sa stijenkama (vidi poglavlje XIV). Treći proces je površinska difuzija, koju provode adsorbirane molekule duž stijenki kapilara. Osim toga, moguća je difuzija u čvrstom stanju kroz nastali sloj produkta reakcije (željezo). 

Termodinamička svojstva legura moraju ovisiti o geometrijskim čimbenicima (veličina atomskih polumjera) i karakteristikama elektrona. Da bi dva metala tvorila kontinuirani niz čvrstih otopina, moraju imati istu kristalnu rešetku. Stoga, na temperaturama iznad 910° C, željezo dijeli kubičnu rešetku usmjerenu na lice s niklom, a u rasponu od 910-1460° C, nikal i željezo tvore kontinuirani niz čvrstih otopina. Ispod 910°C 

Vanadij u svojim prirodnim spojevima uvijek prati željezne rude. To se objašnjava blizinom polumjera (0,65 A) i Re (0,67 A). Obično se dobiva legura željeza i vanadija (ferovanadij s udjelom vanadija od 35-50% ili više). Da biste to učinili, upotrijebite aluminotermičku metodu (redukcija metala iz njihovih oksida metalnim aluminijem) ili silikotermičku metodu (redukcija vanadija iz WaO, legure željeza i silicija). 

Ako se ne radi o heterogenom procesu, tada je uvjet za odvijanje takve reakcije međudjelovanje reagirajućih čestica (molekula, atoma, iona), koje se događa u bilo kojem mjestu otopine. U tom slučaju elektroni putuju putem čija duljina ne prelazi polumjer atoma ili molekule. Mjesto susreta i smjer elektroničkih prijelaza orijentirani su u prostoru na bilo koji način. Iz navedenog proizlazi da se takav proces odvija nasumično, neorganizirano u homogenom sustavu, čija su svojstva u svim dijelovima ili ista ili se kontinuirano mijenjaju od jedne točke rješenja do druge. Takav sustav, osim nepostojanja sučelja faza čvrsta otopina, karakterizira činjenica da su energetske promjene u njemu najčešće praćene oslobađanjem ili apsorpcijom topline (toplinski učinak reakcije). Primjer takvog procesa je egzotermna reakcija redukcije feri željeza kada se otopini doda kalijev jodid  

Osim željeza - pretka trijade - uključuje kobalt i nikal. Kao što je već naznačeno (vidi tablicu 1.15), vanjske elektronske ljuske izoliranih atoma Fe, Co, N1 imaju istu strukturu (45), a veličine atoma u seriji Fe-Co-N1 donekle su smanjene kao 3-podrazina. je ispunjen elektronima. Ova pojava je tipična za sve sudionike periodnog sustava, gdje se naboj jezgre povećava, a glavni i sekundarni kvantni brojevi valentnih elektrona se ne mijenjaju. Budući da je vanjska elektronska ljuska (4b-2) u seriji Fe-Co-N1 nepromijenjena, elektroni koji se nalaze na njoj sve više privlače atomsku jezgru kako se povećava broj protona, što dovodi do smanjenja polumjera atoma. i iona, unatoč povećanju ukupnog broja elektrona. 

Ione s velikim nabojem [željezo (III), aluminij] također karakteriziraju značajne vrijednosti entalpije i entropije. Teorijski izračun topline hidratacije uključuje uzimanje u obzir niza pojmova. Nakon prvih, grubo približnih proračuna po Bornu, učinjeni su mnogi pokušaji da se teorijska metoda poboljša na ovaj ili onaj način. K. P. Mishchenko i A. M. Suhotin, na temelju pretpostavke da je efektivni radijus molekule vode u hidratacijskoj ljusci 0,193 nm, predložili su metodu proračuna u kojoj su egzotermni učinci međudjelovanja iona s tvrdim dipolima vode, kao i kao što su orijentacijska i deformacijska polarizacija dipola vode, disperzijske sile između molekula iona i vode, međusobno odbijanje dipola u hidratacijskoj sferi, odbijanje iona i dipola pri preklapanju njihovih elektroničkih ljuski, polarizacija otapala hidratnim kompleksom i interakcija između vode i hidratnog kompleksa koja odgovara egzoefektu. Velik broj čimbenika koji se uzimaju u obzir u ovim izračunima čini njihove rezultate najpouzdanijima. Usput, ovi su autori došli do zaključka da toplinsko gibanje ne može značajno utjecati na koordinacijske brojeve hidratacije; vjerojatnost da će određena molekula u hidratacijskom sloju napustiti njega i ostaviti slobodno mjesto u hidratacijskoj ljusci iona varira redom. magnitude od 10 (litij ion) do 10 (cezij ion), tj. zanemarivo. 

Atomi metalnih elemenata, za razliku od nemetalnih, imaju znatno veće atomske radijuse. Stoga se atomi metalnih elemenata relativno lako odriču valentnih elektrona. Kao rezultat toga, oni imaju sposobnost stvaranja pozitivno nabijenih iona, au spojevima pokazuju samo pozitivno oksidacijsko stanje. Mnogi metalni elementi, kao što su bakar Cu, željezo Fe, krom Cr, titan T1, pokazuju različite stupnjeve oksidacije u svojim spojevima. 

