Темір қосылыстары. Темір: физикалық және химиялық қасиеттері

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 17:50

Темірден және оның қорытпаларынан жасалған алғашқы бұйымдар қазба жұмыстары кезінде табылған және шамамен біздің дәуірімізге дейінгі 4 мыңжылдыққа жатады. Яғни, тіпті ежелгі египеттіктер мен шумерлер де бұл заттың метеорит шөгінділерін зергерлік бұйымдар мен тұрмыстық бұйымдарды, сондай-ақ қару-жарақ жасау үшін пайдаланған.

Бүгінгі таңда темір қосылыстарының әртүрлі түрлері, сонымен қатар таза металл ең көп таралған және қолданылатын заттар болып табылады. 20-ғасырдың темір деп саналғаны таңқаларлық емес. Өйткені, пластмасса және онымен байланысты материалдар пайда болғанға және кеңінен қолданылғанға дейін адамдар үшін шешуші маңызы бар осы қосылыс болды. Бұл қандай элемент және ол қандай заттар түзеді, біз осы мақалада қарастырамыз.

Химиялық темір элементі

Атомның құрылысын қарастыратын болсақ, онда ең алдымен оның периодтық жүйедегі орнын көрсету керек.

1. Реттік сан - 26.
2. Төртінші үлкен кезең.
3. Сегізінші топ, қосалқы топша.
4. Атомдық салмағы 55, 847.
5. Сыртқы электронды қабаттың құрылымы 3d⁶4s^{2 формуласымен көрсетілген.}
6. Химиялық элемент таңбасы - Fe.
7. Аты - үтік, оқуформула - "феррум".
8. Табиғатта қарастырылып отырған элементтің массалық сандары 54, 56, 57, 58 болатын төрт тұрақты изотоптары бар.

Темір химиялық элементінің де тұрақты емес 20-ға жуық түрлі изотоптары бар. Ықтимал тотығу бұл атом көрсете алатынын көрсетеді:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Элементтің өзі ғана емес, оның әртүрлі қосылыстары мен қорытпалары да маңызды.

Физикалық қасиеттері

Темір қарапайым зат ретінде айқын металдық қасиеті бар физикалық қасиеттерге ие. Яғни, иілгіштігі мен иілгіштігі жоғары және балқу мен қайнау температурасы жоғары, сұр реңкті күмістей ақ түсті металл. Егер сипаттамаларды толығырақ қарастырсақ, онда:

• балқу температурасы - 1539 0С;
• қайнату - 2862 0C;
• белсенділік - орташа;
• отқа төзімді - жоғары;
• айқын магниттік қасиеттерді көрсетеді.

Жағдайларға және әртүрлі температураларға байланысты темірдің бірнеше модификациялары бар. Олардың физикалық қасиеттері кристалдық торлардың айырмашылығынан ерекшеленеді.

1. Альфа формасы немесе феррит 769 температураға дейін бар 0C.
2. 769-917 0C - бета нұсқасы.
3. 917-1394 0С - гамма пішіні немесе аустенит.
4. 1394 жоғары 0S - сигма үтік.

Барлық өзгертулер баркристалдық торлардың құрылымының әртүрлі типтері, сондай-ақ магниттік қасиеттері бойынша ерекшеленеді.

Химиялық қасиеттері

Жоғарыда айтылғандай, қарапайым темір заты орташа химиялық белсенділікті көрсетеді. Дегенмен, ұсақ дисперсті күйде ол ауада өздігінен тұтануы мүмкін, ал металдың өзі таза оттегіде жанып кетеді.

Коррозияға қабілеттілігі жоғары, сондықтан бұл заттың қорытпалары легирленген қосылыстармен қапталған. Темір мыналармен әрекеттеседі:

• қышқылдар;
• оттегі (ауаны қоса);
• сұр;
• галогендер;
• қыздыру кезінде - азотпен, фосформен, көміртегімен және кремниймен;
• активтілігі аз металдардың тұздарымен, оларды жай заттарға дейін қалпына келтіреді;
• тікелей бумен;
• тотығу күйіндегі темір тұздарымен +3.

Осындай белсенділік көрсете отырып, металдың қасиеттері жағынан алуан түрлі және полярлы әртүрлі қосылыстар түзе алатыны анық. Және солай болады. Темір және оның қосылыстары өте алуан түрлі және ғылымның, техниканың, адам қызметінің әртүрлі салаларында қолданылады.

