Залізо (Fe) – це один з найбільш поширених хімічних елементів. Сполуки заліза масово використовуються в хімічній промисловості, народному господарстві.
Сплави заліза з іншими елементами стали основою більшості будівельних матеріалів або деталей автомобілів та іншої техніки.
Але про застосування заліза поговоримо пізніше. Спочатку позначимо характеристики цього незвичайного елемента.
Зміст
Залізо – будова, ознаки, розташування в таблиці Менделєєва
Залізо (Fe) – елемент 8б групи 4 періоду. Порядковий номер в періодичній системі – 26. Відзначимо, що кобальт (Co) і нікель (Ni), що входять в 8б групу таблиці Менделєєва, включені в сімейство заліза.
Будова електронної оболонки атома наступна таке:
1s22s22p63s23p63d64s2
Електронна будова атома даного елемента обумовлює характерні ступені окислення: +2 і + 3. Залізо також може перебувати в ступені + 6. Про деякі винятки і цікаві речовини, де цей елемент проявляє незвичайні властивості, поговоримо трохи пізніше.
Властивості Fe
Перед тим, як почати знайомитися з усіма сполуками заліза, необхідно мати уявлення про його фізичні і хімічні властивості. Не можна сказати, щоб хімічні властивості заліза виділялися серед йому подібних, але фізичні властивості обумовлюють його цінність і унікальність.
Фізична властивість
Залізо – ковкий і досить міцний метал сріблясто-білого кольору. На повітрі піддається корозії з появою жовто-оранжевого нальоту – іржі. У чистому кисні залізо горить, а у звичайних умовах кристалізується. Якщо брати тільки чисте залізо, то воно м’яке і пластичне.
Хімічна властивість
Fe є хімічно активним елементом і найчастіше грає роль відновника. Отже, розглянемо основні хімічні взаємодії різних речовин з даним елементом:
- Реакції з неметалами. При термічному впливі вступає в реакції з киснем, вуглецем і галогенами, бере участь в гідролізі (з температурою понад 700 градусів).
- Реакції з солями. Залізо витісняє з солей слабкі метали, тобто ті, у яких менше значення електронного потенціалу.
- Реакція з чадним газом. В ході взаємодії отримуємо пентакарбоніл заліза.
Реакції з кислотами. Приділимо особливу увагу:
- Залізо з легкістю вступає в реакції з соляною і розведеною сульфатною кислотами, утворюючи на виході водень і відповідні солі.
- Також взаємодіє з концентрованою сульфатною кислотою, але по іншому механізму. Тут відбувається утворення кислотного оксиду, солі і води.
- Вдало реагує з розведеною нітратною кислотою, а в аналогічній кислоті високої концентрації залізо пасивується. Оксидна плівка покриває поверхню металу, внаслідок чого сповільнюється процес корозії.
Тепер перейдемо до детального вивчення здібностей сполук заліза.
З’єднання Fe (+2)
Почнемо з тих речовин, де залізо проявляє найменшу окислювальну ступінь після нуля – +2. Дану ступінь цей хімічний елемент здатний проявляти в різних бінарних з’єднаннях, а також в складних і комплексних солях.
Оксид заліза II-FeO
Отримати його можливо, якщо відновлювати за допомогою водню оксид заліза III. В цілому FeO можна вважати амфотерним оксидом, але в ньому більше переважають основні властивості.
Являє собою чорний порошок, який неможливо розчинити у воді. Цінується за своє швидке окислення і відновлення до початкової речовини.
Гідроксид заліза II – Fe(OH)2
Даний гідроксид також має основний характер і легко розчиняється в кислотах. Це з’єднання має вигляд білого осаду. Його отримають при взаємодії солей заліза і лугів. Такі реакції повинні проходити в безкисневому середовищі, інакше може утворитися інший гідроксид, про який будемо говорити далі. Fe(OH)2 здатний до активного окислення на повітрі з отриманням сполук, де Fe знаходиться в ступені окислення +3.
Солі Fe (+2): FeSO4, FeCl2
Солі даного елемента можна отримати шляхом великої кількості реакцій. Більшість з них будуть мати світло-зелене забарвлення в розчинах. Перетворюються в солі заліза III, окислюючись на повітрі. При цьому вони мають коричнево-буре забарвлення. Також, завдяки солям, можна отримати оксиди і гідроксиди, що містять Fe.
Сіль Мора – FeSO4*(NH4)2SO4 * 6H2O
Ця речовина отримала широко поширене у фармацевтиці та медицині. Застосовується для поставки відсутнього заліза в організм людини. Також сіль Мора протидіє гниттю в дереві і дерев’яних виробах. Бере участь у виявленні сполук хрому і ванадію.
