תרכובות ברזל. ברזל: תכונות פיזיקליות וכימיות

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 17:47

המוצרים הראשונים העשויים מברזל וסגסוגותיו נמצאו במהלך חפירות ומתוארכים בערך לאלף הרביעי לפני הספירה. כלומר, אפילו המצרים והשומרים הקדמונים השתמשו במרבצי מטאוריטים של החומר הזה לייצור תכשיטים וחפצי בית, כמו גם כלי נשק.

כיום, סוגים שונים של תרכובות ברזל, כמו גם מתכת טהורה, הם החומרים הנפוצים והשימושיים ביותר. לא פלא שהמאה ה-20 נחשבה לברזל. אחרי הכל, לפני הופעתו והשימוש הנרחב בפלסטיק וחומרים נלווים, התרכובת הזו הייתה בעלת חשיבות מכרעת עבור בני האדם. מהו יסוד זה ואיזה חומרים הוא יוצר, נשקול במאמר זה.

אלמנט כימי ברזל

אם ניקח בחשבון את מבנה האטום, אז קודם כל צריך לציין את מיקומו במערכת המחזורית.

1. מספר רגיל - 26.
2. תקופה היא הרביעית הגדולה.
3. קבוצה שמינית, תת-קבוצה משנית.
4. משקל אטומי הוא 55, 847.
5. מבנה מעטפת האלקטרון החיצונית מצוין בנוסחה 3d⁶4s^2.
6. סמל אלמנט כימי - Fe.
7. שם - ברזל, קריאה פנימהנוסחה - "ferrum".
8. בטבע, ישנם ארבעה איזוטופים יציבים של היסוד המדובר עם מספרי המסה 54, 56, 57, 58.

ליסוד הכימי ברזל יש גם כ-20 איזוטופים שונים שאינם יציבים. חמצון אפשרי אומר שאטום זה יכול להפגין:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

לא רק היסוד עצמו חשוב, אלא גם התרכובות והסגסוגות השונות שלו.

נכסים פיזיים

כחומר פשוט, לברזל יש תכונות פיזיקליות עם מתכתיות בולטת. כלומר, מדובר במתכת כסופה-לבנה בעלת גוון אפור, בעלת דרגת גמישות וגמישות גבוהה ונקודת התכה ורתיחה גבוהה. אם נשקול את המאפיינים ביתר פירוט, אז:

• נקודת התכה - 1539 0С;
• boil - 2862 0C;
• פעילות - בינוני;
• עקשן - גבוה;
• מציג מאפיינים מגנטיים בולטים.

בהתאם לתנאים וטמפרטורות שונות, ישנם מספר שינויים שיוצרים ברזל. התכונות הפיזיקליות שלהם שונות מהעובדה שסריג הגבישים שונים.

1. צורת האלפא, או פריט, קיימת עד לטמפרטורה של 769 0C.
2. מ-769 עד 917 0C - טופס ביטא.
3. 917-1394 0С - צורת גמא, או austenite.
4. מעל 1394 0S - ברזל סיגמא.

לכל השינויים ישסוגים שונים של מבנה של סריג קריסטל, וגם נבדלים בתכונות מגנטיות.

מאפיינים כימיים

כפי שהוזכר לעיל, החומר הפשוט ברזל מפגין פעילות כימית בינונית. עם זאת, במצב מפוזר דק, הוא יכול להתלקח באופן ספונטני באוויר, בעוד המתכת עצמה נשרפת בחמצן טהור.

יכולת הקורוזיה גבוהה, ולכן הסגסוגות של החומר הזה מצופות בתרכובות סגסוגות. ברזל מסוגל ליצור אינטראקציה עם:

• acids;
• חמצן (כולל אוויר);
• grey;
• halogens;
• בעת חימום - עם חנקן, זרחן, פחמן וסיליקון;
• עם מלחים של מתכות פחות פעילות, הפחתתם לחומרים פשוטים;
• עם קיטור חי;
• עם מלחי ברזל במצב חמצון +3.

ברור שעם פעילות כזו, המתכת מסוגלת ליצור תרכובות שונות, מגוונות וקוטביות בתכונותיהן. וכך זה קורה. הברזל ותרכובותיו מגוונים ביותר ומשמשים בענפים שונים של מדע, טכנולוגיה, פעילות אנושית תעשייתית.