Drugi primjer je da željezo može postojati u obliku dviju alotropskih modifikacija koje se razlikuju u kristalnim rešetkama. U jednom od njih (kubik s plošom u središtu), polovica najkraće udaljenosti između atoma je polumjer atoma 

Mineral hematit RegOz ima kristalni

Magnetiti i titanomagnetitne rude i pijesci. Vanadij u njima izomorfno zamjenjuje željezo (polumjeri iona U + i Fe + su 0,65 A, odnosno 0,67 A). U tablici 74 prikazuje sadržaj vanadija u smislu UzOa i Tyuz u titanomagnetitima raznih naslaga. 

Istraživanje karakteristika pora provedeno je na Carlo-Erba mjeraču poroznosti (model 70). Tlak stvoren u aparatu od 0,1 do 196 MPa omogućuje određivanje volumena pora s radijusom od 3,75 do 7500 nm. Specifična površina određena je toplinskom desorpcijom dušika kromatografski. Sadržaj ugljika i sumpora na katalizatoru određen je izgaranjem i procjenom količine produktima izgaranja, vanadija, nikla, željeza - kemijskim metodama. Uzorak katalizatora za analizu uzet je s vrha i dna sloja. Dovod smjese vodik-sirovina odvijao se u uzlaznom toku. 

Međutim, teorija 3ta zanemaruje mogućnost da aditivni ioni zauzimaju kationska prazna mjesta u poluvodičkim oksidima s nedostatkom metala dok se ta prazna mjesta potpuno ne zamijene; ​​to je vjerojatnije ako je radijus aditivnih iona /"i manji od polumjera iona iona osnovnog metala Gr, na primjer, pri uvođenju magnezija (g, - = 0,78 A) u željezo, koje se oksidira u FeO (g, - = 0,83 A). 

S obzirom na opću sličnost svojstava razmatranih elemenata, postoji određeni obrazac u njihovoj promjeni od Re do N1. U nizu Fe, Co, N1 zbog -kompresije ionski radijusi se smanjuju za Fe + g, - = 74, za 00 + g, - = 72, za N 2+ = 69 pm. S tim u vezi, tijekom prijelaza s Fe + na N1=+, slabe osnovna svojstva hidroksida E(0H)2 i povećava se stabilnost kompleksa, što je također povezano s punjenjem niskoenergetskih -orbitala elektronima ( u oktaedarskom okruženju liganada). Povećanje nuklearnog naboja dovodi do jače veze elektrona s jezgrom, stoga je za kobalt, a posebno za nikal, oksidacijsko stanje +3 manje tipično nego za žuč. Za željezo je poznato oksidacijsko stanje + 6 (KrFe04), koje se ne opaža u Co i N1. 

Fe + soli su vrlo slične Mg + solima, što je zbog blizine ionskih polumjera (Nig + g, = 66 pm, Fe + n - 74 pm). interakcije (kristalna struktura, energija rešetke, entropija, topljivost u vodi, sastav i struktura kristalnih hidrata, sposobnost stvaranja kompleksa s ligandima slabog polja. Naprotiv, nema analogije u svojstvima povezanim s elektroničkim interakcijama (sposobnost oksidacije). -reakcija redukcije), stvaranje kompleksa sa značajnim udjelom "kovalentnih veza". mogu se pratiti dvovalentna stanja elemenata iz obitelji željeza i između Fe i Md, koji pripadaju različitim skupinama periodnog sustava elemenata. 

Može se uvesti ideja o različitim stupnjevima ujednačenosti ovisno o stupnju sličnosti ovih elemenata. Tako su karbonati kalcija, stroncija i barija sličniji jedni drugima, dok se magnezijevi i posebno berilijevi karbonati više razlikuju od njih. Još manje su im slični karbonati metala sekundarne podskupine - cinka, kadmija i žive, a još više drugih elemenata u dvovalentnom stanju (karbonati mangana, željeza, kobalta, nikla). Međutim, u nekim posebnim slučajevima (očigledno, pri bliskim ionskim radijusima), uočena je prilično dobra ujednačenost u nekim svojstvima, na primjer, između Md28104 i Fe25104. 

Magnituda lutajućih struja koje teku kroz podzemne strukture može biti vrlo velika. U blizini električnih željeznica izmjerene su struje u cjevovodima koje dosežu 200-300 A. U normalnim uvjetima, podzemne cjevovode karakteriziraju lutajuće struje od 10-20 A. Budući da struja od 1 A uništi oko 9 kg željeza, 11 kg bakra, 34 kg svinjskog mesa tijekom godine dana, ova vrsta korozije je vrlo opasna. Radijus djelovanja lutajućih struja koje se spuštaju u tlo s tračnica elektrificiranog tunela. od željezničke pruge, ponekad se određuje i po nekoliko desetaka kilometara. 

U legurama željeza i ugljika glavne komponente su željezo i ugljik. Željezo je metal IV perioda VIII grupe periodnog sustava. Atomski broj 26, atomska masa 55,85, atomski radijus 0,126 nm, gustoća 0,126 g/cm. Talište 1539 C. Ugljik je nemetalni element periode 11 IV skupine periodnog sustava, atomskog broja 6, atomske mase 12, 

Nakon ovog tretmana, talog željeza se temeljito ispere prvo malim obrocima hladne vode na filtrima (kako bi se izbjeglo zagrijavanje i oksidacija) dok se sulfatni ion potpuno ne ukloni, a zatim suhim acetonom ili alkoholom i suši u vakuumskoj sušilici na 50° C nekoliko sati. Na kraju sušenja, zrak treba pustiti u uređaj vrlo polako kako bi se izbjegla oksidacija i spontano sagorijevanje praha. Dobiveni crni željezni prah prilično je stabilan na zraku, sadrži 97% Fe i ima nasipnu gustoću od 0,22-0,27 g/cm. Takav se prah zgrudva zbog mehaničkog prianjanja mikrodendrita jedan na drugi i zahtijeva lagano mljevenje, na primjer, prosijavanjem kroz sita s metalnim kuglicama. Prema sedimentacijskoj analizi, najveći dio praha (60%) sastoji se od čestica prosječnog radijusa od 3-5 mikrona. 

