Hidroxid de fier superior cu stare de oxidare 6. Marea enciclopedie a petrolului și gazelor

Poveste

Fierul ca material instrumental este cunoscut din cele mai vechi timpuri. Cele mai vechi produse din fier găsite în timpul săpăturilor arheologice datează din mileniul IV î.Hr. e. și aparțin civilizațiilor antice sumeriene și egiptene antice. Acestea sunt realizate din fier meteorit, adică un aliaj de fier și nichel (conținutul acestuia din urmă variază de la 5 la 30%), bijuterii din mormintele egiptene (aproximativ 3800 î.Hr.) și un pumnal din orașul sumerian Ur (aproximativ 3100 î.Hr.). e.). Aparent, unul dintre denumirile de fier în greacă și latină provine de la originea cerească a fierului meteoric: „sider” (care înseamnă „înstelat”).

Produsele din fier obținute prin topire sunt cunoscute încă de pe vremea așezării triburilor ariene din Europa până în Asia, insulele Mării Mediterane și nu numai (sfârșitul mileniului IV și III î.Hr.). Cele mai vechi unelte de fier cunoscute sunt lamele de oțel găsite în zidăria piramidei lui Keops din Egipt (construită în jurul anului 2530 î.Hr.). După cum au arătat săpăturile din deșertul nubian, deja în acele vremuri egiptenii încercau să separe aurul extras de nisipul de magnetită greu, minereul calcinat cu tărâțe și substanțe similare care conțin carbon. Drept urmare, pe suprafața topiturii de aur a plutit un strat de fier aluat, care a fost prelucrat separat. Din acest fier au fost forjate unelte, inclusiv cele găsite în piramida lui Keops. Cu toate acestea, după nepotul lui Keops Menkaur (2471-2465 î.Hr.), în Egipt s-au produs tulburări: nobilimea, condusă de preoții zeului Ra, a răsturnat dinastia domnitoare și a început un salt de uzurpatori, terminându-se cu aderarea faraonul dinastiei următoare, Userkar, pe care preoții l-au declarat fiu și l-a întrupat pe însuși zeul Ra (de atunci acesta a devenit statutul oficial al faraonilor). În timpul acestei frământări, cunoștințele culturale și tehnice ale egiptenilor au căzut în declin și, la fel cum arta de a construi piramidele s-a degradat, s-a pierdut și tehnologia de producere a fierului, până la punctul în care mai târziu, stăpânind Peninsula Sinai în căutarea cuprului. minereu, egiptenii nu au acordat nicio atenție zăcămintelor de minereu de fier de acolo, ci au primit fier de la hitiții și mitanienii vecini.

Primii au stăpânit producția de fier Hatt, acest lucru este indicat de cea mai veche mențiune (mileniul II î.Hr.) a fierului în textele hitiților, care și-au întemeiat imperiul pe teritoriul Hatt (Anatolia modernă din Turcia). Deci, în textul regelui hitit Anitta (aproximativ 1800 î.Hr.) se spune:

Când am plecat în campanie în orașul Puruskhanda, un bărbat din orașul Puruskhanda a venit să se închine în fața mea (...?) și mi-a oferit 1 tron ​​de fier și 1 sceptru de fier (?) în semn de smerenie. (?)...

(sursă: Giorgadze G. G.// Buletin istoria antica. 1965. № 4.)

În cele mai vechi timpuri, khalibii erau reputați a fi maeștri ai produselor din fier. Legenda argonauților (campania lor către Colchis a avut loc cu aproximativ 50 de ani înainte de războiul troian) spune că regele din Colchis, Eet, i-a dat lui Iason un plug de fier pentru a ară câmpul Ares și îi descrie supușii, haliberele:

Nu ară pământul, nu plantează pomi fructiferi, nu pasc turmele în pajiști bogate; extrag minereu și fier din pământul necultivat și fac schimb de alimente pentru ei. Ziua nu începe pentru ei fără muncă grea, ei petrec în întunericul nopții și fum gros, lucrând toată ziua...

Aristotel a descris metoda lor de obținere a oțelului: „khalibii au spălat de mai multe ori nisipul râului din țara lor - separând astfel concentratul negru (o fracțiune grea constând în principal din magnetit și hematit) și l-au topit în cuptoare; metalul astfel obţinut avea o culoare argintie şi era inoxidabil”.

Nisipurile de magnetit, care se găsesc adesea de-a lungul întregului litoral al Mării Negre, au fost folosite ca materii prime pentru topirea oțelului: aceste nisipuri de magnetit constau dintr-un amestec de granule fine de magnetit, titan-magnetit sau ilmenit și fragmente de alte roci, astfel încât oțelul topit de Khalibs a fost aliat și avea proprietăți excelente. Un astfel de mod deosebit de obținere a fierului sugerează că Khalib-ii răspândesc fierul doar ca material tehnologic, dar metoda lor nu ar putea fi o metodă pentru producția industrială pe scară largă a produselor din fier. Cu toate acestea, producția lor a fost impulsul pentru dezvoltare ulterioară metalurgia fierului.

În cea mai profundă antichitate, fierul era prețuit mai mult decât aurul și, conform descrierii lui Strabon, triburile africane dădeau 10 lire de aur pentru 1 liră de fier, iar conform studiilor istoricului G. Areshyan, costul cuprului, argintul, aurul și fierul printre vechii hitiți erau în proporție de 1: 160: 1280: 6400. În acele vremuri, fierul era folosit ca metal de bijuterii, din el se făceau tronuri și alte regalii ale puterii regale: de exemplu, în cartea biblică Deuteronom 3.11, este descris un „pat de fier” al regelui Refaim Og.

