การรับธาตุเหล็กในสองวิธี โลหะเหล็ก: ลักษณะพื้นฐาน การผลิตและการใช้เหล็ก สถานะออกซิเดชันของเหล็กในสารประกอบ

ธาตุเหล็กเป็นธาตุที่แปดของคาบที่สี่ในตารางธาตุ ตัวเลขในตาราง (หรือที่เรียกว่าอะตอม) คือ 26 ซึ่งสอดคล้องกับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสและอิเล็กตรอนในเปลือกอิเล็กตรอน ถูกกำหนดโดยตัวอักษรสองตัวแรกของภาษาละตินที่เทียบเท่า - Fe (Latin Ferrum - อ่านว่า "ferrum") เหล็กเป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับสองในเปลือกโลก โดยมีเปอร์เซ็นต์อยู่ที่ 4.65% (อะลูมิเนียมที่พบมากที่สุดคืออัล) ในรูปแบบดั้งเดิมโลหะนี้ค่อนข้างหายากและมักจะขุดจากแร่ผสมกับนิกเกิล

ติดต่อกับ

ลักษณะของการเชื่อมต่อนี้คืออะไร? เหล็กในฐานะอะตอมประกอบด้วยโครงผลึกโลหะ เนื่องจากความแข็งของสารประกอบที่มีองค์ประกอบนี้และความเสถียรของโมเลกุลจึงมั่นใจได้ ในการเชื่อมต่อกับโลหะนี้เป็นเรื่องปกติ แข็งไม่เหมือนปรอท

ธาตุเหล็กเป็นสารธรรมดา- โลหะสีเงินที่มีคุณสมบัติตามแบบฉบับขององค์ประกอบกลุ่มนี้: ความอ่อนตัว ความมันวาวของโลหะ และความเหนียว นอกจากนี้ ธาตุเหล็กยังมีปฏิกิริยาสูง คุณสมบัติหลังนี้พิสูจน์ได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเหล็กสึกกร่อนอย่างรวดเร็วในที่ที่มีอุณหภูมิสูงและความชื้นที่เหมาะสม ในออกซิเจนบริสุทธิ์ โลหะนี้เผาไหม้ได้ดี และถ้าคุณสลายมันเป็นอนุภาคขนาดเล็กมาก พวกมันจะไม่เพียงเผาไหม้แต่จะจุดไฟได้เองตามธรรมชาติ

บ่อยครั้งที่เราเรียกเหล็กไม่ใช่โลหะบริสุทธิ์ แต่เป็นโลหะผสมที่มีคาร์บอน © เช่น เหล็กกล้า (<2,14% C) и чугун (>2.14% ค). อุตสาหกรรมที่มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่นกันคือโลหะผสมที่มีการเติมโลหะเจือ (นิกเกิล แมงกานีส โครเมียมและอื่น ๆ ) เนื่องจากเหล็กกลายเป็นสแตนเลส เช่น อัลลอยด์ จากสิ่งนี้จะเห็นได้ชัดว่ากว้างขวางเพียงใด งานอุตสาหกรรมมีโลหะนี้

ลักษณะเฟ

คุณสมบัติทางเคมีของเหล็ก

มาดูคุณสมบัติขององค์ประกอบนี้กันดีกว่า

คุณสมบัติของสารอย่างง่าย

• การเกิดออกซิเดชันในอากาศที่ความชื้นสูง (กระบวนการกัดกร่อน):

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe (OH) 3 - เหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์ (ไฮดรอกไซด์)

• การเผาไหม้ของลวดเหล็กในออกซิเจนด้วยการก่อตัวของออกไซด์ผสม (ประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีทั้งสถานะออกซิเดชัน +2 และสถานะออกซิเดชัน +3):

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (มาตราส่วนเหล็ก) เกิดปฏิกิริยาได้เมื่อถูกความร้อนถึง 160 ⁰C

• ปฏิกิริยากับน้ำที่อุณหภูมิสูง (600-700 ⁰C):

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

• ปฏิกิริยากับอโลหะ:

ก) ปฏิกิริยากับฮาโลเจน (สำคัญ! ในปฏิสัมพันธ์นี้ จะได้รับสถานะออกซิเดชันของธาตุ +3)

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 - เฟอริกคลอไรด์

ข) ปฏิกิริยากับกำมะถัน (สำคัญ! ในปฏิกิริยานี้ ธาตุมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ +2)

เหล็ก (III) ซัลไฟด์ - Fe2S3 สามารถรับได้ในปฏิกิริยาอื่น:

Fe2O3 + 3H2S = Fe2S3 + 3H2O

ค) การก่อตัวของหนาแน่น

Fe + 2S = FeS2 - หนาแน่น ให้ความสนใจกับสถานะออกซิเดชันของธาตุที่ประกอบเป็นสารประกอบนี้: Fe (+2), S (-1)

• ปฏิกิริยากับเกลือของโลหะซึ่งอยู่ในชุดเคมีไฟฟ้าของกิจกรรมโลหะทางด้านขวาของ Fe:

Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu - เหล็ก (II) คลอไรด์

• ปฏิกิริยากับกรดเจือจาง (เช่น ไฮโดรคลอริกและซัลฟิวริก):

Fe + HBr = FeBr2 + H2

เฟ + HCl = FeCl2 + H2

โปรดทราบว่าปฏิกิริยาเหล่านี้ผลิตเหล็กในสถานะออกซิเดชัน +2

• ในกรดที่ไม่เจือปนซึ่งเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงที่สุด ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อถูกความร้อนเท่านั้น ในกรดเย็น โลหะจะถูกทำให้ไม่เกิดปฏิกิริยา:

Fe + H2SO4 (เข้มข้น) = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O

เฟ + 6HNO3 = เฟ (NO3) 3 + 3NO2 + 3H2O

• คุณสมบัติ amphoteric ของเหล็กปรากฏขึ้นเฉพาะเมื่อทำปฏิกิริยากับด่างเข้มข้น:

Fe + 2KOH + 2H2O = K2 + H2 - โพแทสเซียม tetrahydroxyferrate (II) ตกตะกอน

กระบวนการผลิตเหล็กหมูเตาหลอม

• การคั่วและการสลายตัวของแร่ซัลไฟด์และคาร์บอเนตในภายหลัง (การปลดปล่อยของโลหะออกไซด์):

