Uvažujme o závislosti niektorých vlastností atómov od štruktúry ich elektrónových obalov. Zastavme sa najskôr pri vzorcoch zmien atómových a iónových polomerov.
Elektrónové oblaky nemajú ostro ohraničené hranice. Preto pojem veľkosti atómu nie je striktný. Ale ak si predstavíme atómy v kryštáloch jednoduchej látky vo forme guľôčok, ktoré sú vo vzájomnom kontakte, potom vzdialenosť medzi stredmi susedných guľôčok (tj medzi jadrami susedných atómov) sa môže rovnať dvojnásobku vzdialenosti polomer atómu. Takže najmenšia medzijadrová vzdialenosť v kryštáloch medi je ; to nám umožňuje uvažovať, že polomer atómu medi sa rovná polovici tejto hodnoty, t.j.
Závislosť polomerov atómov od náboja atómového jadra Z má periodický charakter. V rámci jednej periódy s nárastom Z existuje tendencia zmenšovať sa veľkosť atómu, čo je obzvlášť zreteľne pozorované v krátkych periódach (polomery atómov sú uvedené v nm):
Je to spôsobené zvyšujúcou sa príťažlivosťou elektrónov vonkajšej vrstvy k jadru, keď sa zvyšuje jeho náboj.
So začiatkom výstavby novej elektrónovej vrstvy, vzdialenejšej od jadra, teda pri prechode do ďalšej periódy, sa polomery atómov zväčšujú (porovnaj napr. polomery atómov fluóru a sodíka). Výsledkom je, že v rámci podskupiny, keď sa náboj jadra zvyšuje, veľkosť atómov sa zväčšuje. Uveďme ako príklad hodnoty atómových polomerov (v nm) prvkov niektorých hlavných podskupín:
Elektróny vonkajšej vrstvy, ktoré sú najmenej pevne viazané k jadru, sa môžu od atómu odtrhnúť a spojiť sa s inými atómami, čím sa stanú súčasťou jeho vonkajšej vrstvy.
Atómy, ktoré stratili jeden alebo viac elektrónov, sa stanú kladne nabitými, pretože náboj jadra atómu prevyšuje súčet nábojov zostávajúcich elektrónov. Naopak, atómy, ktoré k sebe pripojili ďalšie elektróny, sa stanú záporne nabitými. Výsledné nabité častice sa nazývajú ióny.
Ióny sú označené rovnakými symbolmi ako atómy, ktoré označujú ich náboj vpravo hore: napríklad kladný troj-nabitý hliníkový ión je označený, záporný, jednoducho nabitý ión chlóru.
Strata atómov elektrónov vedie k zníženiu jeho efektívnej veľkosti a pridanie nadbytočných elektrónov vedie k zvýšeniu. Preto je polomer kladne nabitého iónu (katiónu) vždy menší a polomer záporne nabitého ne(aniónu) je vždy väčší ako polomer zodpovedajúceho elektricky neutrálneho atómu. Polomer atómu draslíka je teda 0,099 a polomer iónu, polomery atómu chlóru a iónu sú 0,099 a . V tomto prípade sa polomer iónu líši tým viac od polomeru atómu, čím väčší je náboj iónu. Napríklad polomery atómu chrómu a iónov sú 0,127, 0,083, resp.
V rámci jednej podskupiny sa polomery iónov rovnakého náboja zväčšujú so zvyšujúcim sa jadrovým nábojom. Ilustrujú to nasledujúce príklady (polomery iónov sú uvedené v nm):
Táto pravidelnosť sa vysvetľuje nárastom počtu elektrónových vrstiev a rastúcou vzdialenosťou vonkajších elektrónov od jadra.
Obrázok 46. Kontaktovanie častíc v kryštáli
Aplikácia röntgenových lúčov na štúdium kryštálov umožňuje nielen stanoviť vnútornú štruktúru kryštálov, ale aj určiť veľkosť častíc,tvoriace kryštál - atómy alebo ióny.