Radni raspon pH vrijednosti za određivanje fluorida je u pH rasponu od 4,5-12 za 10 -10 M fluorida, a za niže koncentracije fluorida - u pH rasponu od 4,5-8. Pozitivan pomak potencijala posljedica je protoniranja fluorida uz stvaranje HP i Hb 2. U alkalnim otopinama dolazi do negativnog odstupanja potencijala zbog zamjene fluoridnih iona u kristalnoj rešetki LaP3 hidroksilnim ionima, budući da su vrijednosti njihovih ionskih radijusa bliske. Te se smetnje, ako je potrebno, mogu eliminirati korištenjem posebnih mješavina pufera, na primjer pufera za kontrolu ukupne ionske jakosti (TIC) s pH 5,0-5,5 koji sadrži 0,25 M CH3COOH, 0,75 M CH3COOHa, 1,0 M NaCl i 10 3 M natrijevog citrata. (za maskiranje željeza i aluminija). 

Fe spojevi se dobivaju djelovanjem oksidacijskih sredstava na spojeve metalnog željeza ili dvovalentiolnog željeza. Po kiselo-baznim svojstvima, sastavu i strukturi kristalnih hidrata, topivosti i drugim svojstvima, mnogi spojevi Fe slični su spojevima A1, što je posljedica blizine ionskih radijusa 79 pm za Fe, 67 pm za Al. 

Podsjetimo se da su LMO orbitale molekule; ne moraju se miješati s hibridnim orbitalama u BC metodi. BC metoda često objašnjava geometriju i druga svojstva molekula koristeći hibridizaciju veze. Kao što je Jorgensen pokazao, uporaba hibridizacije u BC metodi je u mnogim slučajevima neopravdana, naime u atomima s nuklearnim nabojem 7 > 13, budući da ne uzima u obzir da ns-, pr-k (n-1) z- orbitale za elemente s većim periodima često su vrlo različite u radijalnim komponentama valnih funkcija; maksimumi potonjih su daleko jedan od drugoga, što čini linearnu kombinaciju neučinkovitom. Prema tome, za metale iz skupine željeza, prosječni polumjeri atoma za 311-, 4.y- i 4p-stanja odnose se kao 1-.3 4. Za detalje, vidi Jorgensenov članak The Collapse of the Hybridization Theory. 

Postoje dva poznata Hume-Rotheryjeva pravila prema kojima supstitucijske čvrste otopine tvore samo oni atomi koji a) imaju slične radijuse u veličini (razlikuju se ne više od 15%, a u slučaju čvrstih otopina na bazi željeza - za ne više od 8%) b) elektrokemijski slični, odnosno nalaze se u naponskom nizu metala nedaleko jedan od drugog. 

Galij je prilično čest u prirodi. U zemljinoj kori je 1,5-10 mas.% - približno isto kao i olovo, a više od molibdena, volframa itd. Međutim, galij je difuzni element. Nalazi se u fosilima, posebno onima koji sadrže aluminij (boksit i dr.), germanij (ugljen) i cink (cinkova mješavina), iz kojih se dobiva. Zbog bliskosti ionskih radijusa aluminiju (0,57 A) i željezu (III) (0,67 A), galij ih je sposoban izomorfno zamijeniti u kristalima. Jedini mineral galija uGaS2 je galit. 

Jedan od razloga veće sličnosti između spojeva (jednostavnih i složenih) metala platine u odnosu na spojeve teških trijada i trijade željeza, naravno, još je uvijek prisutan utjecaj kompresije lantanida. Kao što se vidi iz tablice. 1.15, atomski polumjeri elemenata trijada paladija i platine gotovo su identični, iako se značajno razlikuju od istih vrijednosti za atome elemenata podskupine željeza. 

Na fizikalna i kemijska svojstva metala uvelike utječe veličina njihovih atoma. Atomi malog radijusa teže stvaranju vrlo jake kristalne strukture (polumjer metalnog atoma željeza je, na primjer, samo 1,25 A), što ga približava nemetalima i dovodi do stvaranja strukture nalik atomskoj jedan. Naprotiv, metali formirani od velikih atoma najčešće su kemijski i toplinski aktivniji. Primjer su cezij (2,74 A), barij (2,25 A) i lantan (1,88 A), koji imaju najveće dimenzije polumjera metala i među najaktivnijima su.              Osnove opće kemije, svezak 2, izdanje 3 (1973.) -- [

Željezo je element pobočne podskupine osme skupine četvrtog perioda periodnog sustava kemijskih elemenata D.I. Mendeljejeva s atomskim brojem 26. Označava se simbolom Fe (lat. Ferrum). Jedan od najčešćih metala u zemljinoj kori (drugo mjesto nakon aluminija). Metal srednje aktivnosti, redukcijsko sredstvo.

Glavna oksidacijska stanja - +2, +3

Jednostavna tvar željezo je kovan srebrnobijeli metal visoke kemijske reaktivnosti: željezo brzo korodira na visokim temperaturama ili visokoj vlazi u zraku. Željezo gori u čistom kisiku, au fino raspršenom stanju spontano se zapali na zraku.