FeS2 -> Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2) ปฏิกิริยานี้เป็นขั้นตอนแรกในการสังเคราะห์กรดซัลฟิวริกทางอุตสาหกรรม

FeCO3 -> Fe2O3 (O2, 550-600 ⁰C, -CO2)

• โค้กที่ไหม้ (ส่วนเกิน):

С (โค้ก) + O2 (อากาศ) -> CO2 (600-700 ⁰C)

CO2 + C (โค้ก) -> 2CO (750-1000 ⁰C)

• การลดคาร์บอนมอนอกไซด์ของแร่ที่มีออกไซด์:

Fe2O3 -> Fe3O4 (CO, -CO2)

Fe3O4 -> FeO (CO, -CO2)

เฟO -> เฟ (CO, -CO2)

• คาร์บูไรเซชันของเหล็ก (สูงสุด 6.7%) และการหลอมเหล็กหล่อ (อุณหภูมิหลอมเหลว - 1145 ⁰C)

Fe (ของแข็ง) + C (โค้ก) -> เหล็กหล่อ อุณหภูมิของปฏิกิริยาคือ 900-1200 ⁰C

ในเหล็กหล่อ ซีเมนต์ (Fe2C) และกราไฟต์มักปรากฏอยู่ในรูปของเมล็ดพืช

การแสดงคุณลักษณะของสารประกอบที่ประกอบด้วย Fe

มาศึกษาคุณสมบัติของสารประกอบแต่ละชนิดแยกกัน

Fe3O4

เหล็กออกไซด์แบบผสมหรือแบบคู่ซึ่งมีธาตุที่มีสถานะออกซิเดชันเป็นทั้ง +2 และ +3 เรียกอีกอย่างว่า Fe3O4 เหล็กออกไซด์... สารประกอบนี้ทนต่ออุณหภูมิสูง ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำไอน้ำ สลายตัวด้วยกรดแร่ สามารถลดลงได้ด้วยไฮโดรเจนหรือเหล็กที่อุณหภูมิสูง ดังที่คุณเข้าใจได้จากข้อมูลข้างต้น มันเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในห่วงโซ่ปฏิกิริยา การผลิตภาคอุตสาหกรรมเหล็กหล่อ.

ใช้มาตราส่วนเหล็กเดียวกันโดยตรงในการผลิตสีที่มีแร่ธาตุ ซีเมนต์สี และเซรามิก Fe3O4 คือสิ่งที่ได้มาจากเหล็กใส่ร้ายป้ายสีและสีน้ำเงิน ออกไซด์ผสมได้มาจากการเผาไหม้ของเหล็กในอากาศ (ปฏิกิริยาได้รับข้างต้น) แร่ที่มีออกไซด์เป็นแร่แมกนีไทต์

Fe2O3

เหล็ก (III) ออกไซด์ชื่อเล็กน้อย - ออกไซด์, สารเป็นสีน้ำตาลแดง. ทนต่ออุณหภูมิสูง ในรูปแบบบริสุทธิ์ มันไม่ได้เกิดขึ้นในระหว่างการออกซิเดชันของเหล็กโดยออกซิเจนในบรรยากาศ ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ เกิดเป็นไฮเดรตที่ตกตะกอน ทำปฏิกิริยาได้ไม่ดีกับด่างและกรดเจือจาง สามารถหลอมรวมกับออกไซด์ของโลหะอื่น ๆ ทำให้เกิดนิล - ดับเบิ้ลออกไซด์

แร่เหล็กแดงใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กสุกรทางอุตสาหกรรมโดยวิธีเตาหลอม นอกจากนี้ยังเร่งปฏิกิริยา กล่าวคือ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมแอมโมเนีย ใช้ในบริเวณเดียวกับขี้เหล็ก นอกจากนี้ยังใช้เป็นสื่อเสียงและภาพบนเทปแม่เหล็ก

FeOH2

เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีคุณสมบัติเป็นกรดและด่าง ซึ่งมีคุณสมบัติเหนือกว่า กล่าวคือ เป็นแอมโฟเทอริก สาร สีขาวซึ่งออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศ "เปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล" เป็นไฮดรอกไซด์ของเหล็ก (III) อาจเกิดการสลายตัวเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิ ทำปฏิกิริยากับสารละลายกรดอ่อนและด่าง ไม่ละลายในน้ำ ในปฏิกิริยาจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในปฏิกิริยาการกัดกร่อน

การตรวจจับไอออน Fe2 + และ Fe3 + (ปฏิกิริยา "เชิงคุณภาพ")

การรับรู้ของไอออน Fe2 + และ Fe3 + ในสารละลายที่เป็นน้ำนั้นดำเนินการโดยใช้คอมเพล็กซ์ สารประกอบเชิงซ้อน- K3 เกลือเลือดแดง และ K4 เกลือเลือดเหลือง ตามลำดับ ในปฏิกิริยาทั้งสองนั้น สีน้ำเงินอิ่มตัวจะตกตะกอนด้วยองค์ประกอบเชิงปริมาณที่เหมือนกัน แต่มีตำแหน่งเหล็กต่างกันที่มีความจุ +2 และ +3 ตะกอนนี้มักเรียกกันว่า Prussian Blue หรือ Turnbull Blue

ปฏิกิริยาอิออน

Fe2 ++ K ++ 3-  K + 1Fe + 2

Fe3 ++ K ++ 4-  K + 1Fe + 3

รีเอเจนต์ที่ดีสำหรับการตรวจจับ Fe3 + - ไทโอไซยาเนตไอออน (NCS-)

Fe3 ++ NCS-  3- - สารประกอบเหล่านี้มีสีแดงสด ("เลือด")

รีเอเจนต์นี้ เช่น โพแทสเซียม ไทโอไซยาเนต (สูตร - KNCS) ช่วยให้คุณกำหนดความเข้มข้นของธาตุเหล็กในสารละลายได้เล็กน้อย ดังนั้นเขาจึงสามารถค้นคว้าได้ น้ำประปาตรวจสอบว่าท่อเป็นสนิมหรือไม่

เหล็กเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยด้านข้างของกลุ่มที่แปดของช่วงที่สี่ของระบบธาตุเคมีของ D.I. Mendeleev ด้วย เลขอะตอม 26. ถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ Fe (ละติน Ferrum) หนึ่งในโลหะที่แพร่หลายที่สุดในเปลือกโลก (รองจากอลูมิเนียมเท่านั้น) โลหะที่มีกิจกรรมปานกลาง ตัวรีดิวซ์