З’єднання Fe (+3)
Велика група речовин, в якій міститься тривалентне залізо. Ці сполуки відрізняються за своїми властивостями в порівнянні з попередніми. Розглянемо їх докладніше.
Оксид заліза III-Fe2O3
Проявляє амфотерні якості, відповідно, реагує з кислотами і лугами, утворюючи при цьому середні, комплексні та інші солі. У звичайних умовах є кристалічним порошком коричнево-червоного кольору, нерозчинним у воді.
Гідроксид заліза III-Fe (OH)3
Так само як і відповідний йому оксид, проявляє амфотерні властивості. Має темно-коричневий колір. Отримують речовину в ході реакцій лугів з солями тривалентного заліза. В результаті утворюється бурий, темнуватий осад – Fe(OH)3. Якщо цю основу прожарити, то отримаємо Fe2O3.
Солі Fe (+3): FeCl3, Fe2(SO4)3
Розчини солей тривалентного заліза мають жовте забарвлення і є слабкими окислювачами. При впливі відновників переходять в ті речовини, де залізо має ступінь окислення +2.
З’єднання Fe (+2, +3)
У деяких речовинах цей хімічний елемент має цілих два ступені окислення. Детальніше вивчимо самі з’єднання і їх властивості.
Оксид заліза II, III – Fe3O4, залізна окалина
Дана речовина є сумішшю двох оксидів заліза: II і III. Залізо не може бути в ступені + 4, тому таке з’єднання записується як: FeO*Fe2O3. Отримують даний оксид шляхом взаємодії заліза з водою і киснем, яке проходить при наявності високої температури.
Турнбулева синь або берлінська лазур – KFe [Fe(CN)6]
Це незвичайне з’єднання є осадом темного і трохи синюватого кольору, що отримується в ході реакції між FeSO4 і червоною кров’яною сіллю. Тут один атом Fe має ступінь окислення +2, а інший – +3. Щоб виявити іони тривалентного заліза, застосовують жовту кров’яну сіль K4[Fe(CN)6].
Сполука Fe (+6)
Хімічні речовини, де окислювальна ступінь заліза дорівнює +6, називаються ферратами.
Феррати: K2FeO4, Na2FeO4
Феррати є потужними відновниками і подібними за всіма іншими здібностями. Важливим є наявність в них бактерицидних здібностей. Це обумовлює їх цінність як засобів, що знезаражують воду у великих кількостях.
Органічні речовини, що містять залізо
Залізо і його властивості вкрай важливі і корисні в повсякденному житті людей, господарській та промисловій діяльності. Але ще сполуки заліза виконують важливі функції в тілі людини. Найчастіше біологічну роль виконують саме органічні речовини, що містять Fe.
Гемоглобін є білком, який здійснює транспортування кисню по крові і забезпечує постійний газообмін. Fe входить до складу багатьох ферментів і білків нашого тіла. Цей елемент також впливає і на наш імунітет. Не дарма при нестачі заліза людина відчуває себе втомленою і сонною.
При зниженні концентрації Fe підвищується ймовірність зараження інфекційними захворюваннями. Тому важливо стежити за тим, щоб в раціоні було достатньо продуктів, що містять залізо:
- боби;
- крупи;
- горіхи;
- сухофрукти;
- морська капуста.
Застосування заліза та його сполук
В кінці варто сказати і про величезний внесок Fe в сучасне життя. У статті вже зустрічалися рядки про використання заліза в різних областях, але розберемося в цьому питанні докладніше:
- Речовини, що містять Fe, широко застосовуються в господарській діяльності. Повсюдно як будівельні матеріали використовуються сплави заліза – чавун, сталі тощо. Ковкість і міцність роблять Fe незамінною деталлю в громіздких і масивних спорудах.
- Часто цей елемент застосовують і в хімічній промисловості. Залізо відіграє роль каталізатора в багатьох реакціях органічного і неорганічного синтезу. Пірити (сполуки заліза і сірки) застосовують для виділення сірки та її похідних.
- За допомогою Fe2O3 виробляють фарби, цемент, матеріали, що володіють магнітними властивостями.
- Залізний купорос використовується для захисту врожаю від шкідливих комах, також він знайшов застосування і в гальванотехніці.
Висновок
Отже, ми розповіли про основні сполуки заліза, їх властивості, характеристики, способи отримання і області застосування. Варто відзначити, що даний елемент помітно виділяється на тлі інших, завдяки своїм якостям та здібностям. Як ми з’ясували, він є незамінним для життя людини, значить, необхідно мати уявлення про його будову, фізичні та хімічні властивості.