สารประกอบเหล็ก. เหล็ก: คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

ผลิตภัณฑ์แรกที่ทำจากเหล็กและโลหะผสมนั้นถูกค้นพบระหว่างการขุดค้นและมีอายุย้อนไปถึงประมาณ 4 สหัสวรรษก่อนคริสต์ศักราช กล่าวคือ แม้แต่ชาวอียิปต์โบราณและชาวสุเมเรียนยังใช้อุกกาบาตสะสมของสารนี้เพื่อทำเครื่องประดับและของใช้ในครัวเรือน รวมทั้งอาวุธ

วันนี้ สารประกอบเหล็กชนิดต่างๆ เช่นเดียวกับโลหะบริสุทธิ์ เป็นสารที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด ไม่น่าแปลกใจที่ศตวรรษที่ 20 ถือเป็นเหล็ก ท้ายที่สุด ก่อนการถือกำเนิดและการใช้พลาสติกและวัสดุที่เกี่ยวข้องอย่างแพร่หลาย สารประกอบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อมนุษย์ องค์ประกอบนี้คืออะไรและเป็นสารอะไรเราจะพิจารณาในบทความนี้

เหล็กธาตุเคมี

ถ้าเราพิจารณาโครงสร้างของอะตอม อันดับแรก เราควรระบุตำแหน่งของมันในระบบธาตุ

1. เลขลำดับ - 26.
2. งวดเป็นงวดที่สี่
3. กลุ่มที่แปด กลุ่มย่อยรอง
4. น้ำหนักอะตอมคือ 55, 847.
5. โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกแสดงโดยสูตร 3d⁶4s^2.
6. สัญลักษณ์ธาตุเคมี - Fe.
7. ชื่อ - เหล็ก การอ่านในสูตร - "ferrum"
8. โดยธรรมชาติแล้ว มีไอโซโทปเสถียรสี่ไอโซโทปของธาตุที่เป็นปัญหาด้วยเลขมวล 54, 56, 57, 58

ธาตุเหล็กยังมีไอโซโทปที่แตกต่างกันประมาณ 20 ชนิดที่ไม่เสถียร การเกิดออกซิเดชันที่เป็นไปได้ระบุว่าอะตอมนี้สามารถแสดง:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

ไม่เพียงแต่ตัวองค์ประกอบเองเท่านั้นที่มีความสำคัญ แต่ยังรวมถึงสารประกอบและโลหะผสมต่างๆด้วย

สมบัติทางกายภาพ

เหล็กมีคุณสมบัติทางกายภาพที่มีความเป็นโลหะเด่นชัด กล่าวคือเป็นโลหะสีขาวเงินที่มีโทนสีเทาซึ่งมีความเหนียวและความเหนียวสูงและมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง หากพิจารณาคุณสมบัติโดยละเอียดแล้ว:

• จุดหลอมเหลว - 1539 0С;
• เดือด - 2862 0C;
• กิจกรรม - กลาง;
• วัสดุทนไฟ - สูง;
• แสดงคุณสมบัติแม่เหล็กที่เด่นชัด

เหล็กมีการปรับเปลี่ยนหลายอย่างขึ้นอยู่กับสภาวะและอุณหภูมิที่แตกต่างกัน คุณสมบัติทางกายภาพของพวกมันแตกต่างไปจากความจริงที่ว่าตะแกรงคริสตัลต่างกัน

1. รูปแบบอัลฟ่าหรือเฟอร์ไรต์มีอยู่จนถึงอุณหภูมิ 769 0C.
2. จาก 769 ถึง 917 0C - แบบฟอร์มเบต้า
3. 917-1394 0С - รูปแบบแกมมาหรือออสเทนไนต์
4. เกิน 1394 0S - sigma iron.