สถานะออกซิเดชันที่สำคัญ - +2, +3

ธาตุเหล็กอย่างง่ายคือโลหะอ่อนที่มีสีขาวเงินและมีสารเคมีสูง ปฏิกิริยา: เหล็กสึกกร่อนอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงหรือความชื้นในอากาศสูง ในออกซิเจนบริสุทธิ์ ธาตุเหล็กจะลุกไหม้ และในสภาพที่กระจายตัวอย่างประณีต ธาตุเหล็กจะจุดไฟได้เองในอากาศ

คุณสมบัติทางเคมีของสารอย่างง่าย - เหล็ก:

การเกิดสนิมและการเผาไหม้ในออกซิเจน

1) ในอากาศ เหล็กจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายเมื่อมีความชื้น (เกิดสนิม):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe (OH) 3

ลวดเหล็กร้อนเผาไหม้ในออกซิเจน เกิดเป็นเกล็ด - เหล็กออกไซด์ (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° C)

2) ที่อุณหภูมิสูง (700-900 ° C) เหล็กทำปฏิกิริยากับไอน้ำ:

3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) เหล็กทำปฏิกิริยากับอโลหะเมื่อถูกความร้อน:

2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3 (200 ° C)

Fe + S - t ° → FeS (600 ° C)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° C)

4) ในชุดของแรงดันไฟฟ้า มันตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจน ทำปฏิกิริยากับกรดเจือจาง HCl และ H 2 SO 4 ในขณะที่เกลือของเหล็ก (II) ก่อตัวและปล่อยไฮโดรเจน:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (ปฏิกิริยาจะดำเนินการโดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศ มิฉะนั้น Fe +2 จะถูกถ่ายโอนโดยออกซิเจนไปยัง Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (dil.) → FeSO 4 + H 2

ในกรดออกซิไดซ์เข้มข้น เหล็กจะละลายเมื่อถูกความร้อนเท่านั้น และจะผ่านเข้าไปในไอออนบวก Fe 3+ ทันที:

2Fe + 6H 2 SO 4 (conc.) - t ° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (conc.) - t ° → Fe (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(ไนโตรเจนเข้มข้นในอากาศเย็นและ กรดซัลฟูริก เฉยเมย

ตะปูเหล็กจุ่มลงในสารละลายสีน้ำเงินของคอปเปอร์ซัลเฟต ค่อยๆ ปกคลุมด้วยทองแดงเมทัลลิกสีแดงบาน

5) เหล็กจะแทนที่โลหะซึ่งอยู่ทางด้านขวาของโลหะจากสารละลายของเกลือ

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

amphotericity ของเหล็กจะปรากฏเฉพาะในด่างเข้มข้นในระหว่างการเดือด:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O = Na 2 ↓ + H 2

และเกิดการตกตะกอนของโซเดียมเตตระไฮดรอกโซเฟอเรต (II)

เทคนิคเหล็ก- โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอน: เหล็กหล่อมี 2.06-6.67% C, เหล็ก 0.02-2.06% C, สิ่งเจือปนตามธรรมชาติอื่น ๆ (S, P, Si) และสารเติมแต่งพิเศษที่ได้รับการแนะนำแบบเทียม (Mn, Ni, Cr) ซึ่งทำให้โลหะผสมของเหล็กในทางเทคนิค คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์- ความแข็ง ทนต่อความร้อนและการกัดกร่อน ความเหนียว ฯลฯ .

การผลิตเหล็กหมูเตาหลอม

กระบวนการเตาหลอมสำหรับการผลิตเหล็กสุกรประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

ก) การเตรียม (การคั่ว) ของแร่ซัลไฟด์และคาร์บอเนต - ถ่ายโอนไปยังแร่ออกไซด์:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° C, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° C, -CO 2)

b) การเผาไหม้โค้กด้วยความร้อน:

С (โค้ก) + O 2 (อากาศ) → СO 2 (600-700 ° С) СO 2 + С (โค้ก) ⇌ 2СО (700-1000 ° С)

c) การลดลงของแร่ออกไซด์ด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ CO ตามลำดับ:

Fe 2 O 3 → (CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 → (CO)เฟO → (CO)เฟ

d) การทำให้เป็นคาร์บอนของเหล็ก (สูงถึง 6.67% C) และการหลอมของเหล็กหล่อ:

เฟ (t ) →(ค(โคก)900-1200 ° C) Fe (w) (เหล็กหล่อ จุดหลอมเหลว 1145 ° C)

ในเหล็กหล่อ ซีเมนต์ไฟต์ Fe 2 C และกราไฟท์มักปรากฏอยู่ในรูปของเมล็ดพืช

การผลิตเหล็ก

การแปลงเหล็กหล่อเป็นเหล็กจะดำเนินการในเตาเผาพิเศษ (ตัวแปลง, เตาเปิด, ไฟฟ้า) ซึ่งแตกต่างกันไปตามวิธีการให้ความร้อน อุณหภูมิกระบวนการ 1700-2000 ° C การเป่าลมที่อุดมด้วยออกซิเจนทำให้เกิดความเหนื่อยหน่ายของคาร์บอนส่วนเกินจากเหล็กหล่อ เช่นเดียวกับกำมะถัน ฟอสฟอรัส และซิลิกอนในรูปของออกไซด์ ในกรณีนี้ ออกไซด์จะถูกดักจับในรูปของก๊าซเสีย (CO 2, SO 2) หรือจับกับตะกรันที่แยกออกได้ง่าย - ส่วนผสมของ Ca 3 (PO 4) 2 และ CaSiO 3 เพื่อให้ได้เหล็กพิเศษ จะมีการเติมสารเจือปนโลหะผสมของโลหะอื่นๆ เข้าไปในเตาหลอม

รับเหล็กบริสุทธิ์ในอุตสาหกรรม - อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายของเกลือของเหล็ก ตัวอย่างเช่น

FeСl 2 → Fe ↓ + Сl 2 (90 ° C) (อิเล็กโทรไลซิส)

(มีวิธีพิเศษอื่น ๆ รวมถึงการลดเหล็กออกไซด์ด้วยไฮโดรเจน)

