Где находится железо в таблице менделеева. Соединения трёхвалентного железа

Железо (лат. Ferrum)-химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 26, атомная масса 55,847.
Железо можно назвать главным металлом нашего времени. Этот химический элемент очень хорошо изучен. Тем не менее ученые не знают, когда и кем открыто железо: слишком давно это было. Использовать железные изделия человек начал еще в начале I тысячелетия до н.э. На смену бронзовому веку пришел железный. Металлургия железа на территории Европы и Азии начала развиваться еще в IX-VII вв. до н.э.
Первое железо, попавшее в руки человека, было, вероятно, неземного происхождения. Ежегодно на нашу Землю падает больше тысячи метеоритов, часть их - железные, состоящие в основном из никелистого железа. Самый большой из обнаруженных железных метеоритов весит около 60 т. Он найден в 1920 г. в юго-западной части Африки. У «небесного» железа есть одна важная тех-нологическая особенность: в нагретом виде этот металл не поддается ковке, ковать можно лишь холодное метеоритное железо. Оружие из «небесного» металла долгие века оставалось чрезвычайно редким и драгоценным.
Железо обнаружено также и на Луне, причем в лунном грунте оно присутствует в самородном, не окисленном состоянии, что, очевидно, объясняется отсутствием атмосферы.
На Земле железо тоже иногда встречается в самородном состоянии.
В древности железо ценилось очень высоко. В «Географии» древнегреческого ученого Страбона, написанной в самом начале нашей эры, сказано, что у африканских народов железо стоило в 10 раз дороже золота... Может быть, это справедливо, если считать главным критерием дороговизны не химическую стойкость и редкость, а значение для техники, для развития цивилизации. Главные причины того, что именно железо стало важнейшим металлом для техники и производства, заключаются в распространенности соединений этого элемента и сравнительной простоте восстановления металла из них.
Основная масса железа находится в месторождениях, которые можно разрабатывать промышленным способом.
По запасам в земной коре железо занимает четвертое место среди всех элементов, после кислорода, кремния и алюминия. Намного больше железа в ядре планеты, которое, согласно предположениям ученых, состоит из никеля и железа. Но это железо недоступно и вряд ли станет доступным в обозримом будущем. Поэтому важнейшим источником железа остаются залегающие на поверхности Земли или на небольших глубинах такие минералы, как магнетит Fе3О4., гидрогетит FеО2-nН2О, гематит Fе2О3 и сидерит FеСО3. Они составляют основу главных железных руд - магнитного, бурого, красного и шпатового железняка. Больше всего железа-72,4%-в магнетите. Крупнейшие в СССР железорудные месторождения - Курская магнитная аномалия, Криворожское железорудное месторождение, на Урале (горы Магнитная. Высокая, Благодать), в Казахстане-Соколовское и Сарбайское месторождения.
Железо - блестящий серебристо-белый металл, его легко обрабатывать: резать, ковать, прокатывать, штамповать. Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия (закалка, прокатка).

Рассказывая о свойствах железа, нужно прежде всего оговорить, о каком железе идет речь о технически чистом железе или о железе высшей чистоты. Разница в их свойствах- и физических, и химических - достаточно велика Технически чистое железо называется низкоутлеродиcтой электротехнической сталью. В этом названии отражены и назначение материала, и характер главных примесей: углерода 0,02-0,04%, а кислорода, серы, азота и фосфора еще меньше. Железо высшей чистоты содержит менее 0,001% примесей. Оба материала обладают хорошими магнитными свойствами, оба хорошо свариваются. Однако если технически чистое железо-металл средней химической активности, то высокочистое -почти инертно. Очень мала и растворимость в нем газов, особенно кислорода. Механические свойства высокочистого железа-невысокие, прочность - намного меньше, чем у любой стали или чугуна. В качестве конструкционного материала железо высшей чистоты непригодно. Однако, если в высокочистое железо ввести в определенном порядке легирующие добавки, оно сможет выдержать нагрузку до 600 кг/см2 вместо обычных 17-21.
Железо в соединениях может проявлять разные степени окисления: + 2, +3, +6, редко + 1, -г 4 и даже 0 (в карбониле Fе(СО)5). Из соединений двухвалентного железа наиболее известны FеО оксид железа (II) а также его сульфид и галогениды. Ионы Fе - образуются при растворении железа в разбавленных кислотах. А вот в концентрированных сильных кислотах - азотной и серной - железо не растворяется: оно, как говорят специалисты, пассивируется благодаря образованию на поверхности металла тонкой и плотной оксидной пленки. Практически не растворяется железо и в щелочах (кроме горячих концентрированных растворов).
Соли трехвалентного железа Fе (III) обычно получаются при окислении солей двухвалентного железа. При этом, если реакция происходит в растворе, цвет раствора меняется; характерная для Fе2+ светло-зеленая окраска изменяется на бурую. Соли трехвалентного железа часто склонны к гидролизу. Железная Н2FеО4 и железистая НFеО2 кислоты в свободном состоянии не получены. Однако соли их - ферраты и ферриты известны и изучены достаточно хорошо.
Оксид трехвалентного железа Fе2О3. Оксид состава Fе3О4 рассматривают как соединение FеО и Fе2О3. Гидроксиды двух- и трехвалентного железа Fе(ОН)2 и Fе(ОН)3 в воде растворяются плохо и, в отличие от оксидов, не имеют большого практического значения. Оксиды же важны не только как источник множества соединений железа, но и как важнейшее сырье для черной металлургии.
Подобно другим переходным металлам, железо образует также множество комплексных соединений.
Многие соединения железа практически важны. Хлорид железа FеСl3, например, используется как коагулянт при очистке воды, как катализатор в органическом синтезе. Ферриты, особенно двухвалентных металлов, широко применяются в вычислительной технике. Важно не путать два понятия: ферриты-соли железистой кислоты, и феррит, устойчивую при обычных условиях по-лиморфную модификацию железа, иначе называемую альфа-железом.
Для нормальной жизнедеятельности человеку совершенно необходимы железосодержащие органические соединения. Самое известное из них - дыхательный пигмент гемоглобин. Но кроме гемоглобина железо в нашем организме есть еще и в миолгобине-белке, запасающем кислород в мышцах.
Рсть также железосодержащие ферменты. Есть, наконец, белковый комплекс ферритин, из которого образуются все другие необходимые организму железосодержащие вещества.