Aby ste pochopili, ako sa takéto výpočty robia, predstavte si, že častice, ktoré tvoria kryštál, sú sférické a vo vzájomnom kontakte. V tomto prípade môžeme predpokladať, že vzdialenosť medzi stredmi dvoch susedných častíc sa rovná súčtu ich polomerov (obr. 46). Ak sú častice jednoduché atómy a meria sa vzdialenosť medzi nimi, potom sa určí aj polomer atómu, ktorý sa samozrejme rovná polovici nájdenej vzdialenosti. Napríklad s vedomím, že pre kryštály kovového sodíka je mriežková konštanta d rovný 3,84 angstromov, zistíme, že polomer r atóm sodíka sa rovná.
O niečo ťažšie je určiť polomery rôznych iónov. Tu už nie je možné jednoducho rozdeliť vzdialenosť medzi iónmi na polovicu, pretože veľkosti iónov nie sú rovnaké. Ale ak polomer jedného z iónov r 1 je známy polomer druhého r 2 sa dá ľahko nájsť jednoduchým odčítaním:
r2 = d - r1
Z toho vyplýva, že na výpočet polomerov rôznych iónov z konštánt kryštálových mriežok je potrebné poznať polomer aspoň jedného iónu. Potom nájdenie polomerov všetkých ostatných iónov už nebude predstavovať ťažkosti.
Pomocou optických metód bolo možné pomerne presne určiť polomery iónov fluóru F - (1,33 A) a kyslík O-(1,32 A); tieto polomery slúžia ako počiatočné hodnoty pri výpočte polomerov iných iónov. Takže napríklad stanovenie mriežkovej konštanty oxidu horečnatého MgO ukázalo, že sa rovná 2,1 angstromov. Odpočítaním od polomeru kyslíkového iónu nájdeme polomer horčíkového iónu:
2,1 - 1,32 = 0,78 Á
Mriežková konštanta fluoridu sodného je 2,31 Á; keďže polomer iónu fluóru je 1,33 angstromov, polomer sodíkového iónu by mal byť:
2,31 -1,33 = 0,98 Á
Keď poznáme polomer sodíkového iónu a mriežkovú konštantu chloridu sodného, je ľahké vypočítať polomer iónu chlóru atď.
Týmto spôsobom sa určujú polomery takmer všetkých atómov a iónov.
Všeobecnú predstavu o veľkosti týchto množstiev poskytujú údaje uvedené v tabuľke. 7.
tabuľky 7
Polomery atómov a iónov niektorých prvkov
| Prvok | Polomer atómu | Polomer iónov | Symbol iónu |
| 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 | S— |
Ako tieto údaje ukazujú, v kovoch sú polomery atómov väčšie ako polomery iónov, v metaloidoch sú naopak polomery iónov väčšie ako polomery atómov.
Relatívne veľkosti iónov, ktoré tvoria kryštál, majú obrovský vplyv na štruktúru priestorovej mriežky. Napríklad dva veľmi podobné vo svojej chemickej povahe - CsCl a NaCl napriek tomu tvoria mriežky rôznych typov a v prvom prípade je každý kladný ión obklopený ôsmimi negatívnymi iónmi av druhom - iba šiestimi. Tento rozdiel sa vysvetľuje skutočnosťou, že veľkosti céziových iónov
a sodík nie sú to isté. Množstvo úvah nás núti akceptovať, že ióny by mali byť umiestnené v kryštáli tak, aby každý menší ión, pokiaľ je to možné, úplne vyplnil priestor medzi veľkými iónmi, ktoré ho obklopujú, a naopak; inými slovami, záporné ióny, ktoré sú takmer vždy väčšie ako kladné ióny, musia obklopovať kladné ióny čo najbližšie, inak bude systém nestabilný. Pretože polomer iónu Cs + je 1,65 Á a iónu Na + je iba 0,98 Á, je zrejmé, že okolo prvého iónu je možné umiestniť viac iónov Cl- ako okolo druhého.
Počet záporných iónov obklopujúcich každý kladný ión v kryštáli sa nazýva koordinačné číslo danej mriežky. Štúdium štruktúry rôznych kryštálov ukazuje, že najčastejšie sú tieto koordinačné čísla: 2, 3, 4, 6, 8 a 12.