În mormântul lui Tutankhamon (circa 1350 î.Hr.) a fost găsit un pumnal din fier într-un cadru de aur – posibil cadou de la hitiți în scopuri diplomatice. Dar hitiții nu s-au străduit pentru răspândirea pe scară largă a fierului și a tehnologiilor sale, ceea ce este evident și din corespondența faraonului egiptean Tutankamon și a socrului său Hattusil, regele hitiților, care a ajuns până la noi. Faraonul cere să trimită mai mult fier, iar regele hitiților răspunde evaziv că rezervele de fier s-au epuizat, iar fierarii sunt ocupați cu munca agricolă, așa că nu poate îndeplini cererea ginerelui regal și trimite un singur pumnal din „fier bun. ” (adică oțel). După cum puteți vedea, hitiții au încercat să-și folosească cunoștințele pentru a obține avantaje militare și nu le-au dat altora ocazia să-i ajungă din urmă. Aparent, așadar, produsele din fier s-au răspândit abia după războiul troian și căderea hitiților, când, datorită activității comerciale a grecilor, tehnologia fierului a devenit cunoscută de mulți și au fost descoperite noi zăcăminte și mine de fier. Deci epoca bronzului a fost înlocuită cu epoca fierului.

Conform descrierilor lui Homer, deși în timpul Războiului Troian (circa 1250 î.Hr.) armele erau fabricate în mare parte din cupru și bronz, fierul era deja bine cunoscut și era foarte căutat, deși mai mult ca metal prețios. De exemplu, în cel de-al 23-lea cântec al Iliadei, Homer spune că Ahile l-a premiat pe câștigătorul unui concurs de aruncare a discului cu un disc de strigăt de fier. Aheii au extras acest fier de la troieni și popoarele vecine (Iliada 7.473), inclusiv de la Khalibs, care au luptat de partea troienilor:

„Alți oameni din ahei au cumpărat vin de la mine,
Cele pentru sunet de cupru, pentru fier gri s-au schimbat,
Cele pentru piei de bou sau boi cu coarne înalte,
Alea pentru captivii lor. Și se pregătește o sărbătoare veselă..."

Poate că fierul a fost unul dintre motivele care i-au determinat pe grecii ahei să se mute în Asia Mică, unde au aflat secretele producției sale. Și săpăturile din Atena au arătat că deja în jurul anului 1100 î.Hr. e. iar mai târziu săbiile de fier, sulițele, topoarele și chiar cuiele de fier erau deja răspândite. Cartea biblică Iosua 17:16 (cf. Judecătorii 14:4) descrie că filistenii („PILISTIM”-ul biblic și acestea erau triburi proto-grece înrudite cu elenii de mai târziu, în principal pelasgii) aveau multe care de fier, adică , în acest fier a devenit deja utilizat pe scară largă în cantități mari.

Homer în Iliada și Odiseea numește fierul „un metal dur” și descrie întărirea uneltelor:

„Un falsificator rapid, care a făcut un topor sau un topor,
Metal în apă, încălzind-o astfel încât să se dubleze
Avea o cetate, se scufundă...”

Homer numește fierul dificil, deoarece în antichitate principala metodă de obținere a acestuia era procesul de suflare brută: straturile alternative de minereu de fier și cărbune erau calcinate în cuptoare speciale (forje - din vechiul „Corn" - un corn, o țeavă, inițial era doar o conductă săpată în pământ, de obicei orizontal în panta unei râpe). În vatră, oxizii de fier sunt reduși la metal prin cărbunele fierbinte, care ia oxigenul, oxidându-se la monoxid de carbon și, ca urmare a unei astfel de calcinări a minereului cu cărbune, s-a obținut fier înflorit aluat (spongios). Kritsu a fost curățat de zgură prin forjare, stoarcerea impurităților lovituri puternice ciocan. Primele forje au avut relativ temperatura scazuta- vizibil mai scăzut decât punctul de topire al fontei, astfel încât fierul s-a dovedit a fi relativ scăzut de carbon. Pentru a obține oțel puternic, a fost necesară calcinarea și forjarea barei de fier cu cărbune de mai multe ori, în timp ce stratul de suprafață al metalului a fost suplimentar saturat cu carbon și întărit. Așa s-a obținut „fierul bun” - și deși a necesitat multă muncă, produsele obținute în acest fel au fost semnificativ mai puternice și mai dure decât cele din bronz.

În viitor, au învățat cum să facă cuptoare mai eficiente (în rusă - furnal înalt, domnitsa) pentru producția de oțel și au folosit blănuri pentru a furniza aer cuptorului. Deja romanii au reușit să aducă temperatura din cuptor la topirea oțelului (aproximativ 1400 de grade, iar fierul pur se topește la 1535 de grade). În acest caz, fonta se formează cu un punct de topire de 1100-1200 de grade, care este foarte fragilă în stare solidă (nici măcar susceptibilă de forjare) și nu are elasticitatea oțelului. Inițial a fost considerat un produs secundar dăunător. fontă, în rusă, fontă brută, lingouri, de unde, de fapt, provine cuvântul fontă), dar apoi s-a dovedit că, atunci când este topit într-un cuptor cu aer sporit, fonta se transformă în oțel de bună calitate, ca exces. carbonul se arde. Un astfel de proces în două etape pentru producția de oțel din fontă s-a dovedit a fi mai simplu și mai profitabil decât înflorirea, iar acest principiu a fost folosit fără prea multe schimbări timp de multe secole, rămânând până astăzi principala metodă de producere a fierului. materiale.

Bibliografie: Karl Bucks. Bogăția interiorului pământului. M .: Progres, 1986, p. 244, capitolul „Fier”

originea numelui

Există mai multe versiuni ale originii cuvântului slav „fier” (zhalez belarus, zalizo ucrainean, slav vechi. fier, umflătură. fier, Serbohorv. zhezo, poloneză. Zelazo, Cehă železo, slovenă zelezo).

Una dintre etimologii leagă Praslav. *ZelEzo cu cuvântul grecesc χαλκός , care însemna fier și cupru, conform unei alte versiuni *ZelEzo asemănător cuvintelor *zely„țestoasa” și *ochi„stâncă”, cu seme general „piatră”. A treia versiune sugerează un împrumut străvechi dintr-o limbă necunoscută.

Limbile germanice au împrumutat numele de fier (gotic. eisarn, Engleză fier, Limba germana Eisen, Netherl. ijzer, dat. jern, suedez jarn) din celtic.