Fe (лат. Ferrum), химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 26, атомная масса 55,847. Блестящий серебристо-белый металл. Образует полиморфные модификации; при обычной температуре устойчиво a - Fe (кристаллическая решетка кубическая объемноцентрированная) с плотностью 7,874 г./см?. a - Fe вплоть до 769°С (точка Кюри) ферромагнитно; tпл 1535°С.

На воздухе окисляется покрывается рыхлой ржавчиной. По распространенности элементов в природе железо находится на 4-м месте; образует ок. 300 минералов. На долю сплавов железа с углеродом и другими элементами приходится около 95% всей металлической продукции (чугун, сталь, ферросплавы). В чистом виде практически не используется (в быту железными часто называются стальные или чугунные изделия). Необходимо для жизнедеятельности животных организмов; входит в состав гемоглобина.

Желемзо - элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).

Простое вещество железо (CAS-номер: 7439-89-6) - ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро коррозирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

На самом деле железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8%), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес.% углерода) и чугун (более 2,14 вес.% углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом №1» по важности для человека.

В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре - 4,65% (4-е место после O, Si, Al). Считается также, что железо составляет бомльшую часть земного ядра.

Железо в трудах ученых

O том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют и распространенные у некоторых народов мифы о богах или демонах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, - плуги, топоры и пр.

Интересен также факт, что к моменту открытия Америки индейцы и эскимосы Северной Америки не были знакомы со способами получения железа из руд, но умели обрабатывать метеоритное железо.

В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в.

Во II в. н.э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.

Впрочем, некоторые народы не связывали название железа с небесным происхождением металла. Так, у славянских народов железо называется по «функциональному» признаку.

Русское железо (южнославянское зализо, польское zelaso, литовское gelesis и т.д.) имеет корень «лез» или «рез» (от слова лезо - лезвие). Такое словообразование прямо указывает на функцию предметов, изготовлявшихся из железа, - режущих инструментов и оружия.

Приставка «же», по-видимому, смягчение более древнего «зе» или «за»; она сохранилась в начальном виде у многих славянских народов (у чехов - zelezo).

Старые немецкие филологи - представители теории индоевропейского, или, как они его называли, индогерманского праязыка - стремились произвести славянские названия от немецких и санскритских корней.

Например, Фик сопоставляет слово железо с санскритским ghalgha (расплавленный металл, от ghal - пылать). Но вряд ли это соответствует действительности: ведь древним людям была недоступна плавка железа. С санскритским ghalgha скорее можно сопоставить греческое название меди, но не славянское слово железо.

Функциональный признак в названиях железа нашел отражение и в других языках. Так, на латинском языке наряду с обычным названием стали (chalybs), происходящим от наименования племени халибов, жившего на южном побережье Черного моря, употреблялось название acies, буквально обозначающее лезвие или острие.

Это, слово в точности соответствует древнегреческому, применявшемуся в том же самом смысле.

Упомянем в нескольких словах о происхождении немецкого и английского названий железа. Филологи обычно принимают, что немецкое слово Eisen имеет кельтское происхождение, так же как и английское Iron. В обоих терминах отражены кельтские названия рек (Isarno, Isarkos, Eisack), которые затем трансформировались) isarn, eisarn) и превратились в Eisen. Существуют, впрочем, и другие точки зрения.

Некоторые филологи производят немецкое Eisen от кельтского isara, означающего «крепкий, сильный». Существуют также теории, утверждающие, что Eisen происходит от ayas или aes (медь), а также от Eis (лед) и т.д. Староанглийское название железа (до 1150 г.) - iren; оно употреблялось наряду с isern и isen и перешло в средние века. Современное Iron вошло в употребление после 1630 г.

Заметим, что в «Алхимическом лексиконе» Руланда (1612) в качестве одного из старых названий железа приведено слово Iris, означающее «радуга» и созвучное Iron.

Ставшее международным, латинское название Ferrum принято у романских народов. Оно, вероятно, связано с греколатинским fars (быть твердым), которое происходит от санскритского bhars (твердеть). Возможно сопоставление и с ferreus, означающим у древних писателей «нечувствительный, непреклонный, крепкий, твердый, тяжкий», а также с ferre (носить). Алхимики наряду с Ferrum yпoтребляли и многие другие названия, например Iris, Sarsar, Phaulec, Mineraи др.

Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень давним временам (IV-V тысячелетиях до н.э.), в Египте и Месопотамии. Однако железный век в Египте начался лишь с ХIIв. до н.э., а в других странах еще позднее. В древнерусской литературе слово железо фигурирует в древнейших памятниках (с XI в.) под названиями желъзо, железо, железо.