Koordinačné číslo závisí od pomeru polomeru kladného iónu k polomeru záporného iónu: čím bližšie je tento pomer k jednote, tým väčšie je koordinačné číslo. Ak vezmeme do úvahy ióny ako guľôčky umiestnené v kryštáli podľa najbližšej metódy balenia, je možné vypočítať, v akom pomere medzi polomerom kladných a záporných iónov by sa malo získať jedno alebo druhé koordinačné číslo.
Nižšie sú vypočítané teoreticky najväčšie koordinačné čísla pre daný pomer polomerov.
Je ľahké overiť, že koordinačné čísla pre NaCl a CsCl, zistené z tejto tabuľky, práve zodpovedajú skutočnému usporiadaniu iónov v kryštáloch týchto látok.
Železo je prvkom sekundárnej podskupiny ôsmej skupiny štvrtej periódy periodický systém chemické prvky D. I. Mendelejeva s atómovým číslom 26. Označuje sa symbolom Fe (lat. Ferrum). Jeden z najbežnejších kovov v zemskej kôre (druhé miesto po hliníku). Stredne aktívny kov, redukčné činidlo.
Hlavné oxidačné stavy - +2, +3
Jednoduchá látka železo je tvárny strieborno-biely kov s vysokou chemickou reaktivitou: železo rýchlo koroduje pri vysokých teplotách alebo vysokej vlhkosti vzduchu. V čistom kyslíku železo horí a v jemne rozptýlenom stave sa na vzduchu samovoľne vznieti.
Chemické vlastnosti jednoduchej látky - železa:
Hrdzavie a horí v kyslíku
1) Na vzduchu sa železo v prítomnosti vlhkosti ľahko oxiduje (hrdzavie):
4Fe + 302 + 6H20 -> 4Fe(OH) 3
Zahriaty železný drôt horí v kyslíku a vytvára vodný kameň - oxid železitý (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)
2) Pri vysokých teplotách (700–900 °C) železo reaguje s vodnou parou:
3Fe + 4H20 - t ° → Fe304 + 4H2
3) Železo pri zahrievaní reaguje s nekovmi:
2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °С)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)
4) V sérii napätí je naľavo od vodíka, reaguje so zriedenými kyselinami Hcl a H 2 SO 4, pričom vznikajú soli železa (II) a uvoľňuje sa vodík:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reakcie prebiehajú bez prístupu vzduchu, inak sa Fe +2 postupne premieňa kyslíkom na Fe +3)
Fe + H 2 SO 4 (rozdiel) → FeSO 4 + H 2
V koncentrovaných oxidačných kyselinách sa železo rozpúšťa len zahriatím, okamžite prechádza na katión Fe 3+:
2Fe + 6H2S04 (konc.) – t° → Fe2 (SO4)3 + 3SO2 + 6H20
Fe + 6HNO 3 (konc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(v chlade koncentrovaná kyselina dusičná a sírová pasivovať
Železný klinec ponorený do modrastého roztoku síranu meďnatého sa postupne pokrýva povlakom červenej kovovej medi.
5) Železo vytláča kovy napravo od neho v roztokoch ich solí.
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
Amfoterita železa sa prejavuje iba v koncentrovaných zásadách počas varu:
Fe + 2NaOH (50 %) + 2H20 \u003d Na2↓ + H2
a vytvorí sa zrazenina tetrahydroxoferátu sodného (II).
Technické železo- zliatiny železa s uhlíkom: liatina obsahuje 2,06-6,67% C, oceľ 0,02-2,06% C, často sú prítomné ďalšie prírodné nečistoty (S, P, Si) a umelo zavádzané špeciálne prísady (Mn, Ni, Cr), čo robí zliatiny železa technicky prospešné vlastnosti– tvrdosť, tepelná a korózna odolnosť, kujnosť atď. .
Proces výroby vysokopecného železa
Vysokopecný proces výroby železa pozostáva z nasledujúcich etáp:
a) príprava (praženie) sulfidových a uhličitanových rúd - konverzia na oxidovú rudu:
FeS 2 → Fe 2 O 3 (0 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (0 2, 500-600 ° С, -CO 2)
b) spaľovanie koksu horúcim vzduchom:
C (koks) + O 2 (vzduch) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (700-1000 °C)
c) redukcia oxidovej rudy oxidom uhoľnatým CO za sebou:
Fe203 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe
d) nauhličovanie železa (do 6,67 % C) a tavenie liatiny:
Fe (t ) →(C(koks)900-1200 °С) Fe (g) (liatina, t pl 1145 °С)
V liatine je cementit Fe 2 C a grafit vždy prítomný vo forme zŕn.
