Нека разгледаме зависимостта на някои свойства на атомите от структурата на техните електронни обвивки. Нека се спрем преди всичко върху закономерностите на промяна на атомните и йонните радиуси.
Електронните облаци нямат ясно определени граници. Следователно концепцията за размера на атома не е строга. Но ако си представим атомите в кристалите на простото вещество под формата на топки, които контактуват един с друг, тогава разстоянието между центровете на съседните топки (т.е. между ядрата на съседните атоми) може да се приеме равно на двойно по-голямо радиус на атома. И така, най-малкото междуядрено разстояние в медните кристали е ; това ни позволява да считаме, че радиусът на медния атом е равен на половината от тази стойност, т.е.
Зависимостта на атомните радиуси от заряда на атомното ядро Z има периодичен характер. В рамките на един период, с увеличаване на Z, има тенденция към намаляване на размера на атома, което се наблюдава особено ясно в кратки периоди (атомните радиуси са дадени в nm):
Това се обяснява с нарастващото привличане на електроните на външния слой към ядрото с увеличаване на заряда му.
С началото на изграждането на нов електронен слой, по-отдалечен от ядрото, т.е. по време на прехода към следващия период, атомните радиуси се увеличават (сравнете, например, радиусите на флуорните и натриевите атоми). В резултат на това в подгрупата, с увеличаване на заряда на ядрото, размерите на атомите се увеличават. Нека дадем като пример стойностите на атомните радиуси (в nm) на елементи от някои основни подгрупи:
Електроните на външния слой, които са най-слабо свързани с ядрото, могат да се откъснат от атома и да се присъединят към други атоми, ставайки част от външния слой на последния.
Атомите, които са загубили един или повече електрони, стават положително заредени, тъй като зарядът на атомното ядро надвишава сумата от зарядите на останалите електрони. Обратно, атомите, които са прикрепили допълнителни електрони към себе си, стават отрицателно заредени. Получените заредени частици се наричат йони.
Йоните се обозначават със същите символи като атомите, което показва техния заряд в горния десен ъгъл: например е обозначен положителен тризареден алуминиев йон, отрицателен еднозареден хлорен йон.
Загубата на електронни атоми води до намаляване на ефективния му размер, а добавянето на излишни електрони води до увеличаване. Следователно радиусът на положително зареден йон (катион) винаги е по-малък, а радиусът на отрицателно зареден не (анион) винаги е по-голям от радиуса на съответния електрически неутрален атом. И така, радиусът на калиевия атом е , а радиусът на йона, радиусите на хлорния атом и йона, съответно, са 0,099 и . В този случай радиусът на йона се различава толкова повече от радиуса на атома, толкова по-голям е зарядът на йона. Например, радиусите на хромния атом и йони и са съответно 0,127, 0,083 и .
В рамките на една подгрупа радиусите на йони със същия заряд се увеличават с увеличаване на ядрения заряд. Това се илюстрира със следните примери (йонните радиуси са дадени в nm):
Тази закономерност се обяснява с увеличаването на броя на електронните слоеве и нарастващото разстояние на външните електрони от ядрото.
Фигура 46. Контактуващи частици в кристал
Прилагането на рентгенови лъчи за изследване на кристали дава възможност не само да се установи вътрешната структура на последните, но и да се определят размерите на частиците,образувайки кристал - атоми или йони.
За да разберете как се правят такива изчисления, представете си, че частиците, които изграждат кристала, са сферични и са в контакт една с друга. В този случай можем да приемем, че разстоянието между центровете на две съседни частици е равно на сумата от техните радиуси (фиг. 46). Ако частиците са прости атоми и се измерва разстоянието между тях, тогава се определя и радиусът на атома, очевидно равен на половината от намереното разстояние. Например, знаейки, че за кристали на метален натрий, константата на решетката дравно на 3,84 ангстрьома, откриваме, че радиусът rнатриевият атом е равен на.
Малко по-трудно е да се определят радиусите на различните йони. Тук вече не е възможно просто да се раздели разстоянието между йоните наполовина, тъй като размерите на йоните не са еднакви. Но ако радиусът на един от йоните r 1 е известен, радиусът на другия r 2 лесно се намира чрез просто изваждане:
r2 = д - r1
Оттук следва, че за да се изчислят радиусите на различните йони от константите на кристалните решетки, е необходимо да се знае радиусът на поне един йон. Тогава намирането на радиусите на всички останали йони вече няма да представлява трудности.
С помощта на оптични методи беше възможно доста точно да се определят радиусите на флуорните йони F - (1,33 А) и кислород О - (1,32 А); тези радиуси служат като начални стойности при изчисляване на радиусите на други йони. Така например, определянето на константата на решетката на магнезиевия оксид MgO показа, че тя е равна на 2,1 ангстрьома. Изваждайки от това радиуса на кислородния йон, намираме радиуса на магнезиевия йон:
2,1 - 1,32 = 0,78 Å
Константата на решетката на натриевия флуорид е 2,31 Å; тъй като радиусът на флуорния йон е 1,33 ангстрема, радиусът на натриевия йон трябва да бъде:
2,31 -1,33 = 0,98 Å
Познавайки радиуса на натриевия йон и константата на решетката на натриевия хлорид, е лесно да се изчисли радиусът на хлорния йон и т.н.
По този начин се определят радиусите на почти всички атоми и йони.
Обща представа за размера на тези количества се дава от данните, дадени в табл. 7.
