Железо (Fe) — это один из наиболее распространенных химических элементов. Соединения железа массово используются в химической промышленности, народном хозяйстве. Сплавы железа с другими элементами стали основой большинства строительных материалов или деталей автомобилей и другой техники.
Но о применении железа поговорим позже. Сначала обозначим характеристики этого необыкновенного элемента.
Fe — строение, признаки, расположение в таблице Менделеева
Железо (Fe) — элемент 8б группы 4 периода. Порядковый номер в периодической системе — 26. Отметим, что кобальт (Co) и никель (Ni), входящие в 8б группу таблицы Менделеева, включены в семейство железа. Строение электронной оболочки атома Fe таково:
1s22s22p63s23p63d64s2
Электронное строение атома данного элемента обусловливает характерные степени окисления: +2 и + 3. Железо также может находиться в степени +6. О некоторых исключениях и интересных веществах, где этот элемент проявляет необычные свойства, поговорим чуть позже.
Рис. 1. Характеристика железа
Свойства Fe
Перед тем, как начать ознакомление со всеми соединениями железа, необходимо иметь представление о его физических и химических свойствах. Нельзя сказать, чтобы химические способности данного элемента выделялись среди ему подобных, но физические свойства обусловливают его ценность и уникальность.
Важно! Этот химический элемент в немалом количестве содержится в горах. Огромные залежи располагаются на Урале, в Сибири и других регионах России. Богаты железными рудами Украина, Прибалтика и т.д.
Физические свойства
Железо — ковкий и довольно прочный металл серебристо-белого цвета. На воздухе поддается коррозии с появлением желто-оранжевого налета — ржавчины. В чистом кислороде железо горит, а в обычных условиях кристаллизуется. Если брать только чистое железо, то оно является мягким и пластичным.
Химические свойства
Fe является химически активным элементом и чаще всего играет роль восстановителя. Итак, рассмотрим основные химические взаимодействия различных веществ с данным элементом:
- Железо с легкостью вступает в реакции с соляной и разбавленной серной кислотами, образуя на выходе водород и соответствующие соли.
- Также взаимодействует с концентрированной серной кислотой, но по иному механизму. Здесь происходит образование кислотного оксида, соли и воды.
- Удачно реагирует с разбавленной азотной кислотой, а в аналогичной кислоте высокой концентрации железо пассивируется. Оксидная пленка покрывает поверхность металла, вследствие чего замедляется процесс коррозии.
Теперь перейдем к детальному изучению способностей соединений железа.
Соединения Fe (+2)
Начнем с тех веществ, где железо проявляет наименьшую окислительную степень после нуля — + 2. Данную степень этот химический элемент способен проявлять в различных бинарных соединениях, а также в сложных и комплексных солях.
Оксид железа II — FeO
Получить его возможно, если восстанавливать с помощью водорода оксид железа III. В целом FeO можно считать амфотерным оксидом, но в нем больше преобладают основные свойства. Представляет собой черный порошок, который невозможно растворить в воде. Ценится за свое быстрое окисление и восстановление до изначального вещества.
Гидроксид железа II — Fe(OH)2
Данный гидроксид также имеет основный характер и легко растворяется в кислотах. Это соединение является белым осадком, получаемым при взаимодействиях солей железа и щелочей. Такие реакции должны проходить в бескислородной среде, иначе может образоваться другой гидроксид, о котором будем говорить далее. Fe(OH)2 способен к активному окислению на воздухе с получением соединений, где Fe находится в степени окисления +3.
Соли Fe (+2): FeSO4, FeCl2
Соли данного элемента можно получить путем большого количества реакций. Большинство из них будут иметь светло-зеленоватую окраску в растворах. Превращаются в соли железа III, окисляясь на воздухе. При этом они имеют коричнево-бурую окраску. Также благодаря солям можно получить оксиды и гидроксиды, содержащие Fe.
Соль Мора — FeSO4*(NH4)2SO4*6H2O
Это вещество широко распространено в фармацевтике и медицине. Применяется для поставки недостающего железа в организм человека. Также противодействует гниению в дереве и деревянных изделиях. Участвует в обнаружении соединений хрома и ванадия.
Соединения Fe (+3)
Крупная группа веществ, в которой содержится трехвалентное железо. Эти соединения отличаются по своим свойствам по сравнению с предыдущими. Рассмотрим их подробнее.