Табиғатта таралған

Табиғи темір қосылыстары өте кең таралған, өйткені ол біздің планетамызда алюминийден кейінгі екінші элемент. Сонымен қатар, оның таза түрінде металл метеориттердің бөлігі ретінде өте сирек кездеседі, бұл оның ғарышта үлкен жинақталуын көрсетеді. Негізгі массасы кендердің, тау жыныстарының және минералдардың құрамында болады.

ЕгерҚарастырылып отырған элементтің табиғаттағы пайызы туралы айту үшін келесі сандарды беруге болады.

1. Жердегі планеталардың ядролары - 90%.
2. Жер қыртысында - 5%.
3. Жер мантиясында - 12%.
4. Жердің кіндігінде - 86%.
5. Өзен суында - 2 мг/л.
6. Теңізде және мұхитта - 0,02 мг/л.

Ең көп таралған темір қосылыстары келесі минералдарды құрайды:

• магнетит;
• лимонит немесе қоңыр темір тас;
• вивианит;
• пиротит;
• пирит;
• сидерит;
• марказит;
• lellingite;
• Mispicel;
• милантерит және басқалар.

Бұл толық тізімнен алыс, өйткені олардың саны өте көп. Сонымен қатар, адам жасаған әртүрлі қорытпалар кең таралған. Бұл да осындай темір қосылыстары, оларсыз адамдардың қазіргі өмірін елестету қиын. Оларға екі негізгі түр кіреді:

• шойын;
• болат.

Ол сонымен қатар көптеген никель қорытпаларының құнды қосымшасы болып табылатын темір.

Темір(II) қосылыстары

Бұларға түзуші элементтің тотығу дәрежесі +2 болатындар жатады. Олардың саны өте көп, себебі олар мыналарды қамтиды:

• оксид;
• гидроксиді;
• екілік қосылыстар;
• күрделі тұздар;
• күрделі қосылыстар.

Темір көрсетілген тотығу дәрежесін көрсететін химиялық қосылыстардың формулалары әр сынып үшін жеке болып табылады. Олардың ең маңыздысын және кең таралғанын қарастырыңыз.

1. Темір оксиді (II). Қара ұнтақ, суда ерімейді. Байланыстың сипаты негізгі болып табылады. Ол тез тотығуға қабілетті, бірақ оны қарапайым затқа дейін оңай азайтуға болады. Ол сәйкес тұздарды түзу үшін қышқылдарда ериді. Формула - FeO.
2. Темір (II) гидроксиді. Бұл ақ түсті аморфты тұнба. Тұздардың негіздермен (сілтілер) әрекеттесуі нәтижесінде түзіледі. Ол әлсіз негіздік қасиеттерді көрсетеді, ауада +3 темір қосылыстарына дейін тез тотыға алады. Формула - Fe(OH)_2.
3. Белгілі тотығу күйіндегі элементтің тұздары. Әдетте, олар ерітіндінің бозғылт жасыл түсі бар, тіпті ауада жақсы тотығады, қою қоңыр түске ие болып, темір тұздарына айналады 3. Олар суда ериді. Құрама мысалдар: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Тағайындалған заттардың ішінде бірнеше қосылыстардың практикалық маңызы бар. Біріншіден, темір (II) хлориді. Бұл анемиямен ауыратын адам ағзасына иондардың негізгі жеткізушісі. Науқаста мұндай ауру диагноз қойылған кезде, оған күрделі препараттар тағайындалады, олар қарастырылып жатқан қосылысқа негізделген. Денедегі темір тапшылығы осылай толтырылады.

Екіншіден, темір сульфаты, яғни темір (II) сульфаты мыспен бірге ауыл шаруашылығы дақылдарының зиянкестерін жою үшін қолданылады. Бұл әдіс өзінің тиімділігін он жылдан астам уақыт бойы дәлелдеп келеді, сондықтан оны бағбандар мен бағбандар өте жоғары бағалайды.

Мора тұзы

Бұл байланысбұл гидратталған темір және аммоний сульфаты. Оның формуласы FeSO₄(NH₄)₂SO_{4 түрінде жазылған.} 6H_{2O. Тәжірибеде кеңінен қолданылатын темір (II) қосылыстарының бірі. Адамның пайдалануының негізгі бағыттары төмендегідей.}

1. Фармацевтика.
2. Ғылыми зерттеулер және зертханалық титриметриялық талдаулар (хромды, калий перманганатын, ванадийді анықтауға арналған).
3. Медицина - науқастың ағзасында темір жетіспейтін тағамға қоспа ретінде.
4. Ағаш бұйымдарды сіңдіру үшін, өйткені Мора тұзы ыдырау процестерінен қорғайды.