פזר בטבע

תרכובות ברזל טבעיות נפוצות למדי, מכיוון שזהו היסוד השני בשכיחותו בכוכב הלכת שלנו אחרי אלומיניום. יחד עם זאת, בצורתה הטהורה, המתכת נדירה ביותר, כחלק ממטאוריטים, דבר המעיד על הצטברויותיה הגדולות בחלל. המסה העיקרית כלולה בהרכב של עפרות, סלעים ומינרלים.

אםכדי לדבר על האחוז של האלמנט המדובר בטבע, אז ניתן לתת את הנתונים הבאים.

1. הליבות של כוכבי הלכת הארציים - 90%.
2. בקליפת כדור הארץ - 5%.
3. במעטפת של כדור הארץ - 12%.
4. בליבה של כדור הארץ - 86%.
5. במי נהר - 2 מ"ג/ליטר.
6. בים ובאוקיינוס - 0.02 מ"ג/ליטר.

תרכובות הברזל הנפוצות ביותר יוצרות את המינרלים הבאים:

• magnetite;
• לימוניט או אבן ברזל חומה;
• vivianite;
• pyrrhotite;
• pyrite;
• siderite;
• marcasite;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterite ואחרים.

זו רחוקה מלהיות רשימה מלאה, כי יש באמת הרבה כאלה. בנוסף, סגסוגות שונות שנוצרו על ידי האדם נפוצות. אלה גם תרכובות ברזל כאלה, שבלעדיהם קשה לדמיין את החיים המודרניים של אנשים. אלה כוללים שני סוגים עיקריים:

• ברזל יצוק;
• פלדה.

זהו גם ברזל שהוא תוספת חשובה לסגסוגות ניקל רבות.

תרכובות Iron(II)

אלה כוללים את אלה שבהם מצב החמצון של היסוד היוצר הוא +2. הם רבים למדי, מכיוון שהם כוללים:

• oxide;
• hydroxide;
• תרכובות בינאריות;
• מלחים מורכבים;
• תרכובות מורכבות.

הנוסחאות של תרכובות כימיות בהן הברזל מציג את דרגת החמצון המצוינת הן אינדיבידואליות עבור כל מחלקה. שקול את החשוב והמשותף שבהם.

1. תחמוצת ברזל (II). אבקה שחורה, בלתי מסיס במים. אופי הקשר הוא בסיסי. הוא מסוגל להתחמצן במהירות, עם זאת, ניתן גם לצמצם אותו בקלות לחומר פשוט. הוא מתמוסס בחומצות ליצירת המלחים המתאימים. נוסחה - FeO.
2. Iron(II) hydroxide. זהו משקע אמורפי לבן. נוצר על ידי תגובה של מלחים עם בסיסים (אלקליים). הוא מראה תכונות בסיסיות חלשות, מסוגל להתחמצן במהירות באוויר לתרכובות ברזל +3. נוסחה - Fe(OH)_2.
3. מלחים של יסוד במצב החמצון שצוין. ככלל, יש להם צבע ירוק בהיר של התמיסה, מתחמצנים היטב אפילו באוויר, מקבלים צבע חום כהה והופכים למלחי ברזל 3. הם מתמוססים במים. דוגמאות מורכבות: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

ערך מעשי בין החומרים המיועדים יש כמה תרכובות. ראשית, ברזל(II) כלוריד. זהו הספק העיקרי של יונים לגוף האדם עם אנמיה. כאשר מחלה כזו מאובחנת בחולה, רושמים לו תכשירים מורכבים, המבוססים על התרכובת המדוברת. כך מתחדש מחסור בברזל בגוף.

שנית, סולפט ברזל, כלומר ברזל (II) סולפט, יחד עם נחושת משמש להשמדת מזיקים חקלאיים בגידולים. השיטה מוכיחה את יעילותה כבר יותר מעשור, ולכן היא זוכה להערכה רבה בקרב גננים וגננים.

Mora S alt

החיבור הזהשהוא ברזל hydrated ואמוניום גופרתי. הנוסחה שלו כתובה כ-FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. אחת התרכובות של ברזל (II), אשר נמצא בשימוש נרחב בפועל. תחומי השימוש העיקריים של האדם הם כדלקמן.}

1. Pharmaceuticals.
2. מחקר מדעי וניתוחים טיטרימטריים במעבדה (לקביעת כרום, אשלגן פרמנגנט, ונדיום).
3. רפואה - כתוסף למזון עם מחסור בברזל בגוף המטופל.
4. להספגה של מוצרי עץ, שכן מלח מורה מגן מפני תהליכי ריקבון.

