Железо человек начал применять достаточно давно. За многие сотни лет свойства этого металла и его соединений хорошо изучены. В большинстве случаев в быту и на производстве людям приходится иметь дело не с чистым железом, а с различными его соединениями и сплавами. Все модификации железа отличаются друг от друга по цвету.
Статьи по теме:
- Какого цвета железо
- Как определить железо
- Как определить сульфаты железа
Свойства железа
Железо представляет собой, пожалуй, самый типичный из всех металлов. Этот материал очень пластичен. Примеси (в частности, углерод) придают железу твердость, но делают более хрупким. Одно из главных полезных качеств этого металла – ярко выраженные магнитные свойства. Специалисты относят железо к металлам с умеренной тугоплавкостью и средней химической активностью.
Все опыты с железом в одном видео? | Химия ЕГЭ – Екатерина Строганова
Железо – метал довольно тяжелый. Механические свойства железа находятся в прямой зависимости от его чистоты. В природе этот металл встречается в виде руды.
В свободном состоянии железо обладает серебристо-белым оттенком, подчас с сероватыми тонами. Чистое железо практически не применяется в производстве. Обычно под железом подразумевают его сплавы с прочими химическими элементами: в зависимости от содержания в сплаве углерода различают стали и чугуны. Наличие сторонних элементов способно менять химические и физические свойства металла, в том числе и его цвет.
Примеси и их влияние на свойства железа
В расплавленном виде железо – это масса однородной жидкой консистенции, которая содержит ряд примесей в растворенном виде. Если углеродистое железо подвергнуть длительному нагреву в пределах точки его плавления, может выделиться свободный углерод. Он по сути своей – графит в мелкораздробленном состоянии. Графит имеет вид темных пятен или точек, которые проявляются на поверхности излома металла.
При обычной температуре и низкой влажности содержащийся в воздухе кислород на железо никак не действует. Если же начать нагрев, металл начнет окисляться и покрываться пленкой магнитной окиси. Вследствие особенностей света такая пленка постепенно окрашивается всеми цветами радуги, от желтого до синего. А после этого становится синевато-серой окалиной.
Ряд соединений железа имеет выраженный бурый цвет. В частности, речь идет о труднорастворимом соединении, известном как гидрат окиси железа.
Ржавление железа
В условиях повышенной влажности железо окисляется. При этом образуется трансформированное производное железа, называемое ржавчиной. Ржавчина имеет шероховатую рыхлую структуру и достаточно широкий цветовой спектр – от оранжевого и до красновато-коричневого. При этом металл тускнеет. Процесс формирования ржавчины называется ржавлением (коррозией).
Термин «ржавчина» применяется только по отношению к продуктам ржавления металла или его сплавов.
Железо в организме! Как узнать о недостатке или избытке! В каких продуктах много железа
Специалисты различают несколько видов ржавчины и говорят о «красной» и «зеленой» ржавчине. Последний вид нередко образуется в арматуре, которая находит применение в подводных бетонных конструкциях.
Совет полезен?
Статьи по теме:
- Железо как химический элемент
- Какие металлы относятся к черным
- Химическое и физические свойства железа
Добавить комментарий к статье
Похожие советы
- Зачем железо организму человека?
- Имеет ли запах железо
- Как отличить металл от неметалла
- Почему камни имеют разные цвета и оттенки
- Как рисовать металл
- Как определить металл и неметалл
- Как определять простые и сложные вещества
- Что такое охра
- Какого цвета бывает платина
- Как меняет цвет александрит
- В каких продуктах больше всего железа
- Имеет ли вода вкус и цвет
- Как получить серу
- Как расплавить свинец
- Как определить валентность по таблице Менделеева
- Как определить количество нейтронов в атоме
- Как определить фактор эквивалентности
- Как определить формальдегид
- Как написать формулы оксидов, соответствующих гидроксидам
- Какого цвета медь
Источник: www.kakprosto.ru
Железо.
В периодической системе железо находится в четвертом периоде, в побочной подгруппе VIII группы.
Порядковый номер — 26, электронная формула 1s 2 2s 2 2p 6 3d 6 4s 2 .
Валентные электроны у атома железа находятся на последнем электронном слое (4s 2 ) и предпоследнем (3d 6 ). В химических реакциях железо может отдавать эти электроны и проявлять степени окисления +2, +3 и, иногда, +6.