Kemijska svojstva jednostavne tvari - željeza:

Rđanje i gorenje u kisiku

1) Na zraku željezo lako oksidira u prisutnosti vlage (hrđa):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Vruća željezna žica gori u kisiku, stvarajući kamenac - željezni oksid (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)

2) Na visokim temperaturama (700–900°C), željezo reagira s vodenom parom:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Željezo reagira s nemetalima kada se zagrijava:

2Fe+3Cl 2 → 2FeCl 3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)

4) U nizu napona nalazi se lijevo od vodika, reagira s razrijeđenim kiselinama HCl i H 2 SO 4, pri čemu nastaju soli željeza(II) i oslobađa se vodik:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reakcije se provode bez pristupa zraka, inače se Fe +2 postupno pretvara kisikom u Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (razrijeđeno) → FeSO 4 + H 2

U koncentriranim oksidirajućim kiselinama željezo se otapa samo zagrijavanjem; odmah prelazi u kation Fe 3+:

2Fe + 6H 2 SO 4 (konc.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (konc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(u hladnoj koncentriranoj dušičnoj i sumpornoj kiselini pasivizirati

Željezni čavao uronjen u plavičastu otopinu bakrenog sulfata postupno se prekriva slojem crvenog metalnog bakra.

5) Željezo istiskuje metale koji se nalaze desno od njega iz otopina njihovih soli.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Amfoterna svojstva željeza pojavljuju se samo u koncentriranim alkalijama tijekom vrenja:

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

te nastaje talog natrijeva tetrahidroksoferata(II).

Tehnički hardver- legure željeza i ugljika: lijevano željezo sadrži 2,06-6,67% C, čelik 0,02-2,06% C, često su prisutne i druge prirodne nečistoće (S, P, Si) i umjetno uneseni posebni dodaci (Mn, Ni, Cr), koji legurama željeza daju tehnički korisna svojstva - tvrdoću, otpornost na toplinu i koroziju, kovljivost itd. . .

Proces proizvodnje željeza u visokim pećima

Proces proizvodnje lijevanog željeza u visokoj peći sastoji se od sljedećih faza:

a) priprema (prženje) sulfidnih i karbonatnih ruda - pretvaranje u oksidnu rudu:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2,800°C, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2,500-600°C, -CO 2)

b) izgaranje koksa vrućim puhanjem:

C (koks) + O 2 (zrak) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2 CO (700-1000 °C)

c) redukcija oksidne rude ugljikovim monoksidom CO sekvencijalno:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) karburizacija željeza (do 6,67% C) i taljenje lijevanog željeza:

Fe (t ) →(C(koks)900-1200°S) Fe (tekuće) (lijevano željezo, talište 1145°C)

Lijevano željezo uvijek sadrži cementit Fe 2 C i grafit u obliku zrna.

Proizvodnja čelika

Pretvorba lijevanog željeza u čelik provodi se u posebnim pećima (konverterskim, otvorenim, električnim), koje se razlikuju po načinu zagrijavanja; temperatura procesa 1700-2000 °C. Upuhivanje zraka obogaćenog kisikom dovodi do izgaranja viška ugljika, kao i sumpora, fosfora i silicija u obliku oksida iz lijevanog željeza. U tom slučaju, oksidi se ili hvataju u obliku ispušnih plinova (CO 2, SO 2), ili se vezuju u lako odvajajuću trosku - mješavinu Ca 3 (PO 4) 2 i CaSiO 3. Za proizvodnju specijalnih čelika u peć se uvode dodaci za legiranje drugih metala.

Potvrda o primitkučisto željezo u industriji - elektroliza otopine željeznih soli, npr.

FeCl 2 → Fe↓ + Sl 2 (90°S) (elektroliza)

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

Čisto željezo koristi se u proizvodnji posebnih legura, u proizvodnji jezgri elektromagneta i transformatora, lijevanog željeza - u proizvodnji odljevaka i čelika, čelika - kao konstrukcijskih i alatnih materijala, uključujući otporne na habanje, toplinu i koroziju one.

Željezov(II) oksid F EO . Amfoterni oksid s visokom dominacijom bazičnih svojstava. Crna, ima ionsku strukturu Fe 2+ O 2- . Zagrijavanjem se prvo razgrađuje, a zatim ponovno formira. Ne nastaje kada željezo izgara na zraku. Ne reagira s vodom. Razgrađuje se s kiselinama, spaja s alkalijama. Sporo oksidira na vlažnom zraku. Reduciran vodikom i koksom. Sudjeluje u procesu visoke peći taljenja željeza. Koristi se kao sastavni dio keramike i mineralnih boja. Jednadžbe najvažnijih reakcija:

4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)

FeO + 2HC1 (razrijeđen) = FeC1 2 + H 2 O

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

FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Na 4FeO3 (crveno.) trioksoferat(II)(400-500 °C)

FeO + H 2 = H 2 O + Fe (ekstra čisti) (350°C)

FeO + C (koks) = Fe + CO (iznad 1000 °C)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900°C)

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

6FeO + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)

Potvrda o primitku V laboratorijima: toplinska razgradnja spojeva željeza (II) bez pristupa zraka:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 °C)

Diželjezov(III) oksid - željezo( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Dvostruki oksid. Crna, ima ionsku strukturu Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termički postojan do visokih temperatura. Ne reagira s vodom. Razgrađuje se s kiselinama. Reducirano vodikom i vrućim željezom. Sudjeluje u visokopećnom procesu proizvodnje lijevanog željeza. Koristi se kao komponenta mineralnih boja ( crveno olovo), keramika, cement u boji. Proizvod posebne oksidacije površine čeličnih proizvoda ( crnjenje, pomodrenje). Sastav odgovara smeđoj hrđi i tamnom kamencu na željezu. Ne preporučuje se uporaba bruto formule Fe 3 O 4 . Jednadžbe najvažnijih reakcija:

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

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8NS1 (razr.) = FeS1 2 + 2FeS1 3 + 4N 2 O

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

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (zrak) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 ° C)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (ekstra čisti, 1000 °C)

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

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 °C, 560-700 °C)

Prijem: sagorijevanje željeza (vidi) na zraku.

magnetit.

