Как найти валентность железа в гидроксиде железа

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:

Реакции с неметаллами. При термическом воздействии вступает в реакции с кислородом, углеродом и галогенами, участвует в гидролизе (с температурой свыше 700 градусов).

Реакции с солями. Железо вытесняет из солей слабые металлы, то есть те, у которых меньше значение электронного потенциала.

Реакция с угарным газом. В ходе взаимодействия получаем пентакарбонил железа.

Реакции с кислотами. Уделим особое внимание:

• 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.

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.

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:

1. Реакции с неметаллами. При термическом воздействии вступает в реакции с кислородом, углеродом и галогенами, участвует в гидролизе (с температурой свыше 700 градусов).
2. Реакции с солями. Железо вытесняет из солей слабые металлы, то есть те, у которых меньше значение электронного потенциала.
3. Реакция с угарным газом. В ходе взаимодействия получаем пентакарбонил железа.
4. Реакции с кислотами. Уделим особое внимание:

• 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}.

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.

Трудно переоценить роль железа для человеческого организма, ведь именно оно способствует «творению» крови, его содержание влияет на уровень гемоглобина и миоглобина, железо нормализует работу ферментной системы. Но что это за элемент с точки зрения химии? Какая валентность железа? Об этом будет рассказано в данной статье.

Немного истории

Человечество знало об этом химическом элементе и даже владело изделиями из него еще в IV веке до нашей эры. Это были народы Древнего Египта и Шумеры. Именно они первые начали изготавливать украшения, оружие из сплава железа и никеля, которые были найдены при археологических раскопках и тщательно исследованы химиками.

Немного позже, племена арийцев, переселившиеся в Азию, научилось добывать твердое железо из руды. Оно было настолько ценным для людей того времени, что изделия покрывали золотом!

Характеристика железа

Железо (Fe) стоит на четвертом месте по содержанию его в недрах земной коры. Оно занимает место в 7 группе 4 периода и имеет номер 26 в химической таблице элементов Менделеева. Валентность железа имеет прямую зависимость от своего положения в таблице. Но об этом позже.

Данный металл наиболее всего распространен в природе в виде руды, встречается в воде как минерал, а также в различных соединениях.

Наибольшее количество запасов железа в виде руды, находится в России, Австралии, Украине, Бразилии, США, Индии, Канаде.

Физические свойства

Прежде чем переходить к валентности железа, необходимо подробнее рассмотреть его физические свойства, так сказать, приглядеться к нему поближе.

Этот металл имеет серебристый цвет, достаточно пластичный, но способен к увеличению твердости путем его взаимодействия с другими элементами (например, с углеродом). Также он обладает магнитными свойствами.

Во влажной среде железо может корродировать, то есть ржаветь. Хотя абсолютно чистый металл устойчивее к влаге, но если в нем есть примеси, именно они провоцируют коррозию.

Железо хорошо взаимодействует с кислотной средой, даже может образовывать соли железной кислоты (при условии сильного окислителя).

В воздушной среде быстро покрывается оксидной пленкой, которая защищает его от взаимодействий.

Химические свойства

Также этот элемент обладает рядом химических свойств. Железо, как и остальные элементы таблицы Менделеева, имеет заряд атомного ядра, который соответствует порядковому номеру +26. А возле ядра вращается 26 электронов.

А вообще, если рассматривать свойства железа – химического элемента, то он является металлом с невысокой активной способностью.

Взаимодействуя с окислителями более слабыми, железо образует соединения, где оно двухвалентно (то есть его степень окисления +2). А если с сильными окислителями, то степень окисления железа достигает +3 (то есть валентность его становится равной 3).

При взаимодействии с химическими элементами, которые не являются металлами, Fe выступает по отношению к ним восстановителем, при этом степень окисления его становиться, кроме +2 и +3, даже +4, +5, +6. Такие соединения имеют очень сильные окислительные свойства.

Как уже отмечалось выше, железо в воздушной среде покрывается оксидной пленкой. А при нагревании скорость реакции повышается и может образоваться оксид железа с валентностью 2 (температура менее 570 градусов по Цельсию) или оксид с валентностью 3 (температурный показатель более 570 градусов).

