IJzerverbindingen. IJzer: fysische en chemische eigenschappen

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 17:53

De eerste producten gemaakt van ijzer en zijn legeringen werden gevonden tijdens opgravingen en dateren uit ongeveer het 4e millennium voor Christus. Dat wil zeggen, zelfs de oude Egyptenaren en Sumeriërs gebruikten meteorietafzettingen van deze stof om sieraden en huishoudelijke artikelen te maken, evenals wapens.

Vandaag de dag zijn verschillende soorten ijzerverbindingen, evenals puur metaal, de meest voorkomende en gebruikte stoffen. Geen wonder dat de 20e eeuw als ijzer werd beschouwd. Voor de komst en het wijdverbreide gebruik van plastic en aanverwante materialen was het immers deze verbinding die van doorslaggevend belang was voor de mens. Wat is dit element en welke stoffen het vormt, zullen we in dit artikel bespreken.

Chemisch element ijzer

Als we kijken naar de structuur van het atoom, dan moeten we allereerst zijn locatie in het periodiek systeem aangeven.

1. Rangnummer - 26.
2. Periode is de vierde grote.
3. Achtste groep, secundaire subgroep.
4. Atoomgewicht is 55, 847.
5. De structuur van de buitenste elektronenschil wordt aangegeven door de formule 3d⁶4s^2.
6. Chemisch element symbool - Fe.
7. Naam - strijkijzer, inlezenformule - "ferrum".
8. In de natuur zijn er vier stabiele isotopen van het element in kwestie met massagetallen 54, 56, 57, 58.

Het chemische element ijzer heeft ook ongeveer 20 verschillende isotopen die niet stabiel zijn. Mogelijke oxidatie stelt dat dit atoom kan vertonen:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Niet alleen het element zelf is belangrijk, maar ook de verschillende verbindingen en legeringen.

Fysieke eigenschappen

Als een eenvoudige stof heeft ijzer fysieke eigenschappen met een uitgesproken metaalachtig karakter. Dat wil zeggen, het is een zilverwit metaal met een grijze tint, dat een hoge mate van vervormbaarheid en vervormbaarheid en een hoog smelt- en kookpunt heeft. Als we de kenmerken in meer detail bekijken, dan:

• smeltpunt - 1539 0С;
• kook - 2862 0C;
• activiteit - gemiddeld;
• vuurvast - hoog;
• toont uitgesproken magnetische eigenschappen.

Afhankelijk van de omstandigheden en verschillende temperaturen, zijn er verschillende modificaties die ijzer vormen. Hun fysieke eigenschappen verschillen van het feit dat de kristalroosters verschillen.

1. De alfavorm, of ferriet, bestaat tot een temperatuur van 769 0C.
2. Van 769 tot 917 0C - bètavorm.
3. 917-1394 0С - gammavorm, of austeniet.
4. Over 1394 0S - sigma ijzer.

Alle aanpassingen hebbenverschillende soorten structuur van kristalroosters, en verschillen ook in magnetische eigenschappen.

Chemische eigenschappen

Zoals hierboven vermeld, vertoont de eenvoudige stof ijzer een gemiddelde chemische activiteit. In fijn verdeelde toestand kan het echter spontaan ontbranden in de lucht, terwijl het metaal zelf opbrandt in zuivere zuurstof.

Het corrosievermogen is hoog, dus de legeringen van deze stof zijn gecoat met legeringsverbindingen. IJzer kan communiceren met:

• zuren;
• zuurstof (inclusief lucht);
• grijs;
• halogenen;
• bij verhitting - met stikstof, fosfor, koolstof en silicium;
• met zouten van minder actieve metalen, waardoor ze worden gereduceerd tot eenvoudige stoffen;
• met live stoom;
• met ijzerzouten in oxidatietoestand +3.

Het is duidelijk dat het metaal, door zo'n activiteit te vertonen, in staat is verschillende verbindingen te vormen, divers en polair in eigenschappen. En zo gebeurt het. IJzer en zijn verbindingen zijn zeer divers en worden gebruikt in verschillende takken van wetenschap, technologie en industriële menselijke activiteit.

