ВСТУП
Ця робота присвячена вивченню властивостей оксиду заліза (III) Fe 2O 3також відомого як мінерали: гематит ( ?-Fe 2O 3), лимоніт (Fe 2O 3H2O), входить до складу магнетиту (FeO Fe2 O 3).
Тема курсової роботи становить практичний та теоретичний інтерес. Проект буде корисний підприємствам, що синтезують речовину Fe 2O 3у промислових масштабах.
Також проект корисний як збірник інформації про залізо, деякі його оксиди, оксид заліза (III) зокрема, і мінерали, до складу яких він входить.
Цілі, виконання яких необхідно досягти після закінчення роботи над проектом: зібрати найбільш повну інформацію про оксид заліза (III), вивчити його властивості та способи синтезу.
Завдання проекту:
Зібрати повноцінну та актуальну інформацію на тему.
Вивчити властивості заліза та його оксиду (III) Fe 2O 3, на основі чого дізнатися про застосування цих речовин
Розглянути всі можливі способи синтезу та виділити найбільш вигідний з них.
По закінченні даного проекту слід зробити висновок щодо виконаної роботи, вказати, які завдання були виконані, а які ні.
Залізо було відоме ще до нашої ери. Люди стародавнього Єгипту та Північної Америки користувалися предметами, виготовленими з метеоритного заліза. На той час залізо було найпоширенішим матеріалом після бронзи.
Вважається, що народи Кавказу та Туркестану першими отримали залізо з мінералів. Пізніше залізо поширилося до Вавилону, Єгипту, Греції та Риму. Залізо, отримане примітивним способом (що складалося в нагріванні залізної руди з деревним вугіллям в ямах або печах з глини), було забруднене шлаком і очищалося довгим куванням.
На стародавньому Сході під час виплавки заліза використовувалися печі, оснащені хутром для подачі повітря. У XV ст. за рахунок збільшення потоку повітря, що подається, була збільшена температура виплавки. Завдяки цьому вдалося отримати чавун, який був дуже крихкий і ламався від удару молотка. Пізніше було отримано ковке залізо шляхом нагрівання чавуну з деревним вугіллям у горні струмом повітря.
Величезним стрибком у металургії заліза є заміна деревного вугілля коксом - відновником, джерелом вуглецю та водночас пальним матеріалом. Вже у ХІХ ст. були розроблені технологічні процеси одержання сталі.
1.1 Знаходження у природі
У природі залізо мало зустрічається у вільному стані. Зазвичай воно входить до складу мінералів як різних сполук. Його вміст у земній корі становить 4,7 вага. %.
Найбільш типовими мінералами заліза є Сидерит, Лімоніт, Гематит, Магнетит. Також існують і інші мінерали: Вюстит, Піріт, Марказіт, Леллінгіт, Міспікель, Мелантеріт, Вівіаніт та ін.
Поклади корисних копалин, що містять мінерали заліза, знаходяться у різних країнах: Росії, Швеції, Норвегії, Франції, Греції, Італії, Кубі, Туреччині та ін.
Відсотковий вміст заліза в мінералах коливається від 25 до 70%. Руди, що містять менше 45% заліза, відносяться до бідних та в промисловості не використовуються. Збагачують руди магнітним способом. Гематит або лимонит перетворюють на магнетит термічною обробкою і пропускають через магнітне поле відділення від порожньої природи.
Залізо входить до складу гемоглобіну – компонента еритроцитів крові живих організмів. У деяких видів замість заліза в молекулі гемоглобіну є мідь.
1.2 Отримання та застосування
Чисте мало окислюване металеве залізо може бути отримане відновленням оксиду заліза (III) Fe 2O 3воднем при нагріванні:
Fe 2O 3+3H2 =2Fe+3H 2O
Відновлююча Fe 2O 3 воднем при 278-340°С, отримують пірофорне залізо, при 550-650°С - залізо, понад 700°С - масу губчастого металевого заліза, що спеклася.
Чисто залізо можна отримати шляхом термічного розкладання пентакарбоніл заліза Fe(CO) 5без доступу кисню та при температурі понад 140°С, а також електролізом водного розчину FeCl 2·4H 2O з додаванням NH4 Cl при 30°С.
Забруднене металеве залізо може бути отримане алюмо- або кремнетермічним відновленням оксиду заліза (III) Fe 2O 3та оксидів заліза (II, III) Fe3 O 4.
Fe 2O 3+2Al=2Fe+Al2 O 3
Fe 3O 4+8Al=9Fe+4Al2 O 3
Для отримання різних феросплавів (ферохрому, феровольфраму, феромолібдену та ін.) застосовуються алюмо- або кремнетермічне відновлення суміші Fe 2O 3 з оксидами відповідних металів (Cr 2O 3, WO 3, MoO 3і т.д.). При кремнетермічному відновленні використовують елементарний кремній або феросиліцій.
Для отримання надчистого заліза (10 -6% домішок) використовують метод зонного плавлення.
Для отримання чавуну або сирого заліза (сплави заліза з вуглецем) використовуються мінерали, що не містять сірки, миш'яку і фосфору: гематит, лимоніт, магнетит, сидерит.
Одержання чавуну шляхом відновлення залізняку здійснюється в доменних печах. p align="justify"> Процес перетворення чавуну (сирого заліза) в ковке залізо проходить шляхом окислення і часткового видалення домішок (S, P, As, Si та ін), тобто. шляхом афінажу з процесу Пудделя, Бессемера, Томаса чи Мартена.
Доменна піч має форму двох усічених конусів, які з'єднані основами. Її висота – 65 м, діаметр 5-11м. Робочий об'єм печі – 200-2000 м 3, продуктивність – близько 2000 т чавуну на добу. Верхній конус печі називається шахтою. Він виготовлений з вогнетривкої цегли і має у верхній частині так званий «колошник» - автоматичний пристрій для видалення доменних газів. Нижній конус зроблений з вогнетривкої силікатної цегли. У його нижній частині знаходиться горн, що має циліндричну форму. Сама піч підтримується металевими конструкціями, тому що має достатню велику вагу.
Процес виплавки чавуну проходить так: зверху доменну піч завантажують подрібнену залізну руду, яку пошарово перемішують з коксом; знизу під тиском надходить попередньо нагріте повітря, у якому згоряє кокс. Окис вуглецю, що утворюється при горінні, відновлює залізо з його оксидів:
CO+Fe 2O3 =2Fe+3CO 2?
Оскільки реакція оборотна, відповідно до принципу Ле-Шательє, рівновага зміщується вліво за підвищеної температури. Тому реакція здійснюється в основному у верхній частині печі, де температура нижче. Частина Fe 2O 3відновлюється лише до FeO:
Fe 2O 3+CO=2FeO+CO 2?
У нижній частині печі, де температура дуже висока, відновником є безпосередньо вуглець:
Внаслідок дуже високої температури у нижній частині печі залізо плавиться і стікається вниз. Простір, звільнений у зв'язку з цим, заповнюють зверху новими шарами руди та коксу.
Залізо та його сплави активно застосовуються у всіх галузях промисловості у зв'язку з його можливістю зберігати механічні та фізико-хімічні властивості при температурах до 900 °C. Сплави заліза бувають декількох типів: магнітні, немагнітні, кислотостійкі, тверді, нержавіючі, жароміцні та ін.
Сталі використовуються у виробництві електровозів, вагонів, залізничних рейок, тракторів, бурових установок, підйомних кранів та застосовуються у багатьох інших галузях.
Крім сталі та чавуну відомі сплави, що містять 4-6,5% заліза, такі як латунь та бронза. Вони залізо служить добавкою модифікації міцності, пластичності, твердості, ковкості, швидкості старіння та інших. властивостей.
Залізо та її сплави для сучасної техніки мають значення. Витрата заліза перевищує 100 млн. тонн на рік у всьому світі.
3Фізичні властивості та хімічні властивості
Чисте залізо в компактному стані є сріблясто-сірим металом з синюватим відливом, що має щільність 7,867 г/см. 3, Твердість 4-5 за шкалою Мооса, т. пл. 1536°C і т. кіп. 3250°C. Заліза існує у вигляді чотирьох алотропних модифікацій, а саме: ?-Fe, стійке до 768 ° C, ?-Fe, стійке до інтервалу 768-906°C, ?-Fe, стійке в інтервалі 906-1401°C, та ?-Fe, стійке до інтервалу 1401-1536°С.
Модифікація ?, ?, ?мають кубічну об'ємноцентровану кристалічну структуру, а модифікація ?-Гранецентровану кубічну структуру решітки. Модифікація ?і ?- феромагнітні, а ?і ?- Діамагнітні. Феромагнетизм зникає, коли залізо нагріте до точки Кюрі 768°C.