Výroba ocele
Redistribúcia liatiny na oceľ sa uskutočňuje v špeciálnych peciach (konvertorové, otvorené ohnisko, elektrické), ktoré sa líšia spôsobom ohrevu; procesná teplota 1700-2000 °C. Fúkaním kyslíkom obohateného vzduchu sa spaľuje prebytočný uhlík z liatiny, ako aj síra, fosfor a kremík vo forme oxidov. V tomto prípade sú oxidy buď zachytávané vo forme výfukových plynov (CO 2, SO 2), alebo sú viazané do ľahko separovateľnej trosky - zmesi Ca 3 (PO 4) 2 a CaSiO 3. Na získanie špeciálnych ocelí sa do pece zavádzajú legujúce prísady iných kovov.
Potvrdeniečisté železo v priemysle - elektrolýza roztoku solí železa, napr.
FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90 °C) (elektrolýza)
(existujú aj iné špeciálne metódy vrátane redukcie oxidov železa vodíkom).
Čisté železo sa používa pri výrobe špeciálnych zliatin, pri výrobe jadier elektromagnetov a transformátorov, liatina sa používa pri výrobe odliatkov a ocele, oceľ sa používa ako konštrukčné a nástrojové materiály vrátane opotrebovania, tepla a korózie - odolné materiály.
Oxid železitý F EO . Amfotérny oxid s veľkou prevahou základných vlastností. Čierna, má iónovú štruktúru Fe 2+ O 2-. Pri zahrievaní sa najskôr rozkladá, potom sa znovu formuje. Nevzniká pri spaľovaní železa na vzduchu. Nereaguje s vodou. Rozkladá sa kyselinami, spája sa s alkáliami. Na vlhkom vzduchu pomaly oxiduje. Regenerované vodíkom, koks. Podieľa sa na vysokopecnom procese tavenia železa. Používa sa ako zložka keramiky a minerálnych farieb. Rovnice najdôležitejších reakcií:
4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° С, 900-1000 ° С)
FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC12 + H20
FeO + 4HN03 (konc.) \u003d Fe (N03)3 + N02 + 2H20
FeO + 4NaOH \u003d 2H20 + Na 4FeO3 (červená.) trioxoferát (II)(400-500 °С)
FeO + H2 \u003d H20 + Fe (vysoká čistota) (350 ° C)
FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (nad 1 000 ° C)
FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)
4FeO + 2H20 (vlhkosť) + O2 (vzduch) → 4FeO (OH) (t)
6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)
Potvrdenie v laboratóriách: tepelný rozklad zlúčenín železa (II) bez prístupu vzduchu:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H20 (150-200 °C)
FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)
Oxid železitý (III) - železo ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Dvojitý oxid. Čierna, má iónovú štruktúru Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Tepelne stabilný až do vysokých teplôt. Nereaguje s vodou. Rozkladá sa kyselinami. Redukuje sa vodíkom, rozžeraveným železom. Podieľa sa na vysokopecnom procese výroby železa. Používa sa ako zložka minerálnych farieb ( minimálne železo), keramika, farebný cement. Produkt špeciálnej oxidácie povrchu oceľových výrobkov ( černanie, modranie). Zloženie zodpovedá hnedej hrdzi a tmavým šupinám na železe. Použitie vzorca Fe 3 O 4 sa neodporúča. Rovnice najdôležitejších reakcií:
2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6 FeO + O 2 (nad 1538 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeCl2 + 2FeCl3 + 4H20
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HN03 (konc.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + N02 + 5H20
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (vzduch) \u003d 6 Fe 2 O 3 (450-600 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (vysoká čistota, 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)
Potvrdenie: spaľovanie železa (pozri) vo vzduchu.
magnetit.