Взаимодействие Fe с галогенами, приводит к образованию солей. Элементы фтор и хлор окисляют его до +3. Бром же – до +2 или +3 (все зависит от того, какие условия осуществления химического превращения при взаимодействии с железом).

Вступая во взаимодействия с йодом, элемент окисляется до +2.

Нагревая железо и серу, получается сульфид железа с валентностью 2.

Если феррум расплавить и соединить его с углеродом, фосфором, кремнием, бором, азотом, то получатся соединения называемые сплавами.

Железо является металлом, поэтому оно вступает во взаимодействие и с кислотами (об этом кратко также говорилось чуть выше). Например, кислоты серная и азотная, имеющие высокую концентрацию, в среде с пониженной температурой, на железо не оказывают воздействия. Но стоит ей повысится, как происходит реакция, в результате которой железо окисляется до +3.

Чем выше концентрация кислоты, тем большую температуру необходимо дать.

Нагревая 2-х валентное железо в воде, получим его оксид и водород.

Также Fe обладает способностью вытеснять из водных растворов солей металлы, которые имеют пониженную активность. При этом он окисляется до +2.

При повышении температуры, железо восстанавливает металлы из оксидов.

Что такое валентность

Уже в предыдущем разделе немного встречалось понятие валентности, а также степени окисления. Пришло время рассмотреть валентность железа.

Но для начала необходимо понять, что это вообще за такое свойство химических элементов.

Химические вещества почти всегда постоянны в своем составе. Например, в формуле воды Н2О – 1 атом кислорода и 2 атома водорода. То же самое и с другими соединениями, в которых задействованы два химических элемента, один из которых водород: к 1 атому химического элемента может добавиться 1-4 атома водорода. Но никак не наоборот! А потому, видно, что водород присоединяет к себе всего 1 атом другого вещества. И именно это явление называют валентностью – способностью атомов химического элемента присоединять конкретное количество атомов других элементов.

Значение валентности и графическая формула

Есть элементы таблицы Менделеева, которые обладают постоянной валентностью – это кислород и водород.

А есть такие химические элементы, у которых она изменяется. Например, железо чаще 2-х и 3-х валентно, сера 2, 4, 6-ти, углерод 2 и 4-х. Это элементы с переменной валентностью.

Далее, понимая, что такое валентность, можно правильно написать графическую формулу соединений. Она отображает последовательность соединения атомов в молекуле.

Также, зная валентность одного из элементов в соединении, можно определить валентность другого.

Валентность железа

Как было отмечено, железо относится к элементам с переменной валентностью. И она может колебаться не только между показателями 2 и 3, но и достигать 4, 5 и даже 6.

Конечно, более подробно изучает валентность железа неорганическая химия. Рассмотрим этот механизм кратко на уровне простейших частиц.

Железо является д-элементом, к которому причисляется еще 31 элемент таблицы Менделеева (это 4-7 периоды). С возрастанием порядкового номера, свойства д-элементов приобретают небольшие изменения. Атомный радиус у этих веществ также медленно возрастает. Они обладают переменной валентностью, которая зависит от того, что предвнешний д-электронный подуровень является незавершенным.

Потому для железа валентными есть не только с-электроны, находящиеся во внешнем слое, но и неспаренные 3д-электроны предвнешнего слоя. И, как следствие, валентность Fe в химических соединениях может равнятся 2, 3, 4, 5, 6. В основном, она равна 2 и 3 – это более устойчивые соединения железа с другими веществами. В менее устойчивых — он проявляет валентность 4, 5, 6. Но, такие соединения встречаются реже.

Двухвалентный феррум

При взаимодействии 2 валентного железа с водой получается оксид железа (2). Такое соединение обладает черным цветом. Достаточно легко взаимодействует с соляной (малой концентрации) и азотной (высокой концентрации) кислотами.

Если такому оксиду 2-х валентного железа провзаимодействовать или с водородом (температура 350 градусов по Цельсию), или с углеродом (коксом) при 1000 градусов, то оно восстанавливается до чистого состояния.

Добывают оксид железа 2-х валентного такими способами:

• через соединение оксида 3-х валентного железа с угарным газом;
• при нагревании чистого Fe, при этом низкое давление кислорода;
• при раскладывании оксалата 2-х валентного железа в вакуумной среде;
• при взаимодействии чистого железа с его оксидами, температура при этом 900-1000 градусов по Цельсию.