У тонко подрібненому стані металеве залізо має пірофорні властивості і утворюється в результаті перегонки амальгами заліза або відновлення Fe 2O 3воднем приблизно за 270°.
Гаряче пірофорне залізо мимоволі спалахує на повітрі, оскільки, будучи тонкоподрібненим і маючи водень включення, енергійно взаємодіє з киснем повітря.
Відомо дуже велика кількість сплавів (чавуни, сталі та ін), що утворюються залізом з різними металами (Со, Ni, Мn, Сr, Мо, W, V, Nb, Zr, Sb, Ti, Sn, Pb, Al, Be, Mg, Zn та Cu), а також з неметалами - вуглецем, кремнієм, азотом, фосфором, сіркою, воднем.
Було помічено, що залізо в легованих сталях утворює тверді розчини, тверді евтектичні сплави і інтерметалічні з'єднання з численними елементами. Приклади інтерметалевих з'єднань: Fe 3Mo 2, Fe 5Nb 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 та Fe 2Si.
Основним легуючим елементом заліза є вуглець. Введений у відносно невеликих кількостях вуглець суттєво змінює характер та властивості заліза. Вже йшлося про те, що сплави заліза з іншими елементами, що містять 0-1,7% вуглецю, відносяться до сталей, а 1,7-6,7% вуглецю, що містять, - до чавунів. Вуглець може бути в залозі у вигляді графіту (елементний вуглець) або у формі цементиту.
Системи залізо - вуглець із вмістом вуглецю більше 6,67% не розглядаються, оскільки у техніці використовуються лише сплави, що містять приблизно 5% вуглецю. Вуглець сприяє збільшенню міцності, твердості, опору та зменшенню пластичності.
Механічні властивості заліза залежить від ступеня його чистоти. У чистому стані залізо досить м'яко, ковко, тягуче, в'язко, воно добре проводить тепло та електрику. При забрудненні заліза різними неметалами чи металами механічні властивості їх у значною мірою змінюються.
У компактному стані чисте залізо стійке у сухому повітрі і іржавіє у вологому повітрі, перетворюючись на Fe 2O 3· n Н 2O (де n має значення, близьке до одиниці) - іржу; остання утворює пористу, пухку плівку, яка не оберігає залізо від дії кисню.
Коли забруднене залізо стикається з вологою та двоокисом вуглецю з атмосфери, на поверхні металу утворюються гальванічні пари, у яких залізо, будучи негативним елементом, руйнується. Через електрохімічну корозію поверхня забрудненого заліза у вологому повітрі за короткий час покривається іржею. Іони Fe 2+з аніонами ВІН -(з води) або СО 32-(утвореними при розчиненні СO 2у воді) утворюють Fe(OH) 2або FeCO 3, які у водному середовищі та у присутності кисню перетворюються на Fe(OH) 3(або в Fe 2O3 ·3H 2O).
Для запобігання заліза від дії корозійних агентів його покривають шаром масляної фарби, емалі або іншого металу: Zn (цинкування), Sn (лудіння), Сr (хромування), Ni (нікелювання), Cd (кадмування), РЬ (свинцювання) - або проводять поверхневе окиснення розплавленим NaNO 3 або KNO 3.
Пари води розкладаються нагрітим до червоного залізом вище 700° за оборотним рівнянням:
Fe+4H 2O=Fe 3O4 +4H 2?
За кімнатної температури залізо розчиняє приблизно 0,005% водню. При цьому утворюється гідрид включення FeH, який сприяє збільшенню твердості заліза:
Fe+4H2 O=2FeH
Один грам заліза розчиняє за 1530°C 0,272 см 3 водню, при 1550 ° -0,279 см 3водню та при 1650°-0,310 см3 водню.
Насичене воднем залізо при нагріванні повітря до 900° втрачає значної частини цього газу.
При нормальній температурі сухий кисень не взаємодіє із залізом. При нагріванні полірованої залізної пластинки в кисні вище 150° спостерігається потемніння її поверхні, а при нагріванні до жару утворюється магнетит:
Fe+2O 2=Fe 3O 4
При 1900° у присутності кисню залізо повністю перетворюється на оксиди.
При? 900° розчинність кисню ?-Fe дорівнює 0,18%, а в ?-Fe та ?-Fe вона більша. Залізо з невеликим вмістом кисню утворює тверді та тендітні сплави.
При нагріванні залізо взаємодіє з газоподібним хлором, перетворюючись на Fe 2Cl 6але не вступає в реакцію з рідким хлором. При дії пар брому або йоду на порошкоподібне кристалічне залізо отримують Fe 3Br 8(або 2FeBr 3· FeBr 2) та Fe 3I 8(або 2FeI3· FeI 2):
Fe+3Cl 2=Fe 2Cl 6
Fe+4Br 2=Fe 3Br 8
Нагріванням порошкоподібного металевого заліза в парах брому при 190° одержують Fe2 Br 6:
Fe+3Br 2=Fe 2Br 6
Тонко подрібнене залізо взаємодіє при нагріванні із сіркою, утворюючи сульфіди FeS, FeS2 :
Fe+S (ромбіч.) = FeS Fe+2S (ромбіч.) = FeS2
Сірка погано розчинна в залозі, але сульфід заліза FeS (зі сплавів системи залізо - сірка) утворює із залізом евтектику, яка містить 30% сірки, плавиться при 985°, має ламкість при червоному жарінні та погіршує якість заліза (чавуну або сталі).
При нагріванні залізного порошку в струмі аміаку утворюються нітриди Fe2 N, Fe 4N:
Фосфор, миш'як та кремній утворюють із залізом при нагріванні інтерметалічні сполуки, наприклад Fe 3P, Fe 2P, FeP, Fe 3As 2, Fe 2As, Fe 3As 4, Fe 3Si 2, FeSi, FeSi2 , Fe 2Si.
Оскільки нормальний потенціал системи Fe/Fe 2+дорівнює -0,44, залізо відноситься до легко окислюваних металів. Під дією розведених неорганічних кислот (НСl, H 2SO 4та ін) воно перетворюється на відповідні солі заліза (II) з виділенням водню:
Fe+2HCl - FeCl 2+H 2 Fe + H 2SO 4= FeSO4 + H 2
Розведена азотна кислота, взята в надлишку, взаємодіє із залізом за рівнянням:
4Fe+10HNO 3= 4Fe(NO 3)2+NH 4NO3 +3H 2O
Концентровані кислоти, такі як HNO 3та H 2SO 4, взаємодіють із залізом при нагріванні за рівняннями:
Fe + 4HNO 3= Fe(NO 3)3 + NO + 2H 2O
2Fe + 6H 2SO 4= Fe 2(SO 4)3+ 3SO2 + 6H 2O
Нормальний потенціал системи Fe/Fe 3+ дорівнює -0,036 ст.
Під дією концентрованих кислот HNO 3, H 2SO 4, Н 2СгO 4залізо стає пасивним завдяки утворенню щільної захисної плівки на поверхні металу, що змінює значення електрохімічного потенціалу.
Залізо піддається впливу концентрованих розчинів лугів. Розведені розчини лугів діють на залізо лише у присутності двоокису вуглецю.
Залізо витісняє метали Bi, Sb, Pb, Sn, Cu, Ag, Hg, Au з розчинів їх солей.
З фізіологічної точки зору залізо має особливе значення для організму людини та тварин, оскільки є каталізатором процесу дихання. Як згадувалося, залізо входить до складу молекули гемоглобіну. Молекула гемоглобіну складається з інтерциклічного з'єднання гему, яке містить двовалентне залізо, та білка глобіну. У легенях людини гемоглобін приєднує кисень, перетворюючись на оксигемоглобін, що розноситься кров'ю, забезпечуючи киснем усі клітини організму.
2. МІНЕРАЛИ
Магнетит, Fe 3O 4містить до 72% заліза і являє собою чорні кубічні кристали зі слабким металевим блиском, щільністю 4,9-5,2 г/см. 3, твердістю 5,6-6 за шкалою Моосу та магнітними властивостями.
Гематит, ?-Fe 2O 3(від грецького слова hematikos, що означає «кривавий»), містить до 65% заліза і є червоно-чорними ромбоедричними кристалами з щільністю 5-5,3 г/см. 3, Твердістю 5,5-6 за шкалою Мооса. ?-Fe 2O 3легко відновлюється під час нагрівання під дією Н 2, З, СО, А1, Si та ін.
