مركبات الحديد. الحديد: الخصائص الفيزيائية والكيميائية

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 17:40

تم العثور على أول المنتجات المصنوعة من الحديد وسبائكه أثناء الحفريات ويعود تاريخها إلى حوالي الألفية الرابعة قبل الميلاد. أي ، حتى قدماء المصريين والسومريين استخدموا رواسب النيازك من هذه المادة لصنع المجوهرات والأدوات المنزلية ، وكذلك الأسلحة.

اليوم ، تعد أنواع مختلفة من مركبات الحديد ، وكذلك المعادن النقية ، أكثر المواد شيوعًا واستخدامًا. لا عجب أن القرن العشرين كان يعتبر من الحديد. بعد كل شيء ، قبل ظهور البلاستيك والمواد ذات الصلة واستخدامها على نطاق واسع ، كان هذا المركب ذا أهمية حاسمة للبشر. ما هو هذا العنصر وما هي المواد التي يتكون منها ، سننظر في هذا المقال

عنصر كيميائي حديد

إذا أخذنا في الاعتبار بنية الذرة ، فعلينا أولاً تحديد موقعها في النظام الدوري.

1. الرقم الترتيبي - 26.
2. الفترة هي الرابعة الكبيرة.
3. المجموعة الثامنة المجموعة الفرعية الثانوية
4. الوزن الذري هو 55 ، 847.
5. يشار إلى بنية غلاف الإلكترون الخارجي بالصيغة 3d⁶4s^2.
6. رمز العنصر الكيميائي - Fe.
7. الاسم - الحديد ، القراءة فيالصيغة - "الحديد".
8. في الطبيعة ، هناك أربعة نظائر مستقرة للعنصر المعني بأعداد جماعية 54 ، 56 ، 57 ، 58.

يحتوي عنصر الحديد الكيميائي أيضًا على حوالي 20 نظيرًا مختلفًا غير مستقر. تشير الأكسدة المحتملة إلى أن هذه الذرة يمكن أن تظهر:

• 0 ؛
• + 2 ؛
• + 3 ؛
• + 6.

ليس فقط العنصر نفسه مهمًا ، ولكن أيضًا مركباته وسبائكه المختلفة.

الخصائص الفيزيائية

كمادة بسيطة ، الحديد له خصائص فيزيائية مع المعادن الواضحة. أي أنه معدن أبيض فضي مع صبغة رمادية ، وله درجة عالية من اللدونة والليونة ونقطة انصهار وغليان عالية. إذا أخذنا في الاعتبار الخصائص بمزيد من التفصيل ، فعندئذٍ:

• نقطة الانصهار - 15390С ؛
• يغلي - 28620C ؛
• نشاط - متوسط ؛
• صهر - مرتفع ؛
• يظهر خصائص مغناطيسية واضحة.

اعتمادًا على الظروف ودرجات الحرارة المختلفة ، هناك العديد من التعديلات التي يمكن تشكيلها من الحديد. تختلف خصائصها الفيزيائية عن حقيقة اختلاف المشابك البلورية.

1. شكل ألفا ، أو الفريت ، موجود حتى درجة حرارة 7690C.
2. من 769 إلى 9170C - نموذج بيتا.
3. 917-13940С - شكل جاما ، أو الأوستينيت.
4. أكثر من 13940S - حديد سيجما.

جميع التعديلات لهاأنواع مختلفة من هيكل المشابك البلورية ، وتختلف أيضًا في الخصائص المغناطيسية.

الخصائص الكيميائية

كما ذكرنا أعلاه ، فإن مادة الحديد البسيطة تعرض نشاطًا كيميائيًا متوسطًا. ومع ذلك ، في حالة التشتت الدقيق ، يمكن أن تشتعل تلقائيًا في الهواء ، بينما يحترق المعدن نفسه في الأكسجين النقي.

قدرة التآكل عالية ، لذا فإن سبائك هذه المادة مطلية بمركبات صناعة السبائك. الحديد قادر على التفاعل مع:

• أحماض ؛
• أكسجين (بما في ذلك الهواء) ؛
• رمادي ؛
• هالوجينات ؛
• عند التسخين - بالنيتروجين والفوسفور والكربون والسيليكون ؛
• بأملاح المعادن الأقل نشاطًا ، واختزالها إلى مواد بسيطة ؛
• بالبخار المباشر ؛
• بأملاح الحديد في حالة الأكسدة + 3.

من الواضح ، بإظهار مثل هذا النشاط ، أن المعدن قادر على تكوين مركبات مختلفة ، متنوعة وقطبية في الخصائص. وهذا يحدث. الحديد ومركباته متنوعة للغاية وتستخدم في مختلف فروع العلوم والتكنولوجيا والنشاط البشري الصناعي.

