Eisenverbindungen. Eisen: physikalische und chemische Eigenschaften

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 17:44

Die ersten Produkte aus Eisen und seinen Legierungen wurden bei Ausgrabungen gefunden und stammen etwa aus dem 4. Jahrtausend vor Christus. Das heißt, sogar die alten Ägypter und Sumerer verwendeten Meteoritenvorkommen dieser Substanz, um Schmuck und Haush altsgegenstände sowie Waffen herzustellen.

Heute sind verschiedene Arten von Eisenverbindungen sowie reines Metall die am häufigsten verwendeten und verwendeten Substanzen. Kein Wunder, dass das 20. Jahrhundert als Eisen g alt. Denn vor dem Aufkommen und der weiten Verbreitung von Kunststoff und verwandten Materialien war diese Verbindung für den Menschen von entscheidender Bedeutung. Was ist dieses Element und welche Substanzen es bildet, werden wir in diesem Artikel betrachten.

Chemisches Element Eisen

Wenn wir den Aufbau des Atoms betrachten, dann sollten wir zuerst seine Lage im Periodensystem angeben.

1. Ordnungszahl - 26.
2. Periode ist die vierte große.
3. Achte Gruppe, sekundäre Untergruppe.
4. Atomgewicht ist 55.847.
5. Die Struktur der äußeren Elektronenhülle wird durch die Formel 3d⁶4s^{2. angegeben}
6. Symbol des chemischen Elements - Fe.
7. Name - Eisen, einlesenformel - "ferrum".
8. In der Natur gibt es vier stabile Isotope des betreffenden Elements mit den Massenzahlen 54, 56, 57, 58.

Das chemische Element Eisen hat auch etwa 20 verschiedene Isotope, die nicht stabil sind. Mögliche Oxidationsstufen, die dieses Atom aufweisen kann:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Nicht nur das Element selbst ist wichtig, sondern auch seine verschiedenen Verbindungen und Legierungen.

Physikalische Eigenschaften

Eisen hat als einfache Substanz physikalische Eigenschaften mit ausgeprägter Metallizität. Das heißt, es ist ein silbrig-weißes Metall mit einem grauen Farbton, das ein hohes Maß an Duktilität und Duktilität sowie einen hohen Schmelz- und Siedepunkt aufweist. Betrachten wir die Merkmale genauer, dann gilt:

• Schmelzpunkt - 1539 0С;
• kochen - 2862 0C;
• Aktivität - mittel;
• refraktär - hoch;
• zeigt ausgeprägte magnetische Eigenschaften.

Je nach Bedingungen und unterschiedlichen Temperaturen gibt es verschiedene Modifikationen, die Eisen bildet. Ihre physikalischen Eigenschaften unterscheiden sich dadurch, dass die Kristallgitter unterschiedlich sind.

1. Die Alpha-Form oder Ferrit existiert bis zu einer Temperatur von 769 0C.
2. Von 769 bis 917 0C - Betaform.
3. 917-1394 0С - Gammaform oder Austenit.
4. Über 1394 0S - Sigma-Eisen.

Alle Modifikationen habenunterschiedliche Strukturtypen von Kristallgittern und unterscheiden sich auch in den magnetischen Eigenschaften.

Chemische Eigenschaften

Wie oben erwähnt, weist die einfache Substanz Eisen eine mittlere chemische Aktivität auf. In fein verteiltem Zustand kann es sich jedoch an Luft selbst entzünden, während das Metall selbst in reinem Sauerstoff verbrennt.

Die Korrosionsfähigkeit ist hoch, daher sind die Legierungen dieser Substanz mit Legierungsverbindungen beschichtet. Eisen kann interagieren mit:

• Säuren;
• Sauerstoff (einschließlich Luft);
• grau;
• Halogene;
• beim Erhitzen - mit Stickstoff, Phosphor, Kohlenstoff und Silizium;
• mit Salzen weniger aktiver Metalle zu einfachen Substanzen reduzieren;
• mit Live-Dampf;
• mit Eisensalzen in der Oxidationsstufe +3.

Es ist offensichtlich, dass das Metall, das eine solche Aktivität zeigt, in der Lage ist, verschiedene Verbindungen mit unterschiedlichen und polaren Eigenschaften zu bilden. Und so passiert es. Eisen und seine Verbindungen sind äußerst vielfältig und werden in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft, Technologie und industriellen menschlichen Tätigkeit verwendet.