Cuvânt pra-celtic *isarno-(> OE iarn, OE Bret hoiarn), probabil se întoarce la Proto-IE. *h 1 esh 2 r-no- „sângeros” cu dezvoltarea semantică „sângeros” > „roșu” > „fier”. Conform unei alte ipoteze, acest cuvânt se întoarce la pra-i.e. *(H)ish 2ro- „puternic, sfânt, cu putere supranaturală”.

cuvânt grecesc antic σίδηρος , poate fi împrumutat din aceeași sursă ca și cuvintele slave, germanice și baltice pentru argint.

Denumirea de carbonat natural de fier (siderit) provine de la lat. sidereus- stelar; într-adevăr, primul fier care a căzut în mâinile oamenilor a fost de origine meteorică. Poate că această coincidență nu este întâmplătoare. În special, cuvântul grecesc antic sideros (σίδηρος) pentru fier și latină sidus, adică „stea”, au probabil o origine comună.

izotopi

Fierul natural este format din patru izotopi stabili: 54 Fe (abundența izotopică 5,845%), 56 Fe (91,754%), 57 Fe (2,119%) și 58 Fe (0,282%). De asemenea, sunt cunoscuți peste 20 de izotopi instabili ai fierului cu numere de masă de la 45 la 72, dintre care cei mai stabili sunt 60 Fe (timp de înjumătățire conform datelor actualizate în 2009 este de 2,6 milioane de ani), 55 Fe (2,737 ani), 59 Fe (44,495 zile) și 52 Fe (8,275 ore); izotopii rămași au timpi de înjumătățire mai mic de 10 minute.

Izotopul de fier 56 Fe este printre cele mai stabile nuclee: toate elementele următoare pot reduce energia de legare per nucleon prin descompunere, iar toate elementele anterioare, în principiu, ar putea reduce energia de legare per nucleon datorită fuziunii. Se crede că o serie de sinteză a elementelor din nucleele stelelor normale se termină cu fier (vezi Steaua de fier), iar toate elementele ulterioare pot fi formate numai ca urmare a exploziilor supernovei.

Geochimia fierului

Sursa hidrotermala cu apa feruginoasa. Oxizii de fier devin maro apa

Fierul este unul dintre cele mai comune elemente din sistemul solar, în special pe planetele terestre, în special pe Pământ. O parte semnificativă din fierul planetelor terestre se află în nucleele planetelor, unde conținutul său este estimat la aproximativ 90%. Conținutul de fier din scoarța terestră este de 5%, iar în manta de aproximativ 12%. Dintre metale, fierul este al doilea după aluminiu în ceea ce privește abundența în crustă. În același timp, aproximativ 86% din tot fierul se află în miez și 14% în manta. Conținutul de fier crește semnificativ în rocile magmatice din compoziția de bază, unde este asociat cu piroxen, amfibol, olivină și biotit. În concentrații industriale, fierul se acumulează în timpul aproape tuturor proceselor exogene și endogene care au loc în Scoarta terestra. LA apa de mare fierul este continut in cantitati foarte mici de 0,002-0,02 mg/l. În apa râului, este puțin mai mare - 2 mg / l.

Proprietățile geochimice ale fierului

Cea mai importantă caracteristică geochimică a fierului este prezența mai multor stări de oxidare. Fierul sub formă neutră - metalică - alcătuiește nucleul pământului, posibil prezent în manta și foarte rar întâlnit în scoarța terestră. Fierul feros FeO este principala formă de fier din mantaua și scoarța terestră. Oxidul de fier Fe 2 O 3 este caracteristic părților superioare, cele mai oxidate, ale scoarței terestre, în special, rocilor sedimentare.

În ceea ce privește proprietățile chimice ale cristalului, ionul Fe 2+ este aproape de ionii de Mg 2+ și Ca 2+, alte elemente principale care alcătuiesc o parte semnificativă a tuturor rocilor terestre. Datorită asemănării lor chimice cristaline, fierul înlocuiește magneziul și, parțial, calciul în mulți silicați. Conținutul de fier în minerale cu compoziție variabilă crește de obicei odată cu scăderea temperaturii.

minerale de fier

Sunt cunoscute un număr mare de minereuri și minerale care conțin fier. De cea mai mare importanță practică sunt minereul de fier roșu (hematit, Fe 2 O 3; conține până la 70% Fe), minereul de fier magnetic (magnetit, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; conține 72,4% Fe), minereul de fier brun. sau limonit (goethit și hidrogoethit, FeOOH și respectiv FeOOH nH 2 O). Goethit și hidrogoethite se găsesc cel mai adesea în cruste de intemperii, formând așa-numitele „pălării de fier”, a căror grosime ajunge la câteva sute de metri. De asemenea, pot fi de origine sedimentară, căzând din soluțiile coloidale din lacuri sau zonele de coastă ale mărilor. În acest caz, se formează minereuri de fier oolitice sau leguminoase. Vivianita Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O se găsește adesea în ele, formând cristale negre alungite și agregate radial-radiante.

Sulfurile de fier sunt, de asemenea, răspândite în natură - pirita FeS 2 (sulf sau pirita de fier) ​​și pirotita. Nu sunt minereu de fier - pirita este folosită pentru a produce acid sulfuric, iar pirotita conține adesea nichel și cobalt.

În ceea ce privește rezervele de minereu de fier, Rusia se află pe primul loc în lume. Conținutul de fier din apa de mare este de 1·10 −5 -1.10 −8%.

Alte minerale comune de fier sunt:

• Siderita - FeCO 3 - contine aproximativ 35% fier. Are o culoare alb-gălbuie (cu o tentă gri sau maro în caz de contaminare). Densitatea este de 3 g/cm³, iar duritatea este de 3,5-4,5 pe scara Mohs.
• Marcazit - FeS 2 - contine 46,6% fier. Apare sub formă de cristale rombice bipiramidale, de culoare galbenă, ca alama, cu o densitate de 4,6-4,9 g/cm³ și o duritate de 5-6 pe scara Mohs.
• Lollingita - FeAs 2 - contine 27,2% fier si apare sub forma de cristale rombice bipiramidale alb-argintie. Densitatea este de 7-7,4 g/cm³, duritatea este de 5-5,5 pe scara Mohs.
• Mispikel - FeAsS - conține 34,3% fier. Apare sub formă de prisme monoclinice albe cu o densitate de 5,6-6,2 g/cm³ și o duritate de 5,5-6 pe scara Mohs.
• Melanteritul - FeSO 4 7H 2 O - este mai rar întâlnit în natură și este un cristal monoclinic de culoare verde (sau gri din cauza impurităților) cu un luciu vitros, fragil. Densitatea este de 1,8-1,9 g/cm³.
• Vivianita - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O - se prezintă sub formă de cristale monoclinice albastru-gri sau verde-gri cu o densitate de 2,95 g/cm³ și o duritate de 1,5-2 pe scara Mohs.