ישנם אזורים נוספים שבהם נעשה שימוש בחומר זה. הוא קיבל את שמו לכבוד הכימאי הגרמני שגילה לראשונה תכונות גלויות.

חומרים עם מצב חמצון של ברזל (III)

התכונות של תרכובות ברזל, שבהן הוא מציג מצב חמצון של +3, שונות במקצת מאלה שנדונו לעיל. לפיכך, אופי התחמוצת וההידרוקסיד המתאימים כבר אינו בסיסי, אלא מבוטא אמפוטרי. בוא ניתן תיאור של החומרים העיקריים.

1. תחמוצת ברזל (III). האבקה היא גבישית עדינה, בצבע אדום-חום. הוא אינו מתמוסס במים, מפגין תכונות מעט חומציות, אמפוטריות יותר. נוסחה: Fe₂O_3.
2. Iron(III) hydroxide. חומר שמשקע כאשר אלקליות מגיבות עם מלחי הברזל המתאימים. אופיו מבוטא אמפוטרי, הצבע חום-חום. נוסחה: Fe(OH)_3.
3. מלחים, הכוללים את הקטיון Fe³⁺.רבים מאלה בודדו, למעט קרבונט, מכיוון שמתרחשת הידרוליזה ומשתחרר פחמן דו חמצני. דוגמאות לנוסחאות לכמה מלחים: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{ואחרים.}

בין הדוגמאות לעיל, מנקודת מבט מעשית, הידרט גבישי כמו FeCL₃6H_{2O, או ברזל כלוריד hexahydrate חשוב (III). הוא משמש ברפואה לעצירת דימום ולחידוש יוני ברזל בגוף במקרה של אנמיה.}

Iron(III) sulfate 9-hydrate משמש לטיהור מי שתייה מכיוון שהם פועלים כחומר קרישה.

תרכובות Iron(VI)

ניתן לכתוב את הנוסחאות של התרכובות הכימיות של ברזל, שבהן הוא מציג מצב חמצון מיוחד של +6, כך:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 ואחרים.}

לכולם יש שם משותף - ferrates - ויש להם תכונות דומות (חומרים מפחיתים חזקים). הם גם מסוגלים לחטא ויש להם השפעה חיידקית. זה מאפשר להשתמש בהם לטיפול במי שתייה בקנה מידה תעשייתי.

תרכובות מורכבות

חומרים מיוחדים חשובים מאוד בכימיה אנליטית ולא רק. אלה שנוצרים בתמיסות מימיות של מלחים. אלו הן תרכובות מורכבות של ברזל. הפופולריים והנחקרים ביותר הם כדלקמן.

1. פוטסיום הקסציאנופראט (II)K₄[Fe(CN)₆]. שם נוסף לתרכובת הוא מלח דם צהוב. הוא משמש לקביעה איכותית של Fe³⁺ יון ברזל בתמיסה. כתוצאה מהחשיפה, התמיסה מקבלת צבע כחול בוהק ויפה, שכן נוצר קומפלקס נוסף - כחול פרוסי KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. מאז ימי קדם, הוא שימש כצבע לבד.}
2. פוטסיום hexacyanoferrate (III) K₃[Fe(CN)₆]. שם נוסף הוא מלח דם אדום. משמש כמגיב איכותי לקביעת יון ברזל Fe^{2+. כתוצאה מכך נוצר משקע כחול, הנקרא Turnbull blue. משמש גם כצבע בד.}

ברזל בחומר אורגני

לברזל ולתרכובותיו, כפי שראינו, חשיבות מעשית רבה בחייו הכלכליים של האדם. אולם בנוסף לכך, תפקידו הביולוגי בגוף גדול לא פחות, להיפך.

יש תרכובת אורגנית חשובה מאוד, חלבון, הכוללת את היסוד הזה. זה המוגלובין. הודות לו מועבר חמצן ומתבצע חילופי גזים אחידים ובזמן. לכן, תפקידו של הברזל בתהליך החיוני - נשימה - הוא פשוט עצום.

בסך הכל, גוף האדם מכיל כ-4 גרם ברזל, אותו יש למלא כל הזמן באמצעות מזון הנצרך.