Что касается природной среды, то оксид железа 2-х валентного, присутствует в виде минерала вюстита.

Есть еще способ, как в растворе определить валентность железа – в данном случае, имеющего ее показатель 2. Необходимо провести реакции с красной солью (гексацианоферрат калия) и с щелочью. В первом случае наблюдается получение осадка темно-синего цвета – комплексной соли железа 2-х валентного. Во втором – получение темного серо-зеленого осадка – гидроксида железа также 2-х валентного, в то время, как гидроксид железа 3-х валентного имеет цвет в растворе темно-бурый.

Трехвалентное железо

Оксид 3-х валентного феррума имеет порошкообразную структуру, цвет которой красно-коричневый. Имеет также наименования: окись железа, железный сурик, красный пигмент, пищевой краситель, крокус.

В природе это вещество встречается в виде минерала – гематита.

Оксид такого железа с водой уже не взаимодействует. Но соединяется с кислотами и щелочами.

Применяется оксид железа (3) для окрашивания материалов, применяемых в строительстве:

• кирпичей;
• цемента;
• керамических изделий;
• бетона;
• тротуарной плитки;
• напольных покрытий (линолеум).

Железо в организме человека

Как отмечалось в начале статьи, вещество железо является важной составляющей человеческого организма.

Когда этого элемента является недостаточно, то могут возникнуть следующие последствия:

• повышенная усталость и чувствительность к холоду;
• сухость кожи;
• снижение мозговой деятельности;
• ухудшение прочности ногтевой пластины;
• головокружение;
• проблемы с пищеварением;
• седина и выпадение волос.

Накапливается железо, как правило, в селезенке и печени, а также почках и поджелудочной железе.

В рационе человека должны быть продукты, содержащие железо:

• говяжья печень;
• гречневая каша;
• арахис;
• фисташки;
• зеленый горошек консервированный;
• сушенные белые грибы;
• куриные яйца;
• шпинат;
• кизил;
• яблоки;
• груши;
• персики;
• свекла;
• морепродукты.

Недостаток железа в крови, приводит к снижению гемоглобина и развитию такого заболевания, как железодефицитная анемия.

7.6. 
Железо  и его соединения

Железо – химический элемент четвертого периода и побочной подгруппы
VIII группы периодической системы. Атом железа содержит восемь валентных
электронов, однако в соединениях железо обычно проявляет степени окисления (+2)
и (+3), редко – (+6). Имеются сообщения о получении соединений восьмивалентного
железа.

Степень
окисления +3 для железа является наиболее устойчивой. Соединения железа(III)
могут быть восстановлены только под действием сильных восстановителей, таких как
водород в момент выделения, сероводород. Эти реакции проводят в кислой среде:

Fe₂(SO₄)₃+H₂S=2FeSO₄+S+H₂SO₄

Железо
широко распространено в природе – это самый распространенный металл, после
алюминия. Существует гипотеза о том, что внутреннее ядро Земли – целиком
состоит из железа с примесью никеля и серы, а возможно и других
элементов. 

В природе
 железо встречается в
виде руд —  оксидов Fe₂O₃ (гематит,
красный железняк) и Fe₃O₄ (магнетит, магнитный
железняк), гидратированного оксида Fe₂O₃⋅H₂O
(лимонит, бурый железняк), карбоната FeCO₃ (сидерит),
дисульфида FeS₂ (пирит), редко встречается в виде самородков,
попадающих на землю с метеоритами. Такое метеоритное железо было известно людям
издревле. Освоение получения железа из железной руды послужило началом
железного века.

ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗА

В настоящее
время железную руду восстанавливают коксом в доменных печах, при этом
расплавленное железо частично реагирует с углеродом, образуя карбид железа Fe₃C
(цементит), а частично растворяет его. При затвердевании расплава образуется
чугун. Чугун, используемый для получения стали, называют передельным.

Запомнить! Сталь, в отличие от чугуна, содержит меньшее количество углерода.