Железо – химический элемент

1. Положение железа в периодической таблице химических элементов и строение его атома

Железо - это d- элемент VIII группы; порядковый номер – 26; атомная масса Ar (Fe ) = 56; состав атома: 26-протонов; 30 – нейтронов; 26 – электронов.

Схема строения атома:

Электронная формула: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Металл средней активности, восстановитель:

Fe 0 -2 e - → Fe +2 , окисляется восстановитель

Fe 0 -3 e - → Fe +3 , окисляется восстановитель

Основные степени окисления: +2, +3

2. Распространённость железа

Железо – один из самых распространенных элементов в природе . В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, по этому показателю оно уступает только кислороду, кремнию и алюминию . Много железа находится и в небесных телах, что установлено по данным спектрального анализа. В образцах лунного грунта, которые доставила автоматическая станция “Луна”, обнаружено железо в неокисленном состоянии.

Железные руды довольно широко распространены на Земле. Названия гор на Урале говорят сами за себя: Высокая, Магнитная, Железная. Агрохимики в почвах находят соединения железа.

Железо входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30-70% и более.

Основными железными рудами являются :

магнетит (магнитный железняк) – Fe 3 O 4 содержит 72% железа, месторождения встречаются на Южном Урале, Курской магнитной аномалии:

гематит (железный блеск, кровавик)– Fe 2 O 3 содержит до 65% железа, такие месторождения встречаются в Криворожском районе:

лимонит (бурый железняк) – Fe 2 O 3* nH 2 O содержит до 60% железа, месторождения встречаются в Крыму:

пирит (серный колчедан, железный колчедан, кошачье золото) – FeS 2 содержит примерно 47% железа, месторождения встречаются на Урале.

3. Роль железа в жизни человека и растений

Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений, животных и человека. Входя в состав чрезвычайно сложно построенного органического соединения, называемого гемоглобином, железо обусловливает красную окраску этого вещества, от которого в свою очередь, зависит цвет крови человека и животных. В организме взрослого человека содержится 3 г чистого железа, 75% которого входит в состав гемоглобина. Основная роль гемоглобина – перенос кислорода из легких к тканям, а в обратном направлении – CO 2 .

Железо необходимо и растениям. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья. Маленькая добавка железа к субстрату – и они приобретают зеленый цвет. Больше того, стоит белый лист смазать раствором соли, содержащей железо, и вскоре смазанное место зеленеет.

Так от одной и той же причины – наличия железа в соках и тканях – весело зеленеют листья растений и ярко румянятся щеки человека.

4. Физические свойства железа.

Железо – это серебристо-белый металл с температурой плавления 1539 о С. Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется. Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, поэтому применяется в качестве сердечников электромагнитов в различных электрических машинах и аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.

Различают химически чистое и технически чистое железо. Технически чистое железо, по сути, представляет собой низкоуглеродистую сталь, оно содержит 0,02 -0,04% углерода, а кислорода, серы, азота и фосфора – еще меньше. Химически чистое железо содержит менее 0,01% примесей. Химически чистое железо – серебристо-серый, блестящий, по внешнему виду очень похожий на платину металл. Химически чистое железо устойчиво к коррозиии хорошо сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные доли примесей лишают его этих драгоценный свойств.

5. Получение железа

Восстановлением из оксидов углём или оксидом углерода (II), а также водородом:

FeO + C = Fe + CO

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Опыт "Получение железа алюминотермией"

6. Химические свойства железа

Как элемент побочной подгруппы железо может проявлять несколько степеней окисления. Мы рассмотрим только соединения, в которых железо проявляет степени окисления +2 и +3. Таким образом, можно говорить, что у железа имеется два ряда соединений, в которых оно двух- и трехвалентно.

1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

2) Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину - оксид железа (II,III) - вещество чёрного цвета:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

C кислородом во влажном воздухе образуется Fe 2 O 3 * nH 2 O

Опыт "Взаимодействие железа с кислородом"

3) При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

3Fe + 4H 2 O t˚C → Fe 3 O 4 + 4H 2

4) Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

Fe + S t˚C → FeS

5) Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах при обычных условиях:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 (разб .) = FeSO 4 + H 2

6) В концентрированных кислотах – окислителях железо растворяется только при нагревании

2Fe + 6H 2 SO 4 (конц .) t˚C → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (конц .) t˚C → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O Железо (III)

7. Применение железа.

Основная часть получаемого в мире железа используется для получения чугуна и стали - сплавов железа с углеродом и другими металлами. Чугуны содержат около 4% углерода. Стали содержат углерода менее 1,4%.

Чугуны необходимы для производства различных отливок - станин тяжелых машин и т.п.

Изделия из чугуна

Стали используются для изготовления машин, различных строительных материалов, балок, листов, проката, рельсов, инструмента и множества других изделий. Для производства различных сортов сталей применяют так называемые легирующие добавки, которыми служат различные металлы: М

Тренажёр №2 - Генетический ряд Fe 3+

Тренажёр №3 - Уравнения реакций железа с простыми и сложными веществами

Задания для закрепления

№1. Составьте уравнения реакций получения железа из его оксидов Fe 2 O 3 и Fe 3 O 4 , используя в качестве восстановителя:
а) водород;
б) алюминий;
в) оксид углерода (II).
Для каждой реакции составьте электронный баланс.