Лимоніт (гетит), Fe 2O 3H 2O або HFeO 2містить до 60% заліза і являє собою кристали, гранули, ооліти або конкреції чорно-коричневого кольору. Щільність лимоніту 3,3-4 г/см 3твердість 1-4 за шкалою Мооса. Щільність гетиту 4-4,4 г/см 3твердість 4,5-5,5 за шкалою Мооса. На відміну від інших залізовмісних руд лимоніт і гетит найлегше відновлюються до металевого заліза.
Сидерит, FeCO 3, містить приблизно 35% заліза, має жовтувато-білий (з сірим або коричневим відтінком у разі забруднення) кольором, щільністю 3,9 г/см. 3та твердістю 3,5-4,5 за шкалою Мооса.
Пірит, FeS 2містить 46,6% заліза і зустрічається у вигляді кубічних кристалів, жовтих, як латунь, з металевим блиском (жовтувато-коричневим відтінком), щільністю 4,9-5,2 г/см. 3твердістю 6-6,5 за шкалою Мооса Він містить у невеликій кількості С, Ni, As, Sb і іноді Сu, Ag, Аu.
Марказіт, FeS 2також містить 46,6% заліза, але зустрічається у вигляді жовтих, як латунь, біпірамідальних ромбічних кристалів з щільністю 4,6-4,9 г/см. 3та твердістю 5-6 за шкалою Мооса. При температурі 450° він перетворюється на пірит.
Леллінгіт, FeAs 2містить 27,2% заліза і зустрічається у вигляді сріблясто-білих біпірамідальних ромбічних кристалів з щільністю 7,0 - 7,40 г/см. 3і твердістю 5 – 5,5 за шкалою Мооса.
Міспікель, FeAsS, містить 34,3% заліза і зустрічається у вигляді білих моноклинних призм із щільністю 5,6-6,2 г/см. 3та твердістю 5,5-6 за шкалою Мооса.
Мелантерит, FeSO 47H 2O, рідше зустрічається в природі і являє собою зелені (або сірі через домішки) моноклінні кристали, що мають скляний блиск, крихкі, з щільністю 1,8-1,9 г/см3 .
Вівіаніт, Fe 3(PO 4)28Н 2O, зустрічається у вигляді синьо-сірих або зелено-сірих моноклинних кристалів із щільністю 2,95 г/см. 3та твердістю 1,5-2 за шкалою Мооса.
Крім описаних, відомі інші мінерали, наприклад: ільменіт FeTiO 3, магномагнетит (Fe, Mg), фіброферит FeSO 4(OH) 4,5Н 2O, ярозить KFe 3(SO 4)2(OH) 6, кокімбіт Fe 2(SO 4)39Н 2O, ремерить Fe 2+Fe 3/2+(SO 4)414H 2O, графтоніт (Fe, Мn) 3(РO 4)2, скородить Fe 3+AsO 42Н 2O, штренгіт FePO 42H 2O, фаяліт Fe 2SiO 4, альмандит Fe 3Al 23, андрадит Ca 3Fe 23, гіперстен (Fe, Mg) 2, геденбергіт (Са, Fe), егірін (Na, Fe) , шамозит Fe 42+Al(OH)2 nH 2O.
Крім цих мінералів, багато алюмосилікатів, якими є глини, забруднені сполуками заліза.
3. ОКСИДИ ЗАЛІЗУ
Оксид заліза (II), FeO, одержують окисленням металевого заліза, термічним розкладанням FeC 2O 4· 2H 2O без доступу повітря, відновленням оксиду заліза (III) Fe 2O 3 оксидом вуглецю при 500° або воднем при 700-800°, прожарюванням (650-700° без повітря) суміші стехіометрично необхідних кількостей Fe 2O 3та порошку металевого заліза, нагріванням FeCO3 при 490-581 °:
З'єднання FeO є діамагнітний чорний нестійкий кристалічний порошок (структура типу NaCl). Воно перетворюється на Fe 2O 3при нагріванні до 200-250° на повітрі, диспропорціонує на Fe 3O 4 і металеве залізо за 570°, плавиться приблизно за 1360°; важко розчиняється у воді та лугах, легко розчиняється в кислотах з утворенням солей заліза (II); відновлюється до заліза під дією H 2або CO при нагріванні; розкладає при нагріванні воду з утворенням Fe 2O 3та виділенням H2 :
FeO+H 2O=Fe 2O 3+H 2?
Оксид заліза (II) утворює з численними оксидами металів сполуки типу шпинелей Fe 2+або перовскіту Fe 2+Me4+ O 3.
Оксид заліза (III), Fe 2O 3, є найстійкішим природним кисневмісним з'єднанням заліза, яке зустрічається у формі мінералів гематиту або червоного залізняку.
Відомі три модифікації оксиду заліза (III), а саме: ?-Fe 2O 3, ?-Fe 2O 3і ?-Fe 2O 3. Модифікація ?-Fe 2O 3 (відповідна гематиту) парамагнітна та утворюється окисленням заліза на повітрі при температурі вище 200°, а також нагріванням ?-Fe 2O 3протягом 3 годин при 110° або спалюванням пірофорного заліза на повітрі при кімнатній температурі та тиску менше 760 мм рт. ст. Модифікація ?-Fe 2O 3феромагнітна і утворюється окисленням заліза повітря при температурі нижче 200°, і навіть окисленням Fe 3O 4або нагріванням ?-Fe 2O 3за 300°. Модифікація ?-Fe 2O 3феромагнітна та утворюється окисленням розчинів солей заліза (II) у лугах.
Модифікації оксиду заліза(III) можуть бути отримані прожарюванням гідроксиду заліза (III), Fe(OH) 3при 700°, нітрату Fe(NO 3)36Н 2O при 600-800°, карбонату FeCO 3при 500° на повітрі, сульфату FeSO 4або піриту FeS2 на повітрі:
Нагрівання порошкоподібного заліза або трихлориду заліза у водяній парі також дає Fe2 O 3.
З'єднання ?-Fe 2O 3являє собою червоний порошок із щільністю 5,24 г/см. 3, який плавиться приблизно при 1550°, важко розчинний у воді і може бути відновлений до Fe 3O 4, FeO або металевого заліза воднем, вуглецем, оксидом вуглецю, металевим алюмінієм або елементним кремнієм. При відновленні ?-, ?-, ?-Fe 2O 3воднем (280-340°) утворюється пірофорне металеве залізо, а при алюмо-або кремнетермічному відновленні модифікацій ?-, ?-, ?-Fe 2O 3утворюється забруднене металеве залізо.
Розчинність ?-, ?-, ?-Fe 2O 3модифікацій у кислотах залежить від температури та тривалості прожарювання окису перед розчиненням. Якщо оксид заліза був злегка прожарений, він розчиняється у кислотах.
Окис заліза під назвою залізний сурик, охра, мумія застосовується як пігмент приготування для фарб.
Оксид заліза(II, III), Fe 3O 4, зі структурою шпинелі Fe 2+зустрічається у природі у вигляді мінералу магнетиту.
З'єднання Fe 3O 4 можна отримати прожарюванням інших оксидів заліза або відновленням Fe 2O 3(400-500 °) воднем, насиченим парами води, або оксидом вуглецю (800 °). 3O 4є феромагнітні ламкі (твердість 5,6-6,5 за шкалою Мооса) чорні кубічні кристали з металевим блиском; вони важко розчиняються у воді та кислотах, мають т. пл. 1538 ° і розкладаються при 1787 °.
Оксид заліза(II, III) стійкий у сухому повітрі і служить виготовлення електродів, оскільки є хорошим провідником електричного струму і стійкий до дії хімічних реагентів.
4. ОКСІД ЗАЛІЗУ (III)
1 Застосування
Застосовується як сировина при виплавці чавуну в доменному процесі, каталізатор у виробництві аміаку, компонент кераміки, кольорових цементів та мінеральних фарб, при термітному зварюванні сталевих конструкцій, як носій аналогової та цифрової інформації (напр. звуку та зображення) на магнітних стрічках (феромагнітний) ?-Fe 2O 3), як поліруючий засіб (червоний крокус) для сталі та скла.
У харчовій промисловості використовується як харчовий барвник (E172).
У ракетомоделізм застосовується для отримання каталізованого карамельного палива, яке має швидкість горіння на 80% вище, ніж звичайне паливо.
Є основним компонентом залізного сурика (кількотара).
2 Колькотар
Колькотар – коричнева мінеральна фарба. Інші назви: паризька чи англійська червона фарба, caput mortuum vitrioli, крокус, залізний сурик; в алхімії – червоний лев.
За складом кілотар представляє більш-менш чистий безводний окис заліза. Хоча безводний окис заліза і зустрічається в природі в дуже великих кількостях (червоний залізняк, залізний блиск), але цінні сорти цієї фарби виробляються штучно або виходять як побічний продукт при добуванні нордгаузенської кислоти із залізного купоросу, а також при прожарюванні основних сірчано-залізних солей, що виділяються з розчину при приготуванні залізного купоросу із купоросного каменю.