При
получении стали, лишний углерод, содержащийся в чугуне, необходимо выжечь.
Этого добиваются, пропуская над расплавленным чугуном воздух, обогащенный
кислородом. Существует и прямой метод получения железа, основанный на
восстановлении окатышей магнитного железняка природным газом:

Fe₃O₄ +
CH₄ = 3Fe + CO₂ + 2H₂O

ФИЗИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА

Железо –
серебристо-белый, ковкий и пластичный тугоплавкий (т. пл. 1535°C, т. кип.
2870°C) металл, при температурах ниже 769°C притягивается магнитом, то есть
обладает ферромагнетизмом. Ферромагнитные свойства вызваны наличием в
структуре металла отдельных зон – доменов, магнитные моменты которых под
действием внешнего магнитного поля ориентируются в одну и ту же сторону.
 Железо существует в форме нескольких полиморфных (аллотропных) модификаций.
При температурах ниже 9100C устойчиво железо с объемно-центрированной
кристаллической решеткой (αα-Fe, немагнитное α-железо существующее
при 769–9100C называют β-Fe), в интервале
температур 910–14000C – более плотная модификация с кубической
гранецентрированной (γγ-Fe), а выше этой температуры и вплоть до температуры
плавления вновь становится устойчивой структура с объемно-центрированной
ячейкой (δ-Fe).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗА

Запомнить!

1) с кислотами. На влажном воздухе окисляется, покрываясь
коричневой коркой гидратированного оксида Fe₂O₃⋅H₂O,
ржавчины. Железо легко растворяется в разбавленных кислотах:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂

но пассивируется в холодных концентрированных
растворах кислот-окислителях – серной и азотной.

2) с солями.Будучи металлом средней химической активности, железо
вытесняет другие, менее активные металлы из растворов их солей:

Fe + CuSO₄= FeSO₄ + Cu

При этом, как и при растворении в кислотах, образуются
соли двухвалентного железа.

3) с парами воды.При температуре белого каления железо реагирует с
водой. Пропуская перегретый водяной пар через раскаленный на жаровне
чугунный пушечный ствол, Лавуазье получил водород:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ +
4H₂.

4) с кислородом.В кислороде железо сгорает с образованием черyого
порошка железной окалины – оксида железа(II, III) Fe₃O₄,имеющей
тот же состав, что и природный минерал магнитный железняк:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

Искры, вырывающиеся при заточке стальных ножей или при
резке стальных листов ацетилено-кислородным пламенем, также представляют собой
раскаленные куски железной окалины.

5) с неметаллами. Степень окисления железа в
образующихся соединениях зависит от силы окислителя — неметалла. Так, при
взаимодействии с хлором образуется хлорид FeCl₃:

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃,

 с
серой – сульфид FeS:

Fe + S = FeS.

Соединения железа(II)

Запомнить! Оксид и
гидроксид железа(II) обладают основными свойствами.

Соединения железа(II) являются сильными восстановителями
и на воздухе легко окисляются до соединений трехвалентного железа:

4FeSO₄ +
O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)SO₄.

Белый осадок гидроксида железа(II) Fe(OH)₂,
образующийся при действии на соли железа(II) растворов щелочей, на воздухе
мгновенно зеленеет, образуя «зеленую ржавчину» – смешанный гидроксид железа(II)
и железа(III), который лишь через некоторое время приобретает характерный для
Fe₂O₃⋅H₂O ржавый цвет.

Соединения железа(III)

Гидроксид железа(III) выпадает в виде коричневого
осадка при действии растворов щелочей, сульфидов, карбонатов на соли
железа(III):

2FeCl₃ +
3Na₂CO₃ + 6H₂O = 2Fe(OH)₃ +3CO₂+
6NaCl

Запомнить! Оксид и
гидроксид железа(III) являются слабо амфотерными, с преобладанием основных
свойств.

Так, при
растворении гидроксида железа(III) в кислотах образуются соли железа(III), а
при сплавлении оксида с оксидами активных металлов – ферриты (ферраты(+3)):

2Fe(OH)₃ +
2H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ +
3H₂O,

Fe₂O₃ + CaO = CaFe₂O₄.