маса 7
Радиуси на атоми и йони на някои елементи
| елемент | Радиус на атома | йонен радиус | Йон символ |
| 1,92 | 0,98 | Na+ | |
| 2,38 | 1,33 | K+ | |
| 2,51 | 1,49 | Rb+ | |
| 2,70 | 1,65 | Cs+ | |
| 1,60 | 0,78 | Mg++ | |
| 1,97 | 1,06 | Ca++ | |
| 2,24 | 1,43 | Ba++ | |
| 0,67 | 1,33 | F- | |
| 1,07 | 1,81 | Cl- | |
| 1,19 | 1,96 | Br- | |
| 1,36 | 2,20 | J- | |
| 1,04 | 1,74 | С- |
Както показват тези данни, в металите радиусите на атомите са по-големи от радиусите на йоните, в металоидите, напротив, радиусите на йоните са по-големи от радиусите на атомите.
Относителните размери на йоните, които образуват кристал, оказват огромно влияние върху структурата на пространствената решетка. Така например, два много сходни по своята химическа природа - CsCl и NaCl въпреки това образуват решетки от различни видове, като в първия случай всеки положителен йон е заобиколен от осем отрицателни йона, а във втория - само от шест. Тази разлика се обяснява с факта, че размерите на цезиевите йони
и натрият не са еднакви. Редица съображения ни принуждават да приемем, че йоните трябва да бъдат разположени в кристала, така че всеки по-малък йон, ако е възможно, напълно да запълни пространството между големите йони около него и обратно; с други думи, отрицателните йони, които почти винаги са по-големи от положителните йони, трябва да обграждат положителните йони възможно най-близо, в противен случай системата ще бъде нестабилна. Тъй като радиусът на Cs + йона е 1,65 Å, а на йона Na + е само 0,98 Å, очевидно е, че повече Cl - йони могат да бъдат поставени около първия, отколкото около втория.
Броят на отрицателните йони, обграждащи всеки положителен йон в кристала, се нарича координационен номер на дадената решетка. Изследване на структурата на различни кристали показва, че най-често срещаните са следните координационни числа: 2, 3, 4, 6, 8 и 12.
Координационният номер зависи от съотношението на радиуса на положителния йон към радиуса на отрицателния йон: колкото по-близо е това съотношение до единица, толкова по-голямо е координационното число. Разглеждайки йоните като топчета, разположени в кристала според най-близкия метод на опаковане, е възможно да се изчисли при какво съотношение между радиуса на положителните и отрицателните йони трябва да се получи едно или друго координационно число.
По-долу са изчислените теоретично най-големи координационни числа за дадено съотношение на радиуси.
Лесно е да се провери, че координационните числа за NaCl и CsCl, намерени от тази таблица, просто отговарят на действителното подреждане на йони в кристалите на тези вещества.
Желязото е елемент от вторична подгрупа от осма група на четвъртия период периодична системахимични елементи на Д. И. Менделеев с атомен номер 26. Означава се със символа Fe (лат. Ferrum). Един от най-разпространените метали в земната кора (второ място след алуминия). Метал със средна активност, редуциращ агент.
Основни степени на окисление - +2, +3
Простото вещество желязо е ковък сребристо-бял метал с висока химическа реактивност: желязото бързо корозира при високи температури или висока влажност на въздуха. В чист кислород желязото гори, а във фино диспергирано състояние се запалва спонтанно във въздуха.
Химични свойства на простото вещество - желязо:
Ръжда и изгаряне в кислород
1) Във въздуха желязото лесно се окислява при наличие на влага (ръждясване):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3
Нагрята желязна тел гори в кислород, образувайки нагар - железен оксид (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)
2) При високи температури (700–900°C) желязото реагира с водна пара:
3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) Желязото реагира с неметали при нагряване:
2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °С)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)
4) При поредица от напрежения той е вляво от водорода, реагира с разредени киселини Hcl и H2SO4, докато се образуват соли на желязо (II) и се отделя водород:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (реакциите се извършват без достъп на въздух, в противен случай Fe +2 постепенно се превръща от кислород в Fe +3)
Fe + H 2 SO 4 (разл.) → FeSO 4 + H 2
В концентрирани окисляващи киселини желязото се разтваря само при нагряване, то незабавно преминава в катиона Fe 3+:
2Fe + 6H 2 SO 4 (конц.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (конц.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(в студена концентрирана азотна и сярна киселини пасивирайте
Железен пирон, потопен в синкав разтвор на меден сулфат, постепенно се покрива с покритие от червена метална мед.
5) Желязото измества металите вдясно от него в разтвори на техните соли.
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
Амфотерността на желязото се проявява само в концентрирани основи по време на кипене:
Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2
и се образува утайка от натриев тетрахидроксоферат(II).
Техническо желязо- сплави на желязо с въглерод: чугунът съдържа 2,06-6,67% C, стомана 0,02-2,06% C, други естествени примеси (S, P, Si) и изкуствено въведени специални добавки (Mn, Ni, Cr) често присъстват, което прави сплавите на желязо технически полезни характеристики– твърдост, термична и корозионна устойчивост, ковкост и др. .
Процес на производство на доменно желязо
Процесът на производство на желязо в доменната пещ се състои от следните етапи:
а) подготовка (изпичане) на сулфидни и карбонатни руди - превръщане в оксидна руда:
FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)
б) изгаряне на кокс с горещ взрив:
C (кокс) + O 2 (въздух) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (кокс) ⇌ 2CO (700-1000 ° C)
в) редукция на оксидна руда с въглероден оксид CO последователно:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe
г) карбуризация на желязо (до 6,67% C) и топене на чугун:
Fe (т ) →(° С(Кока Кола)900-1200°С) Fe (g) (чугун, t pl 1145°C)
В чугуна винаги присъстват цементит Fe 2 C и графит под формата на зърна.