4.3 Отримання та синтез
Fe 2O 3утворюється при прожарюванні на повітрі всіх гідратів та кисневих сполук заліза, а також Fe(NO 3)3та FeSO 4. Так, наприклад, прожарюють протягом 2 год. на повному полум'ї бунзенівського пальника Fe(OH) 3, отриманий за методом Г. Гюттіга та Г. Гарсайда
Fe(OH) 3= Fe 2O3 + 3H 2O
За вказівкою Д. Н. Фінкельштейна 100 г Fe(NO 3)39H 2O нагрівають у великому фарфоровому тиглі на електричній плитці. Спочатку сіль спокійно плавиться, утворюючи буру рідину, що поступово випаровується. При 121° рідина починає кипіти, виділяючи постійно киплячу 68% HNO3 .
Поступово рідина починає загусати і необхідно часто перемішувати, щоб уникнути поштовхів і розбризкування. Починаючи з 130°, безперервно перемішують рідину фарфоровим шпателем, причому вона загусає, утворюючи пасту (без перемішування рідина раптово твердне в суцільну масу). При 132° паста відразу розсипається на порошок, продовжуючи виділяти пари HNO3 .
Не перестаючи перемішувати, продовжують нагрівання до висушування; весь процес займає 20-25 хв. Суху масу розтирають, переносять у тигель і прожарюють у муфелі при 600-700° протягом 8-10 год. За достатньої чистоти вихідного нітрату заліза отриманий продукт відповідає кваліфікації х. ч. Вихід 95-98% теоретичного, тобто близько 19 р.
Для приготування чистого препарату до нагрітого до кипіння розчину закисної солі заліза додають обчислену кількість гарячого розчину щавлевої кислоти, причому випадає закисне щавлевокисле залізо. Його відфільтровують, ретельно промивають водою, висушують і прожарюють при доступі повітря безперервно перемішуючи. Вихід 90-93% теоретичного. Одержуваний препарат містить 99,79-99,96% Fe2 O 3.
У фарфоровий казанок ємністю 4 л, з кришкою, поміщають розчин 500 г Fe(NO 3)3 9Н 2Про 2 л води. Через трубку, що проходить до дна казанка, пропускають не надто сильний струм NH 3, промитого лугом і водою. Іноді рідину перемішують газовідвідною трубкою.
Після закінчення осадження рідини дають відстоятися, розчин декантують і осад промивають гарячою водою до видалення NO 3у промивних водах. Відмитий Fe(OH) 3просушують у фарфорових чашках, після чого прожарюють протягом 5-6 год. за 550-600°. Вихід 96 г (96-97% теоретичного).
При отриманні Fe 2O 3, Що служить сировиною для приготування Fe високої чистоти, вихідний нітрат заліза має бути виключно чистий. Шляхом багаторазової перекристалізації Fe(NO 3)39Н 2Про Клівс і Томпсон отримали препарат, що містить лише 0,005% Si та менше 0,001% інших домішок.
По Брандту найдоцільніше виходити з хімічно чистого заліза. Останнє розчиняють у НСl, розчин при нагріванні обробляють сірководнем, фільтрують і у фільтраті двовалентне залізо окислюють у тривалентне кип'ятіння з невеликою кількістю HNO 3. Суміш двічі випарюють з концентрованої HCl і, розчинивши залишок у надлишку розведеної НСl, кілька разів збовтують розчин з ефіром у великій ділильній лійці.
Якщо вихідний матеріал містив З, то вмісту вирви дають відстоятися, спускають через кран нижній (водний) шар і до ефірної витяжки, що залишилася у вирві, додають частину за обсягом суміші, отриманої струшуванням НСl (уд. в. 1,104) з ефіром. Сильно струшують, знову зливають нижній шар та операцію повторюють.
Очищену ефірну витяжку фільтрують, ефір відганяють (або просто видаляють нагріванням на водяній бані), і розчин FeCl, що залишився 3кілька разів випарюють з НNО 3. Останнє випарювання ведуть із додаванням NH4 NO 3.
Випарювання доцільно проводити в плоскій фарфоровій чашці.
Після випарювання залишається тендітна соляна маса, що легко відокремлюється від чашки. Її стирають у ступці та порціями по 40-50 г помірно прожарюють у платиновій чашці. Залишок кілька разів змішують із сухим вуглекислим амонієм і знову прожарюють при слабкому червоному жарі, часто перемішуючи.
Цю операцію повторюють до приблизно постійної ваги (точно, постійна вага не може бути досягнута, так як незначна кількість Fe 2O 3виноситься парами (NH 4)2СО 3).
залізо метал оксид мінерал
ВИСНОВОК
Цілі, поставлені на початку дослідницької роботи, були повністю виконані:
)Зібрано інформацію про залізо, його оксиди та мінерали:
Залізо - ковкий, сріблясто-білий метал із високою реакційною здатністю. У сполуки виявляє ступеня окиснення +2, +3, +6. Має оксиди: Fe +2O, Fe 2+3O 3, Fe 3O 4 (Fe +2O·Fe +32O 3). Оксид заліза (III) Fe 2O 3крім отримання синтетичним шляхом, можна знайти у покладах природних руд. Він входить до складу деяких мінералів, таких як: гематит, лимоніт, магнетит.
)Вивчено властивості Fe 2O 3та зроблено висновки про його застосування:
Речовина Fe 2O 3використовується для отримання чистого мало окислюваного заліза шляхом відновлення воднем, а також в електронних носіях інформації (внаслідок магнітності), як полірувальний засіб (червоний крокус) для сталі та скла, в харчовій промисловості і є основним компонентом кількатара (оскільки сполука є барвником) .
)Вивчено кілька способів синтезу речовини. Найбільший вихід препарату дорівнює 98% від теоретичного. Домогтися цього можна за методом Д.Н. Фінкельштейна шляхом нагрівання Fe(NO 3)39H 2O у великому фарфоровому тиглі на електричній плитці при постійному помішуванні.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1) Ріпан Р. Неорганічна хімія: У 2-х т./Р. Ріпан, І. Четяну; Перев. з рум. Д.Г. Батира, Х.М. Харітона; За ред. В.І. Спіцина, І.Д. Коллі. - М: Видавництво «Світ» 1972. - 2 т.
) Кнунянц І.Л. Коротка хімічна енциклопедія: У 5-ти т./ред. кільк. І.Л. Кнунянц (відп. ред.) та ін. - М: Видавництво «Радянська Енциклопедія», 1967 - 5 т.
) Лідін, Р.А. Хімічні властивостінеорганічних речовин: навч. посібник для вузів/Р.А. Лідін, Молочко, Л.Л. Андрєєва. За ред. Р.А. Лідіна.- М.: Хімія, 2000 - 480 с.
) Некрасов Б.В. Основи загальної хімії Т. I. вид. 3-тє, испр. та дод. Видавництво «Хімія», 1973 – 656 с.
) Ремі Г. Курс неорганічної хімії в 2-х т. / Г. Ремі; А.П. Григор'єва, А.Г. Риків; За ред. А.В. Новоселовий. - М: Видавництво «Світ», 1966 - 2 т.
) Паффенгольц К.М. Геологічний словник: у 2-х т./ред. ком. К.М. Паффенгольц (отв.ред.), Л.І. Боровіков, А.І. Жамайда, І.І. Краснов та ін-М.: Видавництво «Надра», 1978 - 2 т.
) Ефімов А.І. Властивості неорганічних сполук. Довідник/А.І. Єфімов та ін. – Л.: Хімія, 1983 – 392 с.
) Брауер Г. Посібник з неорганічного синтезу: в 6 т. Пер. з ньому. / За ред. Г Брауер. - М: Видавництво «Світ», 1985 - 6 т.
) Каракін Ю.В. Чисті хімічні реактиви/Ю.В. Карякін, І.І. Ангелів. – М.: Державне науково-технічне видавництво хімічної літератури, 1955 – 585 с.
) Ключників Н.Г. Практикум із неорганічного синтезу. - М: Видавництво «Просвіта», 1979 - 271 с.
)Терентьєва Є.А. Неорганічні синтези: У 2-х т./Пер. з англ. Є.А. Терентьева, за ред. Д.І. Рябчикова, - М: Видавництво іноземної літератури, 1951 - 2т.
) Глінка Н.Л. Загальна хімія: Навчальний посібник для вишів. - 23-те вид., испр./ Під ред. В.А. Робіновича. - Л.: Хімія 1983-704 с.: Іл.
) Захаров Л.М. Початок техніки лабораторних робіт. – Л.: Хімія, 1981 – 192 с.