Pe lângă mineralele de fier de mai sus, există, de exemplu:

Principalele depozite

Potrivit US Geological Survey (estimare din 2011), rezervele dovedite de minereu de fier ale lumii sunt de aproximativ 178 de miliarde de tone. Principalele zăcăminte de fier sunt în Brazilia (locul I), Australia, SUA, Canada, Suedia, Venezuela, Liberia, Ucraina, Franța, India. În Rusia, fierul este extras în Anomalia Magnetică Kursk (KMA), Peninsula Kola, Karelia și Siberia. Un rol semnificativ l-au dobândit recent depozitele oceanice de fund, în care fierul, împreună cu manganul și alte metale valoroase, se găsesc în noduli.

chitanta

În industrie, fierul se obține din minereu de fier, în principal din hematită (Fe 2 O 3) și magnetită (FeO Fe 2 O 3).

Exista diferite căi extragerea fierului din minereuri. Cel mai comun este procesul de domeniu.

Prima etapă de producție este reducerea fierului cu carbon într-un furnal la o temperatură de 2000 ° C. Într-un furnal, carbonul sub formă de cocs, minereul de fier sub formă de sinter sau peleți și fluxul (cum ar fi calcarul) sunt introduse de sus și sunt preluate de un curent de aer cald injectat de jos.

În cuptor, carbonul sub formă de cocs este oxidat la monoxid de carbon. Acest oxid se formează în timpul arderii în lipsă de oxigen:

La rândul său, monoxidul de carbon recuperează fierul din minereu. Pentru ca această reacție să meargă mai rapid, monoxidul de carbon încălzit este trecut prin oxid de fier (III):

Oxidul de calciu se combină cu dioxidul de siliciu, formând o zgură - metasilicat de calciu:

Zgura, spre deosebire de dioxidul de siliciu, este topită într-un cuptor. Mai ușoară decât fierul, zgura plutește la suprafață - această proprietate vă permite să separați zgura de metal. Zgura poate fi folosită apoi în construcţii şi agricultură. Topitura de fier obținută într-un furnal conține destul de mult carbon (fontă). Cu excepția unor astfel de cazuri, când fonta este utilizată direct, necesită o prelucrare ulterioară.

Excesul de carbon și alte impurități (sulf, fosfor) sunt îndepărtate din fontă prin oxidare în cuptoare cu focar deschis sau în convertoare. Cuptoarele electrice sunt folosite și pentru topirea oțelurilor aliate.

Pe lângă procesul de furnal, procesul de producție directă a fierului este comun. În acest caz, minereul pre-zdrobit este amestecat cu argilă specială pentru a forma pelete. Peleții sunt prăjiți și tratați într-un cuptor cu arbore cu produse fierbinți de conversie a metanului care conțin hidrogen. Hidrogenul reduce cu ușurință fierul:

în timp ce nu există nicio contaminare a fierului cu impurități precum sulful și fosforul, care sunt impurități comune în cărbune. Fierul este obținut sub formă solidă și apoi topit în cuptoare electrice.

Fierul pur chimic se obține prin electroliza soluțiilor sărurilor sale.

Proprietăți fizice

Fenomenul de polimorfism este extrem de important pentru metalurgia oțelului. Datorită tranzițiilor α-γ ale rețelei cristaline, are loc tratamentul termic al oțelului. Fără acest fenomen, fierul ca bază a oțelului nu ar fi primit o utilizare atât de răspândită.

Fierul este un metal moderat refractar. Într-o serie de potențiale standard de electrozi, fierul stă înaintea hidrogenului și reacționează ușor cu acizii diluați. Astfel, fierul aparține metalelor cu activitate medie.

Punctul de topire al fierului este de 1539 °C, punctul de fierbere este de 2862 °C.

Proprietăți chimice

Stări de oxidare caracteristice

• Acidul nu există în forma sa liberă - s-au obținut doar sărurile sale.

Pentru fier, stările de oxidare ale fierului sunt caracteristice - +2 și +3.

Starea de oxidare +2 corespunde oxidului negru FeO și hidroxidului verde Fe(OH)2. Sunt de bază. În săruri, Fe(+2) este prezent ca cation. Fe(+2) este un agent reducător slab.

+3 stări de oxidare corespund oxidului de Fe 2 O 3 roșu-brun și hidroxidului de Fe(OH) 3 maro. Sunt de natură amfoteră, deși proprietățile lor acide și bazice sunt slab exprimate. Astfel, ionii Fe 3+ sunt complet hidrolizați chiar și într-un mediu acid. Fe (OH) 3 se dizolvă (și chiar și atunci nu complet), doar în alcalii concentrate. Fe 2 O 3 reacționează cu alcalii numai atunci când este topit, dând ferite (săruri formale ale unui acid care nu există într-o formă liberă de acid HFeO 2):

Fierul (+3) prezintă cel mai adesea proprietăți oxidante slabe.

Stările de oxidare +2 și +3 trec ușor între ele atunci când condițiile redox se schimbă.

În plus, există oxid de Fe 3 O 4, starea formală de oxidare a fierului în care este +8/3. Totuși, acest oxid poate fi considerat și ca ferită de fier (II) Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .

Există, de asemenea, o stare de oxidare de +6. Oxidul și hidroxidul corespunzător nu există în formă liberă, dar s-au obținut săruri - ferați (de exemplu, K 2 FeO 4). Fierul (+6) este în ele sub formă de anion. Ferratele sunt agenți oxidanți puternici.

