Sebatian besi. Besi: sifat fizikal dan kimia

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 17:53

Produk pertama yang diperbuat daripada besi dan aloinya ditemui semasa penggalian dan bermula sejak kira-kira milenium ke-4 SM. Iaitu, walaupun orang Mesir dan Sumeria purba menggunakan deposit meteorit bahan ini untuk membuat perhiasan dan barangan rumah, serta senjata.

Hari ini, pelbagai jenis sebatian besi, serta logam tulen, adalah bahan yang paling biasa dan digunakan. Tidak hairanlah abad ke-20 dianggap besi. Lagipun, sebelum kemunculan dan penggunaan meluas plastik dan bahan-bahan yang berkaitan, sebatian inilah yang penting untuk manusia. Apakah unsur ini dan apakah bahan yang terbentuk, kami akan mempertimbangkan dalam artikel ini.

Ferum unsur kimia

Jika kita mempertimbangkan struktur atom, maka pertama sekali kita harus menunjukkan lokasinya dalam sistem berkala.

Nombor biasa - 26.
Haid ialah yang keempat besar.
Kumpulan kelapan, subkumpulan kedua.
Berat atom ialah 55, 847.
Struktur kulit elektron luar ditunjukkan oleh formula 3d⁶4s^2.
Simbol unsur kimia - Fe.
Nama - seterika, membaca masukformula - "ferrum".
Secara semula jadi, terdapat empat isotop stabil bagi unsur berkenaan dengan nombor jisim 54, 56, 57, 58.

Unsur kimia besi juga mempunyai kira-kira 20 isotop berbeza yang tidak stabil. Kemungkinan pengoksidaan menyatakan bahawa atom ini boleh mempamerkan:

Bukan sahaja unsur itu sendiri penting, tetapi juga pelbagai sebatian dan aloinya.

Sifat fizikal

Sebagai bahan ringkas, besi mempunyai sifat fizikal dengan kemetalan yang ketara. Iaitu, ia adalah logam putih keperakan dengan warna kelabu, yang mempunyai tahap kemuluran dan kemuluran yang tinggi dan takat lebur dan didih yang tinggi. Jika kita mempertimbangkan ciri dengan lebih terperinci, maka:

takat lebur - 1539 0С;
rebus - 2862 0C;
aktiviti - sederhana;
refraktori - tinggi;
menunjukkan sifat magnet yang jelas.

Bergantung pada keadaan dan suhu yang berbeza, terdapat beberapa pengubahsuaian yang dibentuk oleh besi. Sifat fizikalnya berbeza daripada fakta bahawa kekisi kristal berbeza.

Bentuk alfa, atau ferit, wujud sehingga suhu 769 0C.
Dari 769 hingga 917 0C - bentuk beta.
917-1394 0С - bentuk gamma atau austenit.
Lebih dari 1394 0S - besi sigma.

Semua pengubahsuaian adajenis struktur kekisi kristal yang berbeza, dan juga berbeza dalam sifat magnetik.

Sifat kimia

Seperti yang dinyatakan di atas, bahan mudah besi mempamerkan aktiviti kimia sederhana. Walau bagaimanapun, dalam keadaan tersebar halus, ia boleh menyala secara spontan di udara, manakala logam itu sendiri terbakar dalam oksigen tulen.

Keupayaan kakisan adalah tinggi, jadi aloi bahan ini disalut dengan sebatian pengaloian. Besi boleh berinteraksi dengan:

asid;
oksigen (termasuk udara);
kelabu;
halogen;
apabila dipanaskan - dengan nitrogen, fosforus, karbon dan silikon;
dengan garam logam kurang aktif, mengurangkannya kepada bahan mudah;
dengan wap langsung;
dengan garam besi dalam keadaan pengoksidaan +3.

Adalah jelas bahawa, menunjukkan aktiviti sedemikian, logam dapat membentuk pelbagai sebatian, sifat yang pelbagai dan polar. Dan begitulah ia berlaku. Besi dan sebatiannya sangat pelbagai dan digunakan dalam pelbagai cabang sains, teknologi, aktiviti manusia perindustrian.