Željezov(III) oksid F e 2 O 3 . Amfoterni oksid s prevlašću bazičnih svojstava. Crveno-smeđa, ima ionsku strukturu (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termički stabilan do visokih temperatura. Ne nastaje kada željezo izgara na zraku. Ne reagira s vodom, iz otopine se taloži smeđi amorfni hidrat Fe 2 O 3 nH 2 O Sporo reagira s kiselinama i alkalijama. Reducirano ugljičnim monoksidom, rastaljenim željezom. Spaja se s oksidima drugih metala i stvara dvostruke okside - spineli(tehnički proizvodi se nazivaju feriti). Koristi se kao sirovina u taljenju lijevanog željeza u procesu visoke peći, kao katalizator u proizvodnji amonijaka, sastojak keramike, obojenih cementa i mineralnih boja, u termitnom zavarivanju čeličnih konstrukcija, kao nosač zvuka i slika na magnetnim trakama, kao sredstvo za poliranje čelika i stakla.

Jednadžbe najvažnijih reakcija:

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

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

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

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

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (ekstra čisti, 1050-1100 °C)

Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)

3Fe 2 O 3 + CO = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400-600 °C)

Potvrda o primitku u laboratoriju - toplinska razgradnja soli željeza (III) na zraku:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)

4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)

U prirodi - rude željeznog oksida hematit Fe 2 O 3 i limonit Fe 2 O 3 nH 2 O

Željezov(II) hidroksid F e(OH)2. Amfoterni hidroksid s prevlašću bazičnih svojstava. Bijele (ponekad sa zelenkastom nijansom), Fe-OH veze su pretežno kovalentne. Toplinski nestabilan. Lako oksidira na zraku, osobito kad je mokar (tamni). Netopljivo u vodi. Reagira s razrijeđenim kiselinama i koncentriranim alkalijama. Tipični reduktor. Međuproizvod u hrđanju željeza. Koristi se u proizvodnji aktivne mase željezno-nikl baterija.

Jednadžbe najvažnijih reakcija:

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

Fe(OH) 2 + 2HC1 (razrijeđen) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (plavo-zeleno) (kipuće)

4Fe(OH) 2 (suspenzija) + O 2 (zrak) →4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe(OH) 2 (suspenzija) +H 2 O 2 (razrijeđeno) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O

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

Potvrda o primitku: taloženje iz otopine s alkalijama ili amonijak hidratom u inertnoj atmosferi:

Fe 2+ + 2OH (razrijeđen) = Fe(OH)2 ↓

Fe 2+ + 2(NH3H2O) = Fe(OH)2 ↓+ 2NH 4

Željezni metahidroksid F eO(OH). Amfoterni hidroksid s prevlašću bazičnih svojstava. Svijetlosmeđe, Fe - O i Fe - OH veze su pretežno kovalentne. Zagrijavanjem se raspada bez taljenja. Netopljivo u vodi. Taloži se iz otopine u obliku smeđeg amorfnog polihidrata Fe 2 O 3 nH 2 O, koji držanjem u razrijeđenoj lužnatoj otopini ili sušenjem prelazi u FeO(OH). Reagira s kiselinama i krutim alkalijama. Slabo oksidacijsko i redukcijsko sredstvo. Sinteriran s Fe(OH) 2. Međuproizvod u hrđanju željeza. Koristi se kao baza za žute mineralne boje i emajle, apsorber otpadnih plinova i katalizator u organskoj sintezi.

Spoj sastava Fe(OH) 3 je nepoznat (nije dobiven).

Jednadžbe najvažnijih reakcija:

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

FeO(OH) + ZNS1 (razrijeđen) = FeC13 + 2H2O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O- koloidni(NaOH (konc.))

FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH)6]bijela, Na5 odnosno K4; u oba slučaja taloži se plavi produkt istog sastava i strukture, KFe III. U laboratoriju se taj talog naziva prusko plava, ili turnbull plava:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Kemijski nazivi početnih reagensa i produkata reakcije:

K 3 Fe III - kalijev heksacijanoferat (III)

K 4 Fe III - kalijev heksacijanoferat (II)

KFe III - željezo (III) kalij heksacijanoferat (II)

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

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Ovaj reagens (na primjer, u obliku KNCS soli) može čak otkriti tragove željeza (III) u vodi iz slavine ako prolazi kroz željezne cijevi obložene hrđom iznutra.

UDŽBENICI ZADATCI LABORATORIJSKI PRAKTIČNI ZNANSTVENI PRIČE ZA LEKTIRU

Nastavak. Vidi br. 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22/2003

§ 5.3 Supstanca
u kristalnom stanju

(nastavak)

LABORATORIJSKA ISTRAŽIVANJA

1. Određivanje međunuklearnog razmaka u kristalnom željezu.

U ovom eksperimentalnom radu upoznat ćete se s određivanjem gustoće metala - vrlo važne karakteristike, zahvaljujući kojoj možete prosuditi, na primjer, sastav i vrijeme izrade metalnog proizvoda.
Kada je i od koga došao uzvik “Eureka!”?