Ausbreitung in der Natur

Natürliche Eisenverbindungen sind weit verbreitet, da es nach Aluminium das zweithäufigste Element auf unserem Planeten ist. Gleichzeitig ist das Metall in seiner reinen Form als Teil von Meteoriten äußerst selten, was auf seine großen Ansammlungen im Weltraum hinweist. Die Hauptmasse ist in der Zusammensetzung von Erzen, Gesteinen und Mineralien enth alten.

WennUm über den Prozentsatz des betreffenden Elements in der Natur zu sprechen, können die folgenden Zahlen angegeben werden.

1. Die Kerne der terrestrischen Planeten - 90%.
2. In der Erdkruste - 5%.
3. Im Erdmantel - 12%.
4. Im Kern der Erde - 86%.
5. In Flusswasser - 2 mg/l.
6. Im Meer und Ozean - 0,02 mg/l.

Die häufigsten Eisenverbindungen bilden folgende Mineralien:

• Magnetit;
• Limonit oder brauner Eisenstein;
• vivianit;
• Pyrrhotin;
• Pyrit;
• siderit;
• Markasit;
• lellingite;
• Mispicel;
• Milanterite und andere.

Dies ist bei weitem keine vollständige Liste, denn es gibt wirklich viele davon. Darüber hinaus sind verschiedene Legierungen weit verbreitet, die vom Menschen hergestellt werden. Auch das sind solche Eisenverbindungen, die aus dem modernen Leben der Menschen nicht mehr wegzudenken sind. Dazu gehören zwei Haupttypen:

• Gusseisen;
• Stahl.

Eisen ist auch ein wertvoller Zusatz für viele Nickellegierungen.

Eisen(II)-Verbindungen

Dazu gehören solche, bei denen die Oxidationsstufe des bildenden Elements +2 ist. Sie sind ziemlich zahlreich, denn sie beinh alten:

• oxid;
• Hydroxid;
• binäre Verbindungen;
• komplexe Salze;
• komplexe Verbindungen.

Die Formeln chemischer Verbindungen, in denen Eisen den angegebenen Oxidationsgrad aufweist, sind für jede Klasse individuell. Betrachten Sie die wichtigsten und häufigsten von ihnen.

1. Eisenoxid (II). Schwarzes Pulver, wasserunlöslich. Die Art der Verbindung ist grundlegend. Es kann schnell oxidieren, lässt sich aber auch leicht zu einer einfachen Substanz reduzieren. In Säuren löst es sich zu den entsprechenden Salzen auf. Formel - FeO.
2. Eisen(II)hydroxid. Es ist ein weißer amorpher Niederschlag. Entsteht durch die Reaktion von Salzen mit Basen (Laugen). Es zeigt schwach basische Eigenschaften, kann an der Luft schnell zu Eisenverbindungen +3 oxidieren. Formel - Fe(OH)_2.
3. Salze eines Elements in der angegebenen Oxidationsstufe. In der Regel haben sie eine hellgrüne Farbe der Lösung, oxidieren auch an der Luft gut, nehmen eine dunkelbraune Farbe an und verwandeln sich in Eisensalze 3. Sie lösen sich in Wasser auf. Beispiele für Verbindungen: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praxiswert unter den bezeichneten Stoffen haben mehrere Verbindungen. Erstens Eisen(II)chlorid. Dies ist der Hauptlieferant von Ionen für den menschlichen Körper mit Anämie. Wenn bei einem Patienten eine solche Krankheit diagnostiziert wird, werden ihm komplexe Präparate verschrieben, die auf der betreffenden Verbindung basieren. So wird der Eisenmangel im Körper wieder aufgefüllt.

Zweitens wird Eisensulfat, also Eisen(II)sulfat, zusammen mit Kupfer verwendet, um landwirtschaftliche Schädlinge in Feldfrüchten zu vernichten. Die Methode hat sich seit mehr als einem Jahrzehnt bewährt und wird daher von Gärtnerinnen und Gärtnern sehr geschätzt.

Mora-Salz

Diese Verbindungwelches ein hydratisiertes Eisen und Ammoniumsulfat ist. Seine Formel wird geschrieben als FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Eine der in der Praxis weit verbreiteten Verbindungen des Eisens (II). Die Hauptbereiche der menschlichen Verwendung sind wie folgt.}

1. Pharmazeutika.
2. Wissenschaftliche Forschung und titrimetrische Laboranalysen (zur Bestimmung von Chrom, Kaliumpermanganat, Vanadium).
3. Medizin - als Zusatz zu Lebensmitteln mit Eisenmangel im Körper des Patienten.
4. Zur Imprägnierung von Holzprodukten, da Morasalz vor Fäulnisprozessen schützt.