เหล็กบริสุทธิ์ใช้ในการผลิตโลหะผสมพิเศษ ในการผลิตแกนแม่เหล็กไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า เหล็กหล่อ - ในการผลิตการหล่อและเหล็กกล้า เหล็ก - เป็นวัสดุโครงสร้างและเครื่องมือ รวมทั้งการสึกหรอ ความร้อนและการกัดกร่อน- ทน

เหล็ก (II) ออกไซด์ F eO ... แอมโฟเทอริกออกไซด์ที่มีคุณสมบัติพื้นฐานที่โดดเด่น สีดำมีโครงสร้างไอออนิก Fe 2+ O 2- เมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวก่อนแล้วจึงก่อตัวใหม่อีกครั้ง ไม่เกิดขึ้นเมื่อเหล็กถูกเผาในอากาศ ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ สลายตัวด้วยกรดหลอมรวมกับด่าง ออกซิไดซ์อย่างช้าๆในอากาศชื้น ลดลงด้วยไฮโดรเจนโค้ก มีส่วนร่วมในกระบวนการถลุงเหล็ก ใช้เป็นส่วนประกอบของเซรามิกส์และสีมิเนอรัล สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:

4FеО ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° C, 900-1000 ° C)

FeO + 2HC1 (dil.) = FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (conc.) = Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

เฟอ + 4 นาโน = 2Н 2 O + นู๋4Fอีอู๋3 (สีแดง.) ไตรออกโซเฟอร์เรต (II)(400-500 ° C)

FeO + H 2 = H 2 O + Fe (บริสุทธิ์พิเศษ) (350 ° C)

FeO + C (โค้ก) = Fe + CO (สูงกว่า 1,000 ° C)

เฟO + CO = เฟ + CO 2 (900 ° C)

4FеО + 2Н 2 O (ความชื้น) + O 2 (อากาศ) → 4FеО (ОН) (t)

6FеО + O 2 = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° C)

รับวี ห้องปฏิบัติการ: การสลายตัวด้วยความร้อนของสารประกอบเหล็ก (II) โดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศ:

Fe (OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 ° C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 ° C)

ไดอิรอน (III) ออกไซด์ - เหล็ก ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 ... ดับเบิ้ลออกไซด์ สีดำมีโครงสร้างไอออนิก Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 ทนความร้อนได้ถึงอุณหภูมิสูง ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ สลายตัวด้วยกรด ลดลงด้วยไฮโดรเจน, เหล็กร้อน. มีส่วนร่วมในกระบวนการผลิตเตาหลอมเหล็กของสุกร ใช้เป็นส่วนประกอบของสีมิเนอรัล ( ตะกั่วเหล็ก), เซรามิกส์, ปูนสี ผลิตภัณฑ์จากการเกิดออกซิเดชันพิเศษของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์เหล็ก ( ใส่ร้ายป้ายสี). องค์ประกอบสอดคล้องกับสนิมสีน้ำตาลและสเกลสีเข้มบนเหล็ก ไม่แนะนำให้ใช้สูตรรวม Fe 3 O 4 สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 = 6FеO + O 2 (สูงกว่า 1538 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (dil.) = FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10NNO 3 (conc.) = 3Fе (NO 3) 3 + NO 2 + 5Н 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (อากาศ) = 6Fе 2 O 3 (450-600 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fе (บริสุทธิ์พิเศษ 1,000 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = ZFeO + CO 2 (500-800 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4FеО (900-1000 ° C, 560-700 ° C)

รับ:การเผาไหม้ของเหล็ก (ดู) ในอากาศ

แมกนีไทต์

เหล็ก (III) ออกไซด์ F อี 2 โอ 3 ... แอมโฟเทอริกออกไซด์ที่มีคุณสมบัติพื้นฐานเด่น สีน้ำตาลแดง มีโครงสร้างไอออนิก (Fe 3+) 2 (O 2-) 3 ทนความร้อนได้สูงถึงอุณหภูมิสูง ไม่เกิดขึ้นเมื่อเหล็กถูกเผาในอากาศ ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ สีน้ำตาล amorphous hydrate Fe 2 O 3 nH 2 O หลุดออกจากสารละลาย ทำปฏิกิริยาช้าๆ กับกรดและด่าง ลดลงด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ เหล็กหลอมเหลว โลหะผสมกับออกไซด์ของโลหะอื่นและเกิดดับเบิ้ลออกไซด์ - สปิเนล(ผลิตภัณฑ์ทางเทคนิคเรียกว่าเฟอร์ไรต์) ใช้เป็นวัตถุดิบในการถลุงเหล็กหมูในกระบวนการเตาหลอม เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตแอมโมเนีย ส่วนประกอบของเซรามิก ซีเมนต์ที่ไม่ใช่เหล็ก และสีแร่ ในการเชื่อมด้วยความร้อนของโครงสร้างเหล็ก เช่น สื่อเสียงและภาพบนเทปแม่เหล็ก เป็นสารขัดเงาสำหรับเหล็กและแก้ว

สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:

6Fе 2 O 3 = 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° C)

Fe 2 O 3 + 6HC1 (dil.) → 2FeC1 3 + ЗН 2 O (t) (600 ° C, p)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (conc.) → H 2 O + 2 นู๋เอFอีอู๋ 2 (สีแดง)ไดออกโซเฟอเรต (III)

Fe 2 O 3 + MO = (M II Fe 2 II I) O 4 (M = Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O + 2Fе (บริสุทธิ์พิเศษ 1050-1100 ° C)

เฟ 2 O 3 + เฟ = ZFeO (900 ° C)

3Fе 2 O 3 + CO = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° C)

รับในห้องปฏิบัติการ - การสลายตัวด้วยความร้อนของเกลือของเหล็ก (III) ในอากาศ:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° C)

4 (Fe (NO 3) 3 9 Н 2 O) = 2Fе a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36Н 2 O (600-700 ° С)

ในธรรมชาติ - แร่เหล็กออกไซด์ ออกไซด์ Fe 2 O 3 และ ลิโมไนต์เฟ 2 O 3 nN 2 O

เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ F อี (OH) 2. ไฮดรอกไซด์ Amphoteric ที่มีคุณสมบัติพื้นฐานเด่น สีขาว (บางครั้งมีโทนสีเขียว) พันธะ Fe - OH ส่วนใหญ่เป็นโควาเลนต์ ความร้อนไม่เสถียร ออกซิไดซ์ได้ง่ายในอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปียก (มืด) ไม่ละลายในน้ำ ทำปฏิกิริยากับกรดเจือจาง ด่างเข้มข้น สารรีดิวซ์ทั่วไป ตัวกลางในการขึ้นสนิมของเหล็ก ใช้ในการผลิตแบตเตอรี่เหล็กนิกเกิลจำนวนมาก

สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:

Fe (OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 ° C ใน atm N 2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (dil.) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2NаОН (> 50%) = Na 2 ↓ (สีน้ำเงินแกมเขียว) (เดือด)

4Fе (ОН) 2 (ระงับ) + O 2 (ทางอากาศ) → 4FеО (ОН) ↓ + 2Н 2 O (t)

2Fе (ОН) 2 (ระงับ) + Н 2 O 2 (dil.) = 2FеО (ОН) ↓ + 2Н 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (conc.) = FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° C)

รับ: การตกตะกอนจากสารละลายที่มีด่างหรือแอมโมเนียไฮเดรตในบรรยากาศเฉื่อย:

Fe 2+ + 2OH (ขยาย) = Fอี (OH) 2 ↓

เฟ 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fอี (OH) 2 ↓+ 2NH 4

เมทาไฮดรอกไซด์เหล็ก F อีโอ (OH) ไฮดรอกไซด์ Amphoteric ที่มีคุณสมบัติพื้นฐานเด่น พันธะสีน้ำตาลอ่อน Fe - O และ Fe - OH เป็นโควาเลนต์อย่างเด่นชัด สลายตัวเมื่อถูกความร้อนโดยไม่ละลาย ไม่ละลายในน้ำ มันตกตะกอนจากสารละลายในรูปของโพลีไฮเดรตสีน้ำตาลอสัณฐาน Fe 2 O 3 nH 2 O ซึ่งเมื่อเก็บไว้ภายใต้สารละลายอัลคาไลน์เจือจางหรือเมื่อทำให้แห้ง จะเปลี่ยนเป็น FeO (OH) ทำปฏิกิริยากับกรด, ด่างที่เป็นของแข็ง. ตัวออกซิไดซ์และรีดิวซ์ที่อ่อนแอ เผาด้วย Fe (OH) 2 ตัวกลางในการขึ้นสนิมของเหล็ก มันถูกใช้เป็นฐานสำหรับสีแร่สีเหลืองและเคลือบ ตัวดูดซับก๊าซไอเสีย ตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารอินทรีย์

ไม่ทราบสารประกอบขององค์ประกอบ Fe (OH) 3 (ไม่ได้รับ)

สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:

เฟ 2 โอ 3 nN 2 O → ( 200-250 ° C, -ชม 2 อู๋) เฟO (OH) → ( 560-700 ° C ในอากาศ, -H2O)→ เฟ 2 O 3

FeO (OH) + ZNS1 (dil.) = FeC1 3 + 2H 2 O

เฟO (OH) → เฟ 2 อู๋ 3 . nH 2 อู๋-คอลลอยด์(NaOH (ต่อ))

เฟO (OH) → นู๋เอ 3 [Fอี (OH) 6]สีขาว, Na 5 และ K 4 ตามลำดับ; ในทั้งสองกรณี ผลิตภัณฑ์สีน้ำเงินที่มีองค์ประกอบและโครงสร้างเดียวกัน КFе III ถูกตกตะกอน ในห้องปฏิบัติการ ตะกอนนี้เรียกว่า ปรัสเซียนบลู, หรือ เทิร์นบูลสีน้ำเงิน:

เฟ 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

เฟ 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

ชื่อทางเคมีของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา:

K 3 Fe III - โพแทสเซียม hexacyanoferrate (III)

K 4 Fe III - โพแทสเซียม hexacyanoferrate (II)

КFе III - เหล็ก (III) โพแทสเซียม hexacyanoferrate (II)

นอกจากนี้รีเอเจนต์ที่ดีสำหรับไอออน Fe 3+ คือไทโอไซยาเนตไอออน NСS - เหล็ก (III) รวมกับมันและสีแดงสด ("เลือด") จะปรากฏขึ้น:

เฟ 3+ + 6NCS - = 3-

รีเอเจนต์นี้ (เช่น ในรูปของเกลือ KNCS) สามารถตรวจจับแม้กระทั่งร่องรอยของธาตุเหล็ก (III) ใน น้ำประปาหากผ่านท่อเหล็กที่หุ้มด้วยสนิมด้านใน

• การกำหนด - เฟ (เหล็ก);
• ระยะเวลา - IV;
• กลุ่ม - 8 (VIII);
• มวลอะตอม - 55.845;
• เลขอะตอม - 26;
• รัศมีอะตอม = 126 น.
• รัศมีโควาเลนต์ = 117 น.
• การกระจายของอิเล็กตรอน - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2;
• จุดหลอมเหลว = 1535 ° C;
• จุดเดือด = 2750 ° C;
• อิเล็กโตรเนกาติวิตี (Pauling / Alpred และ Rohov) = 1.83 / 1.64;
• สถานะออกซิเดชัน: +8, +6, +4, +3, +2, +1, 0;
• ความหนาแน่น (n. At.) = 7.874 g / cm 3;
• ปริมาณกราม = 7.1 ซม. 3 / โมล

สารประกอบเหล็ก:

เหล็กเป็นโลหะที่มีปริมาณมากที่สุดในเปลือกโลก (5.1% โดยมวล) รองจากอะลูมิเนียม

บนโลกนี้พบเหล็กในสภาวะอิสระในปริมาณเล็กน้อยในรูปของนักเก็ตและในอุกกาบาตที่ตกลงมา

แร่เหล็กถูกขุดขึ้นมาทางอุตสาหกรรมที่แหล่งแร่เหล็ก จากแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็ก: แร่เหล็กที่เป็นแม่เหล็ก สีแดง สีน้ำตาล

ควรกล่าวกันว่าธาตุเหล็กเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุธรรมชาติหลายชนิด ทำให้เกิดสีตามธรรมชาติ สีของแร่ธาตุขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและอัตราส่วนของไอออนของเหล็ก Fe 2+ / Fe 3+ เช่นเดียวกับอะตอมที่อยู่รอบไอออนเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น การมีอยู่ของสิ่งเจือปนของไอออนเหล็กส่งผลต่อสีของมีค่ามากมายและ หินกึ่งมีค่า: บุษราคัม (จากสีเหลืองซีดเป็นสีแดง) ไพลิน (จากสีน้ำเงินเป็นสีน้ำเงินเข้ม) พลอยสีฟ้า (จากสีน้ำเงินอ่อนถึงสีน้ำเงินแกมเขียว) เป็นต้น