Производство на стомана
Преразпределението на чугун в стомана се извършва в специални пещи (конверторни, мартенови, електрически), които се различават по метода на нагряване; температура на процеса 1700-2000 °C. Издухването на обогатен с кислород въздух изгаря излишния въглерод от чугуна, както и сярата, фосфора и силиция под формата на оксиди. В този случай оксидите или се улавят под формата на отработени газове (CO 2, SO 2), или се свързват в лесно отделима шлака - смес от Ca 3 (PO 4) 2 и CaSiO 3. За получаване на специални стомани в пещта се въвеждат легиращи добавки от други метали.
Разпискачисто желязо в промишлеността - електролиза на разтвор на железни соли, например:
FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (електролиза)
(има и други специални методи, включително редукция на железни оксиди с водород).
Чистото желязо се използва при производството на специални сплави, при производството на сърцевини на електромагнити и трансформатори, чугунът се използва в производството на отливки и стомана, стоманата се използва като конструктивни и инструментални материали, включително износване, топлина и корозия -устойчиви материали.
Железен(II) оксид Ф EO . Амфотерен оксид с голямо преобладаване на основните свойства. Черен, има йонна структура на Fe 2+ O 2-. При нагряване първо се разлага, след това се образува отново. Не се образува при изгаряне на желязо във въздуха. Не реагира с вода. Разложен от киселини, слят с основи. Бавно окислява във влажен въздух. Възстановено с водород, кокс. Участва в доменния процес на топене на желязо. Използва се като компонент на керамични и минерални бои. Уравнения на най-важните реакции:
4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° С, 900-1000 ° С)
FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 (конц.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + на 4ФдО3 (червен.) триоксоферат(II)(400-500 °С)
FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (висока чистота) (350 ° C)
FeO + C (кокс) \u003d Fe + CO (над 1000 ° C)
FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)
4FeO + 2H 2 O (влага) + O 2 (въздух) → 4FeO (OH) (t)
6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)
Разпискав лаборатории: термично разлагане на съединения на желязо (II) без достъп на въздух:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)
FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)
Дижелезен оксид (III) - желязо ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Двоен оксид. Черен, има йонна структура на Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Термично стабилен до високи температури. Не реагира с вода. Разложен от киселини. Намалява се от водород, нажежено желязо. Участва в доменния процес на производство на желязо. Използва се като компонент на минерални бои ( миниум желязо), керамика, цветен цимент. Продуктът от специално окисление на повърхността на стоманени продукти ( почерняване, посиняване). Съставът съответства на кафява ръжда и тъмни люспи върху желязото. Не се препоръчва използването на формулата Fe 3 O 4. Уравнения на най-важните реакции:
2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (над 1538 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (конц.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (въздух) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (висока чистота, 1000 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1000 ° С, 560-700 ° С)
Разписка:изгаряне на желязо (виж) във въздуха.
магнетит.
Железен (III) оксид Ф e 2 O 3 . Амфотерен оксид с преобладаване на основни свойства. Червено-кафяв, има йонна структура (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Термично стабилен до високи температури. Не се образува при изгаряне на желязо във въздуха. Не реагира с вода, от разтвора се утаява кафяв аморфен хидрат Fe 2 O 3 nH 2 O. Бавно реагира с киселини и основи. Намалява се от въглероден оксид, разтопено желязо. Сплави с оксиди на други метали и образува двойни оксиди - шпинели(техническите продукти се наричат ферити). Използва се като суровина при топенето на желязо в процеса на доменни пещи, като катализатор при производството на амоняк, като компонент на керамика, цветни цименти и минерални бои, при термитно заваряване на стоманени конструкции, като носител на звук и изображение върху магнитни ленти, като полиращ агент за стомана и стъкло.
Уравнения на най-важните реакции:
6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)
Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)
Fe 2 O 3 + 2NaOH (конц.) → H 2 O+ 2 нноФдО 2 (червен)диоксоферат (III)
Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M = Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (високо чист, 1050-1100 ° С)
Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)
3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° С)
Разпискав лабораторията - термично разлагане на железни (III) соли във въздуха:
Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)
4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)
В природата - руди от железен оксид хематит Fe 2 O 3 и лимонит Fe 2 O 3 nH 2 O
Железен (II) хидроксид Ф e(OH)2. Амфотерен хидроксид с преобладаване на основни свойства. Бели (понякога със зеленикав оттенък), Fe-OH връзките са предимно ковалентни. Термично нестабилен. Лесно се окислява на въздух, особено когато е мокър (потъмнява). Неразтворим във вода. Реагира с разредени киселини, концентрирани алкали. Типичен реставратор. Междинен продукт при ръждясването на желязото. Използва се при производството на активна маса на желязо-никелови батерии.