) Спіцин В.І. Неорганічна хімія. Ч. I: Підручник - М: Видавництво МДУ, 1991 - 480 с.: іл.
) Рабінович В.А. Короткий хімічний довідник. – Л.: Хімія, 1977.
) Ахметов Н.С. Загальна та неорганічна хімія. - М: Вища школа, 2004.
) Карапетянц М.Х., Дракін С.І. Загальна та неорганічна хімія. - М: Хімія, 1981.
) Практикум із загальної та неорганічної хімії / За ред. Воробйова А.А., Дракіна С.І. - М: Хімія, 1984.
) Жарський І.М., Новіков Г.І. Фізичні методи дослідження у неорганічній хімії. - М: Вища школа, 1988.
)Краснов К.С. Молекули та хімічний зв'язок. - М: Вища школа, 1974.
) Коттон Ф., Вілкінсон Дж. Основи неорганічної хімії. - М: Видавництво «Світ», 1979.
) Ісідоров В.А. Екологічна хімія. - СПб.: Хіміздат, 2001.
) Коттон Ф., Вілкінсон Дж. Сучасна неорганічна хімія. Ч. 1 M: Світ, 1969.
) Лівер Еге. Електронна спектроскопія неорганічних сполук, М.: Світ, 1987, 2 т.
) Лідін Р.А. та ін. Хімічні властивості неорганічних речовин. - 3-тє вид., Випр. - М: Хімія, 2000 - 480 с.
)Тріфонів Д.Н., Трифонов В.Д. Як було відкрито хімічні елементи - М.: Просвітництво, 1980.
) Хімія: Справ. вид. / Ст Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бібрак та ін: Пер. з ним. 2-ге вид., стереотип. - М: Хімія, 2000.
- Хімічний елемент 18 групи Періодичної системи елементів.Залізо відоме з давніх-давен. Найстаріші залізні предмети, знайдені археологами, відносяться до 4 тис. до н. е. Вважають, що матеріалом, з якого людина виготовила перші залізні вироби, було метеоритне залізо.
Невипадково багатьма мовами залізо називали «небесний метал», «капающий з неба» тощо. Перший науковий доказ того, що «залізне каміння падає з неба», надав у 1775 році петербурзький академік географ і мандрівник Петро Симон Паллас (1741–1811), який привіз до Петербурга брилу залізного метеориту масою 600 кг. Найбільшим із залізних метеоритів, знайдених на Землі, є метеорит «Гобе» масою близько 60 т, який був виявлений у 1920 р. у Південно-Західній Африці. Найбільший залізний метеорит, який спостерігали під час падіння, знаходиться в Москві в музеї Російської академії наук. При падінні (18 жовтня 1816, Далекий Схід), метеорит розбився і було знайдено два уламки масою 256 кг.
Метеоритне залізо – не чисте. Зазвичай залізні метеорити містять нікель (до 30%) та інші елементи. Метеоритне залізо добре кується в холодному стані, а при нагріванні стає крихким, тому залізні вироби найдавніших майстрів неможливо перекувати гарячим способом.
Вкраплення заліза нерідко містяться в базальтових та інших вивержених породах. У 1905 році на острові. Російський у Японському морі поблизу Владивостока було виявлено самородний чавун, що містить 3,2% вуглецю.
Припускають, що тверде ядро Землі починаючи з глибини 2900 км (екваторіальний радіус Землі 6377 км) складається зі сплаву заліза (91-92%) і нікелю (8-9%).
За поширеністю в земній корі залізо поступається лише кисню, кремнію та алюмінію. Сполуки заліза входять до складу багатьох мінералів, гірських порід, ґрунтів, живих організмів, проте руди заліза нечисленні. Найбільш цінними є оксидні руди.
Пірит (залізний колчедан) FeS 2 безпосередньо для виплавки заліза не використовується, однак для виплавки застосовують продукти випалювання при виробництві сірчаної кислоти. Назва піриту походить від грецького слова "пюр" - вогонь. Цей мінерал латунно-жовтого кольору, з яскравим металевим блиском, є найтвердішим природним сульфідом. Якщо по піриту вдарити кремнем, то від мінералу відскакують іскри, якими можна підпалити трут або інший матеріал, що легко запалюється.Залізо з руд почали виплавляти в Африці
I тисячоліття до н. Тут залізняк виходить на поверхню землі. Можливо, їх знаходили у річкових наносах. У басейні. Замбези археологи виявили глиняні домни, занедбані залізорудні шахти, купи шлаку. Місцеві племена перейшли з кам'яної доби відразу в залізний, минаючи бронзовий.Згодом залізо повсюдно потіснило інші метали і стало головним матеріалом виготовлення інструментів, зброї, механізмів та інших виробів. Залізне століття, що почалося в ті далекі часи, триває досі. Перед заліза та її сплавів припадає близько 95% всієї виробленої світі металопродукції. Зараз основну масу заліза виплавляють у вигляді чавуну та сталі.
Протягом майже трьох тисячоліть металургія заліза не зазнавала принципових змін. Спочатку людина навчилася відновлювати залізні руди нагріванням з деревним вугіллям, отримуючи так зване сиродутне залізо, що майже не містить вуглецю (ковке та пластичне). У 6 ст. до зв. е. у Китаї було отримано перший чавун. Він був відомий і античним металургам. Виробництво чавуну у Європі почало розвиватися у 17 ст. У нашій країні промислове отримання чавуну почалося в 17 ст., а за Петра
I Росія з випуску чавуну вже перевершила всі країни. Давні майстри знали також спосіб виробництва литої сталі шляхом плавлення тигельної. У 19 ст. були винайдені нові процеси виробництва сталі (безсемерівський, мартенівський та томасовський), які використовуються досі.Чавун одержують у вертикальних печах – домнах (рис. 1).
Чавун виплавляють із шихти, що містить шматки збагаченої руди, у присутності відновника (коксу) та флюсів (зазвичай доломіту)
CaCO 3 MgCO 3). Знизу в доменну піч вдувають повітря, збагачене киснем. Вуглець, що міститься в коксі, згоряє, а отриманий діоксид вуглецю відновлюється надлишком вуглецю до монооксиду. Монооксид вуглецю, що утворюється в печі, послідовно відновлює оксид заліза, що міститься в руді( III) до заліза: Fe 2 O 3 + 3 CO = 4 Fe + 3 CO 2Температура в горні (нижній частині) печі, де накопичується рідкий чавун, перевищує 1500
° С. У разі доменної печі відбувається інтенсивне насичення заліза вуглецем (науглероживание), тому доменний чавун зазвичай містить від 2 до 4,6% вуглецю. Флюси взаємодіють із компонентами руди, утворюючи шлак, у якому йдуть шкідливі домішки (сірка, фосфор), порожня порода, надлишки марганцю та деякі кольорові метали. Доменні гази випускаються через колошники у верхній частині печі.Виробництво сталі засноване на переплавці чавуну у присутності окислювачів. У ході виплавки сталі вміст вуглецю знижується до 15-2%. Утворюється в окисних умовах
FeO реагує з вуглецем і домішками, окислюючи їх та відновлюючись до Fe .У киснево-конверторному (бессемерівському) способі використовують спеціальну ємність для виплавки сталі – конвертер, що є ретортоподібним резервуаром (рис. 2).
У конвертер заливають рідкий чавун, який продувається сумішшю кисню з повітрям і вуглеводнями, і шихту, що містить чавун, руду, сталевий брухт і флюси, потім подається чистий кисень.
Мартенівську плавку проводять у спеціальних (мартенівських) печах. При плавленні шихти відбувається окислення заліза та домішок. Щоб підвищити ефективність процесу повітряне дуття збагачують киснем. Аналогічні процеси протікають при виплавці стали електросталеплавильним методом. Він зручний тим, що дозволяє точніше регулювати умови процесу, а також проводити плавку у вакуумі або під тиском.
