ХИМИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
ЖЕЛЕЗО И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ
Простое вещество железо - металл с
всеми характерными для металлического состояния свойствами: высокими тепло - и
электропроводностью, ковкостью, «металлическим» блеском и др.; способен образовывать
сплавы с другими металлами, а также, что очень важно на практике, и с углеродом.
От большинства других металлов железо отличается способностью намагничиваться;
оно обладает так называемым феромагнетизмом.
Железо - тугоплавкий металл (tлл = 1540 °С), и в этом его преимущество
перед алюминием (tпл=660 °С), которая увеличивается с
учетом более высокой прочности и меньшей цены. Но железо - тяжелый металл (ρ
= 7,85 г/см3), и здесь предпочтение отдается алюминия (ρ = 2,7 г/см3). Если добавить к этому более высокую
коррозионную стойкость алюминия, то придется признать, что оптимальный выбор
металла в каждом конкретном случае - задача, не имеющая однозначного
решения.
Обычно Феррум проявляет валентности
+2 и +3, образуя два ряда соединений - Железа (II) («закисного») и сульфата Железа (III)
(«окислительного»): FеО и Fэ2O3, Fэ(ОН)2 и Fэ(ОН)3, FеSO4 и Fе2(SO4)3 и т. д.
При взаимодействии с кислотами
образуются соли железа (II):
Добавляя к раствору соли железа (II)
раствор щелочи, получим гидроксид железа:
Гидроксид железа (II) Fэ(ОН)2 - основание,
соответствующий ей оксид FеО имеет основной характер.
Относительно окиснювачів, в том числе
кислорода воздуха, соединения железа (II) неустойчивы. Они окисляются и переходят в
соединения железа (III), например:
Оксид и гидроксид железа (III)
проявляют в большинстве реакций основные свойства. Но согласно сказанному
в предыдущем параграфе о кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов
элементов в различных состояниях валентности Fэ2O3 и Fэ(ОН)3 должны обладать амфотерністю, то есть,
кроме основных свойств, проявлять и кислотные.
Следовательно, при взаимодействии оксида железа
(III) с основными оксидами в твердом состоянии при высоких температурах (-1000 °С)
образуются соли, которые отвечают кислоте НFеO2. Эти соли называются ферритами..
Например, в процессе производства цемента, кроме основных продуктов - силикатов и
алюминатов, образуется и феррит кальция:
Ферритом сульфата железа (II) есть и железная
окалина Fе3O4, или Fе(FеO2)2,
которая образуется при высокотемпературном окислении железа.
Железо может вытеснять водород не
только из кислот, но и из воды, однако только во время сильного нагревания:
При обычных условиях вода не действует на
железо. Однако, в присутствии кислорода реакция проходит:
Образуется гидроксид железа (III) -
основная составляющая часть ржавчины. Для протекания реакции необходим одновременный
влияние на железо и воды, и кислорода. В противном случае коррозия практически
отсутствует.
Химические свойства железа и его
соединений представлены в таблице.
Таблица
Железо и его соединения
|
Железо
|
Соединения Железа
|
|
оксиды железа (II) и (III)
|
гидроксиды железа (II) и (III)
|
|
1. Серебристо-белый металл
2. Взаимодействует с простыми веществами:
а) горит в кислороде
б) реагирует с хлором
з) взаимодействует
с серой
3. Реагирует с растворами кислот:
4. Вытесняет
водород из воды при сильном нагревании:
5. Окисляется в присутствии воды и кислорода воздуха (с
образованием ржавчины):
6. Замещает
менее активный металл в растворе его соли:
Получение
Восстановление
оксидов железа оксидом углерода (II), водородом или алюминием:
|
1. Проявляют основные свойства, взаимодействуя с
кислотами:
2. Оксид
железа (III) проявляет слабые амфотерные свойства, взаимодействуя при
нагревании с основными оксидами с образованием ферритов:
|
1. Проявляют
свойства нерастворимых в воде оснований:
Разлагаются
при нагревании:
2. Гидроксид
железа (III) проявляет слабые амфотерные свойства, реагируя с горячими конц.
растворами щелочей:
3. Гидроксид
железа (II) на воздухе окисляется в гидроксид железа (III):
4. Соли
железа (II) и (III) гидролизуются:
|