Verspreid in de natuur

Natuurlijke ijzerverbindingen komen vrij veel voor, omdat het na aluminium het meest voorkomende element op onze planeet is. Tegelijkertijd is het metaal in zijn pure vorm uiterst zeldzaam, als onderdeel van meteorieten, wat wijst op zijn grote ophopingen in de ruimte. De belangrijkste massa zit in de samenstelling van ertsen, gesteenten en mineralen.

Alsom te praten over het percentage van het betreffende element in de natuur, dan kunnen de volgende cijfers worden gegeven.

1. De kernen van de terrestrische planeten - 90%.
2. In de aardkorst - 5%.
3. In de aardmantel - 12%.
4. In de kern van de aarde - 86%.
5. In rivierwater - 2 mg/l.
6. In de zee en oceaan - 0,02 mg/l.

De meest voorkomende ijzerverbindingen vormen de volgende mineralen:

• magnetiet;
• limoniet of bruine ijzersteen;
• vivianiet;
• pyrrhotiet;
• pyriet;
• siderite;
• marcasiet;
• lellingiet;
• Mispicel;
• milanteriet en anderen.

Dit is verre van een volledige lijst, want het zijn er echt heel veel. Bovendien zijn verschillende legeringen die door de mens zijn gemaakt, wijdverbreid. Dit zijn ook zulke ijzerverbindingen, zonder welke het moeilijk is om het moderne leven van mensen voor te stellen. Deze omvatten twee hoofdtypen:

• gietijzer;
• staal.

Het is ook ijzer dat een waardevolle toevoeging is aan veel nikkellegeringen.

IJzer(II)verbindingen

Deze omvatten die waarin de oxidatietoestand van het vormende element +2 is. Ze zijn vrij talrijk, want ze omvatten:

• oxide;
• hydroxide;
• binaire verbindingen;
• complexe zouten;
• complexe verbindingen.

De formules van chemische verbindingen waarin ijzer de aangegeven mate van oxidatie vertoont, zijn voor elke klasse afzonderlijk. Beschouw de belangrijkste en meest voorkomende ervan.

1. IJzeroxide (II). Zwart poeder, onoplosbaar in water. De aard van de verbinding is eenvoudig. Het is in staat om snel te oxideren, maar het kan ook gemakkelijk worden gereduceerd tot een eenvoudige stof. Het lost op in zuren om de overeenkomstige zouten te vormen. Formule - FeO.
2. IJzer(II)hydroxide. Het is een wit amorf neerslag. Gevormd door de reactie van zouten met basen (alkaliën). Het vertoont zwakke basiseigenschappen, is in staat om in de lucht snel te oxideren tot ijzerverbindingen +3. Formule - Fe(OH)_2.
3. Zouten van een element in de gespecificeerde oxidatietoestand. In de regel hebben ze een lichtgroene kleur van de oplossing, oxideren ze goed, zelfs in de lucht, krijgen een donkerbruine kleur en veranderen in ijzerzouten 3. Ze lossen op in water. Voorbeelden van verbindingen: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktische waarde onder de aangewezen stoffen hebben verschillende verbindingen. Ten eerste ijzer (II) chloride. Dit is de belangrijkste leverancier van ionen aan het menselijk lichaam met bloedarmoede. Wanneer een dergelijke aandoening bij een patiënt wordt gediagnosticeerd, krijgt hij complexe preparaten voorgeschreven, die zijn gebaseerd op de betreffende verbinding. Zo wordt het ijzertekort in het lichaam aangevuld.

Ten tweede wordt ferrosulfaat, dat wil zeggen ijzer(II)sulfaat, samen met koper gebruikt om landbouwongedierte in gewassen te vernietigen. De methode heeft zijn effectiviteit al meer dan een decennium bewezen en wordt daarom zeer gewaardeerd door tuiniers en tuiniers.

Mora S alt

Deze verbindingwat een gehydrateerd ijzer- en ammoniumsulfaat is. De formule is geschreven als FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Een van de verbindingen van ijzer (II), die in de praktijk veel wordt gebruikt. De belangrijkste gebieden van menselijk gebruik zijn als volgt.}

1. Farmaceutica.
2. Wetenschappelijk onderzoek en titrimetrische laboratoriumanalyses (voor de bepaling van chroom, kaliumpermanganaat, vanadium).
3. Geneeskunde - als toevoeging aan voedsel met een gebrek aan ijzer in het lichaam van de patiënt.
4. Voor het impregneren van houten producten, aangezien Mora-zout beschermt tegen rottingsprocessen.