№2. Осуществите превращения по схеме:
Fe 2 O 3 -> Fe - +H2O, t -> X - +CO, t -> Y - +HCl ->Z
Назовите продукты X, Y, Z?

Д. И. Менделеева, взаимодействие с серой, хлороводородной кислотой, растворами солей.

ПЛАН ОТВЕТА:

положение в п. с. и строение атома физические свойства химические свойства Химический элемент железо находится в 4-ом периоде 8-ой группе побочной подгруппе. В атоме железа четыре электронных слоя. Электронами заполняется d–подуровень третьего слоя, на нём находится 6 электронов, а на четвёртом слое s–подуровне находится 2 электрона. В соединениях железо проявляет степени окисления +2 и +3.

IV период VIII группа побочная подгруппа	Fe))))	+2	+3
+26 2 8 8+6 2	4s	??
3d	??	?	?	?	?

Простое вещество железо – серебристо-белый металл с температурой плавления 15390С, плотностью 7,87 г/см3, обладает магнитными свойствами. Железо – химически активный металл. При нагревании оно взаимодействует с серой с образованием сульфида железа(II): Fe0 + S0 = Fe+2S-2. Железо вытесняет водород из растворов кислот, при этом образуются соли железа(II), например, при действии на железо соляной кислоты образуется хлорид железа(II): Fe0 + 2H+1Cl-1 = Fe+2Cl2-1 + H20. Железо может вытеснять менее активные металлы из растворов их солей, например, при действии железа на раствор сульфата меди(II) образуются металлическая медь и сульфат железа(II): Fe0 + Cu+2SO4 = Cu0 + Fe+2SO4.

Во всех реакциях железо проявляет свойства восстановителя. Более сильные окислители – хлор, кислород, концентрированные кислоты – окисляют железо до степени окисления +3.

Если домашнее задание на тему: » Железо, его положение в периодической системе химических элементов Д И Менделеева, взаимодействие оказалось вам полезным, то мы будем вам признательны, если вы разместите ссылку на эту сообщение у себя на страничке в вашей социальной сети.

Свежие новости

Категории

Новости

Сочинения по теме
- Тест ЕГЭ по химии Обратимые и необратимые химические реакции Химическое равновесие Ответы

1. Железо: положение в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, строение атома, возможные степени окисления, физические свойства, взаимодействие с кислородом, галогенами, растворами кислот и солей. Роль железа в современной технике. Сплавы железа.

Железо находится в побочной подгруппе VIII группы периодической системы. Электронная формула атома железа:

Типичные степени окисления железа +2 и +3. Степень окисления +2 проявляется за счет потери двух 4s-электронов. Степень окисления +3 соответствует также при потере еще одного Зd-электрона, при этом Зd-уровень оказывается заполненным наполовину; такие электронные конфигурации относительно устойчивы.

Физические свойства . Железо – типичный металл, образует металлическую кристаллическую решетку. Железо проводит электрический ток, довольно тугоплавко, температура плавления 1539°С. От большинства других металлов железо отличается способностью намагничиваться.

Химические свойства . Железо реагирует со многими неметаллами:

Образуется железная окалина – смешанный оксид железа. Его формулу записывают также так: FeО Fe2О3.

Реагирует с кислотами с выделением водорода:

Вступает в реакции замещения с солями металлов, расположенных правее железа в ряду напряжений:

Соединения железа. FeО - основной оксид, реагирует с растворами кислот с образованием солей железа (II). Fe2О3 - амфотерный оксид, реагирует также с рас творами щелочей.

Гидроксиды железа. Fe(ОН)2 - типичный основной оксид, Fe(ОН)3 обладает амфотерными свойствами, реагирует не только с кислотами, но и с концентрированными растворами щелочей.

Гидроксид железа (II) легко окисляется до гидроксида железа (III) кислородом воздуха:

При реакции солей железа (II) и (III) со щелочами в осадок выпадают нерастворимые гидроксиды:

Сплавы железа. Современная металлургическая промышленность производит железные сплавы разнообразного состава.

Все железные сплавы разделяются по составу и свойствам на две группы. К первой группе относятся различные сорта чугуна, ко второй - различные сорта стали.

Чугун хрупок; стали же пластичны, их можно ковать, прокаты^ вать, волочить, штамповать. Различие в механических свойствах чугунов и сталей зависит прежде всего от содержания в них углерода - в чугунах содержится около 4% углерода, а в сталях - обычно менее 1,4%.

В современной металлургии из железных руд получают сначала чугун, а затем из чугуна - сталь. Чугун выплавляют в доменных печах, сталь варят в сталеплавильных печах. До 90% всего выплавленного чугуна перерабатывают в стали.

Чугун . Чугун, предназначенный для переработки в сталь, называют передельным чугуном. Он содержит от 3,9 до 4,3% С, 0,3-1,5% Si, 1,5-3,5% Мn, не более 0,3% Р и не более 0,07% S. Чугун, предназначенный"для получения отливок, называется литейным чугуном, В доменных печах выплавляются также ферросплавы, применяемые преимущественно в производстве сталей в качестве добавок. Ферросплавы имеют, по сравнению с передельным чугуном, повышенное содержание кремния (ферросилиций), марганца (ферромарганец), хрома (феррохром) и других элементов.

Стали . Все стали делятся на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали содержат в несколько раз меньше углерода, кремния и марганца, чем чугун, а фосфора и серы совсем мало. Свойства углеродистой стали зависят прежде всего от содержания в ней углерода: чем больше в стали углерода, тем она твёрже. Промышленность производит мягкие стали, стали средней твёрдости и твёрдые. Мягкие стали и стали средней твёрдости применяются для изготовления деталей машин, труб, болтов, гвоздей и т. д., а твёрдые стали-для изготовления инструментов.