Starogrčki znanstvenik Arhimed rođen je u Sirakuzi (otok Sicilija) oko 287. pr. e. a ubio ga je rimski vojnik prilikom zauzimanja grada tijekom 2. punskog rata. Arhimedove posljednje riječi: "Ne dirajte moje crteže." Arhimedu se pripisuje rečenica: "Dajte mi mjesto da stanem i pomaknut ću Zemlju."
Arhimed je pronašao rješenje problema određivanja količine zlata i srebra u žrtvenoj kruni sirakuškog vladara Hiera dok se kupao. Otrčao je kući gol vičući "Eureka!", što znači "Pronađen!" Pokušajte u najopćenitijim crtama reći kako je Arhimed dokazao da u kruni ima više srebra nego što je bilo potrebno.
Pred vama je pravo znanstveno istraživanje!

Rad izvodi mala grupa od 2-4 osobe. Pažljivo pročitajte opis posla, napravite detaljan plan pokusa (s metalnim uzorkom i mjernim staklom na raspolaganju) i unaprijed rasporedite odgovornosti (tko će što raditi).
Eksperiment se sastoji od određivanja gustoće metala, što omogućuje, pomoću Avogadrova broja, izračunati međunuklearnu udaljenost, tj. udaljenost između jezgri atoma u kristalu ili molekuli. Ova udaljenost jedna je od stalnih karakteristika ove tvari.

Veličine atoma i molekula izražavaju se u različitim jedinicama: centimetrima (cm), nanometrima
(1 nm = 1 10 –9 m) i pikometri (1 pm = 1 10 –12 m). Ranije se naširoko koristila nesustavna jedinica za duljinu, angstrem

Možete uzeti veliku automobilsku maticu ili vijak ili komad pletenice olovnog kabela.
Nije potrebno uzeti metal u obliku jednog komada, možete uzeti šaku čavala, malih kuglica, sačme i sl. Ako imate komad metala nepravilnog oblika ili male komadiće (kuglice, vijci, matice, čavli, spajalice itd., izrađeni od jednog metala, a ne legure), trebali biste sami predložiti način određivanja volumena metala poznate mase (jeste li već uspjeli izvagati šaku ili hrpu komada metala a da ništa ne izgubite?).
Možeš ti to. Mjerni cilindar do pola napunimo vodom i zabilježimo njegov volumen (točnije!). Stavite komade metala u cilindar s vodom dok voda ne prekrije metal i zabilježite dobiveni volumen vode i metala. Koliki je volumen metala? Može se dogoditi da će biti manje vode i da neće prekriti sav metal. Što onda učiniti? Razmisli o tome.

U drugi mjerni cilindar ulijte točno poznatu količinu vode i u cilindar s metalom ulijte toliko vode da prekrije metal. Zabilježite položaje razine vode u oba cilindra. Sada možete izračunati volumen vode u cilindru s metalom i volumen koji zauzimaju voda i metal. Nađite volumen metala i, znajući njegovu masu, odredite njegovu gustoću.
Zatim izračunajte volumen koji bi odgovarao Avogadrovom broju atoma metala. Odredite volumen po atomu i izračunajte međunuklearnu udaljenost, izjednačavajući je s duljinom ruba kocke koja sadrži atom.
Imajte na umu da je ova metoda određivanja međunuklearnih udaljenosti približna. Ipak, međunuklearne udaljenosti u metalnim kristalima izračunate ovom metodom dobro se podudaraju s onima dobivenim drugim metodama.

Umjesto željeza, možete uzeti druge metale - bakar, olovo, čak i zlato i srebro.
Kako odrediti veličinu jednog atoma, na primjer, željeza? Znate li da 1 mol Fe ima masu

55,845 g; Gustoća željeza prethodno je određena eksperimentalno. (Prema referentnim podacima, kristalno željezo ima gustoću = 7,87 g/cm3). Izračunajmo volumen 1 mola željeza:

55,845 (g)/7,87 (g/cm3) = 7,1 cm3.

Odredimo volumen po udjelu jednog atoma u kristalnoj strukturi željeza. Da biste to učinili, podijelite volumen 1 mola atoma (molarni volumen) s Avogadrovim brojem atoma:

Dakle, promjer atoma željeza u kristalu je približno 0,000000023 cm. To je međunuklearna udaljenost. Rezultirajući broj nije promjer izoliranog atoma, budući da su elektronske ljuske atoma nešto slično oblacima s vrlo zamućenim rubovima. U strogoj znanstvenoj literaturi iz kemije i fizike ne koriste se izrazi "atomski promjer" ili "atomski radijus", već se koristi izraz "međunuklearna udaljenost" i oznaka l("pivo"). Zašto je promjer atoma željeza D i njegovu međunuklearnu udaljenost l jednaki, postat će vam jasno iz Sl. 5.6.

Prema referentnim podacima polumjer atoma željeza je 124,1 pm = 1,24 10 –8 cm, pa je međunuklearna udaljenost 2,48 10 –8 cm.

Izrazite međunuklearnu udaljenost u kristalnom željezu u različitim jedinicama.