Уравнения на най-важните реакции:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, в атм. N 2)
Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (синьо-зелено) (кипене)
4Fe(OH) 2 (суспензия) + O 2 (въздух) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)
2Fe (OH) 2 (суспензия) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + KNO 3 (конц.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)
Разписка: утаяване от разтвор с алкали или амонячен хидрат в инертна атмосфера:
Fe 2+ + 2OH (разб.) = Фe(OH) 2 ↓
Fe 2+ + 2 (NH3H2O) = Фe(OH) 2 ↓+ 2NH4
Железен метахидроксид Ф eO(OH). Амфотерен хидроксид с преобладаване на основни свойства. Светлокафявите, Fe-O и Fe-OH връзките са предимно ковалентни. При нагряване се разлага, без да се топи. Неразтворим във вода. Той се утаява от разтвор под формата на кафяв аморфен полихидрат Fe 2 O 3 nH 2 O, който, когато се държи под разреден алкален разтвор или при изсушаване, се превръща в FeO (OH). Реагира с киселини, твърди основи. Слаб окислител и редуциращ агент. Синтеран с Fe(OH)2. Междинен продукт при ръждясването на желязото. Използва се като основа за жълти минерални бои и емайли, като абсорбатор на отработени газове, като катализатор в органичния синтез.
Съставът на връзката Fe(OH) 3 не е известен (не е получен).
Уравнения на най-важните реакции:
Fe 2 O 3 . nH 2 O→( 200-250 °С, —Х 2 О) FeO(OH)→( 560-700°C на въздух, -H2O)→Fe 2 O 3
FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ Fe 2 О 3 . nH 2 О-колоид(NaOH (конц.))
FeO(OH) → на 3 [Фe(OH) 6 ]Бяла, Na5 и K4, съответно; и в двата случая се утаява син продукт със същия състав и структура, KFe III. В лабораторията тази утайка се нарича пруско синьо, или търнбул синьо:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Химически имена на изходни реагенти и реакционен продукт:
K 3 Fe III - калиев хексацианоферат (III)
K 4 Fe III - калиев хексацианоферат (II)
KFe III - хексацианоферат (II) желязо (III) калий
В допълнение, тиоцианатният йон NCS - е добър реагент за йони Fe 3+, желязо (III) се комбинира с него и се появява яркочервен („кървав“) цвят:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
С този реагент (например под формата на KNCS сол) могат да се открият дори следи от желязо (III) в чешмяна водаако минава през железни тръби, покрити с ръжда отвътре.
Статии Снимки Таблици За сайта Русский
Железен радиус
Магнетити и титаномагнетитови руди и пясъци. Ванадий в тях изоморфно замества желязото (йонни радиусиСтойността +2 е една от двете най-характерни за елементите от семейството на желязото. Радиусите на йоните в кристалите в серията Fe (0.83)-Co (0.82) - Ni (0.78 A) намаляват до известна степен. Нормалните потенциали на Fe, Co и Ni, съответстващи на прехода + 2e = E, са съответно -0,44, -0,28 и -0,23 in (в кисела среда) или -0,88, -0,73 и -0,72 c (в алкална среда) . За константите на киселинна дисоциация по схемата [E (OH) p] " = = = [E (OH) n-iOI-i] + H, стойностите на 5-10 (Fe), 6 -10-° (Co) и i- 10 - (Ni) Очевидно n = 6 за Fe - и Ni +, но само 4 за Co.
Учените смятат, че вътрешното ядро на нашата планета с радиус от 2200 мили (3500 км) се състои главно от желязо и никел. Това ядро създава магнитното поле на Земята, подобно на което очевидно Луната и съседните ни планети Марс и Венера нямат. Земното ядро е под високо наляганеи при висока температура и изглежда течен. Старата теория за произхода на нашата планета се основава на предположението, че Земята е образувана от натрупването и охлаждането на горещи газове. Според тази теория, земното ядрое остатък от първоначалния високотемпературен период, не се е втвърдил поради изолационното влияние на външните слоеве на земното кълбо.
Двете различни линии на фиг. 15.2 се дължат на разликите в изомерните измествания на два различни атома на желязо в октаедрични центрове. Изомерното изместване е резултат от електростатичното взаимодействие на разпределението на заряда в ядрото с електронната плътност, вероятността за съществуване на която върху ядрото е крайна. Крайна вероятност за припокриване с плътност ядрен зарядимат само 5 електрона, така че изомерното изместване може да се изчисли, като се вземе предвид това взаимодействие. Трябва да се помни, че p- и други електронни плътности могат да повлияят на 5-електронната плътност чрез екраниране на 5-електронната плътност от заряда на ядрото. Ако приемем, че ядрото е равномерно заредена сфера с радиус K и 5-електронната плътност около ядрото е постоянна и се дава от функцията >(0), разликата между електростатичното взаимодействие на сферично разпределена електронна плътност с точково ядро и същата електронна плътност с ядро с радиус R се дава от как
Според теорията концентрацията на дефекти в оксидната решетка се променя само при въвеждане на йони с различна валентност. Според работата на катедрата по корозия на металите на МИСИС, замяната на катиони на неблагородните метали в оксида с катиони на добавки със същата валентност може да промени концентрацията на катионните вакантни места, а оттам и скоростта на окисление на основния метал в в случай на замяна на катионни свободни места с ненони на добавката, това е по-вероятно, ако йонният радиус на добавката r1 е по-малък от радиуса на йона на основния метал, например, когато се въвежда магнезий (r1 = 0,78 A) в желязо, което се окислява до FeO (/ = 0,83 A).
Fe+ съединенията се получават чрез действието на окислители върху металното желязо или чрез окисляване на съединенията на желязото. По отношение на киселинно-основните свойства, състава и структурата на кристалните хидрати, разтворимостта и други характеристики, много Fe + съединения са подобни на Al + съединенията, което се дължи на близостта на йонните радиуси за Fe + a = 64 pm, за Al + r = 51 pm.