В сталях должно быть возможно меньше серы и фосфора, так как эти примеси ухудшают механические свойства сталей. В повышенных количествах сера вызывает красноломкость - образование трещин при горячей механической обработке металла. Фосфор вызывает хладноломкость-хрупкость стали при обыкновенной температуре. -

Легированные стали. Физические, химические и механические свойства сталей существенно изменяются от введения в их состав повышенного количества марганца и кремния, а также хрома, никеля, вольфрама и других элементов. Эти элементы называются легирующими, а стали - легированными [от латинского слова ligare – связывать, соединять].

Наиболее широко в качестве легирующего элемента применяется хром. Особенно большое значение для сооружения машин, аппаратов и многих деталей машин имеют хромоникелевые стали. Эти стали обладают высокой пластичностью, прочностью, жаростойкостью и стойкостью к действию окислителей. Азотная кислота любой концентрации не разрушает их даже при температурах кипения. Хромоникелевые стали не ржавеют в атмосферных условиях и в воде. Блестящие, серебристого цвета, листы хромоникелевой стали украшают арки станции «Маяковская» Московского метро. Из этой же стали делают нержавеющие ножи, ложки, вилки и другие предметы домашнего обихода.

Молибден и ванадий повышают твёрдость и прочность сталей при повышенных температурах и давлениях. Так,хромомолибденовые и хромованадиевые стали применяются для изготовления трубопроводов и деталей компрессоров в производстве синтетического аммиака, авиационных моторов.

При резании с большой скоростью инструмент сильно разогревается и быстро изнашивается. При добавлении вольфрама твёрдость стали сохраняется и при повышенных температурах. Поэтому хромовольфрамовые стали применяются для изготовления режущих инструментов, работающих при больших скоростях "

Увеличение содержания в стали марганца повышает её сопротивление трению и удару. Марганцовистые стали применяются для изготовления железнодорожных скатов, стрелок, крестовин, камнедробильных машин.

Применение легированных сталей позволяет значигельно снизить вес металлических конструкций, повысить их прочность, долговечность и надёжность в эксплуатации.

2. Белки как биополимеры. Первичная, вторичная и третичная структуры белков. Свойства и биологические функции белков.

Белки (протеины, полипептиды) - высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот.

Белки, подобно полисахаридам, являются биологическими полимерами. Большинство белковых молекул достигает гигантских размеров по сравнению с другими органическими соединениями и имеет очень большую молекулярную массу:

Молекулярная формула одного из белков группы пенициллинов – C 43 H 58 N 4 O 12 ; казеина – белка коровьего молока, – C 47 H 48 N 3 NaO 7 S 2 ; гемоглобина – C 3032 H 48I6 O 872 N 780 S 8 Fe 4 ;

Железо (символ Fe) − химический элемент восьмой группы, четвертого периода. Железо в периодической системе химических элементов расположено под номером 26.

В подгруппе Железа содержится 4 элемента: Fe железо, рутений Ru, осмий Os, Hs хасмий.

Характеристика химического элемента Железо

Ferrum - латинское слово, оно означает не только железо, а также твёрдость и оружие. От него произошли названия железа и в некоторых европейских языках: французском fer, итальянском ferro, испанском hierro и такие термины, как ферриты, ферромагнетизм. Похожие названия этого металла в славянских и балтийских языка: литовском gelezis, польском zelazo, болгарском желязо, украинском залiзо и белорусском жалеза. Английское название Iron, немецкое Eisen, голландское ijzer имеют происхождение от санскритского isira (крепкий, сильный).

Распространение Железа в природе

Железо 26 элемент таблицы Менделеева

Железо - первый на земном шаре и второй по распространённости металл в земной коре, очень важный металл для человека. Ещё с незапамятных времён люди встречали железо в виде железных метеоритов. Обычно в метеоритном железе содержится от 5 до 30 % никеля, почти 0,5 % кобальта и до 1 % других элементов. На территории Африки 80 тысяч лет назад упал самый крупный метеорит Гоба, он весил 66 тонн. Он содержит 84 % железа и 16 % никеля. В метеоритном музее Российской академии наук, хранятся два осколка железного метеорита, которые весят 256 кг, упавшего на Дальнем Востоке. В 1947 г. в Приморском крае на площади 35 км 2 «железным дождём» выпали тысячи осколков (массой от 60 до 100 тонн) железного метеорита. Очень редкий минерал - самородное железо земного происхождения, встречается в виде мелких зёрен и содержит 2% никеля и десятые доли процента других металлов. На Луне было найдено самородное железо в раздробленном состоянии.

В 13- 12 веках до н.э. происходит распад и смена культур на всём пространстве Евразии от Атлантики до Тихого океана, и в течение нескольких веков - до 10-8 веков до н.э. происходят переселения народов. Этот период получил название катастрофы бронзового века и начало перехода к железному веку.

Железа в земной коре очень много, но добывать его тяжело. Этот металл прочно связан в рудах с кислородом, а иногда с серой. Древние печи не могли дать нужной температуры, при которой плавится чистое железо и получалось железо в виде губки с примесями из руды, называемой крицей. При ковке крицы, железо частично отделялось от руды.

