Тема 27. Железо.

ЖЕЛЕЗО КАК ПРЕДСТАВИТЕЛЬ МЕТАЛЛОВ ПОБОЧНЫХ ПОДГРУПП ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Железо известно человечеству многие столетия. Получать его из руд люди научились уже во втором тысячелетии до новой эры. Доступность железа вы­звала переворот в жизни человечества. Люди изобрели же­лезный плуг, железный топор, усовершенствовали колесо, выковали железные мечи.

Наступил «железный век» человечества. И в настоящеевремя этот век продолжается, несмотря на появление множе­ства других материалов.

Столь важное место железа в современной промышленно­сти объясняется ценными свойствами его сплавов, распро­странением в природе руд этого металла, сравнительно про­стым способом получения сплавов и их обработки. Сплавы железа — чугун и сталь — в промышленности называют чер­ными металлами. Остальные металлы — алюминий, медь, хром, серебро, золото и др. — цветными.

Положение железа в периодической системе.Строение атома железа

Железо (Fe) — элемент 4-го периода VIII группы побочнойподгруппы. Из этого следует, что электронная оболочка ато­ма железа включает четыре электронных слоя. На внешнемэлектронном слое у атома железа 2 электрона, а на предвнешнем — 14 электронов (рис. 54). С такимраспределением электронов по сло­ям в атомах химических элементов Вы еще не встречались. О том, как у атома железа на предвнешнем слое оказалось не 8, а 14 электронов, Выузнаете несколько позже.

Рис. 54. Схема распределения атома железа на предвнешнем слое электронов по слоям в атоме железа

Чистое железо — мягкий, пластичный металл серебрис­того цвета. Температура плавления железа 1539 °С, темпера­тура кипения 3200 °С, плотность 7,9 г/см3-

Химические свойства железа

Как элемент побочной подгруппы железо можетпроявлять несколько степеней окисления. Мы рассмотрим только соеди­нения, в которых железо проявляет степени окисления +2 и +3. Таким образом, можно говорить, что ужелеза имеется два ряда соединений, в которых оно двух- и трехвалентно.

Соединения железа(II)

При воздействии на железо не очень сильными окислите­лями его атомы легко отдают два электрона,превращаясь в ионы:

Fe° + 2Н+ + 2Сl- = Fe2+ + 2Сl- + Н2↑

Fe° + S° = Fe2+S2-

Fe2+S2- - сульфид железа

Fe° + Cu2+ + SO2-4 = Fe2+ + SO2-4 + Cu°

Окислителями или восстановителями яв­ляются атомы железа в этих химических превращениях?

Если на соли железа(II) подействовать щелочью, то обра­зуется гидроксид железа(II):

FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓+ Na2SO4

Оксид железа со степенью окисления +2 может быть по­лучен при взаимодействии железа с водой при сильном на­гревании:

Fe° + Н2О = Fe+2O + Н°2↑

Соединения железа(III)

При взаимодействии железа с сильными окислителямипоявляются соединения, в которых степень окисления желе­за равна +3:

2Fe° + 3Cl2° = 2Fe3+Cl-3

Гидроксид железа(II) на воздухе окисляется кислородом в присутствии воды до гидроксида железа(III). Процесс проте­кает довольно быстро, и гидроксид железа(II) на глазах ста­новится бурым:

4Fe(OH)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe(OH)3

Гидроксид железа(III) является основнойсоставляющей ржавчины, образующейся при взаимодействии железа с кис­лородом воздуха и водой.

Гидроксид железа(III) можно получить и действием щело­чи на соль трехвалентного железа:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓+ 3NaCl

При нагревании гидроксида железа(III) можно получитьоксид железа(III):

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + ЗН2О

Оксид и гидроксид железа(III) обладают слабыми амфотерными свойствами. С кислотами эти вещества проявляют основные свойства:

2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6Н2О

Fe2(SO4)3 - сульфат железа(III)

При действии на гидроксид железа(III) сильной щелочиобразуются соли, соответствующие кислоте HFeO2. Эти солиназываются ферритами.

Fe(OH)3 + NaOH = NaFeO2 + 2H2O

NaFeO2 - феррит натрия

При сжигании железа в кислороде образуется окалина,состав которой можно выразить формулой Fe3O4. Однако это не оксид, как можно было бы подумать, глядя на формулу, а феррит железа(II) Fe2+(Fe3+O2)2, получающийся при окисле­нии железа кислородом:

3Fe + 2О2 = Fe(FeO2)2

Таким образом, железо с химической точки зрения — это активный металл, имеющий два ряда соединений, в которыхоно имеет степени окисления +2 и +3.

Нахождение железа в природе

В природе железо встречается в виде самородков и мине­ралов. Некоторые минералы железа образуют крупные зале­жи, которые разрабатывают промышленным способом. Же­лезо добывают из руд, представляющих собой главным обра­зом оксиды железа. К ним относят красный железняк, или ге­матитFe2O3; магнитный железняк, или магнетит Fe3O4. На­ряду с этим добывается колчедан, или пирит FeS2 . Пирит ис­пользуют главным образом для получения серной кислоты.

Железо в виде различных соединений входит в состав все­возможных организмов. Так, оно входит в состав гемоглоби­на крови и участвует в связывании и переносе кислорода из легких в ткани всего организма. Железо входит в состав мно­гочисленных биологических катализаторов — ферментов и принимает участие в жизненно важных процессах, происхо­дящих в организмах живых существ.

Применение железа

Основная часть получаемого в мире железа используетсядля получения чугуна и стали — сплавов железа с углеродом и другими металлами. Чугуны содержат около 4% углерода. Стали содержат углерода менее 1,4%.

Чугуны необходимы для производства различных отли­вок — станин тяжелых машин и т.п.

Стали используются для изготовления машин, различныхстроительных материалов, балок, листов, проката, рельсов,инструмента и множества других изделий. Для производстваразличных сортов сталей применяют так называемые легиру­ющие добавки, которыми служат различные металлы: Мn, Сr, Мо и другие, улучшающие качество стали.

Последнее изменение: Суббота, 6 Декабрь 2014, 23:56