Er zijn andere gebieden waar deze stof wordt gebruikt. Het kreeg zijn naam ter ere van de Duitse chemicus die voor het eerst gemanifesteerde eigenschappen ontdekte.

Stoffen met ijzer (III) oxidatietoestand

De eigenschappen van ijzerverbindingen, waarin het een oxidatietoestand van +3 vertoont, verschillen enigszins van de hierboven besproken. De aard van het overeenkomstige oxide en hydroxide is dus niet langer basisch, maar uitgesproken amfoteer. Laten we een beschrijving geven van de belangrijkste stoffen.

1. IJzeroxide (III). Het poeder is fijnkristallijn, roodbruin van kleur. Het lost niet op in water, vertoont licht zure, meer amfotere eigenschappen. Formule: Fe₂O_3.
2. IJzer(III)hydroxide. Een stof die neerslaat wanneer alkaliën reageren met de overeenkomstige ijzerzouten. Het karakter is uitgesproken amfoteer, de kleur is bruinbruin. Formule: Fe(OH)_3.
3. Zouten, waaronder het kation Fe³⁺. Veel hiervan zijn geïsoleerd, met uitzondering van carbonaat, omdat hydrolyse optreedt en kooldioxide vrijkomt. Voorbeelden van formules voor sommige zouten: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{en anderen.}

Van de bovenstaande voorbeelden, vanuit praktisch oogpunt, een kristallijn hydraat als FeCL₃6H_{2O, of ijzerchloride-hexahydraat is belangrijk (III). Het wordt in de geneeskunde gebruikt om bloedingen te stoppen en ijzerionen in het lichaam aan te vullen in geval van bloedarmoede.}

IJzer(III)sulfaat 9-hydraat wordt gebruikt om drinkwater te zuiveren omdat het werkt als een stollingsmiddel.

IJzer(VI) verbindingen

De formules van de chemische verbindingen van ijzer, waar het een speciale oxidatietoestand van +6 vertoont, kunnen als volgt worden geschreven:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 en anderen.}

Ze hebben allemaal een gemeenschappelijke naam - ferraten - en hebben vergelijkbare eigenschappen (sterke reductiemiddelen). Ze zijn ook in staat om te desinfecteren en hebben een bacteriedodende werking. Hierdoor kunnen ze worden gebruikt voor de behandeling van drinkwater op industriële schaal.

Complexe verbindingen

Speciale stoffen zijn erg belangrijk in de analytische chemie en niet alleen. Degenen die zich vormen in waterige oplossingen van zouten. Dit zijn complexe verbindingen van ijzer. De meest populaire en goed onderzochte zijn als volgt.

1. Kaliumhexacyanoferraat (II)K₄[Fe(CN)₆]. Een andere naam voor de verbinding is geel bloedzout. Het wordt gebruikt voor de kwalitatieve bepaling van Fe³⁺ ijzerionen in oplossing. Als gevolg van blootstelling krijgt de oplossing een mooie helderblauwe kleur, omdat er een ander complex wordt gevormd - Pruisisch blauw KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Sinds de oudheid wordt het gebruikt als kleurstof voor stof.}
2. Kaliumhexacyanoferraat (III) K₃[Fe(CN)₆]. Een andere naam is roodbloedzout. Gebruikt als kwalitatief reagens voor de bepaling van ijzerion Fe^{2+. Als gevolg hiervan wordt een blauw neerslag gevormd, dat Turnbull-blauw wordt genoemd. Ook gebruikt als textielverf.}

IJzer in organische stof

IJzer en zijn verbindingen zijn, zoals we hebben gezien, van groot praktisch belang in het economische leven van de mens. Maar daarnaast is zijn biologische rol in het lichaam niet minder groot, integendeel.

Er is één zeer belangrijke organische verbinding, eiwit, die dit element bevat. Dit is hemoglobine. Het is dankzij hem dat zuurstof wordt getransporteerd en een uniforme en tijdige gasuitwisseling wordt uitgevoerd. Daarom is de rol van ijzer in het vitale proces - ademhaling - gewoon enorm.

In totaal bevat het menselijk lichaam ongeveer 4 gram ijzer, dat constant moet worden aangevuld door geconsumeerd voedsel.