Залізо особливого ступеня чистоти, що містить менше 0,001% домішок, одержують через карбонільний комплекс. Для цього вихідний технічний метал обробляють за 150–200
° З під тиском монооксидом вуглецю. Рідкий карбоніл, що утворюється при цьому [ Fe (CO ) 5] очищають перегонкою, а потім розкладають за більш високої температури до металу. Отриманий порошок називають карбонільним залізом.Чисте залізо – твердий, сріблясто-білий тугоплавкий метал. При звичайному тиску залізо існує як чотири кристалічних модифікацій. До температури 917
° З стійким a - Fe , яке нижче 769 ° С має феромагнітні властивості. Інші модифікації утворюються за більш високих температур. У рідкий стан метал переходить при 1535° При різкому охолодженні високотемпературні модифікації заліза не встигають повністю перейти в a -Модифікацію. На цьому засновані методи загартування сталі.Залізо виявляє помірну хімічну активність. Воно горить в атмосфері кисню, утворюючи оксид
Fe 2 O 3 . У дрібнороздробленому стані метал пирофорен, тобто. здатний самозайматися на повітрі. Тонкий порошок заліза можна отримати за термічного розкладання оксалату заліза в атмосфері водню.Залізо реагує з розплавленою сіркою, утворюючи сульфід, активно взаємодіє з хлором, бромом та йодом з утворенням трихлориду, триброміду та дііодиду. З фтором залізо реагує слабко через утворення на поверхні щільної мало летючої плівки трифториду. При температурах понад 500
° З метал оборотно взаємодіє з вуглецем: Fe + C Fe 3 CКарбід заліза такого складу називають цементитом. Він міститься у чавунах та сталях.
Металеве залізо на холод
e швидко реагує з кислотами-«неокислювачами», утворюючи солі заліза ( II ). У холодних концентрованих сірчаної та азотної кислотах метал пасивується, що дозволяє транспортувати концентровану сірчану кислоту у залізних цистернах. У розведеній азотній кислоті утворюється нітрат заліза ( III): Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 OПри температурі 600° Залізо окислюється водою: 3Fe + 4H 2 O (Fe II, Fe III 2) Про 4 + 4H 2 За більш високої температури рівновага зміщується вліво.Під дією атмосферної вологи та повітря залізо корозує (іржавіє):
4Fe + 2H 2 O + 3O 2 = 4FeO(OH)За рахунок корозії щорічно втрачається до 10% всього виробленого заліза ( см. КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ).Дуже чисте залізо, що містить менше 0,01% домішок сірки, вуглецю та фосфору, стійке до корозії. Поблизу р. Делі Індії стоїть залізна колона, поставлена ще 9 в. е., де немає жодних ознак іржі. Вона виготовлена з дуже чистого металу з вмістом заліза 99,72%. Не останню роль корозійної стійкості матеріалу знаменитої колони можуть грати кліматичні особливості цієї місцевості.
Металеве залізо взаємодіє при нагріванні з концентрованими (більше 30%) розчинами лугів, утворюючи гідроксокомплекси. Під дією сильних окислювачів при нагріванні залізо може утворювати сполуки у ступені окислення (+
VI) – ферати: Fe + 2 KNO 3 = K 2 FeO 4 + 2 NOДля заліза відомі оксиди та гідроксиди в ступенях окиснення (
II ) та ( III ).Монооксид заліза отримують прожарюванням карбонату або оксалату заліза(
II ) в інертній атмосфері: Fe (C 2 O 4) = FeO + CO 2 + COЦе темнозабарвлена тверда, тугоплавка речовина. З водою монооксид заліза не взаємодіє, але легко реагує із кислотами:
FeO + 2 H + = Fe 2+ + H 2 OБілий гідроксид заліза(
II ) Fe (OH ) 2 утворюється при дії розчинів лугів на водні розчини солей заліза. На повітрі він швидко темніє внаслідок окислення:4Fe(OH) 2 + O 2 = 4FeO(OH) + H 2 OБуро-червоний оксид заліза( III ) Fe 2 O 3 одержують термічним розкладанням гідроксиду або нітрату заліза( III ). Він розкладається при плавленні (1565° С) на FeO та O 2 . Оксид Fe 2 O 3 , отриманий при не дуже високих температурах, реагує з кислотами: Fe 2 O 3 + 3 H + = 2 Fe 3+ + 3 H 2 OПісля сильного прожарювання
Fe 2 O 3 стає інертним і з кислотами не взаємодіє.Подвійний оксид заліза (
Fe II, Fe III 2) Про 4 утворюється при дії водяної пари на розпечене залізо, при відновленні Fe 2 O 3 окисленні FeO . Він розчиняється в кислотах із заснуванням солей заліза( II ) та заліза(III ), при нагріванні на повітрі окислюється до Fe 2 O 3 .Гідроксид заліза(
III ) утворюється при підлужуванні водних розчинів солей:FeCl 3 + 3(NH 3 ·H 2 O) = FeO(OH)- + 3NH 4 Cl + H 2 O Він стійкий і виявляє помітних окисних властивостей.Залізо утворює прості солі майже з усіма аніонами. Розчинні у воді нітрати, сульфати, галогеніди (крім фторидів), ацетати та ін.
II ) може бути окислений багатьма окислювачами до катіону заліза( III ). Розчини солей заліза( II ) та його тверді солі поступово окислюються навіть просто при зберіганні на повітрі:4FeCO 3 + 2H 2 O + O 2 = 4FeO(OH) + 2CO 24FeS + 6H 2 O + O 2 = 4FeO(OH) + 4H 2 S
Найбільш стійкою твердою сіллю заліза ( II ) є гексагідрат сульфату заліза( II )-амонію (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 . 6 H 2 O (Сіль Мора).При нагріванні сульфати, нітрати, карбонати та оксалати заліза розкладаються. У цьому залізо(
II ) зазвичай окислюється до заліза ( III ), наприклад: FeSO 4 = Fe 2 O 3 + SO 3 + SO 2Солі заліза(
III ) піддаються сильному гідролізу. Fe 3+ виявляє помірні окисні властивості. Через перебіг окисно-відновних реакцій не вдається отримати солі заліза ( III ) з аніонами, що мають відновлювальні властивості: FeCl 3 + H 2 S = 2 FeCl 2 + S + 2 HClЗалізо в ступені окислення (+
VI ) утворює феррат-іон FeO 4 2– , для якого відомі солі з багатьма катіонами металів. За будовою та розчинністю у воді ферати подібні до сульфатів і хроматів. Так, ферати барію та стронцію мало розчинні у воді, а ферати лужних елементів утворюють розчини малиново-червоного кольору. У сильнолужному середовищі феррат-іон досить стійкий, але при підкисленні розчину він руйнується: FeO 4 2– + 20 H + = 4 Fe 3+ + 3 O 2 + 10H 2 OУ лужному середовищі окисні властивості ферратів виражені слабо. У умовах їх легко синтезувати:
2FeO(OH) + 3Cl 2 + 10 KOH = 2K 2 FeO 4 + 6KCl + 6H 2 OFe 2 O 3 + KClO 3 + 4KOH = 2K 2 FeO 4 + KCl + 2H 2 O (
сплавлення ) Залізо є добрим комплексоутворювачем.У присутності деяких лігандів стабілізуються аномально низькі ступені окислення заліза, наприклад, рівень окислення (0).
У 1916 на Баденській аніліново-содовій фабриці (
BASF ) у Німеччині виявили забутий сталевий балон зі стислим монооксидом вуглецю. Коли балон розкрили, на дні його було близько 500 мл жовтої маслянистої рідини з характерним запахом. Було встановлено його хімічну формулу [ Fe (CO ) 5]. При нагріванні в інертній атмосфері цей карбонільний комплекс цілком стійкий (закипає при 103 ° С), але легко згорає на повітрі. Групи СО можуть заміщатися на інші ліганди - аміни, ненасичені органічні сполуки (наприклад, бутадієн С 4 Н 6) та ін.+ C 4 H 6 = + 2COВідомі комплекси заліза, що містять як ліганд групу NO , наприклад, [ Fe (CN ) 5 NO ] 2-, [ Fe (NO ) 4]. Встановлено, що у цих сполуках група NO несе негативний заряд. Утворення нітрозильного комплексу заліза використовується для виявлення монооксиду азоту: SO 4 + NO SO 4 + H 2 OВ результаті цієї реакції з'являється характерне буре забарвлення.Якісною реакцією на катіон заліза (
III ) є взаємодія з тіоціанат-іоном: 3+ + nNCS – 3–n + nH 2 OУтворюється суміш тіоціантних комплексів ( n = 3-6), що мають яскраво-червоний колір.Малостійкі тіоціанатні комплекси заліза (
III ) легко руйнуються у присутності лігандів, що утворюють міцніші комплекси, наприклад, фторид іонів.Велике практичне значення мають комплекси заліза з аніонами ортофосфорної кислоти, які утворюються коли іржа з поверхні металевого заліза видаляється водним розчином кислоти. Аквакатіони заліза, що з'явилися в кислотному середовищі, вступають у взаємодію з наявними в розчині аніонами.