Предложени са много оксидни катализатори за окисляване на амоняк до азотен оксид. Повечето от тези катализатори имат недостатъчна каталитична стабилност. Най-активни и каталитично стабилни са активираните оксиди на желязо и кобалт, върху които при изотермични условия е възможно да се получи степента на окисление на амоняка до азотен оксид от 0,97-0,98. Въпреки това, дори при тези катализатори във фиксиран слой се наблюдава редовна неизотермичност във височината и диаметъра на реактора. Скоростта на процеса намалява поради интрадифузионно инхибиране. Резките спадове на температурата в използваните едри зърна (но техния радиус) водят до бърза промяна в структурата на зърната и спад в активността на катализатора.
ОТ многовалентни алкохолиИзвестно е, че много стабилни комплекси се образуват от тривалентно желязо, чийто йон с малък радиус има голям положителен заряд; същият йон е най-добрият кокатализатор на реакцията на хидрогеолиза. Тривалентният алуминиев йон също служи като активен кокатализатор на хидрогеолизата (виж Таблица 3.2), но е по-нисък от железния (III) йон поради твърде малкия си диаметър (както и Mg йона
В работата като критерий за стабилност на сферична нано-фулерен-желязна глобула с фулереново ядро с радиус r е използван комплексът Are=0.11, който интегрално характеризира свойствата на стомани и сплави на основата на желязо.
IV, 5.17. Изчислете масата на утайката, получена върху цилиндричен електрод по време на електрофореза на водна суспензия от железен оксид. Дължина на електрода / = 2-10 m вътрешен радиус на електрода / 2 = 1 10 m външен радиус на електрода G = 28-10 m = 20-10 V напрежение на електродите / = 20 V 3d10 kg 10 Pa s \u003d 1 Yu kg/m
Експерименталните данни показват, че когато желязото(II) е в състояние на ниско въртене, неговият йонен радиус е по-малък, отколкото когато е в състояние с висок спин. Какво според вас причинява това
Досега се приемаше, че всички места в решетката на разтвора са еквивалентни. В твърдите разтвори обаче има случаи, когато има места от различен тип. В този случай е възможно атомите на един от компонентите предпочитано или изцяло да избират определени места. Най-простият случай от този тип е решението за вграждане. Известно е, например, че аустенитът е интерстициална решетка. В 7-желязната решетка (кубична решетка, центрирана по лицето) има пори (междужилие) между железните атоми, в които могат да се поберат малки въглеродни атоми. Поради голямата разлика в радиусите, въглеродните и железните атоми не могат да дадат заместващ разтвор.
Вътрешната дифузия е поредица от паралелни процеси. Едната от тях е обичайната дифузия на газове през капиляри с относително голям радиус; другата е капилярна дифузия през тесни капиляри. Ако средният свободен път е по-голям от диаметъра на капиляра, тогава дифузионното лутане на молекулите се определя не от сблъсъци помежду си, а от сблъсъци със стени (вж. глава XIV). Третият процес е повърхностна дифузия, която се осъществява от адсорбирани молекули по стените на капилярите. Освен това е възможна дифузия в твърдо състояние през получения слой от реакционния продукт (желязо).
Термодинамичните свойства на сплавите трябва да зависят от геометричните фактори (размерът на атомните радиуси) и характеристиките на електроните. За да образуват два метала непрекъсната серия от твърди разтвори, е необходимо те да имат една и съща кристална решетка. Така при температури над 910°C желязото има лицево-центрирана кубична решетка, обща за никела, а в диапазона от 910–1460°C никелът и желязото образуват непрекъсната серия от твърди разтвори. Под 910°C
Ванадий в неговите естествени съединения винаги придружава железните руди. Това се обяснява с близостта на радиусите (0,65 A) и Re (0,67 A). Обикновено се получава сплав от желязо с ванадий (ферованадий със съдържание на ванадий 35-50% или повече). За да направите това, използвайте алуминотермичния метод (възстановяване на метали от техните оксиди с метален алуминий) или силикотермичния метод (редуциране на ванадий от VAO, желязо-силициева сплав).
Ако това не е хетерогенен процес, то условието за възникване на такава реакция е взаимодействието на реагиращите частици (молекули, атоми, йони), което се случва във всяка точка на разтвора. В този случай електроните пътуват по път, чиято дължина не надвишава радиуса на атом или молекула. Мястото на срещата и посоката на електронните преходи са ориентирани в пространството по всякакъв начин. От казаното следва, че такъв процес протича произволно, неорганизирано в хомогенна система, чиито свойства или са еднакви във всички части, или непрекъснато се променят от една точка на решението в друга. Такава система, в допълнение към липсата на интерфейс твърд разтвор, се характеризира с факта, че енергийните промени в нея най-често са придружени от отделяне или поглъщане на топлина (термичният ефект на реакцията). Пример за такъв процес е екзотермичната реакция на редукция на фери желязо, когато калиев йодид се въвежда в разтвор
В допълнение към желязото - предшественикът на триадата - включва кобалт и никел. Както вече беше споменато (виж Таблица 1.15), външните електронни обвивки на изолирани атоми Fe, Co, N1 имат същата структура (45), а размерите на атомите в серията Fe-Co-N1 са донякъде намалени като 3-подниво е изпълнен с електрони. Това явление е характерно за всички участници в периодичната система, където ядреният заряд се увеличава, а главното и страничните квантови числа на валентните електрони не се променят. Тъй като външната електронна обвивка (4b-2) в серията Fe-Co-N1 е непроменена, електроните, разположени върху нея, все повече се привличат към атомното ядро с увеличаване на броя на протоните в него, което води до намаляване на радиуса на атоми и йони, въпреки увеличаването на общия брой електрони.