Бұл зат қолданылатын басқа аймақтар бар. Ол өз атауын алғаш рет көрінетін қасиеттерін ашқан неміс химигі құрметіне алды.

Темір (III) тотығу дәрежесі бар заттар

Тотығу дәрежесі +3 болатын темір қосылыстарының қасиеттері жоғарыда қарастырылғандардан біршама ерекшеленеді. Осылайша, сәйкес оксид пен гидроксидтің табиғаты енді негіздік емес, амфотерлік болып табылады. Негізгі заттардың сипаттамасын берейік.

1. Темір оксиді (III). Ұнтақ ұсақ кристалды, қызыл-қоңыр түсті. Ол суда ерімейді, аздап қышқылдық, амфотерлік қасиет көрсетеді. Формула: Fe₂O_3.
2. Темір(III) гидроксиді. Сілтілер сәйкес темір тұздарымен әрекеттескенде тұнбаға түсетін зат. Оның сипаты амфотерлі, түсі қоңыр-қоңыр. Формула: Fe(OH)_3.
3. Тұздар, құрамында Fe³⁺ катионы бар. Гидролиз жүріп, көмірқышқыл газы бөлінетіндіктен, олардың көпшілігі карбонатты қоспағанда, оқшауланған. Кейбір тұздардың формулаларының мысалдары: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{және т.б.}

Жоғарыда келтірілген мысалдардың ішінде практикалық тұрғыдан FeCL₃6H_{2O сияқты кристалды гидрат немесе темір хлоридінің гексагидраты маңызды (III). Медицинада анемия кезінде қан кетуді тоқтату және ағзадағы темір иондарын толықтыру үшін қолданылады.}

Темір (III) сульфаты 9-гидрат ауыз суды тазарту үшін қолданылады, өйткені ол коагулянт ретінде әрекет етеді.

Темір(VI) қосылыстары

Темірдің арнайы тотығу дәрежесі +6 болатын химиялық қосылыстарының формулаларын келесідей жазуға болады:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 және т.б.}

Олардың барлығының ортақ атауы бар - ферраттар - және ұқсас қасиеттері бар (күшті қалпына келтіретін заттар). Олар сондай-ақ дезинфекциялауға және бактерицидтік әсерге ие. Бұл оларды өнеркәсіптік ауқымда ауыз суды тазарту үшін пайдалануға мүмкіндік береді.

Күрделі қосылыстар

Арнайы заттар аналитикалық химияда ғана емес, өте маңызды. Тұздардың сулы ерітінділерінде түзілетіндер. Бұл темірдің күрделі қосылыстары. Ең танымал және жақсы зерттелгендері төмендегідей.

1. Калий гексацианоферраты (II)K₄[Fe(CN)₆]. Қосылыстың тағы бір атауы - сары қан тұзы. Ол ерітіндідегі Fe³⁺ темір ионын сапалық анықтау үшін қолданылады. Экспозиция нәтижесінде ерітінді әдемі ашық көк түске ие болады, өйткені басқа кешен пайда болады - пруссиялық көк KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Ежелгі заманнан бері ол матаға бояу ретінде қолданылған.}
2. Калий гексацианоферраты (III) K₃[Fe(CN)₆]. Басқа атауы - қызыл қан тұзы. Fe^{2+ темір ионын анықтау үшін сапалы реагент ретінде қолданылады. Нәтижесінде көгілдір тұнба пайда болады, ол Тернбулл көк деп аталады. Сондай-ақ мата бояуы ретінде пайдаланылады.}

Органикалық заттардағы темір

Темір және оның қосылыстары, байқағанымыздай, адамның шаруашылық өмірінде практикалық маңызы зор. Сонымен қатар, оның ағзадағы биологиялық рөлі де кем емес, керісінше.

Бұл элементті қамтитын бір өте маңызды органикалық қосылыс, ақуыз бар. Бұл гемоглобин. Оның арқасында оттегі тасымалданады және біркелкі және уақтылы газ алмасу жүзеге асырылады. Демек, темірдің өмірлік процесс – тыныс алудағы рөлі өте зор.

Жалпы алғанда, адам ағзасында шамамен 4 грамм темір бар, ол тұтынылатын тағам арқылы үнемі толықтырылуы керек.