Железо является вторым по распространенности металлом в природе (после алюминия). Наиболее важные природные соединения: Fe2O3x3H2O — бурый железняк;Fe2O3 — красный железняк;Fe3O4(FeO Fe2O3) — магнитный железняк;FeS2 — железный колчедан (пирит). Соединения железа входят в состав живых организмов.
Железо — серебристо серый металл, обладает большой ковкостью, пластичностью и сильными магнитными свойствами. Плотность железа — 7,87 г/см3, температура плавления 1539С.
Получение железа
В промышленности железо получают восстановлением его из железных руд углеродом (коксом) и оксидом углерода (II) в доменных печах.
Химизм доменного процесса следующий:
FeO + CO = Fe + CO2.
В реакциях железо является восстановителем. Однако при обычной температуре оно не взаимодействует даже с самыми активными окислителями (галогенами, кислородом, серой), но при нагревании становится активным и реагирует с ними:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Хлорид железа (III)
Fe + S = FeS Сульфид железа (II)
При очень высокой температуре железо реагирует с углеродом, кремнием и фосфором:
3Fe + C = Fe3C Карбид железа (цементит)
3Fe + Si = Fe3Si Силицид железа
3Fe + 2P = Fe3P2 Фосфид железа (II)
Во влажном воздухе железо быстро окисляется (коррозирует):
Железо находится в середине электрохимического ряда напряжений металлов, поэтому является металлом средней активности. Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных, щелочноземельных металлов и у алюминия. Только при высокой температуре раскаленное железо реагирует с водой:
Железо реагирует с разбавленными серной и соляной кислотами, вытесняя из кислот водород:
При обычной температуре железо не взаимодействует с концентрированной серной кислотой, так как пассивируется ею. При нагревании концентрированная H2SO4 окисляет железо до сульфита железа (III):
Разбавленная азотная кислота окисляет железо до нитрата железа (III):
Концентрированная азотная кислота пассивирует железо.
Из растворов солей железо вытесняет металлы, которые расположены правее его в электрохимическом ряду напряжений:
Оксид железа (II) FeO — основной оксид, легко реагирует с кислотами, при этом образуются соли железа(II):
FeO + 2H + = Fe 2+ + H2O
Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 — порошок белого цвета, не растворяется в воде. Получают его из солей железа (II) при взаимодействии их со щелочами:
Fe(OH)2 проявляет свойства основания, легко реагирует с кислотами:
Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2+ + 2H2O.
При нагревании гидроксид железа (II) разлагается:
Соединения со степенью окисления железа +2 проявляют восстановительные свойства, так как Fe 2+ легко окисляются до Fe +3 : Fe +2 — 1e = Fe +3
Так, свежеполученный зеленоватый осадок Fe(OH)2 на воздухе очень быстро изменяет окраску — буреет. Изменение окраски объясняется окислением Fe(OH)2 в Fe(OH)3 кислородом воздуха:
Оксид железа (III) Fe2O3 — порошок бурого цвета, не растворяется в воде.
Оксид железа (III) получают разложением гидроксида железа (III):
Оксид железа (III) проявляет амфотерные свойства:
взаимодействует с кислотами и твердыми щелочами NaOH и KOH , а также с карбонатами натрия и калия при высокой температуре:
Гидроксид железа (III) получают из солей железа (III) при взаимодействии их со щелочами:
Гидроксид железа (III) является более слабым основанием, чем Fe(OH)2, и проявляет амфотерные свойства (с преобладанием основных). При взаимодействии с разбавленными кислотами Fe(OH)3 легко образует соответствующие соли:
Соединения со степенью окисления железа +3 проявляют окислительные свойства, так как под действием восстановителей Fe+3 превращается в Fe+2: Fe +3 + 1e = Fe +2.
Так, например, хлорид железа (III) окисляет йодид калия до свободного йода:
Хром находится в побочной подгруппе VI группы Периодической системы. Строение электронной оболочки хрома: Cr 3d 5 4s 1 . Степени окисления от +1 до +6, но наиболее устойчивые +2, +3, +6.
Массовая доля хрома в земной коре составляет 0,02%. Важнейшими минералами, входящими в состав хромовых руд, являются хромит, или хромистый железняк, и его разновидности, в которых железо частично заменено на магний, а хром — на алюминий.
