Рассказ о железе

Железо.

        Железо – элемент VIII группы периодической системы. Порядковый номер 26, атомная масса  55,85 (56). Конфигурация внешних электронов атома 3d64s2.

        По химическим свойствам железо как переходный элемент близок к соседним элементам той же группы периодической системы – никелю и кобальту. Степень окисления +2,+3, иногда +6.

        Название железа происходит от санскритского слова "жалжа", что означало "металл, руда". Научное название элемента произошло от латинского слова "феррум" - железо.

        Один из наиболее распространенных элементов в природе. Особенно важен для живых организмов: является основным катализатором дыхательных процессов. Железо входит в состав гемоглобина крови (477 мг/л), участвует в процессе переноса кислорода от легких к тканям. Железо встречается в природе в основном в виде руд. Основные руды железа: магнетит (магнитный железняк) FезО4 (содержит до 72% железа),
гематит (красный железняк) Fe2О3 (содержит до 65% железа), лимонит (бурый железняк) Fe2О3 • nH2O (содержит до 60% Ре), пирит (железный колчедан) FeS2 (содержит около 46% железа), сидерит (шпатовый железняк) FeСО3 (содержит до 35% железа) (Презентация, рисунки в учебнике)

        Чистое железо  серебристо-белый металл, быстро тускнеющий (ржавеющий) на влажном воздухе или в воде, содержащей кислород. Железо пластично, легко подвергается ковке и прокатке, температура плавления 1539°С. Обладает сильными магнитными свойствами (ферромагнетик), хорошей тепло- и электропроводностью. В школьной лаборатории имеются как чистое железо в виде порошка, так и его соединения (Демонстрация).

        Железо — активный металл.

1. На воздухе образуется защитная оксидная пленка, препятствующая ржавлению металла.

3Fe + 2O2 = Fe2O3 • FeO (Феррит железа) (Демонстрация ЦОР)

2. Во влажном воздухе железо окисляется и покрывается ржавчиной, которая частично состоит из гидратированного оксида железа (III).

4Fe + 3О2 + 6Н2О = 4Fe(ОН)3

 (Наблюдения во время экскурсии на речном причале состояния барж)

3. Взаимодействует с хлором, углеродом и другими неметаллами при нагревании:

 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 (Демонстрация ЦОР)

4. Железо вытесняет из растворов солей металлы, находящиеся в электрохимическом ряду напряжений правее железа:

       Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu (Демонстрация опыта)

5. Растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах c выделением водорода:
   Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (Демонстрация опыта)

        Однако в серной кислоте, концентрация которой близка к 100%, железо становится пассивным и взаимодействие практически не происходит.

В разбавленных и умеренно концентрированных растворах азотной кислоты железо растворяется. При высоких концентрациях HNO3 растворение замедляется и железо становится пассивным. Для железа характерны два ряда соединений: соединения Fe(II) и соединения Fe(III). Первые отвечают оксиду железа (II), или закиси железа FeO; вторые – оксиду железа (III), или окиси железа Fe2O3. Кроме того известны соли железной кислоты H2FeO4, в которой степень окисленности железа +6.

Основные соединения железа (II).

Железный купорос – FeSO4.7H2O – светло-зеленые кристаллы, хорошо растворимые в воде.

Гидроксид железа (II) – Fe(OH)2 – белый осадок, который на воздухе вследствие окисления быстро принимает зеленоватую, а затем бурую окраску, переходя в Fe(OH)3.

Оксид железа FeO, черный, легко окисляющийся порошок.

Карбонат железа FeCO3. При действии воды, содержащей CO2, карбонат железа, подобно карбонату кальция, частично переходит в более растворимую кислую соль Fe(HCO3)2. В виде этой соли железо содержится в природных железных водах.

Соли железа (II) легко могут быть переведены в соли железа (III) действием различных окислителей, например: HNO3, KMnO4, Cl2 и др.

Ввиду способности легко окисляться, соли железа (II) часто применяются как восстановители.

Основные соединения железа (III).

Хлорид железа FeCl3 – темно-коричневые с зеленым отливом кристаллы. Сильно гигроскопичное вещество.

Сульфат железа Fe2(SO4)3 – очень гигроскопичные, расплывающиеся на воздухе белые кристаллы. Образуют кристаллогидрат Fe(SO4)3.9H2O (желтые кристаллы). В водных растворах сульфат железа (III) сильно гидролизован.

Железо-аммонийные квасцы (NH4)Fe(SO4)2.H2O – хорошо растворимые в воде светло-фиолетовые кристаллы.

Гидроксид железа (III) Fe(OH)3, более слабое основание, чем Fe(OH)2.

Соли железа (III) сильно гидролизуются.

Характерной реакцией, отличающей соли железа (III) от солей железа (II), служит действие роданида калия KCNS (или роданида аммония) – появляется кроваво-красная окраска роданида железа (III) – Fe(CNS)3.(Демонстрация опыта –«Порез»)

Ионы железа (II) с роданидами не дают этой окраски.

Цианистые соединения железа.

Гексациано (II) феррат калия K4[Fe(CN)6].3H2O – светло-желтые кристаллы. Эта соль называется желтой кровяной солью. Раствор ее не дает реакции, характерной для ионов Fe(II). Но с ионами Fe(III) желтая кровяная соль взаимодействует с образованием нерастворимой соли синего цвета – берлинской лазури

Гексациано (III) феррат калия K3[Fe(CN)6] – красная кровяная соль, темно красные кристаллы (безводные).

Красная кровяная соль – реактив на ионы Fe(II), с которыми она образует синий осадок, так называемой турнбулевой сини. (Демонстрация опыта)

        Опыты с железом и его соединениями одни из самых красочных в неорганической химии.