Proprietățile unei substanțe simple

Când este depozitat în aer la temperaturi de până la 200 ° C, fierul este acoperit treptat cu o peliculă densă de oxid, care previne oxidarea ulterioară a metalului. În aerul umed, fierul este acoperit cu un strat liber de rugină, care nu împiedică accesul oxigenului și umezelii la metal și distrugerea acestuia. Rugina nu are permanent compoziție chimică, aproximativ formula chimica poate fi scris ca Fe 2 O 3 xH 2 O.

Compuși de fier (II).

Oxidul de fier (II) FeO are proprietăți de bază, corespunde bazei Fe (OH) 2. Sărurile de fier (II) au o culoare verde deschis. Când sunt depozitate, în special în aer umed, devin maronii din cauza oxidării la fier (III). Același proces are loc în timpul depozitării soluțiilor apoase de săruri de fier (II):

Dintre sărurile de fier (II) din soluții apoase, sarea lui Mohr este stabilă - dublu amoniu și sulfat de fier (II) (NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 6 H 2 O.

Hexacianoferratul de potasiu (III) K 3 (sare roșie din sânge) poate servi ca reactiv pentru ionii Fe 2+ în soluție. Când ionii Fe 2+ și 3− interacționează, turnbull blue precipită:

Pentru cuantificare fier (II) în soluție, se folosește fenantrolină Phen, care formează un complex FePhen 3 roșu cu fier (II) (maximum de absorbție a luminii - 520 nm) într-un interval larg de pH (4-9).

Compuși de fier (III).

Compușii de fier (III) în soluții sunt reduși de fier metalic:

Fierul (III) este capabil să formeze sulfați dubli cu cationi încărcați individual, cum ar fi alaunul, de exemplu, KFe (SO 4) 2 - alaun de potasiu fier, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - alaun de fier amoniu etc.

Pentru detectarea calitativă a compușilor de fier(III) în soluție se utilizează reacția calitativă a ionilor de Fe 3+ cu ionii de tiocianat SCN −. Când ionii Fe 3+ interacționează cu anionii SCN −, se formează un amestec de complecși de tiocianat de fier roșu strălucitor 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Compoziția amestecului (și, prin urmare, intensitatea culorii acestuia) depinde de diverși factori, deci exact definiție calitativă fier, această metodă nu este aplicabilă.

Un alt reactiv de înaltă calitate pentru ionii Fe 3+ este hexacianoferratul de potasiu (II) K 4 (sare galbenă de sânge). Când ionii Fe 3+ și 4− interacționează, un precipitat albastru strălucitor de albastru prusac precipită:

Compuși de fier (VI).

Proprietățile oxidante ale feratelor sunt folosite pentru dezinfectarea apei.

Compușii de fier VII și VIII

Există rapoarte despre prepararea electrochimică a compușilor de fier (VIII). , , , cu toate acestea, nu există lucrări independente care să confirme aceste rezultate.

Aplicație

Minereu de fier

Fierul este unul dintre cele mai utilizate metale, reprezentând până la 95% din producția metalurgică mondială.

• Fierul este componenta principală a oțelurilor și a fontelor - cele mai importante materiale structurale.
• Fierul poate face parte din aliaje pe bază de alte metale - de exemplu, nichel.
• Oxidul de fier magnetic (magnetita) este un material important în fabricarea dispozitivelor de memorie pe termen lung ale computerelor: hard disk-uri, dischete etc.
• Pulberea ultrafină de magnetită este utilizată în multe imprimante laser alb-negru amestecată cu granule polimerice ca toner. Folosește atât culoarea neagră a magnetitului, cât și capacitatea sa de a adera la o rolă de transfer magnetizată.
• Proprietățile feromagnetice unice ale unui număr de aliaje pe bază de fier contribuie la utilizarea lor pe scară largă în inginerie electrică pentru miezurile magnetice ale transformatoarelor și motoarelor electrice.
• Clorura de fier (III) (clorura ferică) este utilizată în practica radioamatorilor pentru gravarea plăcilor de circuite imprimate.
• Sulfatul feros (sulfatul de fier) ​​amestecat cu sulfatul de cupru este folosit pentru controlul ciupercilor dăunătoare în grădinărit și construcții.
• Fierul este folosit ca anod în bateriile fier-nichel, bateriile fier-aer.
• Soluțiile apoase de cloruri de fier bivalent și feric, precum și sulfații acestuia, sunt utilizate ca coagulanți în purificarea apelor naturale și uzate în tratarea apei întreprinderilor industriale.

Semnificația biologică a fierului

În organismele vii, fierul este un oligoelement important care catalizează procesele de schimb de oxigen (respirație). Corpul unui adult conține aproximativ 3,5 grame de fier (aproximativ 0,02%), din care 78% sunt principalul element activ al hemoglobinei din sânge, restul face parte din enzimele altor celule, catalizând procesele de respirație în celule. Carenta de fier se manifesta ca o boala a organismului (cloroza la plante si anemie la animale).

În mod normal, fierul intră în enzime ca un complex numit hem. În special, acest complex este prezent în hemoglobină, cea mai importantă proteină care asigură transportul oxigenului cu sânge către toate organele oamenilor și animalelor. Și el este cel care colorează sângele într-o culoare roșie caracteristică.

Complecși de fier alții decât hem se găsesc, de exemplu, în enzima metan monooxigenază, care oxidează metanul în metanol, în importanta enzimă ribonucleotid reductază, care este implicată în sinteza ADN-ului.

Compușii anorganici de fier se găsesc în unele bacterii și sunt uneori folosiți de acestea pentru a lega azotul atmosferic.

Fierul pătrunde în organismul animalelor și al omului cu alimente (ficatul, carnea, ouăle, leguminoasele, pâinea, cerealele, sfecla sunt cele mai bogate în el). Interesant, odată ce spanacul a fost inclus în mod eronat în această listă (din cauza unei greșeli de tipar în rezultatele analizei - zero „în plus” după zecimala a fost pierdută).

O doză în exces de fier (200 mg sau mai mult) poate provoca efect toxic. O supradoză de fier deprimă sistemul antioxidant al organismului, așa că folosește suplimente de fier oameni sanatosi Nu se recomandă.

