Երկաթի միացություններ. Երկաթ՝ ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 17:49

Երկաթից և դրա համաձուլվածքներից պատրաստված առաջին արտադրանքները հայտնաբերվել են պեղումների ժամանակ և թվագրվում են մոտավորապես մ.թ.ա. 4-րդ հազարամյակով: Այսինքն՝ նույնիսկ հին եգիպտացիներն ու շումերներն օգտագործում էին այս նյութի երկնաքարերի կուտակումները՝ զարդեր և կենցաղային իրեր, ինչպես նաև զենք պատրաստելու համար։

Այսօր երկաթի տարբեր միացությունները, ինչպես նաև մաքուր մետաղը ամենատարածված և օգտագործվող նյութերն են։ Զարմանալի չէ, որ 20-րդ դարը համարվում էր երկաթ: Ի վերջո, մինչ պլաստմասսա և հարակից նյութերի հայտնվելն ու լայն կիրառումը, հենց այս միացությունն ուներ որոշիչ նշանակություն մարդկանց համար։ Ինչ է այս տարրը և ինչ նյութեր է այն կազմում, մենք կքննարկենք այս հոդվածում:

Քիմիական տարր երկաթ

Եթե դիտարկենք ատոմի կառուցվածքը, ապա առաջին հերթին պետք է նշել նրա գտնվելու վայրը պարբերական համակարգում։

1. Սովորական թիվ - 26.
2. Ժամանակաշրջանը չորրորդ մեծն է։
3. Ութերորդ խումբ, երկրորդական ենթախումբ.
4. Ատոմային քաշը 55, 847 է։
5. Արտաքին էլեկտրոնային թաղանթի կառուցվածքը նշվում է 3d⁶4s^{2. բանաձևով}
6. Քիմիական տարրի խորհրդանիշ - Fe.
7. Անուն - երկաթ, կարդալովբանաձև - «ferrum»:
8. Բնության մեջ կան խնդրո առարկա տարրի չորս կայուն իզոտոպներ՝ 54, 56, 57, 58 զանգվածային թվերով:

Երկաթի քիմիական տարրը նույնպես ունի մոտ 20 տարբեր իզոտոպներ, որոնք կայուն չեն: Հնարավոր օքսիդացման վիճակներ, որոնք այս ատոմը կարող է դրսևորել՝

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Կարևոր է ոչ միայն բուն տարրը, այլև նրա տարբեր միացություններն ու համաձուլվածքները:

Ֆիզիկական հատկություններ

Որպես պարզ նյութ՝ երկաթն ունի ֆիզիկական հատկություններ՝ արտահայտված մետաղականությամբ։ Այսինքն՝ դա արծաթափայլ մետաղ է՝ մոխրագույն երանգով, որն ունի ճկունության և ճկունության բարձր աստիճան և հալման ու եռման բարձր ջերմաստիճան։ Եթե ավելի մանրամասն դիտարկենք բնութագրերը, ապա՝

• հալման կետ - 1539 0С;
• եռալ - 2862 0C;
• ակտիվություն - միջին;
• հրակայուն - բարձր;
• ցուցադրում է ընդգծված մագնիսական հատկություններ:

Կախված պայմաններից և տարբեր ջերմաստիճաններից, կան մի քանի փոփոխություններ, որոնք ձևավորում է երկաթը: Նրանց ֆիզիկական հատկությունները տարբերվում են նրանից, որ բյուրեղային ցանցերը տարբերվում են:

1. Ալֆա ձևը կամ ֆերիտը գոյություն ունի մինչև 769 0C։
2. 769-ից մինչև 917 0C - բետա ձև:
3. 917-1394 0С - գամմա ձև կամ ավստենիտ։
4. 1394-ից ավելի 0S - սիգմա երկաթ։

Բոլոր փոփոխություններն ունենբյուրեղյա ցանցերի կառուցվածքի տարբեր տեսակներ, ինչպես նաև տարբերվում են մագնիսական հատկություններով:

Քիմիական հատկություններ

Ինչպես նշվեց վերևում, երկաթ պարզ նյութը միջին քիմիական ակտիվություն է ցուցաբերում: Այնուամենայնիվ, նուրբ ցրված վիճակում այն կարող է ինքնաբուխ բռնկվել օդում, մինչդեռ մետաղն ինքնին այրվում է մաքուր թթվածնի մեջ:

Կոռոզիոն բարձր է, ուստի այս նյութի համաձուլվածքները պատված են լեգիրող միացություններով: Երկաթը կարող է փոխազդել հետևյալի հետ՝

• թթուներ;
• թթվածին (ներառյալ օդը);
• մոխրագույն;
• հալոգեններ;
• երբ տաքացվում է - ազոտի, ֆոսֆորի, ածխածնի և սիլիցիումի հետ;
• պակաս ակտիվ մետաղների աղերով՝ դրանք վերածելով պարզ նյութերի;
• կենդանի գոլորշիով;
• երկաթի աղերով օքսիդացման վիճակում +3.

Ակնհայտ է, որ նման ակտիվություն դրսևորելով՝ մետաղը կարողանում է ձևավորել տարբեր միացություններ՝ տարբեր և բևեռային հատկություններով։ Եվ այդպես էլ լինում է։ Երկաթը և նրա միացությունները չափազանց բազմազան են և օգտագործվում են գիտության, տեխնիկայի, արդյունաբերական մարդու գործունեության տարբեր ճյուղերում։

Տարածվել բնության մեջ

Երկաթի բնական միացությունները բավականին տարածված են, քանի որ այն մեր մոլորակի վրա երկրորդ ամենաառատ տարրն է ալյումինից հետո: Միևնույն ժամանակ, իր մաքուր տեսքով մետաղը չափազանց հազվադեպ է, որպես երկնաքարերի մաս, ինչը վկայում է տարածության մեջ նրա մեծ կուտակումների մասին։ Հիմնական զանգվածը պարունակվում է հանքաքարերի, ապարների և օգտակար հանածոների բաղադրության մեջ։

Եթեխոսել բնության մեջ խնդրո առարկա տարրի տոկոսի մասին, ապա կարող ենք տրվել հետևյալ թվերը։

1. Երկրային մոլորակների միջուկները՝ 90%.
2. Երկրակեղևում - 5%.
3. Երկրի թիկնոցում՝ 12%.
4. Երկրի միջուկում՝ 86%.
5. Գետի ջրում - 2 մգ/լ։
6. Ծովում և օվկիանոսում՝ 0,02 մգ/լ։

Երկաթի ամենատարածված միացությունները կազմում են հետևյալ հանքանյութերը.

• մագնետիտ;
• լիմոնիտ կամ շագանակագույն երկաթաքար;
• վիվիանիտ;
• պիրրոտիտ;
• պիրիտ;
• siderite;
• մարկազիտ;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterite և այլք։

Սա հեռու է ամբողջական ցանկից, քանի որ դրանք իսկապես շատ են: Բացի այդ, լայնորեն տարածված են տարբեր համաձուլվածքներ, որոնք ստեղծվում են մարդու կողմից։ Սրանք նույնպես այնպիսի երկաթի միացություններ են, առանց որոնց դժվար է պատկերացնել մարդկանց ժամանակակից կյանքը։ Դրանք ներառում են երկու հիմնական տեսակ՝

• չուգուն;
• պողպատ.

Դա նաև երկաթ է, որը արժեքավոր հավելում է նիկելի բազմաթիվ համաձուլվածքների համար:

Երկաթի(II) միացություններ

Դրանք ներառում են նրանք, որոնցում ձևավորող տարրի օքսիդացման աստիճանը +2 է: Դրանք բավականին շատ են, քանի որ ներառում են՝

• օքսիդ;
• հիդրօքսիդ;
• երկուական միացություններ;
• բարդ աղեր;
• բարդ միացություններ.