ธาตุเหล็กพบได้ในเนื้อเยื่อของสัตว์และพืช เช่น ในร่างกายของผู้ใหญ่จะมีธาตุเหล็กประมาณ 5 กรัม ธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบสำคัญ มันเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนเฮโมโกลบิน มีส่วนร่วมในการขนส่งออกซิเจนจากปอดไปยังเนื้อเยื่อและเซลล์ เมื่อร่างกายขาดธาตุเหล็ก โรคโลหิตจางจะพัฒนา (โรคโลหิตจางจากการขาดธาตุเหล็ก)

ข้าว. โครงสร้างของอะตอมเหล็ก.

โครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมเหล็กคือ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 (ดูโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม) ในการศึกษา พันธะเคมีอิเล็กตรอน 2 ตัวที่ระดับ 4s ชั้นนอก + 6 อิเล็กตรอนของระดับย่อย 3d (ทั้งหมด 8 อิเล็กตรอน) สามารถมีส่วนร่วมกับองค์ประกอบอื่น ๆ ดังนั้นในสารประกอบเหล็กสามารถรับสถานะออกซิเดชันได้ +8, +6, +4, + 3, +2, + 1, (โดยทั่วไปคือ +3, +2) ธาตุเหล็กมีกิจกรรมทางเคมีโดยเฉลี่ย

ข้าว. สถานะออกซิเดชันของเหล็ก: +2, +3

คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็ก:

• โลหะสีเงินขาว
• ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ค่อนข้างอ่อนและเป็นพลาสติก
• มีความร้อนและการนำไฟฟ้าได้ดี

เหล็กมีอยู่ในรูปแบบของการดัดแปลงสี่แบบ (แตกต่างกันในโครงสร้างของตาข่ายคริสตัล): α-เหล็ก; β-เหล็ก; γ-เหล็ก; δ-เหล็ก.

คุณสมบัติทางเคมีของเหล็ก

• ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความเข้มข้นของออกซิเจน ผลิตภัณฑ์ต่างๆ หรือส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของเหล็ก (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4) สามารถเกิดขึ้นได้:
  3Fe + 2O 2 = เฟ 3 O 4;
• การเกิดออกซิเดชันของเหล็กที่อุณหภูมิต่ำ:
  4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3;
• ทำปฏิกิริยากับไอน้ำ:
  3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2;
• เหล็กที่บดละเอียดจะทำปฏิกิริยาเมื่อถูกความร้อนด้วยกำมะถันและคลอรีน (เฟอร์รัสซัลไฟด์และคลอไรด์):
  Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;
• ที่อุณหภูมิสูง ทำปฏิกิริยากับซิลิกอน คาร์บอน ฟอสฟอรัส:
  3Fe + C = เฟ 3 C;
• กับโลหะอื่นๆ และกับอโลหะ เหล็กสามารถก่อตัวเป็นโลหะผสมได้
• เหล็กจะแทนที่โลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจากเกลือของพวกมัน:
  Fe + CuCl 2 = FeCl 2 + Cu;
• ด้วยกรดเจือจางเหล็กทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์สร้างเกลือ:
  Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2;
• ด้วยกรดไนตริกเจือจาง เหล็กจะสร้างผลิตภัณฑ์ลดกรดต่างๆ ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น (N 2, N 2 O, NO 2)

การรับและการใช้เหล็ก

ได้รับเหล็กอุตสาหกรรม ถลุงเหล็กหล่อและเหล็กกล้า

เหล็กหล่อเป็นโลหะผสมของเหล็กที่มีส่วนผสมของซิลิกอน, แมงกานีส, กำมะถัน, ฟอสฟอรัส, คาร์บอน ปริมาณคาร์บอนในเหล็กหล่อเกิน 2% (ในเหล็กน้อยกว่า 2%)

ได้รับธาตุเหล็กบริสุทธิ์:

• ในตัวแปลงออกซิเจนที่ทำจากเหล็กหล่อ
• การลดลงของเหล็กออกไซด์ด้วยไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ไบวาเลนต์
• อิเล็กโทรไลซิสของเกลือที่สอดคล้องกัน

เหล็กหมูได้มาจากแร่เหล็กโดยการลดธาตุเหล็กออกไซด์ เหล็กหล่อหลอมในเตาหลอม เตาหลอมใช้โค้กเป็นแหล่งความร้อน

เตาหลอมเป็นโครงสร้างทางเทคนิคที่ซับซ้อนมาก โดยมีความสูงหลายสิบเมตร ปูด้วยอิฐทนไฟและหุ้มด้วยโครงเหล็กด้านนอก ในปี พ.ศ. 2556 เตาหลอมเหล็กที่ใหญ่ที่สุดได้ถูกสร้างขึ้นใน เกาหลีใต้บริษัท เหล็ก POSCO ที่โรงงานโลหะในเมือง Gwangyang (ปริมาณของเตาหลอมหลังการปรับปรุงให้ทันสมัยคือ 6,000 ลูกบาศก์เมตรโดยมีกำลังการผลิต 5,700,000 ตันต่อปี)

ข้าว. เตาหลอมเหล็ก.

กระบวนการถลุงเหล็กหมูในเตาหลอมแบบถลุงเหล็กดำเนินไปอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายทศวรรษจนกระทั่งเตาหลอมหมดอายุการใช้งาน

ข้าว. ขั้นตอนการถลุงเหล็กในเตาหลอม.