Йоните с големи заряди [желязо (III), алуминий] също се характеризират със значителни стойности на енталпия и ентропия. Теоретичното изчисляване на топлината на хидратация включва вземане под внимание на редица термини. След първите, приблизително приблизителни изчисления според Борн, бяха направени много опити за подобряване на теоретичния метод по един или друг начин. К. П. Мищенко и А. М. Сухотин, въз основа на предположението, че ефективният радиус на водна молекула в хидратираща обвивка е 0,193 nm, предложиха метод за изчисление, който отчита екзоефектите от взаимодействието на йон с твърди диполи на водата, както и като ориентационна и деформационна поляризация на водни диполи, дисперсионни сили между йон и водни молекули, взаимно отблъскване на диполи в хидратната сфера, отблъскване на йон и диполи при припокриване на техните електронни обвивки, поляризация на разтворител от хидратен комплекс и взаимодействие между вода и хидратен комплекс, което съответства на екзоефекта. Големият брой фактори, взети предвид при тези изчисления, прави техните резултати най-надеждни. Освен всичко друго, тези автори стигат до извода, че термичното движение не може значително да повлияе на координационните числа на хидратацията; вероятността дадена молекула в хидратационния слой да го напусне и да остави свободно място в хидратационната обвивка на йонните диапазони, за да с величина от 10 (литиеви йони) до 10 (цезиеви йони), т.е. незначителна.
Атомите на металните елементи, за разлика от неметалните, имат много по-големи атомни радиуси. Следователно атомите на металните елементи относително лесно отстъпват валентните електрони. В резултат на това те имат способността да образуват положително заредени йони, а в съединенията проявяват само положително окислително състояние. Много метални елементи, като мед Cu, желязо Re, хром Cr, титан T1, проявяват различни степени на окисление в съединенията.
Друг пример за желязо може да съществува под формата на две алотропни модификации, които се различават по кристални решетки. В един от тях (кубичен лицево центриран) половината от най-късото разстояние между атомите е радиусът на атома
Минералът хематит ParOz има кристален p
Магнетити и титаномагнетитови руди и пясъци. Ванадий в тях изоморфно замества желязото (радиусите на йоните Y + и Fe + са съответно 0,65 A и 0,67 A). В табл. 74 е показано съдържанието на ванадий по отношение на UzOa и TiO3 в титаномагнетити от различни находища.
Изследването на характеристиките на порите е извършено на порометр Carlo-Erba (модел 70). Създаденото в апарата налягане от 0,1 до 196 MPa позволява да се определи обемът на порите с радиус от 3,75 до 7500 nm. Специфична повърхностопределя се по метода на термична десоциация на азота хроматографски. Съдържанието на въглерод и сяра в катализатора се определя чрез изгаряне и оценка на количеството продукти на горенето, ванадий, никел, желязо - химични методи. От горната и долната част на слоя беше взета проба от катализатор за анализ. Подаването на сместа водород-суровина се осъществява чрез възходящ поток.
Теорията 3ta обаче игнорира възможността допълнителни катионни свободни места в полупроводникови оксиди с метален дефицит да бъдат заети от йони, докато тези свободни места не бъдат напълно заменени; магнезий (g, - = 0,78 A) в желязо, окислено до FeO (g , - \u003d \u003d 0,83 A). В такива случаи е възможно значително намаляване
При общото сходство на свойствата на разглежданите елементи има известна закономерност в промяната им от Pe. към N1. В серията Fe, Co, N1, поради -компресия, йонните радиуси намаляват за Re + r, - = 74, за 00 + r, - = 72, за N 2+ = 69 pm. В тази връзка при преминаване от Fe + към N1=+ основните свойства на хидроксида E(0H)2 отслабват и стабилността на комплексите се увеличава, което също е свързано с запълването на нискоенергийни орбитали с електрони (с октаедрични обкръжение на лиганди). Увеличаването на заряда на ядрото води до по-силна връзка на електроните с ядрото, следователно за кобалта и особено за никела степента на окисление +3 е по-малко характерна, отколкото за желето. За желязото е известно степента на окисление + 6 (KrFeO4), което не се наблюдава в Co и Ni.
Fe + солите в много отношения са подобни на Mg + солите, което се дължи на близостта на йонните радиуси (за Nig + r, \u003d 66 pm, за Fe + n - 74 pm] , Това сходство се отнася до свойства, определени главно чрез междуйонни и йонни диполни взаимодействия (кристална структура, енергия на решетката, ентропия, разтворимост във вода, състав и структура на кристалните хидрати, способност за образуване на комплекс с лиганди със слабо поле). Напротив, няма аналогия в свързаните свойства с електронни взаимодействия (способност за редоксиране, образуване на комплекси със значителна част от " ковалентна връзка). На фиг. 3.127 сравнява ентропията на кристалните съединения Re + и M +. При сравняване на фиг. 3.127 и 3.125 проследяват степента на сходство и разлика между двувалентните състояния на елементите от семейството на желязото помежду си и между Re и Mg, принадлежащи към различни групи от периодичната система от елементи.
Възможно е да се въведе идеята за различна степен на еднородност в зависимост от степента на сходство на тези елементи. По този начин карбонатите на калция, стронция и бария са по-скоро от един и същи тип помежду си, а карбонатите на магнезия и по-специално берилия се различават по-силно от тях. Още по-малко подобни на тях са карбонатите на металите от вторичната подгрупа – цинк, кадмий и живак, и още повече на други елементи в двувалентно състояние (карбонати на манган, желязо, кобалт, никел). Въпреки това, в някои специални случаи (очевидно при близки йонни радиуси) се наблюдава доста добра еднородност в някои свойства, например между Mg28104 и Fe25104.