2. Proučavanje međunuklearnih udaljenosti drugih elemenata

Pratimo promjenu međunuklearnih udaljenosti na primjeru elemenata 4. perioda koji su u kristalnom stanju (na običnoj temperaturi):		Element	Polumjer, cm Internuklearno
udaljenost, cm	Kalij	2,27 10 –8	4,54 10 –8
DO	Kalcij	1,97 10 –8	3,94 10 –8
Sa	Skandij	1,61 10 –8	3,22 10 –8
sc	Titanij	1,44 10 –8	2,88 10 –8
Ti	Vanadij	1,32 10 –8	2,64 10 –8
V	Krom	1,24 10 –8	2,48 10 –8
Kr	Mangan	1,24 10 –8	2,48 10 –8
Mn	Željezo	1,24 10 –8	2,48 10 –8
Fe	Kobalt	1,25 10 –8	2,50 10 –8
Co	nikal	1,24 10 –8	2,48 10 –8
Ni	Bakar	1,28 10 –8	2,56 10 –8
Cu	Cinkov	1,33 10 –8	2,66 10 –8
Zn	Galij	1,22 10 –8	2,44 10 –8
ga	germanij	1,23 10 –8	2,46 10 –8
Ge	Arsen	1,25 10 –8	2,50 10 –8
Kao	Selen	2,15 10 –8	4,30 10 –8

Se
Nacrtajte graf promjena međunuklearnih udaljenosti pri prijelazu s kalija na selen. Ako uspijete objasniti tijek promjena međunuklearnih udaljenosti, tada ćete razumjeti neke značajke konstrukcije periodnog sustava elemenata D.I.
Ako u budućnosti budete morali pripremati legure raznih metala, tada će vam informacije o radijusima atoma pomoći predvidjeti svojstva legura.
Metalne legure su čvrsti sustavi formirani od dva ili više metala (kao i metala i nemetala). Legure imaju bolja svojstva u usporedbi s metalima od kojih se sastoje. Jedna klasifikacija legura temelji se na broju faza koje čine leguru. Ako je u leguri samo jedna faza, onda je to jednofazni sustav, odnosno čvrsta otopina jednog metala u drugom.
Recimo nekoliko riječi o čvrstim otopinama. Rijetko se opaža potpuna međusobna topljivost metala u bilo kojem omjeru. To se može dogoditi s komponentama sličnih svojstava. Na primjer, zlato i srebro se mogu otopiti jedno u drugome u bilo kojem omjeru, jer su u istoj podskupini i veličine njihovih atoma su bliske (1,442 10 –8 i 1,444 10 –8 cm, respektivno). Čvrsta otopina – faza promjenjivog sastava u kojoj se atomi raznih elemenata nalaze u zajedničkoj kristalnoj rešetki. Postoje čvrsta rješenja zamjena .
Supstitucijska čvrsta otopina nastaje kada se atomi otopljenog metala nalaze u naseljenim područjima (čvorovima) rešetke metala koji se otapa. Radijusi atoma u takvim otopinama razlikuju se jedan od drugog za najviše 15% (za legure željeza - za ne više od 8%). Predvidite kakve krute otopine mogu tvoriti navedeni metali. Drugi važan uvjet za nastanak supstitucijskih čvrstih otopina je da metali moraju biti elektrokemijski slični, odnosno ne smiju biti predaleko jedan od drugoga u nizu napona (točnije u nizu potencijala elektrode).
Intersticijska čvrsta otopina nastaje kao rezultat činjenice da se atomi otopljenog metala nalaze u šupljinama između naseljenih mjesta (čvorova) kristalne rešetke. Veličina atoma metala koji se otapa ne smije biti veća od 63% veličine atoma metala koji se otapa.

Željezo je kemijski element

1. Položaj željeza u periodnom sustavu kemijskih elemenata i struktura njegovog atoma

Željezo je element VIII d skupine; redni broj – 26; atomska masa Ar(Fe ) = 56; atomski sastav: 26 protona; 30 – neutroni; 26 – elektroni.

Dijagram atomske strukture:

Elektronička formula: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Metal srednje aktivnosti, redukcijsko sredstvo:

Fe 0 -2 e - → Fe +2 , redukcijsko sredstvo se oksidira

Fe 0 -3 e - → Fe +3 , redukcijsko sredstvo se oksidira

Glavna oksidacijska stanja: +2, +3

2. Prevalencija željeza

Željezo je jedan od najčešćih elemenata u prirodi . U zemljinoj kori njegov maseni udio je 5,1%, prema ovom pokazatelju odmah iza kisika, silicija i aluminija. Mnogo željeza ima i u nebeskim tijelima, što je utvrđeno spektralnom analizom. U uzorcima Mjesečevog tla koje je dostavila automatska stanica Luna željezo je pronađeno u neoksidiranom stanju.

Željezne rude su prilično raširene na Zemlji. Imena planina na Uralu govore sama za sebe: Vysokaya, Magnitnaya, Zheleznaya. Agrokemičari pronalaze spojeve željeza u tlima.

Željezo je sastavni dio većine stijena. Za dobivanje željeza koriste se željezne rude s udjelom željeza od 30-70% ili više.

Glavne željezne rude su :

magnetit(magnetska željezna ruda) – Fe3O4 sadrži 72% željeza, naslage se nalaze na Južnom Uralu, Kurska magnetska anomalija:

hematit(željezni sjaj, krvavi kamen)– Fe2O3 sadrži do 65% željeza, takve se naslage nalaze u regiji Krivoy Rog:

limonit(smeđa željezna ruda) – Fe 2 O 3* nH 2 O sadrži do 60% željeza, nalazišta se nalaze na Krimu:

pirit(sumporni pirit, željezni pirit, mačje zlato) – FeS 2 sadrži približno 47% željeza, nalazišta se nalaze na Uralu.