การดัดแปลงทั้งหมดมีโครงสรฉางโครงสรฉางผลึกแบบตจางๆ และคุณสมบัติทางแมจเหล็กแตกตจางกัน

คุณสมบัติทางเคมี

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ธาตุเหล็กอย่างง่ายแสดงฤทธิ์ทางเคมีปานกลาง อย่างไรก็ตาม ในสภาพที่กระจัดกระจายอย่างประณีต มันสามารถจุดไฟได้เองในอากาศ ในขณะที่โลหะเองก็เผาไหม้ออกด้วยออกซิเจนบริสุทธิ์

ความสามารถในการกัดกร่อนสูง ดังนั้นโลหะผสมของสารนี้จึงเคลือบด้วยสารประกอบอัลลอยด์ เตารีดสามารถโต้ตอบกับ:

• กรด;
• ออกซิเจน (รวมอากาศ);
• grey;
• ฮาโลเจน;
• เมื่อถูกความร้อน - มีไนโตรเจน ฟอสฟอรัส คาร์บอน และซิลิกอน
• ด้วยเกลือของโลหะที่มีฤทธิ์น้อย ลดให้เป็นสารธรรมดา
• พร้อมสตรีมสด
• ด้วยเกลือเหล็กในสถานะออกซิเดชัน +3.

แสดงให้เห็นชัดเจนว่าโลหะสามารถสร้างสารประกอบต่างๆ ได้หลากหลายและมีขั้วในคุณสมบัติ และมันก็เกิดขึ้น เหล็กและสารประกอบของเหล็กมีความหลากหลายอย่างมาก และถูกนำไปใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี กิจกรรมของมนุษย์ในอุตสาหกรรมต่างๆ

กระจายในธรรมชาติ

ธาตุเหล็กตามธรรมชาตินั้นมีอยู่ทั่วไป เพราะเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสองของโลกรองจากอะลูมิเนียม ในเวลาเดียวกัน ในรูปแบบบริสุทธิ์ โลหะหายากมาก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอุกกาบาต ซึ่งบ่งชี้การสะสมขนาดใหญ่ในอวกาศ มวลหลักประกอบด้วยแร่ หิน และแร่ธาตุ

ถ้าเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับเปอร์เซ็นต์ขององค์ประกอบที่เป็นปัญหาในธรรมชาติ จากนั้นให้ตัวเลขต่อไปนี้

1. แกนของดาวเคราะห์โลก - 90%.
2. ในเปลือกโลก - 5%.
3. ในเสื้อคลุมของโลก - 12%.
4. ในแกนโลก - 86%.
5. ในแม่น้ำ - 2 mg/l.
6. ในทะเลและมหาสมุทร - 0.02 mg/l.

สารประกอบเหล็กที่พบบ่อยที่สุดมีแร่ธาตุดังต่อไปนี้:

• แม่เหล็ก;
• ลิโมไนต์หรือหินเหล็กสีน้ำตาล
• วิเวียนไนท์;
• pyrhotite;
• pyrite;
• siderite;
• มาร์คาไซต์;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanterite และอื่นๆ

นี่ยังห่างไกลจากรายชื่อทั้งหมด เพราะมันมีเยอะมากจริงๆ นอกจากนี้โลหะผสมต่าง ๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้นนั้นแพร่หลายเช่นกัน เหล่านี้เป็นสารประกอบเหล็กเช่นกันโดยที่เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงชีวิตสมัยใหม่ของผู้คน ซึ่งรวมถึงสองประเภทหลัก:

• เหล็กหล่อ;
• เหล็ก

นอกจากนี้ยังเป็นเหล็กที่เป็นส่วนเสริมที่มีค่าของโลหะผสมนิกเกิลหลายชนิด

ธาตุเหล็ก(II)

ซึ่งรวมถึงสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบการขึ้นรูปคือ +2 มีจำนวนค่อนข้างมาก เพราะมี

• ออกไซด์;
• ไฮดรอกไซด์;
• สารประกอบไบนารี
• เกลือที่ซับซ้อน;
• สารประกอบเชิงซ้อน

สูตรของสารประกอบเคมีที่ธาตุเหล็กแสดงระดับการเกิดออกซิเดชันที่ระบุเป็นสูตรเฉพาะสำหรับแต่ละชั้น พิจารณาสิ่งที่สำคัญและธรรมดาที่สุด