Es gibt noch andere Bereiche, in denen dieser Stoff verwendet wird. Es erhielt seinen Namen zu Ehren des deutschen Chemikers, der erstmals manifestierte Eigenschaften entdeckte.

Stoffe mit der Oxidationsstufe Eisen (III)

Die Eigenschaften von Eisenverbindungen, in denen es eine Oxidationsstufe von +3 aufweist, unterscheiden sich etwas von den oben diskutierten. Somit ist die Natur der entsprechenden Oxide und Hydroxide nicht mehr basisch, sondern ausgeprägt amphoter. Lassen Sie uns die Hauptsubstanzen beschreiben.

1. Eisenoxid (III). Das Pulver ist feinkristallin, rotbraun gefärbt. Es löst sich nicht in Wasser auf, zeigt leicht saure, eher amphotere Eigenschaften. Formel: Fe₂O_3.
2. Eisen(III)hydroxid. Eine Substanz, die ausfällt, wenn Alkalien mit den entsprechenden Eisensalzen reagieren. Sein Charakter ist ausgeprägt amphoter, die Farbe ist braunbraun. Formel: Fe(OH)_3.
3. Salze, die das Kation Fe enth alten³⁺. Viele davon wurden isoliert, mit Ausnahme von Carbonat, da Hydrolyse auftritt und Kohlendioxid freigesetzt wird. Beispiele für Formeln einiger Salze: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{und andere.}

Unter den obigen Beispielen ist aus praktischer Sicht ein solches kristallines Hydrat wie FeCL₃6H_{2O, oder Eisenchlorid-Hexahydrat ist wichtig (III). Es wird in der Medizin verwendet, um Blutungen zu stoppen und Eisenionen im Körper bei Anämie wieder aufzufüllen.}

Eisen(III)-sulfat-9-hydrat wird zur Reinigung von Trinkwasser verwendet, da es als Gerinnungsmittel wirkt.

Eisen(VI)-Verbindungen

Die Formeln der chemischen Verbindungen des Eisens, bei denen es eine besondere Oxidationsstufe von +6 aufweist, können wie folgt geschrieben werden:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 und andere.}

Alle haben einen gemeinsamen Namen - Ferrate - und ähnliche Eigenschaften (starke Reduktionsmittel). Sie sind auch in der Lage zu desinfizieren und haben eine bakterizide Wirkung. Damit können sie im industriellen Maßstab zur Trinkwasseraufbereitung eingesetzt werden.

Komplexverbindungen

Spezielle Substanzen sind nicht nur in der analytischen Chemie sehr wichtig. Solche, die sich in wässrigen Lösungen von Salzen bilden. Dies sind komplexe Eisenverbindungen. Die beliebtesten und am besten recherchierten sind wie folgt.

1. Kaliumhexacyanoferrat (II)K₄[Fe(CN)₆]. Ein anderer Name für die Verbindung ist gelbes Blutsalz. Es dient zur qualitativen Bestimmung von Fe³⁺ Eisenionen in Lösung. Als Ergebnis der Belichtung erhält die Lösung eine schöne hellblaue Farbe, da ein weiterer Komplex gebildet wird - Preußischblau KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Seit der Antike wird es als Farbstoff für Stoffe verwendet.}
2. Kaliumhexacyanoferrat (III) K₃[Fe(CN)₆]. Ein anderer Name ist rotes Blutsalz. Wird als qualitatives Reagenz zur Bestimmung von Eisenionen Fe^{2+ verwendet. Als Ergebnis bildet sich ein blauer Niederschlag, der als Turnbull-Blau bezeichnet wird. Wird auch als Textilfarbe verwendet.}

Eisen in organischen Stoffen

Eisen und seine Verbindungen sind, wie wir gesehen haben, von großer praktischer Bedeutung im Wirtschaftsleben des Menschen. Darüber hinaus ist seine biologische Rolle im Körper jedoch nicht weniger groß, im Gegenteil.

Es gibt eine sehr wichtige organische Verbindung, Protein, die dieses Element enthält. Das ist Hämoglobin. Ihm ist es zu verdanken, dass Sauerstoff transportiert und ein gleichmäßiger und rechtzeitiger Gasaustausch durchgeführt wird. Daher ist die Rolle von Eisen im lebenswichtigen Prozess - der Atmung - einfach riesig.

Insgesamt enthält der menschliche Körper etwa 4 Gramm Eisen, das durch die aufgenommene Nahrung ständig wieder aufgefüllt werden muss.