3. Uloga željeza u životu ljudi i biljaka

Biokemičari su otkrili važnu ulogu željeza u životu biljaka, životinja i ljudi. Kao dio izuzetno složenog organskog spoja zvanog hemoglobin, željezo određuje crvenu boju ove tvari, koja pak određuje boju ljudske i životinjske krvi. Tijelo odrasle osobe sadrži 3 g čistog željeza, od čega je 75% dio hemoglobina. Glavna uloga hemoglobina je prijenos kisika iz pluća u tkiva, au suprotnom smjeru - CO 2 .

Biljke također trebaju željezo. Dio je citoplazme i sudjeluje u procesu fotosinteze. Biljke uzgojene na supstratu koji ne sadrži željezo imaju bijele listove. Mali dodatak željeza u podlogu i pozelene. Štoviše, vrijedi namazati bijelu plahtu otopinom soli koja sadrži željezo, a namazano područje ubrzo pozeleni.

Dakle, iz istog razloga - prisutnost željeza u sokovima i tkivima - lišće biljaka postaje veselo zeleno, a obrazi osobe jarko rumene.

4. Fizikalna svojstva željeza.

Željezo je srebrnastobijeli metal s talištem od 1539 o C. Vrlo je duktilno, stoga se lako obrađuje, kuje, valja, štanca. Željezo ima sposobnost magnetiziranja i demagnetiziranja, stoga se koristi kao jezgra elektromagneta u raznim električnim strojevima i uređajima. Može mu se dati veća čvrstoća i tvrdoća toplinskim i mehaničkim metodama, na primjer, kaljenjem i valjanjem.

Postoji kemijski čisto i tehnički čisto željezo. Tehnički čisto željezo je u osnovi niskougljični čelik; sadrži 0,02-0,04% ugljika, a još manje kisika, sumpora, dušika i fosfora. Kemijski čisto željezo sadrži manje od 0,01% nečistoća. Kemijski čisto željezo - srebrno sivi, sjajni metal, izgledom vrlo sličan platini. Kemijski čisto željezo je otporno na koroziju i ima dobru otpornost na kiseline. Međutim, neznatne količine nečistoća oduzimaju mu ta dragocjena svojstva.

5. Dobivanje željeza

Redukcija iz oksida ugljenom ili ugljikovim monoksidom (II), kao i vodikom:

FeO + C = Fe + CO

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

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

Eksperiment "Proizvodnja željeza aluminotermijom"

6. Kemijska svojstva željeza

Kao element sekundarne podskupine, željezo može pokazivati ​​nekoliko oksidacijskih stanja. Razmotrit ćemo samo spojeve u kojima željezo ima oksidacijska stanja +2 i +3. Dakle, možemo reći da željezo ima dvije serije spojeva, u kojima je dvovalentno i trovalentno.

1) Na zraku željezo lako oksidira u prisutnosti vlage (hrđa):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

2) Užarena željezna žica gori u kisiku, stvarajući kamenac - željezni oksid (II,III) - crnu tvar:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Cnastaje kisik u vlažnom zraku Željezo 2 O 3 * nH 2 O

Eksperiment "Interakcija željeza s kisikom"

3) Na visokim temperaturama (700–900°C), željezo reagira s vodenom parom:

3Fe + 4H 2 O t˚C → Fe 3 O 4 + 4H 2

4) Željezo reagira s nemetalima kada se zagrijava:

Fe + S t˚C → FeS

5) Željezo se lako otapa u klorovodičnoj i razrijeđenoj sumpornoj kiselini u normalnim uvjetima:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H 2 SO 4 (razrijeđen) = FeSO 4 + H 2

6) Željezo se otapa u koncentriranim oksidirajućim kiselinama samo pri zagrijavanju

2Fe + 6H2SO4 (konc. .) t˚C → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO3 (konc. .) t˚C → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 Oželjezo(III)

7. Upotreba željeza.

Većina željeza proizvedenog u svijetu koristi se za proizvodnju lijevanog željeza i čelika - slitina željeza s ugljikom i drugim metalima. Lijevano željezo sadrži oko 4% ugljika. Čelici sadrže manje od 1,4% ugljika.

Lijevano željezo potrebno je za izradu raznih odljevaka - okvira teških strojeva itd.

Proizvodi od lijevanog željeza

Od čelika se izrađuju strojevi, razni građevinski materijali, grede, limovi, valjani proizvodi, tračnice, alati i mnogi drugi proizvodi. Za proizvodnju različitih vrsta čelika koriste se takozvani legirajući aditivi, a to su različiti metali: M

Simulator br. 2 - Genetska serija Fe 3+

Simulator br. 3 - Jednadžbe reakcija željeza s jednostavnim i složenim tvarima

Zadaci za učvršćivanje

broj 1. Napišite jednadžbe reakcija za proizvodnju željeza iz njegovih oksida Fe 2 O 3 i Fe 3 O 4, koristeći kao redukcijsko sredstvo:
a) vodik;
b) aluminij;
c) ugljikov monoksid (II).
Za svaku reakciju napravite elektronsku vagu.

broj 2. Provedite transformacije prema shemi:
Fe 2 O 3 -> Fe - +H2O, t -> X - +CO, t -> Y - +HCl ->Z
Imenujte proizvode X, Y, Z?