В концентрированных щелочах Fe(OH)₃ медленно
растворяется, образуя гидроксоферраты, например, Na₃[Fe(OH)₆]:

Fe(OH)₃+3NaOHводн.=Na₃[Fe(OH)₆]

При действии
недостатка кислот они разлагаются в образованием осадка гидроксида железа(III):

Na₃[Fe(OH)₆]+3HClнед.=3NaCl+Fe(OH)₃↓+3H₂O
Na₃[Fe(OH)₆]+6HClизб.=3NaCl+FeCl₃+6H₂O

 При пропускании углекислого газа они разлагаются
на гидроксид железа(III) и карбонат натрия:

2Na₃[Fe(OH)₆]+3CO₂↑=3Na₂CO₃+2Fe(OH)₃↓+3H₂O

Запомнить! Соли железа(III) и некоторых слабых кислот, например, сернистой и
угольной не могут быть выделены из водных растворов по причине полного
необратимого гидролиза:

2FeCl₃+3Na₂S+6H2O=2Fe(OH)₃+3H₂S↑+6NaCl

О протекании реакции судят по выделению газа и
образованию коричневого осадка гидроксида железа(III).

Окисление Fe(OH)₃ бромом в щелочной
среде приводит к образованию вишневых растворов ферратов (+6):

2Fe(OH)₃ +
3Br₂ + 10KOH = 2K₂FeO₄ + 6KBr + 8H₂O.

Запомнить! Ферраты
содержат железо в степени окисления (+6), и являются сильными окислителями.

Применение железа

В виде
чугуна и стали железо находит широкое применение в народном хозяйстве. Хлорид
железа(III) используется при травлении медных плат, а сульфат железа(III) – в
качестве хлопьеобразователя (коагулянта) при очистке воды. Ферриты
двухвалентных металлов (магния, цинка, кобальта, никеля) со структурой шпинели
применяют в радиоэлектронике, вычислительной технике. 

Соли
железа(III) образуют желто-коричневые растворы, цвет которых объясняется
гидролизом, приводящим к образованию коллоидного раствора гидроксида
железа(III). Многие из них, например, хлорид FeCl₃×6H₂O («хлорное
железо») сильно гигроскопичны, и при хранении в неплотно закрытых склянках,
отсыревают.

Качественные реакции на катионы
железа

На ионы
железа существуют удобные качественные реакции. Если к раствору соли
железа(III) прибавить разбавленный раствор роданида калия KCNS, то
образуется интенсивно-красное окрашивание, вызванное образованием роданида
железа(III):

FeCl₃+3KSCN=Fe(SCN)₃+3KCl

Другим
реагентом на ионы железа(III) служит комплексное соединение
гексацианоферрат(II) калия K4[Fe(CN)6], часто называемый также
«желтая кровяная соль». Такое странное на первый взгляд название
связано с тем, что раньше эту соль получали нагреванием крови с поташом и
железными опилками. С солями железа(III) она дает синий коллоидный
раствор  «берлинской лазури» или «турнбуллева синь»:

K₄[Fe(CN)₆]+FeCl₃=KFe[Fe(CN)₆]↓+3KCl

.

Аналогичное синие окрашивание осадка того же состава
можно получить при взаимодействии ионов железа(II) с раствором «красной
кровяной соли» — гексацианоферрат(III) калия  K3[Fe(CN)6]:

K₃[Fe(CN)_6]+FeCl₂=KFe[Fe(CN)₆]↓+2KCl

Таким
образом, красная кровяная соль служит реактивом на соли двухвалентного железа.
При более высоких концентрациях растворов выделяется нерастворимая в воде форма
«берлинской лазури» состава Fe₄[Fe(CN)₆]₃.

УПРАЖНЕНИЯ

На­пи­ши­те урав­не­ния опи­сан­ных ре­ак­ций.

Решение:

На­пи­са­ны
че­ты­ре урав­не­ния опи­сан­ных ре­ак­ций:

1)  2Fe
+ 6H₂SO₄ → Fe₂ (SO₄)₃  + 3SO₂↑ +6H₂O

2)  Fe₂
(SO₄)₃   + 6NaOH → 2Fe(OH)₃ ↓ + 3Na₂SO₄

3)  2Fe(OH)₃  → Fe₂O₃ + 3H₂O

4)  Fe₂O₃ + Fe → 3 FeO

_________________________________________________________________

Решение:

1) Составим
уравнения реакций взаимодействия металлов с

кислотой и
щелочью, при этом нужно учесть, что железо не реагирует с
раствором щелочи:

2Al + 6HCl =
2AlCl₃+ 3H₂ ↑       (1)

2моль                            3моль

Fe +  2HCl  =  FeCl₂  +H₂↑            (2)            

1моль                         1моль

2Al + 2NaOH + 6H₂O == 2Na[Al(OH)₄]
+ 3H₂↑       (3)

2моль                                                            3моль             

2) Поскольку
со щелочью реагирует только алюминий, то мож-

но найти его
количество вещества:

ν(Н2)
= V/V_M = 6,72 (л) / 22,4 (л/моль) = 0,3
моль,

следовательно, ν(Al) =
0,2 моль.