Քիմիական միացությունների բանաձևերը, որոնցում երկաթը ցուցադրում է օքսիդացման նշված աստիճանը, անհատական են յուրաքանչյուր դասի համար: Դիտարկենք դրանցից ամենակարևորն ու ընդհանուրը։

1. Երկաթի օքսիդ (II). Սև փոշի, ջրի մեջ չլուծվող: Կապի բնույթը հիմնական է: Այն կարող է արագ օքսիդանալ, սակայն այն կարող է նաև հեշտությամբ վերածվել պարզ նյութի։ Այն լուծվում է թթուների մեջ՝ առաջացնելով համապատասխան աղեր։ Բանաձև - FeO.
2. Երկաթի(II) հիդրօքսիդ. Սպիտակ ամորֆ նստվածք է։ Առաջանում է հիմքերի (ալկալիների) հետ աղերի փոխազդեցությամբ։ Ցույց է տալիս թույլ հիմնական հատկությունները, կարողանում է օդում արագ օքսիդանալ մինչև երկաթի միացություններ +3։ Բանաձև - Fe(OH)_2.
3. Նշված օքսիդացման վիճակում գտնվող տարրի աղեր. Որպես կանոն ունեն լուծույթի գունատ կանաչ գույն, լավ օքսիդանում են նույնիսկ օդում, ստանում մուգ շագանակագույն երանգ և վերածվում երկաթի աղերի 3. Լուծվում են ջրում։ Բաղադրյալ օրինակներ՝ FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Նշանակված նյութերի մեջ գործնական նշանակություն ունեն մի քանի միացություններ: Նախ, երկաթ (II) քլորիդ: Սա անեմիա ունեցող մարդու մարմնի իոնների հիմնական մատակարարն է: Երբ հիվանդի մոտ նման հիվանդություն է ախտորոշվում, նրան նշանակվում են բարդ պատրաստուկներ, որոնք հիմնված են տվյալ միացության վրա։ Ահա թե ինչպես է օրգանիզմում լրացվում երկաթի պակասը։

Երկրորդ՝ երկաթի (II) սուլֆատը, պղնձի հետ միասին օգտագործվում է մշակաբույսերի գյուղատնտեսական վնասատուներին ոչնչացնելու համար։ Մեթոդն իր արդյունավետությունն ապացուցում է ավելի քան մեկ տասնամյակ, հետևաբար այն շատ է գնահատվում այգեպանների և այգեպանների կողմից։

Mora S alt

Այս կապըորը հիդրատացված երկաթի և ամոնիումի սուլֆատ է: Դրա բանաձևը գրված է որպես FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2Օ. Երկաթի միացություններից մեկը (II), որը լայնորեն կիրառվում է գործնականում։ Մարդու օգտագործման հիմնական ոլորտները հետևյալն են.}

1. Pharmaceuticals.
2. Գիտական հետազոտություններ և լաբորատոր տիտրաչափական անալիզներ (քրոմի, կալիումի պերմանգանատի, վանադիումի որոշման համար):
3. Բժշկություն՝ որպես սննդի հավելում հիվանդի օրգանիզմում երկաթի պակասով։
4. Փայտե արտադրանքի ներծծման համար, քանի որ Մորայի աղը պաշտպանում է քայքայման գործընթացներից:

Կան այլ ոլորտներ, որտեղ օգտագործվում է այս նյութը: Այն ստացել է իր անունը ի պատիվ գերմանացի քիմիկոսի, ով առաջինը հայտնաբերեց դրսևորված հատկությունները:

Նյութեր երկաթի (III) օքսիդացման վիճակով

Երկաթի միացությունների հատկությունները, որոնցում այն ցուցադրում է +3 օքսիդացման վիճակ, որոշ չափով տարբերվում են վերը քննարկվածներից: Այսպիսով, համապատասխան օքսիդի և հիդրօքսիդի բնույթն այլևս ոչ թե հիմնական է, այլ արտահայտված ամֆոտերիկ։ Տանք հիմնական նյութերի նկարագրությունը։

1. Երկաթի օքսիդ (III). Փոշը նուրբ բյուրեղային է, կարմիր-շագանակագույն գույնի։ Այն չի լուծվում ջրում, ցուցաբերում է թեթևակի թթվային, ավելի ամֆոտերային հատկություններ։ Բանաձև՝ Fe₂O_3.
2. Երկաթի(III) հիդրօքսիդ. Նյութ, որը նստում է, երբ ալկալիները փոխազդում են համապատասխան երկաթի աղերի հետ։ Նրա բնավորությունը արտահայտված է ամֆոտերիկ, գույնը՝ դարչնագույն-շագանակագույն։ Բանաձև՝ Fe(OH)_3.
3. Աղեր, որոնք ներառում են Fe³⁺ կատիոն:Դրանցից շատերը մեկուսացված են, բացառությամբ կարբոնատի, քանի որ տեղի է ունենում հիդրոլիզ և ածխաթթու գազ արտազատվում: Որոշ աղերի բանաձեւերի օրինակներ՝ Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO)4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{և այլն:}