H 2 PO 4 – , HPO 4 2– та PO 4 3-, в результаті утворюється ряд комплексів, серед яких переважає [ Fe (H 2 PO 4) 4] -. До його складу входять два бідентатні і два монодентатні ліганди H 2 PO 4 – . У меншій мірі утворюються [ Fe (HPO 4) 4 ] 3- і [ Fe (PO 4) 4] 6-.Особливою стійкістю відрізняються ціанокомплекси заліза. Комплекси заліза
K 4 [ Fe (CN ) 6 ] · 3 H 2 O та K 3 [ Fe (CN ) 6] мають тривіальні назви «жовта» та «червона кров'яні солі». Жовту кров'яну сіль, мабуть, виявили випадково на початку 18 ст. Це з'єднання отримували з тварин покидьків (у тому числі крові), які нагрівали разом з карбонатом калію та залізною тирсою. При дії розчину жовтої кров'яної солі на солі заліза ( III ) вони фарбувалися в синій колір. Витягнута з розчину фарба виявилася дуже яскравою, відносно дешевою, неотруйною (на відміну від жовтої кров'яної солі), стійкою до дії слабких кислот. У неї було багато назв, але закріпилося одне – берлінська блакит, напевно, тому, що першим став використовувати цю фарбу берлінський фарбувальний майстер Дизбах. Спосіб отримання берлінської лазурі довго тримали в секреті, але через кілька десятиліть хіміки різних країн, у тому числі і перший російський учений-дослідник Михайло Васильович Ломоносов(1711-1765), відкрили таємницю синтезу цієї речовини. Схожу фарбу навчилися отримувати й іншим способом. У 1822 німецький хімік Леопольд Гмелін (1788-1853) виділив червону сіль. K 3 [ Fe (CN ) 6 ], окислюючи хлором жовту K 4 [ Fe (CN ) 6 ] · 3 H 2 O . Сіль Гмеліна реагувала з розчинами солей заліза( II ) з утворенням синього продукту, який назвали турнбулевою блакитною на честь одного з компаньйонів фірми «Артур і Турнбуль», другим господарем якої був дідусь знаменитого англійського хіміка та фізика Вільяма Рамзая (1852–1916). Сам Рамзай вважав, що саме його дід, спадковий фарбник, відкрив цю гарну фарбу. Пізніше утворення берлінської лазурі та турнбулевої сині стали використовувати для визначення іонів заліза в розчині: синє забарвлення з'являється тільки при дії гексаціаноферату ( II ) калію (жовтої кров'яної солі) на катіон заліза ( III ) або гексаціаноферату ( III ) (червоної кров'яної солі) на катіон заліза ( II ), але не навпаки.Хімічний склад берлінської лазурі та турнбулевої сині, незважаючи на деяку мінливість, практично однаковий. Довгий час вважали, що вони відрізняються ступенями окиснення заліза у зовнішній і внутрішній сфері комплексних сполук, що утворюються. Вважали, що берлінській лазурі відповідає формула
KFe III [Fe II (CN ) 6 ], а турнбулеві сині – KFe II [Fe III (CN ) 6 ], але наступні дослідження показали, що берлінська блакит і турнбулева синь - це те саме речовина. Вдалося встановити, що катіони заліза ( II ) оточені шістьма атомами вуглецю, а катіони заліза( III ) – атомами азоту. Це комплексне з'єднання можна схематично уявити в такому вигляді
Ціанідні ліганди є містковими. А в порожнинах цієї структури знаходяться катіони калію.
Залізо в ступені окислення (+
II ) може приєднувати ненасичені вуглеводні, заповнюючи свої вакантні атомні орбіталі. p -Електронами кратних зв'язків.На нафтопереробних заводах давно помічали утворення червоного кристалічного нальоту в залізних трубопроводах, коли з них за високої температури пропускали продукти перегонки нафти, що містять циклопентадієн. Аналіз цих кристалів показав, що вони є новою хімічною сполукою, якій дали назву фероцен. До складу ферроцену [
Fe (C 5 H 5) 2 ] входять циклопентадієніл-іони - аніони циклопентадієну, який можна розглядати як дуже слабку кислоту. Ферроцен можна отримати в розчині тетерагідрофурану за реакцією:2Na(C 5 H 5) + FeCl 2 = + 2NaClАтом заліза розташований між плоскими циклопентадіанільними циклами. За подібність із знаменитим бутербродом такі комплекси стали називати «сендвічовими» (рис. 3).
Рис. 3. БУДОВА ФЕРРОЦЕНУЗалізо та її метали (чавуни і сталі) – основа сучасної промисловості. Хоча в деяких галузях техніки сплави на основі заліза дещо потіснені кольоровими металами, полімерами та керамікою, вони й досі залишаються найважливішими конструкційними матеріалами. З усіх речовин, що виробляються хімічними методами, залізо, як і раніше, знаходиться на першому місці.
Широко застосовуються і унікальні магнітні властивості заліза. Воно – основний метал для сердечників електромагнітів та якорів електромашин. Ефективним матеріалом виготовлення магнітних носіїв є оксид заліза(
III ).Каталітичні властивості заліза використовують у синтезі аміаку.
Багато сполук заліза застосовуються як пігменти. Найбільш відомими є жовто-коричнева охра (суміш гідроксидів заліза з глиною) та її різновиди – світло-коричнева сієна та коричнева умбра, червоно-коричневий залізний сурик (
Fe 2 O 3), жовтий залізооксидний пігмент (метагідроксід заліза).Ферроцен запропоновано використовувати як термостійкий теплоносій і присадку до мінеральних масел і палива.
В людини міститься близько 5 г заліза. З них 57% припадає на гемоглобін крові, 7% - на міоглобін м'язів, 16% пов'язані з тканинними ферментами, а 20% - це запас, відкладений у печінці, селезінці, кістковому мозку та нирках.
Гемоглобін – складний за складом білок, що містить і небілкову гем-групу, частку якого припадає близько 4% маси гемоглобіну. Гем є комплексом заліза (II) з макроциклічним лігандом – порфірином і має плоску будову. У цьому комплексі атом заліза пов'язаний із чотирма донорними атомами азоту макрокільця так, що атом заліза знаходиться в центрі порфіринового кільця. П'ятий зв'язок атом заліза утворює з атомом азоту імідазольної групи гістидину – амінокислотного залишку глобіну (рис. 4).
Шосте місце координації атома заліза використовується для зв'язування кисню. Фізіологічна функція гемоглобіну полягає у здатності оборотно зв'язувати кисень і переносити його від легень до тканин. Гемоглобін забезпечує організм киснем і виводить з нього діоксид вуглецю.
З оксидом вуглецю («чадний газ») гемоглобін здатний утворити міцніші зв'язки, ніж із киснем. Якщо це відбувається в організмі, гемоглобін втрачає здатність переносити кисень клітин і виводити з організму діоксид вуглецю. Так відбувається отруєння організму оксидом вуглецю.
Від надлишку заліза організм оберігає спеціальний фермент апоферитин. Дефіцит заліза в організмі зустрічається досить часто, внаслідок цього розвиваються хвороби крові, з'являється занепад сил, загальне погіршення стану, неприродна блідість шкіри. У період формування мозку дефіцит заліза викликає порушення у його розвитку.
Добова норма потреби людини становить близько 15 мг заліза. Багато заліза в сливовому соку, куразі, родзинках, горіхах, гарбузовому та соняшниковому насінні. У 10 г пророслої пшениці міститься 1 мг заліза. Чорний хліб, висівки, хліб грубого помелу також багаті на залізо. Слід врахувати, що організмом засвоюється лише 10% від заліза, одержуваного з їжею. Вітаміни та харчові продукти рослинного походження сприяють засвоєнню заліза, а у присутності щавлевої та фітинової кислот залізо не всмоктується.
При недостатньому надходженні заліза в організм використовують його. лікарські засоби. Для цих цілей колись застосовували навіть звичайні залізні тирсу. З історії відомо, що граф А.П.Бестужев-Рюмін (1693-1766) запропонував як зміцнюючий і збуджуючий засіб краплі (вони отримали назву «бестужевські»), що являли собою розчин трихлориду заліза в суміші етанолу та етилового ефіру. Зараз для усунення дефіциту заліза зазвичай використовують порошкоподібне залізо у таблетках або капсулах та препарати на основі ферроцену.