Количеството блуждаещи токове, протичащи през подземни съоръжения, може да бъде много голямо. В близост до електрически железницибяха измерени токове в тръбопровода, достигащи 200-300 a. При нормални условия подземните тръбопроводи се характеризират с блуждаещи токове от 10-20 A. Тъй като ток от 1 А през годината унищожава около 9 кг желязо, 11 кг мед, 34 кг свинско месо, този вид корозия е много опасен. Радиусът на действие на блуждаещи токове, спускащи се в земята от релсите на електрифицираната нана. от железниците, понякога определяни от няколко десетки километра.
В желязо-въглеродните сплави основните компоненти са желязо и въглерод. Желязото е метал от IV период на VIII група на периодичната система. Атомно число 26, атомна маса 55,85, атомен радиус 0,126 nm, плътност 0,126 g/cm. Точка на топене 1539 С. Въглеродът е неметален елемент от период 11 от група IV на периодичната система, атомен номер 6, атомна маса 12,
След тази обработка желязната утайка се измива обилно първо на малки порции. студена водавърху филтри (за да се избегне нагряване и окисляване), докато сулфатният йон се отстрани напълно, а след това със сух ацетон или алкохол и се суши във вакуумни сушилни при 50 °C в продължение на няколко часа. В края на сушенето въздухът трябва да се пуска в апарата много бавно, за да се избегне окисляване и спонтанно запалване на праха. Полученият прах от черен желязо е достатъчно стабилен на въздух, съдържа 97% Fe и има насипна плътност от 0,22–0,27 g/cm. Такъв прах е на бучки поради механичната адхезия на микродендритите един към друг и изисква леко смилане, например чрез пресяване през сита с метални топки. Според седиментационния анализ по-голямата част от праха (60%) се състои от частици със среден радиус 3–5 µm.
Работният диапазон на стойностите на рН за определяне на флуорид е в областта на рН 4,5-12 за 10 -10 М флуорид, а за по-ниски концентрации на флуор - в областта на рН 4,5-8. Положителният дрейф на потенциала се дължи на протонизацията на флуорида с образуването на HP и Hb 2 . В алкалните разтвори се получава отрицателно отклонение на потенциала поради замяната на флуоридните йони в кристалната решетка на LaP3 с хидроксилни йони, тъй като стойностите на техните йонни радиуси са близки. Тези смущения могат, ако е необходимо, да бъдат елиминирани чрез използване на специални буферни смеси, например буфер за контрол на общата йонна сила (BRMS) с pH 5,0-5,5, съдържащ 0,25 M CH3COOH 0,75 M CH3COOHa 1,0 M NaCl и 10 3M натриев цитрат ( за маскиране на желязо и алуминий).
Fe съединенията се получават чрез действието на окислители върху метално желязо или съединения на двувалентно желязо. По отношение на киселинно-основните свойства, състава и структурата на кристалните хидрати, разтворимостта и други характеристики, много съединения на Fe са подобни на съединенията на Al, >rgo поради близостта на йонните радиуси 79 pm за Fe, 67 pm за Al.
Припомнете си, че LMO са орбитали на молекула; те не трябва да се бъркат с хибридни орбитали в VS метода. Методът VS често обяснява геометрията и други свойства на молекулите, използвайки хибридизация на връзки. Както показа Йоргенсен, използването на хибридизация в метода VS в много случаи е неоправдано, а именно в атоми с ядрен заряд 7> 13, тъй като това не отчита, че ns-, pr-k (n-1) r -орбиталите за елементи с големи периоди често се различават значително по радиалните компоненти на вълновите функции, като максимумите на последните са далеч един от друг, което прави линейната комбинация неефективна. И така, за металите от желязната група средните атомни радиуси за 311-, 4.y- и 4p-състояния са свързани като 1-,3 4. За подробности вижте статията на Йоргенсен Крахът на теорията на хибридизацията .
Известни са две правила на Хюм-Ротери, според които заместващи твърди разтвори се образуват само от онези атоми, които а) имат близки по размер радиуси (различни с не повече от 15%, а в случай на твърди разтвори на базата на желязо, не повече от 8%) б) са електрохимично сходни, тоест са разположени в напреженията на металите не много далеч един от друг.
Галият е доста често срещан в природата. В земната кора той е 1,5-10 тегл.% - приблизително същото като олово и повече от молибден, волфрам и др. Галият обаче е разпръснат елемент. Намира се във вкаменелости, особено тези, съдържащи алуминий (боксит и др.), германий (въглища) и цинк (цинкова смес), от които се получава. Поради близостта на йонните радиуси с алуминий (0,57 A) и желязо (III) (0,67 A), галият е в състояние да ги замести изоморфно в кристали. Единственият галиев минерал uGaS2 е галитът.
Една от причините за по-голямото сходство между съединенията (прости и сложни) платинени металиотколкото съединенията на тежките триади и триадата на желязото, разбира се, влиянието на компресията на лантанидите все още продължава да оказва влияние. Както се вижда от табл. 1.15, атомните радиуси на елементите на триадата паладий и платина са почти еднакви - Koebij, въпреки че се различават значително от същите стойности за атомите на елементите от подгрупата на желязото.