Tersebar di alam semula jadi

Sebatian besi semulajadi adalah perkara biasa, kerana ia adalah unsur kedua paling banyak di planet kita selepas aluminium. Pada masa yang sama, dalam bentuk tulennya, logam itu sangat jarang berlaku, sebagai sebahagian daripada meteorit, yang menunjukkan pengumpulannya yang besar di angkasa. Jisim utama terkandung dalam komposisi bijih, batu dan mineral.

Jikauntuk bercakap tentang peratusan unsur yang dimaksudkan dalam alam semula jadi, maka angka berikut boleh diberikan.

Teras planet terestrial - 90%.
Di kerak bumi - 5%.
Di dalam mantel Bumi - 12%.
Di inti bumi - 86%.
Dalam air sungai - 2 mg/l.
Di laut dan lautan - 0.02 mg/l.

Sebatian besi yang paling biasa membentuk mineral berikut:

magnetit;
limonit atau batu besi coklat;
vivianite;
pyrrhotite;
pirit;
siderite;
marcasite;
lellingite;
Mispicel;
milanterite dan lain-lain.

Ini jauh dari senarai lengkap, kerana terdapat banyak daripadanya. Di samping itu, pelbagai aloi yang dicipta oleh manusia tersebar luas. Ini juga sebatian besi seperti itu, tanpanya sukar untuk membayangkan kehidupan moden manusia. Ini termasuk dua jenis utama:

besi tuang;
keluli.

Ia juga besi yang merupakan tambahan berharga kepada banyak aloi nikel.

Sebatian besi(II)

Ini termasuk keadaan pengoksidaan unsur pembentuk ialah +2. Jumlahnya agak banyak, kerana ia termasuk:

oksida;
hidroksida;
sebatian binari;
garam kompleks;
sebatian kompleks.

Formula sebatian kimia di mana besi menunjukkan tahap pengoksidaan yang ditunjukkan adalah individu untuk setiap kelas. Pertimbangkan yang paling penting dan biasa.

Oksid besi (II). Serbuk hitam, tidak larut dalam air. Sifat sambungan adalah asas. Ia mampu mengoksida dengan cepat, walau bagaimanapun, ia juga boleh dikurangkan dengan mudah kepada bahan yang mudah. Ia larut dalam asid untuk membentuk garam yang sepadan. Formula - FeO.

Besi(II) hidroksida. Ia adalah mendakan amorf berwarna putih. Dibentuk oleh tindak balas garam dengan bes (alkali). Ia menunjukkan sifat asas yang lemah, mampu mengoksida dengan cepat dalam udara kepada sebatian besi +3. Formula - Fe(OH)_2.

Garam unsur dalam keadaan pengoksidaan yang ditentukan. Sebagai peraturan, mereka mempunyai warna hijau pucat larutan, teroksida dengan baik walaupun di udara, memperoleh warna coklat gelap dan bertukar menjadi garam besi 3. Mereka larut dalam air. Contoh kompaun: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Nilai praktikal antara bahan yang ditetapkan mempunyai beberapa sebatian. Pertama, besi(II) klorida. Ini adalah pembekal utama ion kepada tubuh manusia yang mengalami anemia. Apabila penyakit sedemikian didiagnosis pada pesakit, dia ditetapkan persediaan kompleks, yang berdasarkan kompaun yang dipersoalkan. Beginilah cara kekurangan zat besi dalam badan diisi semula.

Kedua, ferus sulfat, iaitu besi (II) sulfat, bersama-sama dengan tembaga digunakan untuk memusnahkan perosak pertanian dalam tanaman. Kaedah ini telah membuktikan keberkesanannya selama lebih dari sedekad, oleh itu ia sangat dihargai oleh tukang kebun dan tukang kebun.

Garam Mora

Sambungan iniiaitu besi terhidrat dan ammonium sulfat. Formulanya ditulis sebagai FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Salah satu sebatian besi (II), yang digunakan secara meluas dalam amalan. Bidang utama kegunaan manusia adalah seperti berikut.}

Farmaseutikal.
Penyelidikan saintifik dan analisis titrimetri makmal (untuk penentuan kromium, kalium permanganat, vanadium).
Ubat - sebagai bahan tambahan kepada makanan yang kekurangan zat besi dalam badan pesakit.
Untuk impregnasi produk kayu, kerana garam Mora melindungi daripada proses pereputan.