Во многих минералах содержится железо. Магнитный железняк, содержащий 72,3% железа - самый богатый железом минерал. Древнегреческий философ Фалес Милетский более 2500 лет назад изучил образцы чёрного металла, которые притягивают железо. Дал ему название magnetis lithos - камень из Магнесии, так произошло название магнита. Теперь известно, что это был магнитный железняк - чёрный оксид железа.

Роль Железа в живом организме

Важнейшей рудой железа является гематит. Он содержит 69,9% железа. Гематит ещё называют красный железняк, а старинное название - кровавик. От греческого haima, что означает кровь. Появились и другие слова, связанные с кровью, такие как гемоглобин. Гемоглобин служит переносчиком кислорода от органов дыхания к тканям организма, а в обратном направлении переносит диоксид углерода. Недостаток железа в организме приводит к тяжёлому заболеванию - железодефицитной анемии . При этом заболевании происходят нарушения скелета, функции центральной нервной и сосудистой систем , наблюдается недостаток кислорода в тканях. Железо необходимо живым организмам. Оно содержится также в мышцах, селезёнке и печени. У взрослого человека железа около 4 г, оно присутствует в каждой клетке организма. Человек каждый день с пищей должен получать 15 миллиграммов железа. При недостатке железа врачи назначают специальные препараты, в которых железо находится в легко усвояемом виде.

Применение Железа

Если в выплавляемом железе больше 2% углерода, то получается чугун, его плавят на сотни градусов ниже, чем чистое железо. Так как чугун хрупкий, из него можно только отливать различные изделия, ковать его нельзя. Из железной руды в доменных печах выплавляют большое количество чугуна, который используют для отливки памятников, решёток и тяжёлых станин для станков. Основную массу чугуна перерабатывают в сталь. Для этого в конвертерах или в мартеновских печах из чугуна «выжигают» часть углерода и других примесей.

Из стали с разным содержанием углерода сделаны все предметы от рельсов до гвоздей. Если в железе мало углерода, получается мягкая низкоуглеродистая сталь, а вводя в сталь легирующие примеси других элементов, получаются разные сорта специальных сталей. Известно огромное множество сталей и каждая имеет своё применение.

Самая известная - нержавеющая сталь, которая содержит никель и хром. Из этой стали делают аппаратуру для химических заводов и столовую посуду. А если в сталь ввести 18% вольфрама, 1% ванадия и 4% хрома, получится быстрорежущая сталь, из неё делают свёрла и наконечники резцов. Если сплавить железо с 1,5% углерода и 15% марганца, получается такая твёрдая сталь, из которой делают ножи бульдозеров и зубья экскаваторов. Сталь содержащая 36% никеля, 0,5 % углерода и 0,5% марганца называется инваром, из неё делают точные приборы и некоторые детали для часов. Сталь, которую называют платинитом, содержит 46% никеля и 15% углерода расширяется при нагревании так же как и стекло. Спай платинита со стеклом не растрескивается и поэтому его используют при изготовлении электрических ламп.

Нержавеющая сталь не намагничивается и к магниту не притягивается. Намагнитить можно только углеродистую сталь. Чистое железо само не намагничивается, а притягивается магнитом, такое железо подходит для изготовления сердечников электромагнитов.

В мире ежегодно выплавляется более миллиарда тонн железа. Но коррозия, которая является страшным врагом металла, не только уничтожает сам металл, на выплавку которого были затрачены огромные усилия, ещё и выводит из строя готовые изделия, которые стоят дороже самого металла. Она ежегодно уничтожает десятки миллионов тонн выплавляемого металла. Железо при коррозии реагирует с кислородом и водой, превращаясь в ржавчину.

МЕТАЛЛЫ ПОБОЧНЫХ ПОДГРУПП

Характеристика переходных элементов – меди, хрома, железа по их положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов.

Понятие переходный элемент обычно используется для обозначения любого из d- или f-элементов. Эти элементы занимают переходное положение между электроположительными s-элементами и электроотрицательными p-элементами. d-Элементы образуют три переходных ряда - в 4-м, 5-м и 6-м периодах соответственно. Первый переходный ряд включает 10 элементов, от скандия до цинка. Он характеризуется внутренней застройкой 3d-орбиталей. Хром и медь имеют на 4s-орбиталях всего по одному электрону. Дело в том, что полузаполненные или заполненные d-подоболочки обладают большей устойчивостью, чем частично заполненные. В атоме хрома на каждой из пяти 3d-орбиталей, образующих 3d-подоболочку, имеется по одному электрону. Такая подоболочка является полузаполненной. В атоме меди на каждой из пяти 3d-орбиталей находится по паре электронов (аналогичным образом объясняется аномалия серебра). Все d-элементы являются металлами. Большинство из них имеет характерный металлический блеск. По сравнению с s-металлами их прочность в целом значительно выше. В частности, для них характерны свойства: высокий предел прочности на разрыв; тягучесть; ковкость (их можно расплющить ударами в листы). d-элементы и их соединения обладают рядом характерных свойств: переменные состояния окисления; способность к обра зованию комплексных ионов; образование окрашенных соединений. d-Элементы характеризуются также более высокой плотностью по сравнению с другими металлами. Это объясняется сравнительно малыми радиусами их атомов. Атомные радиусы этих металлов мало изменяются в этом ряду. d-Элементы - хорошие проводники электрического тока, особенно те из них, в атомах которых имеется только один внешний s-электрон сверх полузаполненной или заполненной d-оболочки. Например, медь.

Химические свойства .