Վերոնշյալ օրինակներից, գործնական տեսանկյունից, այնպիսի բյուրեղային հիդրատ, ինչպիսին է FeCL₃6H_{2O, կամ երկաթի քլորիդ հեքսահիդրատը կարևոր է (III): Բժշկության մեջ օգտագործվում է արյունահոսությունը դադարեցնելու և անեմիայի դեպքում օրգանիզմում երկաթի իոնները համալրելու համար։}

Երկաթի (III) սուլֆատ 9-հիդրատը օգտագործվում է խմելու ջրի մաքրման համար, քանի որ այն գործում է որպես մակարդիչ:

Երկաթի(VI) միացություններ

Երկաթի քիմիական միացությունների բանաձևերը, որտեղ այն ցուցադրում է +6 հատուկ օքսիդացման աստիճան, կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 և այլն:}

Նրանք բոլորն ունեն ընդհանուր անվանում՝ ֆերատներ և ունեն նմանատիպ հատկություններ (ուժեղ վերականգնող նյութեր): Նրանք նաև ունակ են ախտահանել և ունենալ մանրէասպան ազդեցություն։ Սա թույլ է տալիս դրանք օգտագործել արդյունաբերական մասշտաբով խմելու ջրի բուժման համար:

Բարդ միացություններ

Հատուկ նյութերը շատ կարևոր են անալիտիկ քիմիայում և ոչ միայն։ Նրանք, որոնք առաջանում են աղերի ջրային լուծույթներում։ Սրանք երկաթի բարդ միացություններ են։ Ամենահայտնի և լավ ուսումնասիրվածները հետևյալն են.

1. Կալիումի հեքսացիանոֆերատ (II)K₄[Fe(CN)₆]: Միացության մեկ այլ անուն է դեղին արյան աղ: Օգտագործվում է լուծույթում Fe³⁺ երկաթի իոնի որակական որոշման համար։ Բացահայտման արդյունքում լուծույթը ձեռք է բերում գեղեցիկ վառ կապույտ գույն, քանի որ ձևավորվում է մեկ այլ բարդույթ՝ պրուսական կապույտ KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]: Հին ժամանակներից այն օգտագործվել է որպես գործվածքների ներկանյութ։}
2. Կալիումի հեքսացիանոֆերատ (III) K₃[Fe(CN)₆]: Մեկ այլ անուն է կարմիր արյան աղ: Օգտագործվում է որպես որակական ռեագենտ երկաթի իոնի Fe^{2+ որոշման համար: Արդյունքում առաջանում է կապույտ նստվածք, որը կոչվում է Turnbull blue։ Օգտագործվում է նաև որպես գործվածքների ներկ։}

Երկաթ օրգանական նյութերում

Երկաթը և նրա միացությունները, ինչպես տեսանք, մեծ գործնական նշանակություն ունեն մարդու տնտեսական կյանքում։ Սակայն բացի սրանից ոչ պակաս մեծ է նրա կենսաբանական դերն օրգանիզմում, ընդհակառակը։

Կա մեկ շատ կարևոր օրգանական միացություն՝ սպիտակուցը, որը ներառում է այս տարրը։ Սա հեմոգլոբին է: Նրա շնորհիվ է, որ թթվածինը տեղափոխվում է, և իրականացվում է միատեսակ ու ժամանակին գազափոխանակություն։ Հետևաբար, երկաթի դերը կենսական գործընթացում՝ շնչառություն, պարզապես հսկայական է։

Ընդհանուր առմամբ, մարդու օրգանիզմը պարունակում է մոտ 4 գրամ երկաթ, որը պետք է անընդհատ համալրվի օգտագործվող սննդի միջոցով։