منتشر في الطبيعة

مركبات الحديد الطبيعية شائعة جدًا ، لأنها ثاني أكثر العناصر وفرة على كوكبنا بعد الألومنيوم. في نفس الوقت ، المعدن في شكله النقي نادر للغاية ، كجزء من النيازك ، مما يدل على تراكماته الكبيرة في الفضاء. الكتلة الرئيسية موجودة في تكوين الخامات والصخور والمعادن.

إذاللحديث عن النسبة المئوية للعنصر المعني في الطبيعة ، يمكن إعطاء الأرقام التالية.

1. نوى الكواكب الأرضية - 90٪.
2. في القشرة الأرضية - 5٪
3. في عباءة الأرض - 12٪
4. في قلب الأرض - 86٪
5. في مياه النهر - 2 ملغم / لتر.
6. في البحر والمحيط - 0.02 ملغم / لتر.

أكثر مركبات الحديد شيوعًا تشكل المعادن التالية:

• أكسيد الحديد الأسود ؛
• حجر ليمونيت أو بني حديدي ؛
• فيفيانايت ؛
• pyrrhotite ؛
• بيريت ؛
• Siderite ؛
• ماركاسيت ؛
• lellingite ؛
• Mispicel ؛
• milanterite وغيرها

هذه ليست قائمة كاملة ، لأن هناك الكثير منهم بالفعل. بالإضافة إلى ذلك ، تنتشر السبائك المختلفة التي يصنعها الإنسان. هذه أيضًا مركبات حديدية ، بدونها يصعب تخيل الحياة الحديثة للناس. وتشمل نوعين رئيسيين:

• زهر ؛
• فولاذ.

إنه أيضًا الحديد الذي يعد إضافة قيمة للعديد من سبائك النيكل.

مركبات الحديد (II)

وتشمل تلك التي تكون فيها حالة أكسدة عنصر التكوين +2. هم كثيرون ، لأنهم يشملون:

• أكسيد ؛
• هيدروكسيد ؛
• مركبات ثنائية ؛
• أملاح معقدة
• مركبات معقدة.

صيغ المركبات الكيميائية التي يظهر فيها الحديد درجة الأكسدة المحددة تكون فردية لكل فئة. فكر في أهمها وأشهرها.

1. أكسيد الحديد (II). مسحوق أسود غير قابل للذوبان في الماء. طبيعة الاتصال أساسية. إنه قادر على الأكسدة بسرعة ، ومع ذلك ، يمكن أيضًا اختزاله بسهولة إلى مادة بسيطة. يذوب في الأحماض لتشكيل الأملاح المقابلة. الصيغة - FeO.
2. هيدروكسيد الحديد (II). إنه راسب أبيض غير متبلور. يتكون من تفاعل الأملاح مع القواعد (القلويات). يظهر خصائص أساسية ضعيفة ، وهو قادر على الأكسدة بسرعة في الهواء إلى مركبات الحديد +3. الصيغة - Fe (OH)_2.
3. أملاح عنصر في حالة الأكسدة المحددة. كقاعدة عامة ، لديهم لون أخضر باهت من المحلول ، يتأكسد جيدًا حتى في الهواء ، ويكتسب لونًا بنيًا غامقًا ويتحول إلى أملاح حديد 3. تذوب في الماء. أمثلة مركبة: FeCL₂ ، FeSO₄ ، Fe (NO₃)_2.

قيمة عملية بين المواد المحددة لها عدة مركبات. أولاً ، كلوريد الحديد (II). هذا هو المورد الرئيسي للأيونات لجسم الإنسان المصاب بفقر الدم. عندما يتم تشخيص مثل هذا المرض في المريض ، يتم وصفه للمستحضرات المعقدة ، والتي تعتمد على المركب المعني. هذه هي الطريقة التي يتم بها تعويض نقص الحديد في الجسم.

ثانيًا ، تُستخدم كبريتات الحديدوز ، أي كبريتات الحديد (II) ، جنبًا إلى جنب مع النحاس لتدمير الآفات الزراعية في المحاصيل. أثبتت هذه الطريقة فعاليتها لأكثر من عقد من الزمان ، لذلك فهي تحظى بتقدير كبير من قبل البستانيين والبستانيين.

مورا سالت

هذا الاتصالوهو حديد مميأ وكبريتات الأمونيوم. صيغتها مكتوبة كـ FeSO₄ (NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. أحد مركبات الحديد (II) ، ويستخدم على نطاق واسع في الممارسة العملية. المجالات الرئيسية للاستخدام البشري هي كما يلي}

1. الأدوية.
2. البحث العلمي والتحليلات المختبرية بالمعايرة (لتقدير الكروم وبرمنجنات البوتاسيوم والفاناديوم).
3. دواء - كمادة مضافة للطعام مع نقص الحديد في جسم المريض.
4. لتشريب المنتجات الخشبية ، حيث يحمي ملح مورا من عمليات التحلل.