Электроотрицательность металлов первого переходного ряда возрастают в направлении от хрома к цинку. Это означает, что металлические свойства элементов первого переходного ряда постепенно ослабевают в указанном направлении. Такое изменение их свойств проявляется и в последовательном возрастании окислительно-восстановительных потенциалов с переходом от отрицательных к положительным значениям.

Характеристика хрома и его соединений

Хром - твердый, голубовато-белый металл.ρ = 7,2г/см 3 , t плавл = 1857 0 С СО: +1,+2,+3,+4,+5,+6

Химические свойства.

При обычных условиях хром реагирует только со фтором. При высоких температурах (выше 600 0 C) взаимодействует с кислородом, галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором.

4Cr + 3O 2 2Cr 2 O 3

2Cr + 3Cl 2 2CrCl 3

2Cr + 3S Cr 2 S 3

В раскалённом состоянии реагирует с парами воды:

2Cr + 3H 2 O Cr 2 O 3 + 3H 2

Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl, H 2 SO 4). В отсутствии воздуха образуются соли Cr 2+ , а на воздухе – соли Cr 3+ .

Cr + 2HCl → CrCl 2 + H 2 -

2Cr + 6HCl + O 2 → 2CrCl 3 + 2H 2 O + H 2 -

Наличие защитной окисной плёнки на поверхности металла объясняет его пассивность по отношению к холодным концентрированным кислотам – окислителям. Однако при сильном нагревании эти кислоты растворяют хром:

2 Сr + 6 Н 2 SО 4 (конц) Сr 2 (SО 4) 3 + 3 SО 2 + 6 Н 2 О

Сr + 6 НNО 3 (конц) Сr(NО 3) 3 + 3 NO 2 + 3 Н 2 О

Получение.

Соединения хрома

Соединения двухвалентного хрома

Оксид хрома (II ) CrO

Физические свойства: твердое нерастворимое в воде вещество ярко-красного или коричнево- красного цвета. Химические свойства. CrO – основной оксид.

Получение.

Cr 2 O 3 + 3Н 2 2Cr + 3H 2 O Гидроксид хрома (II ) Сr(ОН) 2 Физические свойства: твердое нерастворимое в воде вещество желтого цвета . Химические свойства. Сr(ОН) 2 – слабое основание.

Взаимодействует с кислотами: Cr(OH) 2 + 2HCl → CrCl 2 + 2H 2 O Легко окисляется в присутствии влаги кислородом воздуха в Сr(ОН) 3:

4Cr(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O → 4Cr(OH) 3

При прокаливании разлагается: а) без доступа воздуха: Сr(ОН) 2 CrO + H 2 O б) в присутствии кислорода: 4Сr(ОН) 2 2 Cr 2 O 3 + 4H 2 O Получение.

Действием щелочи на растворы солей Cr(II): СrСl 2 + 2 NaОН = Сr(ОН) 2 ↓ + 2 NaСl.

Соединения трёхвалентного хрома

Оксид хрома (III ) Cr 2 O 3 Физические свойства: темно-зеленое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде. Химические свойства. Cr 2 O 3 - амфотерный оксид.

Хромит натрия

высокой температуре

Cr 2 O 3 + 3Н 2 2Cr + 3H 2 O

Получение.

Гидроксид хрома (III ) Cr (OH ) 3 Физические свойства: нерастворимое в воде вещество зелёного цвета. Химические свойства. Сr(ОН) 3 – амфотерный гидроксид

2Cr(OH) 3 + 3H 2 SO 4 →Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Cr(OH) 3 + KOH → KCrO 2 + 2H 2 O

(хромит калия) Получение.

При действии щелочей на соли Сr 3+ выпадает студнеобразный осадок гидроксида хрома (III) зеленого цвета:

Сr 2 (SО 4) 3 + 6NaОН → 2 Сr(ОН) 3 ↓ + 3 Na 2 SО 4 ,

Соединения шестивалентного хрома

Оксид хрома (VI ) CrO 3 Физические свойства: твердое вещество темно-красного цвета, хорошо растворимое в воде. Ядовит! Химические свойства. CrO 3 – кислотный оксид.

Взаимодействует со щелочами, образуя соли желтого цвета-хроматы:

CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O

Взаимодействует с водой, образуя кислоты: CrO 3 + H 2 O → H 2 CrO 4 хромовая кислота 2 CrO 3 + H 2 O → H 2 Cr 2 O 7 дихромовая кислота

Термически неустойчив: 4 CrO 3 → 2Cr 2 O 3 + 3O 2 Получение.

Получают из хромата (или дихромата) калия действием H 2 SO 4 (конц.).

K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → 2CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

Гидроксиды хрома (VI) H 2 CrO 4 - хромовая кислота , H 2 Cr 2 O 7 - дихромовая кислота Обе кислоты неустойчивы, при попытке их выделения в чистом виде распадаются на воду и оксид хрома (VI). Однако соли их вполне устойчивы. Соли хромовой кислоты называют хроматами, они окрашены в желтый цвет, а соли дихромовой кислоты – дихроматами, они окрашены в оранжевый цвет.

Железо и его соединения

Железо – сравнительно мягкий ковкий металл серебристого цвета, пластичный, намагничивается. T плавл =1539 0 С. ρ = 7,87г/см 3 . СО: +2 – со слабыми окислителями – растворы кислот, солей, неметаллы, кроме кислорода и галогенов +3 – с сильными окислителями – концентрированные кислоты, кислород, галогены.

Химические свойства.