• แร่ที่ได้รับผลประโยชน์ (แร่แม่เหล็ก แร่เหล็กสีแดง สีน้ำตาล) และโค้กจะถูกเทผ่านด้านบน ซึ่งอยู่ที่ด้านบนสุดของเตาหลอม
• กระบวนการลดธาตุเหล็กจากแร่ภายใต้อิทธิพลของคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) เกิดขึ้นที่ส่วนตรงกลางของเตาหลอม (เหมือง) ที่อุณหภูมิ 450-1100 ° C (เหล็กออกไซด์จะลดลงเป็นโลหะ):
  • 450-500 ° C - 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2;
  • 600 ° C - Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2;
  • 800 ° C - FeO + CO = Fe + CO 2;
  • ส่วนหนึ่งของเหล็กออกไซด์ไบวาเลนต์ลดลงโดยโค้ก: FeO + C = Fe + CO
• ควบคู่ไปกับกระบวนการลดซิลิกอนและแมงกานีสออกไซด์ (รวมอยู่ในแร่เหล็กในรูปของสิ่งสกปรก) ซิลิกอนและแมงกานีสเป็นส่วนหนึ่งของเหล็กหล่อ:
  • SiO 2 + 2C = ศรี + 2CO;
  • Mn 2 O 3 + 3C = 2Mn + 3CO
• ในระหว่างการสลายตัวด้วยความร้อนของหินปูน (แนะนำในเตาหลอม) แคลเซียมออกไซด์จะเกิดขึ้นซึ่งทำปฏิกิริยากับซิลิกอนและอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีอยู่ในแร่:
  • CaCO 3 = CaO + CO 2;
  • CaO + SiO 2 = CaSiO 3;
  • CaO + อัล 2 O 3 = Ca (AlO 2) 2
• ที่ 1100 ° C กระบวนการลดธาตุเหล็กจะหยุดลง
• ด้านล่างเพลาคือการนึ่งซึ่งเป็นส่วนที่กว้างที่สุดของเตาหลอมเหล็กซึ่งอยู่ด้านล่างตามไหล่ซึ่งโค้กเผาไหม้และเกิดผลิตภัณฑ์เหลวจากการถลุง - เหล็กหมูและตะกรันสะสมที่ด้านล่างสุดของเตา - เตาไฟ;
• ในส่วนบนของเตาที่อุณหภูมิ 1500 ° C ในกระแสลมที่มีการเผาไหม้โค้กอย่างเข้มข้น: C + O 2 = CO 2;
• เมื่อผ่านโค้กร้อนแดง คาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) จะถูกแปลงเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) ซึ่งเป็นตัวรีดิวซ์สำหรับเหล็ก (ดูด้านบน): CO 2 + C = 2CO;
• ตะกรันที่เกิดจากแคลเซียมซิลิเกตและอะลูมิโนซิลิเกตตั้งอยู่เหนือเหล็กหล่อปกป้องจากการกระทำของออกซิเจน
• ผ่านรูพิเศษที่อยู่ระดับต่าง ๆ ของเตาเหล็กหล่อและตะกรันจะถูกปล่อยออกด้านนอก
• เหล็กหมูส่วนใหญ่ไปแปรรูปต่อไป - การถลุงเหล็ก

เหล็กหลอมจากเหล็กหล่อและเศษโลหะโดยวิธีคอนเวอร์เตอร์ (เตาแบบเปิดล้าสมัยแล้ว แม้ว่าจะยังใช้อยู่) หรือโดยการหลอมด้วยไฟฟ้า (ในเตาไฟฟ้า เตาแม่เหล็กไฟฟ้า) สาระสำคัญของกระบวนการ (การแจกจ่ายเหล็กหล่อ) คือการลดความเข้มข้นของคาร์บอนและสิ่งเจือปนอื่น ๆ โดยออกซิเดชันด้วยออกซิเจน

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วความเข้มข้นของคาร์บอนในเหล็กไม่เกิน 2% ด้วยเหตุนี้ เหล็กกล้าจึงถูกหลอมและรีดได้ง่าย ซึ่งแตกต่างจากเหล็กหล่อ ซึ่งทำให้สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่มีความแข็งและความแข็งแรงสูงได้

ความแข็งของเหล็กขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน (ยิ่งมีคาร์บอนมาก เหล็กยิ่งแข็ง) ในเกรดเหล็กและสภาวะการอบชุบด้วยความร้อน เมื่ออุณหภูมิ (เย็นช้า) เหล็กจะอ่อน; เมื่อดับ (เย็นเร็ว) เหล็กจะแข็งมาก

เพื่อให้เหล็กมีคุณสมบัติเฉพาะที่ต้องการ สารเติมแต่ง ligating จะถูกเพิ่มเข้าไป: โครเมียม, นิกเกิล, ซิลิกอน, โมลิบดีนัม, วานาเดียม, แมงกานีส, ฯลฯ

เหล็กหล่อและเหล็กกล้าเป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญที่สุดในภาคส่วนเศรษฐกิจของประเทศส่วนใหญ่อย่างท่วมท้น

บทบาททางชีวภาพของธาตุเหล็ก:

• ร่างกายของผู้ใหญ่มีธาตุเหล็กประมาณ 5 กรัม
• ธาตุเหล็กมีบทบาทสำคัญในการทำงานของอวัยวะสร้างเม็ดเลือด
• ธาตุเหล็กเป็นส่วนหนึ่งของคอมเพล็กซ์โปรตีนที่ซับซ้อนจำนวนมาก (เฮโมโกลบิน, ไมโอโกลบิน, เอ็นไซม์ต่างๆ)

สารประกอบเหล็ก (II)

สารประกอบเหล็กที่มีสถานะออกซิเดชันของเหล็ก +2 ไม่เสถียรและออกซิไดซ์ได้ง่ายกับอนุพันธ์ของเหล็ก (III)

เฟ 2 O 3 + CO = 2FeO + CO 2

เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ Fe (OH) 2ตกตะกอนใหม่มีสีเทาอมเขียวไม่ละลายในน้ำสลายตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 150 ° C มืดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการเกิดออกซิเดชัน:

4Fe (OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe (OH) 3

แสดงคุณสมบัติแอมโฟเทอริกที่ไม่รุนแรงโดยมีคุณสมบัติเด่นเหนือกว่า และทำปฏิกิริยากับกรดที่ไม่ออกซิไดซ์ได้ง่าย:

Fe (OH) 2 + 2HCl = FeCl 2 + 2H 2 O

ทำปฏิกิริยากับสารละลายด่างเข้มข้นเมื่อถูกความร้อนเพื่อสร้างเตตระไฮดรอกโซเฟอเรต (II):

เฟ (OH) 2 + 2NaOH = นา 2

แสดงคุณสมบัติการลดเมื่อทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกหรือกรดซัลฟิวริกเข้มข้นจะเกิดเกลือเหล็ก (III):