Хром — серебристо серый металл. Чистый хром достаточно пластичный, а технический самый твердый из всех металлов.
Хром химически малоактивен. В обычных условиях он реагирует только с фтором (из неметаллов), образуя смесь фторидов. При высоких температурах (выше 600°C) взаимодействует с кислородом, галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором:
В азотной и концентрированной серной кислотах он пассивирует, покрываясь защитной оксидной пленкой. В хлороводородной и разбавленной серной кислотах растворяется, при этом, если кислота полностью освобождена от растворенного кислорода, получаются соли хрома(II), а если реакция протекает на воздухе — соли хрома (III): Cr + 2HCl = CrCl2 + H2 ; 2Cr + 6HCl + O2 = 2CrCl3 + 2H2O + H2
Источник: studfile.net
Химические свойства железа и его соединений, их применение
Какова же природа данного соединения? Железо как атом состоит из металлической кристаллической решётки, за счёт чего обеспечивается твёрдость соединений, содержащих этот элемент, и молекулярная стойкость. Именно в связи с этим данный металл — типичное твёрдое тело в отличие, например, от ртути.
Железо как простое вещество — металл серебристого цвета c типичными для этой группы элементов свойствами: ковкость, металлический блеск и пластичность. Помимо этого, железо обладает высокой реакционной активностью. О последнем свойстве свидетельствует тот факт, что железо очень быстро подвергается коррозии при наличии высокой температуры и соответствующей влажности. В чистом кислороде этот металл хорошо горит, а если раскрошить его на очень мелкие частицы, то они будут не просто гореть, а самовозгораться.
Характеристика Fe
- M (молярная масса) железа — 55, 872 а. е. м. В школьной химии это значение часто округляют: M (Fe) = 56 г/моль
- Электронная конфигурация валентного уровня: 3d6 4s2. Это значит, что на четвёртом электронном s-уровне находятся 2 электрона, а на третьем d-уровне — 6. Соответственно, наиболее устойчивым состоянием, с химической точки зрения, является: изначальное (все электроны атома находятся на своих электронных орбиталях), промежуточное (два или три электрона с валентного уровня переходят на электронные орбитали окислителя), в этом случае электроны могут как бы «метаться», не зная оставаться ли им на орбитали железа или переходить на электронное облако окислителя, сильно окисленное (все электроны переходят на электронные орбитали окислителя)
- Степени окисления железа: 0, +2, +3, +6
- Температура плавления железа — 1812 K (1538,85 °C)
- Температура кипения — 3134 K (2861 °C)
Химические свойства железа
Рассмотрим подробнее особенности этого элемента.
Свойства простого вещества
- Окисление на воздухе при высокой влажности (коррозийный процесс):
4Fe+3O2+6H2O = 4Fe (OH)3 — гидроксид (гидроокись) железа (III)
- Горение железной проволоки в кислороде с образованием смешанного оксида (в нём присутствует элемент и со степенью окисления +2, и со степенью окисления +3):
3Fe+2O2 = Fe3O4 (железная окалина). Реакция возможна при нагревании до 160 ⁰C.
- Взаимодействие с водой при высокой температуре (600−700 ⁰C):
а) Реакция с галогенами (Важно! При данном взаимодействии приобретает степень окисления элемента +3)
2Fe+3Cl2 = 2FeCl3 — хлорид трёхвалентного железа
2Fe+3Br2 = 2FeBr3 — бромид железа (III)
б) Реакция с серой (Важно! При данном взаимодействии элемент имеет степень окисления +2)
Сульфид железа (III) — Fe2S3 можно получить в ходе другой реакции:
в) Образование пирита
Fe+2S = FeS2 — пирит. Обратите внимание на степень окисления элементов, составляющих данное соединение: Fe (+2), S (-1).
- Взаимодействие с солями металлов, стоящими в электрохимическом ряду активности металлов справа от Fe:
Fe+CuCl2 = FeCl2+Cu — хлорид железа (II)
- Взаимодействие с разбавленными кислотами (например, соляной и серной):
Fe+HCl = FeCl2+ H2
Обратите внимание, что в этих реакция получается железо со степенью окисления +2.