Горит в кислороде, образуя окалину - оксид железа (II,III): 3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4 Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

При высокой температуре (700–900C) железо реагирует с парами воды:

3Fe + 4H 2 O Fe 3 O 4 + 4H 2 -

На воздухе в присутствии влаги ржавеет: 4Fе + 3O 2 + 6Н 2 О → 4Fе(ОН) 3 . Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах, проявляя СО +2:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 -

Fe + H 2 SO 4 (разб.) → FeSO 4 + H 2 -

В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании, проявляя СО +3:

2Fe + 6H 2 SO 4 (конц.) Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 - + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (конц.) Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 - + 3H 2 O

(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).

Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu↓

Получение.

Восстановлением из оксидов углём или оксидом углерода (II)

Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2

Соединения двухвалентного железа

О ксид железа (II ) FeO

Физические свойства: твердое вещество черного цвета, нерастворимое в воде. Химические свойства: FeО – основной оксид 6 FeО + O 2 2Fe 3 О 4

Восстанавливается водородом, углеродом, оксидом углерода(II) до железа: Получение. Fe 3 О 4 + H 2 - 3 FeО + H 2 O

Гидроксид железа (II ) Fe (OH ) 2

Физические свойства: порошок белого цвета, нерастворимый в воде. Химические свойства: Fe(OH) 2 – слабое основание. Получение.

Образуется при действии растворов щелочей на соли железа (II) без доступа воздуха:

FeCl 2 + 2KOH → 2KCl + Fе(OH) 2 ↓

Качественная реакция на Fe 2+

При действии гексацианоферрата (III) калия K 3 (красной кровяной соли) на растворы солей двухвалентного железа образуется синий осадок (турнбулева синь):

3FeSO 4 + 2K 3  Fe 3 2  + 3K 2 SO 4

Соединения трёхвалентного железа

Оксид железа (III ) Fe 2 O 3

Физические свойства: твердое вещество красно-коричневого цвета. Химические свойства: Fe 2 O 3 – амфотерный оксид. феррит натрия Fe 2 О 3 + 3H 2 - 2 Fe + 3H 2 O Получение.

Гидроксид железа (III ) Fe (OH ) 3

Физические свойства: твердое вещество красно-бурого цвета. Химические свойства: Fe(OH) 3 – амфотерный гидроксид.

Взаимодействует с кислотами, как нерастворимое основание:

2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 →Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Взаимодействует со щелочами, как нерастворимая кислота:

Fe(OH) 3 + KOH (тв) → KFeO 2 + 2H 2 O

Fе(ОН) 3 + 3КОН (конц) → К 3

Получение.

Образуется при действии растворов щелочей на соли трёхвалентного железа: выпадает в виде красно–бурого осадка:

Fe(NO 3) 3 + 3KOH  Fe(OH) 3  + 3KNO 3

Качественные реакции на Fe 3+

При действии гексацианоферрата (II) калия K 4 (жёлтой кровяной соли) на растворы солей трёхвалентного железа образуется синий осадок (берлинская лазурь):

4FeCl 3 +3K 4  Fe 4 3  + 12KCl

При добавлении к раствору, содержащему ионы Fe 3+ роданистого калия или аммония появляется интенсивная кроваво-красная окраска роданида железа(III):

FeCl 3 + 3KCNS  3КCl + Fe(CNS) 3

Медь и её соединения

Медь - довольно мягкий металл красно-желтого цвета, ковкий, пластичный, обладает высокой тепло- и электропроводностью. T плавл = 1083 0 С. ρ = 8,96г/см 3 . СО: 0,+1,+2

Химические свойства.

Взаимодействие с простыми веществами.

Взаимодействие со сложными веществами.

Медь стоит в ряду напряжений правее водорода, поэтому не реагирует с разбавленными соляной и серной кислотами, но растворяется в кислотах – окислителях:

3Cu + 8HNO 3 (разб.) → 3Cu(NO 3) 2 + 2NO- + 2H 2 O

Cu + 4HNO 3 (конц.) → Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 -+ 2H 2 O

Cu + 2H 2 SO 4 (конц.) → CuSO 4 + SO 2 -+2H 2 O

Получение .

CuO + CO Cu + CO 2

Соединения одновалентной меди

Оксид меди(I ) С u 2 O Физические свойства: твердое вещество красного цвета, нерастворимое в воде. Химические свойства: Сu 2 O – основной оксид. Получение.

щелочной среде

2CuSO 4 + C 6 H 12 O 6 + 5NaOH → Cu 2 O↓ + 2Na 2 SO 4 + C 6 H 11 O 7 Na + 3H 2 O Гидроксид меди(I ) CuOH Физические свойства: неустойчивое, плохо растворимое в воде вещество желтого цвета, в свободном состоянии не выделен. Химические свойства: CuOH – слабое основание.

Взаимодействует с кислотами: CuOH + HCl → CuCl + H 2 O На воздухе легко окисляется до Cu(OH) 2: 4CuOH + О 2 + 2H 2 O → 4 Cu(OH) 2 Получение.

Соединения двухвалентной меди

Где находится железо в таблице менделеева. Соединения трёхвалентного железа

Железо в трудах ученых

Свежие новости

Категории

Новости

Сочинения по теме

Соединения двухвалентного железа

О ксид железа (II ) FeO

Гидроксид железа (II ) Fe (OH ) 2

Качественная реакция на Fe 2+

Соединения трёхвалентного железа

Оксид железа (III ) Fe 2 O 3

Гидроксид железа (III ) Fe (OH ) 3

Качественные реакции на Fe 3+