2Fe (OH) 2 + 4H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 6H 2 O

ได้มาจากปฏิกิริยาของเกลือเหล็ก (II) กับสารละลายอัลคาไลในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนในบรรยากาศ:

FeSO 4 + 2NaOH = Fe (OH) 2 + Na 2 SO 4

เกลือเหล็ก (II)เหล็ก (II) สร้างเกลือที่มีแอนไอออนเกือบทั้งหมด โดยปกติเกลือจะตกผลึกในรูปของไฮเดรตผลึกสีเขียว: Fe (NO 3) 2 6H 2 O, FeSO 4 7H 2 O, FeBr 2 6H 2 O, (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O (เกลือโมรา ) เป็นต้น สารละลายเกลือมีสีเขียวซีดและเนื่องจากไฮโดรไลซิส สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด:

Fe 2+ + H 2 O = FeOH + + H +

แสดงคุณสมบัติทั้งหมดของเกลือ

เมื่อยืนอยู่ในอากาศ ออกซิเจนที่ละลายในน้ำจะถูกออกซิไดซ์อย่างช้าๆ ไปเป็นเกลือของเหล็ก (III):

4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4FeOHCl 2

ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพสำหรับไอออนบวก Fe 2+ - อันตรกิริยากับโพแทสเซียม hexacyanoferrate (III) (เกลือในเลือด):

FeSO 4 + K 3 = KFe ↓ + K 2 SO 4

เฟ 2+ + K + + 3- = KFe ↓

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาจะเกิดตะกอนสีน้ำเงิน - เหล็ก (III) - โพแทสเซียมเฮกซาไซยาโนเฟอเรต (II)

สถานะออกซิเดชัน +3 เป็นเรื่องปกติสำหรับเหล็ก

เหล็ก (III) ออกไซด์ Fe 2 O 3 -สารสีน้ำตาลมีอยู่ในการปรับเปลี่ยนหลายรูปแบบสามแบบ

แสดงคุณสมบัติ amphoteric ที่ไม่รุนแรงโดยมีความเด่นเหนือกว่าคุณสมบัติหลัก ทำปฏิกิริยากับกรดได้ง่าย:

เฟ 2 O 3 + 6HCl = 2FeCl 3 + 3H 2 O

มันไม่ทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไล แต่เมื่อหลอมรวมจะเกิดเฟอร์ไรท์:

เฟ 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O

แสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์และการรีดิวซ์ เมื่อถูกความร้อนจะลดลงด้วยไฮโดรเจนหรือคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) ซึ่งแสดงคุณสมบัติในการออกซิไดซ์:

เฟ 2 O 3 + H 2 = 2FeO + H 2 O,

เฟ 2 O 3 + CO = 2FeO + CO 2

เมื่อมีสารออกซิไดซ์อย่างแรงใน สภาพแวดล้อมที่เป็นด่างแสดงคุณสมบัติการรีดิวซ์และถูกออกซิไดซ์เป็นอนุพันธ์ของเหล็ก (VI):

เฟ 2 O 3 + 3KNO 3 + 4KOH = 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O

ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1400 ° C สลายตัว:

6Fe 2 O 3 = 4Fe 3 O 4 + O 2

ได้มาจากการสลายตัวทางความร้อนของเหล็ก (III) ไฮดรอกไซด์:

2Fe (OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

หรือโดยการเกิดออกซิเดชันของไพไรต์:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

FeCl 3 + 3KCNS = Fe (CNS) 3 + 3KCl,

เป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดแห่งหนึ่งในเปลือกโลก

คุณสมบัติทางกายภาพของเหล็ก

เหล็ก- โลหะอ่อนสีเงิน-ขาว ทนทานต่อสารเคมีสูง ทนต่ออุณหภูมิสูงและความชื้นได้ดี จางลงอย่างรวดเร็ว (สนิม) ในอากาศและน้ำ มีความยืดหยุ่นสูง ตีขึ้นรูปและรีดได้ดี มีการนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี มีเฟอร์โรแม่เหล็กที่ดีเยี่ยม

คุณสมบัติทางเคมีของเหล็ก

เหล็กโลหะทรานซิชัน สามารถมีสถานะออกซิเดชันเป็น +2 และ +3 ทำปฏิกิริยากับไอน้ำ:

3 เฟ + 4 ชม 2 อู๋ = เฟ 3 อู๋ 4 + 4 ชม 2 .

แต่เมื่อมีความชื้น เหล็กจะเกิดสนิม:

4 เฟ + 3 อู๋ 2 + 6 ชม 2 อู๋ = 4 เฟ(โอ้) 3 .

2 เฟ + 3 Cl 2 = 2 FeCl 3 .

เฟ + ชม 2 ดังนั้น 4 = FeSO 4 + ชม 2 .

กรดเข้มข้นทำให้เหล็กละลายในที่เย็น แต่ละลายเมื่อถูกความร้อน:

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

เหล็กไฮดรอกไซด์ (II) ได้มาจากการกระทำของเกลืออัลคาไลบนเหล็ก (II) ที่ไม่มีออกซิเจน:

F 2 SO 4 + 2NaOH = Fe (OH) 2 + Na 2 SO 4

เกิดตะกอนสีขาวซึ่งออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศ:

4Fe (OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe (OH) 3

ไฮดรอกไซด์นี้เป็นแอมโฟเทอริก เมื่อถูกความร้อน จะละลายในด่างเพื่อสร้างเฮกซาไฮโดรเฟเรต:

เฟ (OH) 3 + 3KOH = K 3

แบบเหล็ก เกลือเหล็กที่ซับซ้อนสองตัว:

• เกลือเลือดเหลือง K 4 [ เฟ(CN) 6 ];
• เกลือเลือดแดง K 3 [ เฟ(CN) 6 ].

สารประกอบเหล่านี้มีคุณภาพสำหรับการหาไอออนของเหล็ก สารประกอบ ปรัสเซียนบลู:

K 4 + เฟ 2+ = KFe III + 2K +

การใช้เหล็ก.

ธาตุเหล็กเป็นองค์ประกอบสำคัญของกระบวนการหายใจ เป็นส่วนหนึ่งของฮีโมโกลบินในเลือดที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนออกซิเจนจากปอดไปยังเนื้อเยื่อ ในธรรมชาติมีธาตุเหล็กอยู่ในแร่และแร่ธาตุ