- В неразбавленных кислотах, которые являются сильнейшими окислителями, реакция возможна только при нагревании, в холодных кислотах металл пассивируется:
Fe+H2SO4 (концентрированная) = Fe2 (SO4)3+3SO2+6H2O
Fe+6HNO3 = Fe (NO3)3+3NO2+3H2O
- Амфотерные свойства железа проявляются только при взаимодействии с концентрированными щелочами:
Fe+2KOH+2H2O = K2[Fe (OH)4]+H2 — тетрагидроксиферрат (II) калия выпадает в осадок.
Процесс производства чугуна в доменной печи
- Обжиг и последующее разложение сульфидных и карбонатных руд (выделение оксидов металла):
FeS2 gt, Fe2O3 (O2, 550−600 ⁰C, -CO2).
- Сжигание кокса (в избытке):
С (кокс)+O2 (возд.) gt, 2CO (750−1000 ⁰C)
- Восстановление руды, содержащий оксид, угарным газом:
Fe2O3 gt, FeO (CO, -CO2)
FeO gt, чугун. Температура реакции — 900−1200 ⁰C.
В чугуне всегда присутствует в виде зёрен цементит (Fe2C) и графит.
Характеристика соединений, содержащих Fe
Изучим особенности каждого соединения отдельно.
Fe3O4
Смешанный или двойной оксид железа, имеющий в своём составе элемент со степенью окисления как +2, так и +3. Также Fe3O4 называют железной окалиной. Это соединение стойко переносит высокие температуры. Не вступает реакцию с водой, парами воды. Подвергается разложению минеральными кислотами.
Может быть подвергнуто восстановлению водородом либо железом при высокой температуре. Как вы могли понять из вышеизложенной информации, является промежуточным продуктом в цепочке реакция промышленного производства чугуна.
Непосредственно же железную окалину применяют в производстве красок на минеральной основе, цветного цемента и изделий из керамики. Fe3O4 — это то, что получается при чернении и воронении стали. Получают смешанный оксид путём сгорания железа на воздухе (реакция приведена выше). Руда, содержащая оксиды, является магнетитом.
Fe2O3
Оксид железа (III), тривиальное название — красный железняк, соединение красно-коричневого цвета. Устойчиво к воздействию высоких температур. В чистом виде не образуется при окислении железа кислородом воздуха. Не вступает в реакцию с водой, образует гидраты, выпадающие в осадок. Плохо реагирует с разбавленными щелочами и кислотами.
Может сплавляться с оксидами других металлов, образуя шпинели — двойные оксиды.
Красный железняк применяется в качестве сырья при промышленном получении чугуна доменным способом. Также ускоряет реакцию, то есть является катализатором, в аммиачной промышленности. Применяется в тех же областях, что и железная окалина. Плюс к этому использовался как носитель звука и картинки на магнитных лентах.
FeOH2
Гидроксид железа (II), соединение, обладающее как кислотными, так и основными свойствами, преобладают последние, то есть, является амфотерным. Вещество белого цвета, которое быстро окисляется на воздухе, «буреет», до гидроокиси железа (III). Подвержено распаду при воздействии температуры. Вступает в реакцию и со слабыми растворами кислот, и со щелочами. В воде не растворим.
В реакции выступает в роли восстановителя. Является промежуточным продуктом в реакции коррозии.
Обнаружение ионов Fe2+ и Fe3+ («качественные» реакции)
Распознавание ионов Fe2+ и Fe3+ в водных растворах производят с помощью сложных комплексных соединений — K3[Fe (CN)6], красная кровяная соль, и K4[Fe (CN)6], жёлтая кровяная соль, соответственно. В обеих реакциях выпадает осадок насыщенного синего цвета с одинаковым количественным составом, но различным положением железа с валентностью +2 и +3. Этот осадок также часто называют берлинской лазурью или турнбуллевой синью.
Реакция, записанная в ионном виде
Fe2++K++[Fe (CN)6]3- K+1Fe+2 [Fe+3 (CN)6]
Fe3++K++[Fe (CN)6]4- K+1Fe+3 [Fe+2 (CN)6]
Хороший реактив для выявления Fe3+ тиоцианат-ион (NCS-)
Fe3++ NCS- [Fe (NCS)6]3- эти соединения имеют ярко-красную («кровавую») окраску.
Этот реактив, например, тиоцианат калия (формула — KNCS), позволяет определить даже ничтожно малую концентрацию железа в растворах. Так, он способен при исследовании водопроводной воды определить, не заржавели ли трубы.
Источник: tarologiay.ru