Note

Surse (la secțiunea Istorie)

• G. G. Giorgadze.„Textul lui Anitta” și câteva întrebări din istoria timpurie a hitiților
• R. M. Abramishvili. Cu privire la problema dezvoltării fierului pe teritoriul Georgiei de Est, VGMG, XXII-B, 1961.
• Khakhutayshvili D. A. Despre istoria metalurgiei fierului colchian antic. Întrebări de istorie antică (colecția Caucazian-Orientul Mijlociu, numărul 4). Tbilisi, 1973.
• Herodot.„Istorie”, 1:28.
• Homer. Iliada, Odiseea.
• Virgil.„Eneida”, 3:105.
• Aristotel.„Despre zvonuri incredibile”, II, 48. VDI, 1947, nr. 2, p. 327.
• Lomonosov M.V. Primele baze ale metalurgiei.

Vezi si

• Categorie: Compuși de fier

Legături

• Boli cauzate de deficiența și excesul de fier în corpul uman

Pagina 3

Pe fig. V.8 prezintă o schemă de corelare care oferă o idee despre intervalele deplasărilor izomerice 57Fe pentru compușii de fier. Starea de oxidare a fierului poate varia de la 0 la 6 și nu este atât de ușor să-l caracterizezi prin deplasarea izomeră a 57Fe.

O atmosferă reducătoare determină o scădere a gradului de oxidare a fierului din zgură, în timp ce într-o atmosferă oxidantă, sub influența temperaturilor ridicate de flacără, continuă descompunerea oxizilor de fier mai mari. O creștere a gradului de oxidare a fierului în zgură prin acțiunea unei atmosfere oxidante este posibilă numai la o temperatură a flăcării sub 1200 C și o suprafață mare de zgură.

Conținutul de Al2O3 și alcalii se modifică destul de brusc în roci. Starea de oxidare a fierului rămâne constantă.

Proba C cu o stare de oxidare de 13% nu are regiune plastică, iar zgura se comportă ca sticla. Odată cu creșterea gradului de oxidare a fierului la 30 sau 56%, în curbele de vâscozitate ale probelor B și A apare o îndoire, ceea ce indică faptul că zgura din locul îndoirii trece într-o stare plastică.

Dar gradul de oxidare al sulfului, care face parte din acești ioni, este diferit. În primul caz, starea de oxidare a fierului coincide cu sarcina unui ion Fe2 simplu și cu valența fierului. Astfel, valența unui element dat într-un compus complex se numește cantitatea totală de legături pe care atomul central, agentul de complexare, le are în acest compus.

Tendința la formarea complexă este confirmată și de existența unor săruri duble tipice precum shenite și alaun. În acest compus, starea de oxidare a fierului 2 se stabilizează, în timp ce sulfatul FeSO4 intră soluție apoasă predispus la oxidare de către oxigenul atmosferic. Nichelul nu formează astfel de compuși, deoarece starea de oxidare 3 pentru acest element este atât de necaracteristică încât nici măcar nu se stabilizează în săruri duble.

Această creștere a gradului de oxidare a fierului în zgură continuă până la o temperatură de aproximativ 1.200 C. Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii zgurii, gradul de oxidare a fierului scade semnificativ.

După cum sa indicat, atomul central de fier se află în planul inelului porfir cu 16 atomi și este legat de atomii de azot ai inelelor pirol prin patru din cele șase valențe disponibile și, prin urmare, rămân două valențe pentru a completa complexul octaedric; aceste valențe sunt deasupra și sub planul de desen al modelului prezentat. În plus, trebuie luat în considerare și gradul de oxidare a fierului; când fierul este în stare feroasă, așa cum se arată în figură, protoporfirina se numește thema sau, mai clar, ferrogem. Dacă hemul este în stare liberă în soluție și nu este legat de proteină, atunci se presupune că două molecule de apă sunt în coordonare cu pozițiile a cincea și a șasea ale valenței fierului. George desemnează această ferogemă astfel: H2O - Fep-H. Când este oxidat, se transformă în H O Fep NaO cu o sarcină pozitivă. Acest ferihem poate coordona ionul de clor cu trecerea la H2O - Fep-Cl si in acest caz se numeste hemin; cu un ion hidroxil coordonat, ferrigem este desemnată ca hematină H2O - Pep-OH, deși acești termeni sunt uneori folosiți mai puțin specific, doar pentru a indica prezența oxidului de fier. Coordonarea altor molecule este, de asemenea, posibilă, iar coordonarea cu peroxidul de hidrogen joacă un rol în primul rând. Ferrohem coordonează cu ușurință bazele azotate, cum ar fi piridina, formând hemocromogei B-Fp-B. Același compus cu ferihemul B-Fep-B se numește parahematină.

Prin metoda magnetică a fost stabilită prezența și evaluarea cantitativă a legăturilor de valență între ionii pozitivi vecini. Astfel, în Fe203 pe un suport A1203, starea de oxidare a fierului este de trei, dar, în același timp, atomii de fier vecini formează o legătură covalentă între ei.

Prin metoda magnetică s-a stabilit prezența și o evaluare cantitativă a legăturilor de valență între ionii pozitivi vecini. Astfel, în Fe2O3 pe un purtător A12O3, starea de oxidare a fierului este de trei, dar, în același timp, atomii de fier vecini formează o legătură covalentă între ei.

Dacă luăm în considerare hidroxizii Fe (OH) 2 și Fe (OH) 3, atunci din punctul de vedere al schemei Kossel, proprietățile acide ale celui de-al doilea hidroxid ar trebui să fie mai pronunțate decât primul. Aceasta rezultă din faptul că, cu cât gradul de oxidare al fierului este mai mare (chiar dacă presupunem că razele ionilor Fe2 și Fe3 sunt aceleași), cu atât este mai mare repulsia protonului și cu atât proprietățile acide ale corespondentului sunt mai pronunțate. hidroxid. Dacă luăm în considerare că raza ionului Fe3 este ceva mai mică decât cea a ionului Fe2, atunci repulsia mai mare a protonului din compusul Fe (OH) 3 în comparație cu Fe (OH) 2 devine și mai evidentă.

O parte din oxizi de fier este redusă la fier metalic, cealaltă parte la [oxid de azot]; în plus, se eliberează carbon pe ele. Cantitatea de oxigen încă conținută în minereu caracterizează gradul de oxidare a fierului.