1. เหล็กออกไซด์ (II). ผงสีดำไม่ละลายในน้ำ ลักษณะของการเชื่อมต่อเป็นพื้นฐาน มันสามารถออกซิไดซ์ได้อย่างรวดเร็ว แต่ก็สามารถลดลงเป็นสารง่าย ๆ ได้เช่นกัน มันละลายในกรดเพื่อสร้างเกลือที่สอดคล้องกัน สูตร - FeO.
2. เหล็ก(II) ไฮดรอกไซด์. เป็นตะกอนอสัณฐานสีขาว เกิดจากปฏิกิริยาของเกลือกับเบส (ด่าง) มันแสดงคุณสมบัติพื้นฐานที่อ่อนแอสามารถออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศเป็นสารประกอบเหล็ก +3 สูตร - Fe(OH)_2.
3. เกลือของธาตุในสถานะออกซิเดชันที่กำหนด ตามกฎแล้วพวกเขามีสีเขียวซีดของสารละลายออกซิไดซ์ได้ดีแม้ในอากาศได้สีน้ำตาลเข้มและกลายเป็นเกลือเหล็ก 3 พวกเขาละลายในน้ำ ตัวอย่างแบบผสม: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

ค่าปฏิบัติในบรรดาสารที่กำหนดมีสารประกอบหลายชนิด อย่างแรกคือ เหล็ก(II) คลอไรด์ นี่คือผู้จัดหาไอออนหลักให้กับร่างกายมนุษย์ด้วยโรคโลหิตจาง เมื่อผู้ป่วยได้รับการวินิจฉัยว่าป่วย เขาจะได้รับการเตรียมการที่ซับซ้อนซึ่งขึ้นอยู่กับสารประกอบที่เป็นปัญหา นี่คือการเติมเต็มของการขาดธาตุเหล็กในร่างกาย

ประการที่สอง เฟอรัสซัลเฟต นั่นคือ ซัลเฟตเหล็ก (II) ร่วมกับทองแดง ใช้ทำลายศัตรูพืชทางการเกษตรในพืชผล วิธีการนี้พิสูจน์ให้เห็นถึงประสิทธิภาพมานานกว่าทศวรรษแล้ว ชาวสวนและชาวสวนจึงชื่นชมวิธีการนี้มาก

เกลือโมรา

การเชื่อมต่อนี้ซึ่งเป็นเหล็กไฮเดรตและแอมโมเนียมซัลเฟต สูตรนี้เขียนเป็น FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. หนึ่งในสารประกอบของธาตุเหล็ก (II) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติ การใช้งานหลักของมนุษย์มีดังนี้}

1. ยา.
2. การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการวิเคราะห์ไททริเมทริกในห้องปฏิบัติการ (สำหรับการหาโครเมียม โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต วานาเดียม)
3. ยา - เป็นอาหารเสริมที่ร่างกายผู้ป่วยขาดธาตุเหล็ก
4. สำหรับการเคลือบผลิตภัณฑ์จากไม้ เนื่องจากเกลือโมราป้องกันกระบวนการเน่าเปื่อย

มีบริเวณอื่นที่ใช้สารนี้ ได้ชื่อมาเพื่อเป็นเกียรติแก่นักเคมีชาวเยอรมันที่ค้นพบคุณสมบัติที่ปรากฏเป็นครั้งแรก

สารที่มีธาตุเหล็ก (III) สถานะออกซิเดชัน

คุณสมบัติของสารประกอบเหล็กซึ่งแสดงสถานะออกซิเดชันที่ +3 ค่อนข้างแตกต่างจากที่กล่าวไว้ข้างต้น ดังนั้นธรรมชาติของออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่สอดคล้องกันจึงไม่ใช่พื้นฐานอีกต่อไป แต่เป็นแอมโฟเทอริกที่เด่นชัด มาอธิบายสารหลักกันดีกว่า

1. เหล็กออกไซด์ (III). ผงมีลักษณะเป็นผลึกละเอียด สีน้ำตาลแดง ไม่ละลายในน้ำ มีลักษณะเป็นกรดเล็กน้อย และมีคุณสมบัติแอมโฟเทอริกมากกว่า สูตร: Fe₂O_3.
2. เหล็ก(III) ไฮดรอกไซด์. สารที่ตกตะกอนเมื่อด่างทำปฏิกิริยากับเกลือของธาตุเหล็กที่สอดคล้องกัน ลักษณะเด่นของมันคือ amphoteric สีน้ำตาลน้ำตาล สูตร: Fe(OH)_3.
3. เกลือ ซึ่งรวมถึง cation Fe³⁺สิ่งเหล่านี้จำนวนมากถูกแยกออก ยกเว้นคาร์บอเนต เนื่องจากการไฮโดรไลซิสเกิดขึ้นและปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา ตัวอย่างสูตรสำหรับเกลือบางชนิด: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{และอื่นๆ}