Оксид железа III — Fe2O3
Проявляет амфотерные качества, соответственно — реагирует с кислотами и щелочами, образуя при этом средние, комплексные и другие соли. В обычных условиях является кристаллическим порошком коричнево-красного цвета, нерастворимым в воде.
Гидроксид железа III — Fe(OH)3
Так же, как и соответствующий ему оксид, проявляет амфотерные свойства. Имеет темно-коричневый цвет. Получают вещество в ходе реакций щелочей с солями трехвалентного железа. В результате образуется бурый, темноватый осадок — Fe(OH)3. Если это основание прокалить, то получим Fe2O3.
Соли Fe (+3): FeCl3, Fe2(SO4)3
Растворы солей трехвалентного железа имеют желтый окрас и являются слабыми окислителями. При воздействии восстановителей переходят в те вещества, где железо имеет степень окисления +2.
Важно! Солей данного типа открыто достаточно много, и все они используются в промышленных, медицинских отраслях, а также в повседневной жизни.
Соединения Fe (+2, +3)
В некоторых веществах этот химический элемент имеет целых две степени окисления. Подробнее изучим сами соединения и их свойства.
Оксид железа II, III — Fe3O4, железная окалина.
Данное вещество является смесью двух оксидов железа: II и III. Железо не может быть в степени +4, поэтому такое соединение записывается как: FeO*Fe2O3. Получают данный оксид путем взаимодействия железа с водой и кислородом, которое проходит при наличии высокой температуры.
Турнбулева синь или берлинская лазурь — KFe{Fe(CN)6}
Это необычное соединение является осадком темного и чуть синеватого цвета, получаемым в ходе реакции между FeSO4 и красной кровяной солью. Здесь один атом Fe имеет степень окисления +2, а другой — +3. Чтобы обнаружить ионы трехвалентного железа, применяют желтую кровяную соль K4{Fe(CN)6}.
Рис. 2. Железо и его соединения
Соединения Fe (+6)
Химические вещества, где окислительная степень железа равна +6, называются ферратами.
Ферраты: K2FeO4, Na2FeO4
Ферраты являются мощными восстановителями и сходными по всем остальным способностям. Немаловажным является наличие в них бактерицидных способностей. Это обусловливает их ценность в качестве средств, обеззараживающих воду в крупных количествах.
Органические вещества, содержащие Fe
Железо и его свойства крайне важны и полезны в повседневной жизни людей, хозяйственной и промышленной деятельности. Но еще соединения железа выполняют значимые функции в теле человека. Чаще всего биологическую роль выполняют именно органические вещества, содержащие Fe. Пожалуй, самым важным веществом в теле человека, содержащим железо, является гемоглобин. Гемоглобин является белком, который осуществляет транспортировку кислорода по крови и обеспечивает постоянный газообмен. Fe входит в состав многих ферментов и белков нашего тела. Этот элемент также влияет и на наш иммунитет. Не зря при нехватке железа человек чувствует себя уставшим и сонным. При снижении концентрации Fe повышается вероятность заражения инфекционными заболеваниями. Поэтому важно следить за тем, чтобы в рационе было достаточно продуктов, содержащих железо — бобы, крупы, орехи, сухофрукты, морская капуста.
Применение Fe и его соединений
В конце стоит сказать и о неизмеримом вкладе Fe в современную жизнь и ее сферы. В статье уже встречались строки об использовании железа в различных областях, но разберемся в этом вопросе подробнее:
- Вещества, включающие в себя Fe, широко применяются в хозяйственной деятельности. Повсеместно в качестве строительных материалов используются сплавы железа — чугун, стали и т.д. Ковкость и прочность делают Fe незаменимой деталью в громоздких и массивных сооружениях.
- Часто этот элемент применяют и в химической промышленности. Железо играет роль катализатора во многих реакциях органического и неорганического синтеза. Пириты (соединения железа и серы) применяют для выделения серы и ее производных.
- С помощью Fe2O3 производят краски, цемент, материалы, обладающие магнитными свойствами.
- Железный купорос используется в качестве защиты урожая от вредных насекомых, также он нашел применение и в гальванотехнике.
Итак, мы рассказали об основных соединениях железа, их свойствах, характеристиках, способах получения и областях применения. Стоит отметить, что данный элемент заметно выделяется на фоне остальных, рядом своих качеств и способностей. Как мы выяснили, он является незаменимым для жизни человека, значит, необходимо иметь представление о его строении, физических и химических свойствах. Для закрепления изученного материала рекомендуем пройти тест и посмотреть видео с интересными фактами.