Страхотно въздействие върху физически и Химични свойстваметалите имат размера на своите атоми. Атомите с малък радиус, като правило, образуват много силна кристална структура (радиусът на метален железен атом, например, е само 1,25 A), което го доближава до неметалите и води до образуването на структура наподобяващ атомен. Напротив, металите, образувани от големи атоми, най-често са химически и термично по-активни. Пример за това са цезий (2,74 A), барий (2,25 A) и лантан (1,88 A), които имат най-голям метален радиус и са сред най-активните. Основи на общата химия, том 2 издание 3 (1973) -- [
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Желязое двадесет и шестият елемент от периодичната таблица. Обозначение - Fe от латинското "ferrum". Намира се в четвърти период, VIIIB група. Отнася се за метали. Ядреният заряд е 26.
Желязото е най-разпространеният метал на земното кълбо след алуминия: съставлява 4% (мас.) земната кора. Желязото се среща под формата на различни съединения: оксиди, сулфиди, силикати. Желязото се намира в свободно състояние само в метеоритите.
Най-важните руди на желязо включват магнитна желязна руда Fe 3 O 4 , червена желязна руда Fe 2 O 3 , кафява желязна руда 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O и шпагат желязна руда FeCO 3 .
Желязото е сребрист (фиг. 1) пластичен метал. Той се поддава добре на коване, валцоване и други видове механична обработка. Механичните свойства на желязото силно зависят от неговата чистота – от съдържанието дори на много малки количества други елементи в него.
Ориз. 1. Желязо. Външен вид.
Атомно и молекулно тегло на желязото
Относително молекулно тегло на веществото(M r) е число, показващо колко пъти масата на дадена молекула е по-голяма от 1/12 от масата на въглеродния атом, и относителна атомна маса на елемент(A r) - колко пъти средната маса на атомите химичен елементповече от 1/12 от масата на въглероден атом.
Тъй като в свободно състояние желязото съществува под формата на едноатомни Fe молекули, стойностите на неговите атомни и молекулно теглосъвпада. Те са равни на 55,847.
Алотропия и алотропни модификации на желязото
Желязото образува две кристални модификации: α-желязо и γ-желязо. Първият от тях е с кубична решетка, центрирана по тялото, а втората - с кубична лицево центрирана решетка. α-желязото е термодинамично стабилно в два температурни диапазона: под 912 o C и от 1394 o C до точката на топене. Точката на топене на желязото е 1539 ± 5 o C. Между 912 o C и 1394 o C, γ-желязото е стабилно.
Температурните диапазони на стабилност на α- и γ-желязо се дължат на естеството на промяната в енергията на Гибс и на двете модификации с промяна на температурата. При температури под 912 o C и над 1394 o C енергията на Гибс на α-желязо е по-малка от енергията на Гибс на γ-желязо, а в диапазона 912 – 1394 o C – повече.
Изотопи на желязото
Известно е, че желязото може да се среща в природата под формата на четири стабилни изотопа 54Fe, 56Fe, 57Fe и 57Fe. Масовите им числа са съответно 54, 56, 57 и 58. Ядрото на атом на железния изотоп 54 Fe съдържа двадесет и шест протона и двадесет и осем неутрона, а останалите изотопи се различават от него само по броя на неутроните.
Съществуват изкуствени изотопи на желязото с масови числа от 45 до 72, както и 6 изомерни състояния на ядрата. Най-дълго живеещият сред горните изотопи е 60 Fe с период на полуразпад от 2,6 милиона години.
железни йони
Електронната формула, показваща разпределението на железните електрони по орбитите, е както следва:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .
В резултат на химическо взаимодействие желязото отдава своите валентни електрони, т.е. е техен донор и се превръща в положително зареден йон:
Fe 0 -2e → Fe 2+;
Fe 0 -3e → Fe 3+.
Молекула и атом на желязото
В свободно състояние желязото съществува под формата на едноатомни Fe молекули. Ето някои свойства, които характеризират атома и молекулата на желязото:
железни сплави
До 19 век сплавите на желязото са били известни главно със своите сплави с въглерод, които са получили имената на стомана и чугун. В бъдеще обаче бяха създадени нови сплави на желязо, съдържащи хром, никел и други елементи. Понастоящем сплавите на желязото се разделят на въглеродни стомани, чугуни, легирани стомани и стомани със специални свойства.
В технологията сплавите на желязото обикновено се наричат черни метали, а тяхното производство се нарича черна металургия.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Задачата | Елементният състав на веществото е, както следва: масовата част на железния елемент е 0,7241 (или 72,41%), масовата част на кислорода е 0,2759 (или 27,59%). Изведете химичната формула. |
| Решение | Масовата част на елемента X в молекулата на състава на HX се изчислява по следната формула: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Нека означим броя на атомите на желязо в молекулата като "x", броя на кислородните атоми като "y". Нека намерим съответните относителни атомни маси на елементите желязо и кислород (стойностите на относителните атомни маси, взети от Периодичната таблица на Д. И. Менделеев, ще бъдат закръглени до цели числа). Ar(Fe) = 56; Ar(O) = 16. Разделяме процента на елементите на съответните относителни атомни маси. Така ще намерим връзката между броя на атомите в молекулата на съединението: x:y= ω(Fe)/Ar(Fe) : ω(O)/Ar(O); x:y = 72,41/56: 27,59/16; x:y = 1,29: 1,84. Нека вземем най-малкото число като едно (т.е. разделим всички числа на най-малкото число 1,29): 1,29/1,29: 1,84/1,29; Следователно най-простата формула за комбиниране на желязо с кислород е Fe 2 O 3. |
| Отговор | Fe2O3 |