Dacă, în urma testelor preliminare, există îndoieli dacă este prezent un ion de fier, pot fi efectuate reacții de verificare. Dar trebuie amintit că prin acest test nu se mai poate stabili gradul inițial de oxidare a fierului din proba analizată.

Numai în prezența agenților oxidanți puternici, este posibil să se obțină derivați destul de fragili ai acidului de fier H2FeO4 cu o stare de oxidare a fierului de 6, cu toate acestea, nu a fost posibilă izolarea oxidului corespunzător. Dacă RuO4 este o substanță slab stabilă care se obține indirect, atunci OsO4 este un compus complet stabil format în timpul oxidării unui metal în aer.

În scoarța terestră, fierul este larg distribuit; el reprezintă aproximativ 4,1% din masa scoarței terestre (locul 4 între toate elementele, locul 2 între metale). În mantaua și scoarța terestră, fierul este concentrat în principal în silicați, în timp ce conținutul său este semnificativ în rocile bazice și ultrabazice, și scăzut în rocile acide și intermediare. Sunt cunoscute un număr mare de minereuri și minerale care conțin fier. De cea mai mare importanță practică sunt minereul de fier roșu (hematit, Fe 2 O 3; conține până la 70% Fe), minereul de fier magnetic (magnetit, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; conține 72,4% Fe), minereul de fier brun. sau limonit (goethit și hidrogoethit, respectiv FeOOH și FeOOH nH 2 O) hematit magnetit limonit goethit

Siderita FeCO3 conține aproximativ 35% fier. Are o culoare alb-gălbuie (cu o tentă gri sau maro în caz de contaminare). Siderite Mispikel FeAsS conține 34,3% fier. Mispikel Löllingite FeAs 2 conține 27,2% fier Löllingit ilmenit FeTiO 3 ilmenit magnomagnetit (Fe, Mg) fibroferită FeSO 4 (OH) 4,5H 2 O jarosit KFe 3 (SO 4) 2 (OH) 6 jarosit

Principalele stări de oxidare ale fierului sunt +2 și +3. Când este depozitat în aer la temperaturi de până la 200 °C, fierul este acoperit treptat cu o peliculă densă de oxid, care previne oxidarea ulterioară a metalului. În aerul umed, fierul este acoperit cu un strat liber de rugină, care nu împiedică accesul oxigenului și umezelii la metal și distrugerea acestuia. Rugina nu are o compoziție chimică constantă, aproximativ formula sa chimică poate fi scrisă ca Fe 2 O 3 xH 2 O. oxid de rugină

Fierul reacționează cu oxigenul când este încălzit. Când fierul este ars în aer, se formează oxid de Fe 3 O 4, când este ars în oxigen pur se formează oxid de Fe 2 O 3. Dacă oxigenul sau aerul trece prin fier topit, se formează oxidul de FeO. Când sulful și pulberea de fier sunt încălzite, se formează sulfură, a cărei formulă aproximativă poate fi scrisă ca FeS. oxigenFe 3 O 4Fe 2 O 3 FeO sulf

17. d - elemente.Fier, caracteristici generale, proprietăți. Oxizi și hidroxizi, caracteristici CO și OM, biorol, capacitatea de a forma complexe.

1. Caracteristici generale.

Fier - element d al subgrupului secundar al grupei a opta din perioada a patra a PSCE cu număr atomic 26.

Unul dintre cele mai comune metale din scoarța terestră (locul al doilea după aluminiu).

O substanță simplă fierul este un metal maleabil alb-argintiu cu o reactivitate chimică ridicată: fier rapid corodează la temperaturi ridicate sau umiditate ridicată în aer.

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

În oxigen pur, fierul arde, iar în stare fin dispersată, se aprinde spontan în aer.

3Fe + 2O2 = FeO + Fe2O3

3Fe + 4H2O = FeO*Fe2O3

FeO*Fe2O3 = Fe3O4 (scara de fier)

De fapt, fierul este de obicei numit aliaje cu un conținut scăzut de impurități (până la 0,8%), care păstrează moliciunea și ductilitatea metalului pur. Dar, în practică, aliajele de fier cu carbon sunt mai des folosite: oțel (până la 2,14% în greutate carbon) și fontă (mai mult de 2,14% în greutate carbon), precum și oțel inoxidabil (aliat) cu adaos de aliaj. metale (crom, mangan, nichel etc.). Combinația dintre proprietățile specifice ale fierului și ale aliajelor sale îl fac „metalul nr. 1” în importanță pentru oameni.

În natură, fierul se găsește rar în forma sa pură, cel mai adesea apare ca parte a meteoriților fier-nichel. Prevalența fierului în scoarța terestră este de 4,65% (locul 4 după O, Si, Al). De asemenea, se crede că fierul constituie cea mai mare parte a miezului pământului.

2.Proprietăți

1.St. fizică Fierul este un metal tipic, în stare liberă este de culoare alb-argintiu cu o nuanță cenușie. Metalul pur este ductil, diverse impurități (în special carbonul) îi cresc duritatea și fragilitatea. Are proprietăți magnetice pronunțate. Adesea se distinge așa-numita „triada de fier” - un grup de trei metale (fier Fe, cobalt Co, nichel Ni) care au proprietăți fizice similare, raze atomice și valori de electronegativitate.

2.Insulele Chimice St.

Pentru fier, stările de oxidare ale fierului sunt caracteristice - +2 și +3.

Starea de oxidare +2 corespunde oxidului negru FeO și hidroxidului verde Fe(OH)2. Sunt de bază. În săruri, Fe(+2) este prezent ca cation. Fe(+2) este un agent reducător slab.

+3 stări de oxidare corespund oxidului de Fe 2 O 3 roșu-brun și hidroxidului de Fe(OH) 3 maro. Sunt de natură amfoteră, deși proprietățile lor acide și bazice sunt slab exprimate. Deci, ionii Fe 3+ sunt complet hidrolizat chiar și într-un mediu acid. Fe (OH) 3 se dizolvă (și chiar și atunci nu complet), doar în alcalii concentrate. Fe 2 O 3 reacționează cu alcalii numai atunci când este fuzionat, dând ferite(săruri formale ale unui acid care nu există sub formă liberă de acid HFeO2):

Fierul (+3) prezintă cel mai adesea proprietăți oxidante slabe.