Олена Савінкіна
ЛІТЕРАТУРА Х'юї Дж. Неорганічна хімія. Будова речовини та реакційна здатність. Пров. з англ. М., Хімія, 1987Степін Б.Д., Алікберова Л.Ю. Книга з хімії для домашнього читання. М., Хімія, 1994
ЗАЛІЗУ ОКСИДИ Оксид FeO (у техніці – вюстит). У кристаліч. решітці вюститу є вакантні вузли, та її склад відповідає ф-ле Fe x O, де х= 0,89-0,95; ур-ня температурної залежності тиску розкладання: lg p(O 2, мм рт. ст.) = - 26730/T+ 6,43 (T > 1813 К); див. також табл. У воді практично не раств., добре раств. у к-тах, р-рах лугів. Легко окислюється; пірофорен. Після прожарювання хім. активність та пірофорність FeO знижуються. У природі – надзвичайно рідкісний мінерал іоцит. Одержують відновленням Fe 2 O 3 воднем або З або при прожарюванні в атмосфері N 2 2FeC 2 O 4 .3H 2 O. Сесквіоксид Fe 2 O 3 існує в трьох поліморфних модифікаціях: наиб. стійка а (мінерал гематит), g (маггеміт, оксимагнетит) та d (з тригональною кристалічною решіткою); т-ри переходу a: g 677 ° С, g: d 777 ° С; DH 0 переходу a: g 0,67 кДж/моль. Для модифікації a-Fe 2 O 3 ур-ня температурної залежності тиску розкладання: lg p(O 2 , мм рт. ст.) = - 10291/T+ 5,751gT - 1,09.10 - 3 Т -0,75.10 5 Т - 2 – 12,33; розтв. в соляній і сірчаній к-тах, слабо - в HNO 3; парамагнетик, точка Нееля 953 К. Модифікації g- та d-Fe 2 O 3 феримагнітні; g-Fе 2 Про 3 утворюється при низькотемпературному окисненні Fe 3 O 4 і Fe, d-Fe 2 O 3 м. б. отриманий при гідролізі та окисненні розчинів солей Fe(II). Оксид Fe(II,III) - з'єдн. ф-ли Fe 3 O 4 або FeO.Fe 2 O 3 Fe II (Fe III O 2) 2 (мінерал магнетит), при нагр. розкладається; при 627 °С a-форма перетворюється на b; ур-ня температурної залежності тиску розкладання: lgp(O 2 , у мм рт. ст.) = = - 33265/Т+ 13,37 (Т> 843 К); ферімагнетик, точка Кюрі 900 К; відрізняється високою електрич. провідністю. Ротв. у к-тах з утворенням солей Fe(II) і Fe(III), прожарений при 1200-1300 ° С прир. магнетит мало розтв. у к-тах та їх сумішах. При нагр. на повітрі окислюється до Fe2O3. Отримують дією водяної пари на розпечене залізо, відновленням Fe 2 O 3 окисленням FeO. Ж. о. відповідає ряд гідроксидів. Гідроксид Fe(OH) 2 утворюється при дії лугу на водні розчини солей Fe(II); швидко окислюється до FeO(OH). Р-римість у воді 0,00015 г в 100 г (18 ° С), розтв. у к-тах, р-рах лугів із заснуванням гидроксоферратов(II), напр. Na 2 і р-рах NH 4 Cl. Гідроксиди Fe(III) утворюють у природі ряд бурих залізняків: гідрогематит Fe 2 O 3 .0,1H 2 O (твердий розчин водив гематиті), турьіт 2Fe 2 O 3 .Н 2 О (тонка мех. суміш гетиту і гідрогематиту), гетит a-FeO(OH), або Fe 2 O 3 .H 2 O, лепідокрокіт g-FeO(OH), гідрогетит 3Fe 2 O 3 .4H 2 O, лимоніт 2Fe 2 O 3 .3H 2 O, ксантосидерит Fe 2 O 3 .2H 2 O і лімніть Fe 2 O 3 .3H 2 O (тверді розчини води в гететі).
Лімніт збігається за складом з мистецтв. гідрогелем Fe(OH) 3 , одержуваним осадженням лугом з розчинів солей Fe(III). При прожарювання гідроксиди Fe перетворюються на a-Fe 2 O 3 . Гідроксид Fe(OH) 3 - дуже слабка основа; амфотерен, при змісті з лугами або основними оксидами утворюють солі, не виділеної у своб. стані залізистої к-ти НFеО 2 - ферати(Ш), або ферити,напр. NaFeO 2 . При окисленні Fe(OH) 3 у лужному середовищі сильними окислювачами утворюються солі не існуючої залізної к-ти H 2 FeO 4 (триоксид FeO 3 також невідомий) - феррати(VI), напр. K 2 FeO 4 - червоно-фіолетові кристали; при 120-200 ° С розкладаються на Fe 2 O 3 , M 2 O та О 2 ; сильніші окислювачі, ніж КМnО 4 . Прір. оксиди та гідроксиди Fe – сировина у виробництві Fe, природні та синтетичні – мінер. пігменти (див. Залізна слюдка, Залізооксидні пігменти, Залізний сурик, Мумія, Охри, Умбра); FeO – проміж. продукт у виробництві Fe і феритів, компонент кераміки та термостійких емалей; a-Fe 2 O 3 - компонент футерувальної кераміки, цементу, терміту, поглине. маси для очищення газів, поліруючого матеріалу (крокусу) використовують для отримання феритів; g-Fe 2 O 3 – робочий шар магн. стрічок; Fe 3 O 4 - матеріал для електродів при електролізі хлоридів лужних металів, компонент активної маси лужних акумуляторів, кольорового цементу, кераміки футеровки, терміта; Fe(OH) 2 -проміж. продукт при отриманні Ж. о. та активної маси залізонікелевих акумуляторів; Fe(OH) 3 - компонент поглинальної маси для очищення газів, каталізатор в орг. синтез. Літ.:див. при ст. Залізо. Е. Ф. Вегман. Хімічна енциклопедія. - М: Радянська енциклопедія За ред. І. Л. Кнунянца 1988
сірчаної: FeO + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 O азотної: 3FeO + 10HNO 3 = 3Fe(NO 3) 3 + NO + 5H 2 O Fe 2 O 3 + CO = 2FeO + CO 2Застосовуються під час виробництва магнітних носіїв інформації ( магнітних стрічокдля аудіо-, відео- та комп'ютерної техніки, дискет , накопичувачів на жорстких магнітних дисках).
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитися що таке "Заліза оксиди" в інших словниках:
ЗАЛІЗИ ОКСИДИ: FeO Fe2O3 та Fe3O4. Природні оксиди заліза (гематит та магнетит) сировина для одержання заліза. Застосовуються у виробництві магнітних матеріалів, як пігменти, компоненти футеровочної кераміки. Великий Енциклопедичний словник
ЗАЛІЗИ ОКСИДИ: FeO, Fe2O3 та Fe3O4. Природні оксиди заліза (гематит та магнетит) сировина для одержання заліза. Застосовуються у виробництві магнітних матеріалів, як пігменти, компоненти футеровочної кераміки. Енциклопедичний словник
ЗАЛІЗУ ОКСИДИ- не розчиняються у воді сполуки FeO, Fe203 та їх суміш Fe304 (в природі мінерал магнетит), які застосовують для виробництва чавуну, сталі, феритів та ін. Велика політехнічна енциклопедія
FeO, Fe2O3 та Fe3О4. Природні оксиди заліза (гематит та магнетит) сировина для одержання заліза. Застосовуються у виробництві магнітних матеріалів, як пігменти, компоненти футеровочної кераміки. Енциклопедичний словник
Не розчиняються у воді сполуки заліза: чорний FeO (устар. закис заліза), tnл 1368 °С; чорний Fе2О3 (устар. закис окис заліза, у природі мінерал магнетит), tnл 1538 ° С; жовтий, коричневий або темно-червоний Fe3O4 (у природі мінерал гематит або … Великий енциклопедичний політехнічний словник
Оксид FeO (у техніці вюстит). У кристаліч. решітці вюститу є вакантні вузли, і його склад відповідає фле FexO, де х = 0,89 0,95; ур ня температурної залежності тиску розкладання: lg p(O2, мм рт. ст.) = 26730/T+ 6,43 (T > 1813 К);… … Хімічна енциклопедія
FeO, Fe2O3 та Fe3O4. Природні Ж. о. (гематит та магнетит) сировина для отримання заліза. Застосовуються у виробі, матеріалів, як пігменти, компоненти футерівної кераміки. Природознавство. Енциклопедичний словник
ОКСИДИ: FeO (чорний, tпл 1369шC); Fe2O3 (від темно червоного до чорно фіолетового або коричневого кольору, tпл 1565шC; мінерал гематит та ін.); Fe3O4 (чорний, tпл 1594шC; мінерал магнетит). Природні заліза оксиди сировини у виробництві заліза, … Сучасна енциклопедія
Див. Заліза оксиди … Хімічна енциклопедія
ОКСИДИ ЗАЛІЗУ, одна з трьох сполук, що існують у трьох станах: окис заліза (II) (закис заліза, FeO); окис заліза (III) (окис заліза, Fe2O3), що зустрічається у природі як ГЕМАТИТ; і закисно окисне залізо (Fе3О4), яке… Науково-технічний енциклопедичний словник