จากตัวอย่างข้างต้น จากมุมมองเชิงปฏิบัติ เช่น ไฮเดรตแบบผลึกเช่น FeCL₃6H_{2O หรือ ไอรอนคลอไรด์เฮกซาไฮเดรตมีความสำคัญ (III) ใช้สำหรับหยุดเลือดและเติมธาตุเหล็กในร่างกายในกรณีที่เป็นโรคโลหิตจาง}

เหล็ก (III) ซัลเฟต 9-ไฮเดรต ใช้เพื่อทำให้น้ำดื่มบริสุทธิ์เนื่องจากทำหน้าที่เป็นตัวตกตะกอน

สารประกอบเหล็ก(VI)

สูตรของสารประกอบเคมีของเหล็กซึ่งมีสถานะออกซิเดชันพิเศษเป็น +6 สามารถเขียนได้ดังนี้:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 และอื่นๆ}

ทั้งหมดมีชื่อสามัญ - เฟอร์เรต - และมีคุณสมบัติคล้ายกัน (ตัวรีดิวซ์ที่แรง) พวกเขายังสามารถฆ่าเชื้อและมีผลการฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ซึ่งช่วยให้นำไปใช้บำบัดน้ำดื่มในระดับอุตสาหกรรมได้

สารประกอบเชิงซ้อน

สารพิเศษมีความสำคัญมากในเคมีวิเคราะห์และไม่เพียงเท่านั้น ที่เกิดขึ้นในสารละลายของเกลือ เหล่านี้เป็นสารประกอบที่ซับซ้อนของเหล็ก รายการที่ได้รับความนิยมและได้รับการวิจัยมาเป็นอย่างดีมีดังนี้

1. โพแทสเซียม hexacyanoferrate (II)K₄[Fe(CN)₆]. อีกชื่อหนึ่งของสารประกอบคือเกลือเลือดเหลือง ใช้สำหรับการกำหนดคุณภาพของ Fe³⁺ ไอออนเหล็กในสารละลาย เป็นผลมาจากการเปิดรับแสง สารละลายจะได้สีฟ้าสดใสที่สวยงาม เนื่องจากมีการสร้างคอมเพล็กซ์อื่นขึ้นมา - Prussian blue KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. ตั้งแต่สมัยโบราณ มันถูกใช้เป็นสีย้อมผ้า}
2. โพแทสเซียม hexacyanoferrate (III) K₃[Fe(CN)₆]. อีกชื่อหนึ่งคือเกลือเลือดแดง ใช้เป็นตัวทำปฏิกิริยาเชิงคุณภาพสำหรับการกำหนดไอออนของเหล็ก Fe^{2+ เป็นผลให้เกิดตะกอนสีน้ำเงินซึ่งเรียกว่าเทิร์นบูลล์สีน้ำเงิน ใช้ย้อมผ้าได้ด้วย}

เหล็กในสารอินทรีย์

เหล็กและสารประกอบ ตามที่เราเห็น มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างมากในชีวิตทางเศรษฐกิจของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม ในทางกลับกัน บทบาททางชีวภาพของมันในร่างกายก็ยังดีไม่น้อย

มีสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญอย่างหนึ่งคือ โปรตีน ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบนี้ด้วย นี่คือเฮโมโกลบิน ต้องขอบคุณเขาที่ขนส่งออกซิเจนและการแลกเปลี่ยนก๊าซที่สม่ำเสมอและทันเวลา ดังนั้นบทบาทของธาตุเหล็กในกระบวนการสำคัญ - การหายใจ - นั้นยิ่งใหญ่มาก

โดยรวมแล้วร่างกายมนุษย์มีธาตุเหล็กประมาณ 4 กรัม ซึ่งจะต้องได้รับการเติมเต็มอย่างต่อเนื่องผ่านอาหารที่บริโภค