هناك مجالات أخرى تستخدم فيها هذه المادة. حصلت على اسمها تكريما للكيميائي الألماني الذي اكتشف الخصائص الظاهرة لأول مرة.

المواد مع حالة أكسدة الحديد (III)

تختلف خصائص مركبات الحديد ، التي تظهر فيها حالة أكسدة +3 ، إلى حد ما عن تلك التي تمت مناقشتها أعلاه. وبالتالي ، فإن طبيعة الأكسيد والهيدروكسيد المقابل لم تعد أساسية ، ولكنها مذبذبة واضحة. دعونا نعطي وصفا للمواد الرئيسية

1. أكسيد الحديد (III). المسحوق بلوري ناعم ولونه أحمر-بني. لا يذوب في الماء ، ويظهر خصائص حمضية قليلاً وأكثر مذبذبة. الصيغة: Fe₂O_3.
2. هيدروكسيد الحديد (III). مادة تترسب عندما تتفاعل القلويات مع أملاح الحديد المقابلة. يتم نطق شخصيتها مذبذبة ، واللون بني-بني. الصيغة: Fe (OH)_3.
3. الأملاح ، والتي تشمل الكاتيون Fe^{3 +}.تم عزل العديد منها ، باستثناء الكربونات ، حيث يحدث التحلل المائي ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون. أمثلة على الصيغ لبعض الأملاح: Fe (NO₃)₃ ، Fe₂(SO 4 ₎3_{، FeCL}3 ،_FeBr3_{وغيرها.}

من بين الأمثلة المذكورة أعلاه ، من وجهة نظر عملية ، مثل هيدرات بلورية مثل FeCL₃ 6H_{2O ، أو سداسي هيدرات كلوريد الحديد مهم (III). يستخدم في الطب لوقف النزيف وتجديد أيونات الحديد في الجسم في حالة فقر الدم.}

كبريتات الحديد (III) 9 هيدرات تستخدم لتنقية مياه الشرب لأنها تعمل كمخثر.

مركبات الحديد (VI)

يمكن كتابة صيغ المركبات الكيميائية للحديد ، حيث تظهر حالة أكسدة خاصة +6 ، على النحو التالي:

• K₂FeO_4؛
• Na₂FeO_4؛
• MgFeO_{4وغيرها.}

كل منهم لها اسم شائع - ferrates - ولها خصائص متشابهة (عوامل اختزال قوية). كما أنها قادرة على التطهير ولها تأثير مبيد للجراثيم. وهذا يسمح باستخدامها لمعالجة مياه الشرب على نطاق صناعي.

مركبات معقدة

المواد الخاصة مهمة جدا في الكيمياء التحليلية وليس فقط. تلك التي تتشكل في المحاليل المائية للأملاح. هذه مركبات معقدة من الحديد. الأكثر شعبية والأكثر بحثًا هي على النحو التالي.

1. سداسي فرات البوتاسيوم (II)K₄[Fe (CN)₆]. اسم آخر للمركب هو ملح الدم الأصفر. يتم استخدامه للتحديد النوعي لأيون الحديد^{3 +}في المحلول. نتيجة للتعرض ، يكتسب المحلول لونًا أزرق فاتحًا جميلًا ، حيث يتم تكوين مركب آخر - الأزرق البروسي KFe^{3 +}[Fe^{2 +}(CN)_{6]. منذ القدم تم استخدامه كصبغة للنسيج.}
2. سداسي فرات البوتاسيوم (III) K₃[Fe (CN)₆]. اسم آخر هو ملح الدم الأحمر. يستخدم ككاشف نوعي لتقدير أيون الحديد Fe 2 +^{. نتيجة لذلك ، يتم تكوين راسب أزرق يسمى Turnbull blue. تستخدم أيضا كصبغة نسيج.}

الحديد في المواد العضوية

الحديد ومركباته كما رأينا لها أهمية عملية كبيرة في الحياة الاقتصادية للإنسان. لكن بالإضافة إلى ذلك ، فإن دورها البيولوجي في الجسم لا يقل أهمية ، بل على العكس.

هناك مركب عضوي واحد مهم جدًا ، وهو البروتين ، والذي يتضمن هذا العنصر. هذا هو الهيموغلوبين. بفضله يتم نقل الأكسجين ويتم تبادل الغازات بشكل موحد وفي الوقت المناسب. لذلك فإن دور الحديد في العملية الحيوية - التنفس - ضخم بكل بساطة.

في المجموع ، يحتوي جسم الإنسان على حوالي 4 جرامات من الحديد ، والتي يجب أن تتجدد باستمرار من خلال الطعام المستهلك.