Stările de oxidare +2 și +3 trec ușor între ele atunci când condițiile redox se schimbă.

În plus, există oxid de Fe 3 O 4, starea formală de oxidare a fierului în care este +8/3. Totuși, acest oxid poate fi considerat și ca ferită de fier (II) Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .

Există, de asemenea, o stare de oxidare de +6. Oxidul și hidroxidul corespunzător nu există în formă liberă, dar s-au obținut săruri - ferați (de exemplu, K 2 FeO 4). Fierul (+6) este în ele sub formă de anion. Ferratele sunt agenți oxidanți puternici.

Fierul metalic pur este stabil în apă și în soluții diluate. alcalii. Fierul nu se dizolvă în acizi sulfuric și azotic concentrați la rece datorită pasivării suprafeței metalice cu o peliculă puternică de oxid. Acidul sulfuric concentrat fierbinte, fiind un agent oxidant mai puternic, interactioneaza cu fierul.

DIN clorhidricși diluat (aproximativ 20%) sulfuric acizi fierul reacționează pentru a forma săruri de fier (II):

Când fierul reacţionează cu aproximativ 70% acid sulfuric când este încălzit, reacţia continuă cu formarea sulfat de fier (III).:

3. Oxizi și hidroxizi, CO și OM char-ka ...

Compuși de fier (II).

Oxidul de fier (II) FeO are proprietăți de bază, corespunde bazei Fe (OH) 2. Sărurile de fier (II) au o culoare verde deschis. Când sunt depozitate, în special în aer umed, devin maronii din cauza oxidării la fier (III). Același proces are loc în timpul depozitării soluțiilor apoase de săruri de fier (II):

Din sărurile de fier(II) în soluții apoase, stabile sare mora- sulfat dublu de amoniu si fier (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

Reactivul pentru ionii Fe 2+ în soluție poate fi hexacianoferat de potasiu (III) K 3 (sare roșie din sânge). Când ionii Fe 2+ și 3− interacționează, un precipitat turnbull albastru:

Pentru determinarea cantitativă a fierului (II) în soluție se utilizează fenantrolina, care formează un complex FePhen 3 roșu cu fier (II) într-un interval larg de pH (4-9)

Compuși de fier (III).

Oxid de fier(III) Fe 2 O 3 slab amfoteren, corespunde unei baze Fe (OH) 3 chiar mai slabe decât Fe (OH) 3, care reacţionează cu acizii:

Sărurile Fe 3+ tind să formeze hidrați cristalini. În ele, ionul Fe 3+ este de obicei înconjurat de șase molecule de apă. Astfel de săruri sunt de culoare roz sau violet.Ionul Fe 3+ este complet hidrolizat chiar și în mediu acid. La pH>4, acest ion este aproape complet precipitat sub formă de Fe (OH) 3:

Odată cu hidroliza parțială a ionului Fe 3+ se formează oxo- și hidroxocații polinucleare, datorită cărora soluțiile devin maronii Principalele proprietăți ale hidroxidului de fier (III) Fe (OH) 3 sunt foarte slab exprimate. Este capabil să reacționeze numai cu soluții alcaline concentrate:

Hidroxocomplexii de fier (III) rezultați sunt stabili numai în soluții puternic alcaline. Când soluțiile sunt diluate cu apă, acestea sunt distruse, iar Fe (OH) 3 precipită.

Atunci când este fuzionat cu alcalii și oxizi ai altor metale, Fe 2 O 3 formează o varietate de ferite:

Compușii de fier (III) în soluții sunt reduși de fier metalic:

Fierul (III) este capabil să formeze sulfați dubli cu încărcare unică cationi tip alaun, de exemplu, KFe (SO 4) 2 - alaun potasiu fier, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - alaun fier amoniu etc.

Pentru detectarea calitativă a compușilor de fier(III) într-o soluție, se utilizează o reacție calitativă a ionilor de Fe 3+ cu ionii de tiocianat. SCN − . Când ionii Fe 3+ interacționează cu anionii SCN −, se formează un amestec de complecși de tiocianat de fier roșu strălucitor 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Compoziția amestecului (și, prin urmare, intensitatea culorii acestuia) depinde de diverși factori, astfel încât această metodă nu este aplicabilă pentru determinarea calitativă precisă a fierului.

Un alt reactiv de înaltă calitate pentru ionii Fe 3+ este hexacianoferat de potasiu (II) K 4 (sare galbenă de sânge). Când ionii Fe 3+ și 4− interacționează, se formează un precipitat albastru strălucitor albastru de Prusia:

Compuși de fier (VI).

ferate- săruri ale acidului de fier H 2 FeO 4 care nu există sub formă liberă. Aceștia sunt compuși de culoare violetă, care amintesc de permanganați în proprietăți oxidante și de sulfați în solubilitate. Ferrații se obțin prin acțiunea gazoșilor clor sau ozon pe o suspensie de Fe (OH) 3 în alcali , de exemplu, ferat de potasiu (VI) K2FeO4. Ferratele sunt colorate în violet.

Se pot obține și ferate electroliză Soluție alcalină 30% pe un anod de fier:

Ferratele sunt agenți oxidanți puternici. Într-un mediu acid, se descompun odată cu eliberarea de oxigen:

Proprietățile oxidante ale feratelor sunt folosite pentru dezinfectarea apei.

4.Biorol

1) În organismele vii, fierul este un oligoelement important care catalizează procesele de schimb de oxigen (respirație).

2) Fierul este de obicei inclus în enzime sub formă de complex.În special, acest complex este prezent în hemoglobină, cea mai importantă proteină care asigură transportul oxigenului cu sânge către toate organele oamenilor și animalelor. Și el este cel care colorează sângele într-o culoare roșie caracteristică.

4) O doză excesivă de fier (200 mg și peste) poate avea un efect toxic. O supradoză de fier deprimă sistemul antioxidant al organismului, de aceea nu se recomandă utilizarea preparatelor din fier pentru persoanele sănătoase.