Terdapat kawasan lain di mana bahan ini digunakan. Ia mendapat namanya sebagai penghormatan kepada ahli kimia Jerman yang pertama kali menemui sifat nyata.

Bahan dengan keadaan pengoksidaan besi (III)

Sifat sebatian besi, di mana ia menunjukkan keadaan pengoksidaan +3, agak berbeza daripada yang dibincangkan di atas. Oleh itu, sifat oksida dan hidroksida yang sepadan bukan lagi asas, tetapi disebut amfoterik. Mari kita berikan penerangan tentang bahan utama.

Oksid besi (III). Serbuknya adalah hablur halus, berwarna merah-coklat. Ia tidak larut dalam air, mempamerkan sifat sedikit berasid, lebih amfoterik. Formula: Fe₂O_3.

Besi(III) hidroksida. Bahan yang memendakan apabila alkali bertindak balas dengan garam besi yang sepadan. Wataknya disebut amfoterik, warnanya coklat-coklat. Formula: Fe(OH)_3.
Garam, yang termasuk kation Fe³⁺. Kebanyakannya telah diasingkan, kecuali karbonat, kerana hidrolisis berlaku dan karbon dioksida dibebaskan. Contoh formula untuk beberapa garam: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{dan lain-lain.}

Antara contoh di atas, dari sudut praktikal, hidrat kristal seperti FeCL₃6H_{2O, atau besi klorida heksahidrat adalah penting (III). Ia digunakan dalam perubatan untuk menghentikan pendarahan dan menambah ion besi dalam badan sekiranya berlaku anemia.}

Besi(III) sulfat 9-hidrat digunakan untuk membersihkan air minuman kerana ia bertindak sebagai penggumpal.

Sebatian besi(VI)

Formula sebatian kimia besi, di mana ia menunjukkan keadaan pengoksidaan khas +6, boleh ditulis seperti berikut:

K₂FeO_4;

Na₂FeO_4;

MgFeO_{4 dan lain-lain.}

Semuanya mempunyai nama biasa - ferrat - dan mempunyai sifat yang serupa (agen pengurangan kuat). Mereka juga mampu membasmi kuman dan mempunyai kesan bakteria. Ini membolehkan mereka digunakan untuk rawatan air minuman pada skala industri.

Sebatian kompleks

Bahan khas sangat penting dalam kimia analitik dan bukan sahaja. Mereka yang terbentuk dalam larutan akueus garam. Ini adalah sebatian kompleks besi. Yang paling popular dan diteliti dengan baik adalah seperti berikut.

Potassium hexacyanoferrate (II)K₄[Fe(CN)₆]. Nama lain untuk sebatian itu ialah garam darah kuning. Ia digunakan untuk penentuan kualitatif Fe³⁺ ion besi dalam larutan. Hasil daripada pendedahan, penyelesaian memperoleh warna biru terang yang cantik, kerana kompleks lain terbentuk - KFe biru Prusia³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Sejak zaman purba, ia telah digunakan sebagai pewarna untuk fabrik.}
Potassium hexacyanoferrate (III) K₃[Fe(CN)₆]. Nama lain ialah garam darah merah. Digunakan sebagai reagen kualitatif untuk penentuan ion besi Fe^{2+. Akibatnya, mendakan biru terbentuk, yang dipanggil biru Turnbull. Juga digunakan sebagai pewarna kain.}

Besi dalam bahan organik

Besi dan sebatiannya, seperti yang telah kita lihat, mempunyai kepentingan praktikal yang besar dalam kehidupan ekonomi manusia. Walau bagaimanapun, sebagai tambahan kepada ini, peranan biologinya dalam badan tidak kurang hebatnya, sebaliknya.

Terdapat satu sebatian organik yang sangat penting, protein, yang merangkumi unsur ini. Ini adalah hemoglobin. Terima kasih kepadanya bahawa oksigen diangkut dan pertukaran gas seragam dan tepat pada masanya dijalankan. Oleh itu, peranan besi dalam proses penting - pernafasan - sangat besar.