3) Поскольку
для обеих реакций были взяты одинаковые количества смеси, то в реакцию с

соляной
кислотой вступило такое же количество алюминия, как и в реакцию со щелочью,

– 0,2 моль.

По уравнению
(1) находим:

ν(Н₂)
= 0,3 моль.

4) Найдем
количество вещества водорода, выделившегося в результате реакции металлов с
кислотой:

ν_общ(Н₂)
= V / V_М = 8,96 (л) / 22,4
(л/моль) = 0,4 моль.

5) Найдем
количество вещества водорода, выделившегося при взаимодействии железа с
кислотой, и затем количество вещества железа:

ν(Н₂)
= ν_общ(Н₂) – ν(Н₂) = 0,4 – 0,3 = 0,1 моль,

ν(Fe) = 0,1
моль.

6) Найдем
массы Al, Fe, массу смеси и массовую долю железа в смеси:

m(Al) = 27 (г/моль) * 0,2 (моль) =
5,4 г,

m(Fe) = 56 (г/моль) * 0,1 (моль) =
5,6 г,

m_смеси(Al, Fe) = 5,4 + 5,6 = 11 г,

ω_(Fe) = m_в-ва / m_см =
5,6 / 11 = 0,5091 (50,91 %).

Ответ. ω(Fe) = 50,91 %.

_________________________________________________________________

Решение:

_________________________________________________________________

Решение:

_________________________________________________________________

ЗАДАНИЯ  ДЛЯ  САМОСТОЯТЕЛЬНОГО
РЕШЕНИЯ

1.     Укажите последовательность восстановления оксидов железа в доменной печи:
а) FeO→Fe3O4→ Fe2O3→Fe	б) Fe3O4→Fe2O3→ FeO→Fe
в) Fe2O3→Fe3O4→ FeO→Fe	г) Fe3O4→FeO→ Fe2O3→Fe
2.     Число неспаренных электронов в основном состоянии атома железа равно:
а) 2	б) 4
в) 3	г) 1
3.     Железо нельзя получить по реакции:
а) Fe3O4  + С→	б) Fe(OН)3  →
в) FeSO4 (p-p) + Zn →	г)  Fe2O3  + H2 →
4.     С водными растворами каких веществ реагирует железо:
а) хлорид калия	б) нитрат кальция
в) хлороводород	г) все ответы верны
5.     Гидроксид железа (II) можно получить взаимодействием:
а) оксида железа (II) и воды	б) все ответы верны
в) сульфата железа (II) и гидроксида натрия	г) гидроксида железа (III) с влажным воздухом
6.     Для превращения магнетита в оксид железа (III) необходимо, чтобы магнетит прореагировал с:
а) водородом	б) кислородом
в) оксидом углерода (II)	г) коксом
7.     В каком из природных соединений железа его массовая доля наибольшая:
а) магнетит	б) гематит
в) пирит	г) сидерит
8.     В отличие от гидроксида железа (III) гидроксид железа (II) реагирует с:
а) соляной кислотой	б) концентрированным раствором щелочи
в) кислородом во влажном воздухе	г) разбавленной серной кислотой
9.     При обычных условиях как железо, так и алюминий не реагируют с:
а) соляной кислотой	б) сульфатом меди (II) (р-р)
в) все ответы верны	г) азотной концентрированной кислотой
10.                        Различить между собой пробирки, содержащие водные растворы FeCl2 и FeCl3 можно с помощью:
а) лакмуса	б) нитрата серебра (I)
в) серной кислоты	г) гидроксида натрия

Ответы:

1	в
2	б
3	б
4	в
5	в
6	б
7	а
8	в
9	г
10	г