Oxid železitý F e203 . Amfotérny oxid s prevahou základných vlastností. Červenohnedý, má iónovú štruktúru (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Tepelne stabilný do vysokých teplôt. Nevzniká pri spaľovaní železa na vzduchu. S vodou nereaguje, z roztoku sa vyzráža hnedý amorfný hydrát Fe 2 O 3 nH 2 O. Pomaly reaguje s kyselinami a zásadami. Redukuje sa oxidom uhoľnatým, roztaveným železom. Zliatiny s oxidmi iných kovov a tvoria dvojité oxidy - spinely(technické výrobky sa nazývajú ferity). Používa sa ako surovina pri tavení železa vo vysokopecnom procese, ako katalyzátor pri výrobe čpavku, ako zložka keramiky, farebných cementov a minerálnych farieb, pri termitovom zváraní oceľových konštrukcií, ako nosič zvuku a obrazu na magnetických páskach, ako leštiaci prostriedok na oceľ a sklo.
Rovnice najdôležitejších reakcií:
6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)
Fe203 + 6HC1 (razb.) → 2FeC13 + ZH20 (t) (600 °C, p)
Fe203 + 2NaOH (konc.) -> H20+ 2 NaleFeO 2 (červená)dioxoferát (III)
Fe203 + MO \u003d (M II Fe2 II I) O4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2 Fe (vysoko čistý, 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)
Potvrdenie v laboratóriu - tepelný rozklad železitých solí na vzduchu:
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 + 36H20 (600-700 ° С)
V prírode - rudy oxidu železa hematit Fe203 a limonit Fe203 nH20
Hydroxid železitý F e(OH)2. Amfotérny hydroxid s prevahou zásaditých vlastností. Biele (niekedy so zelenkastým nádychom), väzby Fe-OH sú prevažne kovalentné. Tepelne nestabilné. Ľahko oxiduje na vzduchu, najmä ak je vlhký (stmavne). Nerozpustný vo vode. Reaguje so zriedenými kyselinami, koncentrovanými zásadami. Typický reštaurátor. Medziprodukt pri hrdzavení železa. Používa sa pri výrobe aktívnej hmoty železo-niklových batérií.
Rovnice najdôležitejších reakcií:
Fe(OH)2 \u003d FeO + H20 (150-200 °C, v atm.N2)
Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeCl2 + 2H20
Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50 %) \u003d Na 2 ↓ (modro-zelený) (vriaci)
4Fe(OH)2 (suspenzia) + O2 (vzduch) → 4FeO(OH)↓ + 2H20 (t)
2Fe (OH) 2 (suspenzia) + H202 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H20
Fe (OH) 2 + KNO 3 (konc.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)
Potvrdenie: vyzrážanie z roztoku s alkáliami alebo hydrátom amoniaku v inertnej atmosfére:
Fe2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH)2↓
Fe2+ + 2 (NH3H20) = Fe(OH)2↓+ 2NH4
Metahydroxid železa F eO(OH). Amfotérny hydroxid s prevahou zásaditých vlastností. Svetlohnedé, Fe-O a Fe-OH väzby sú prevažne kovalentné. Pri zahrievaní sa rozkladá bez topenia. Nerozpustný vo vode. Z roztoku sa vyzráža vo forme hnedého amorfného polyhydrátu Fe 2 O 3 nH 2 O, ktorý sa udržiavaním v zriedenom alkalickom roztoku alebo sušením mení na FeO (OH). Reaguje s kyselinami, pevnými zásadami. Slabé oxidačné a redukčné činidlo. Spekané s Fe(OH)2. Medziprodukt pri hrdzavení železa. Používa sa ako základ pre žlté minerálne farby a emaily, ako absorbér výfukových plynov, ako katalyzátor v organickej syntéze.
Zloženie spoja Fe(OH) 3 nie je známe (nezískané).
Rovnice najdôležitejších reakcií:
Fe203. nH20→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700 °C na vzduchu, -H2O)→Fe203
FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC13 + 2H20
FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O- koloidný(NaOH (konc.))
FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH)6]biely Na5 a K4, v tomto poradí; v oboch prípadoch sa vyzráža modrý produkt rovnakého zloženia a štruktúry, KFe III. V laboratóriu sa táto zrazenina nazýva Pruská modrá, alebo turnbull modrý:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Chemické názvy počiatočných činidiel a reakčného produktu:
K 3 Fe III - hexakyanoželezitan draselný (III)
K 4 Fe III - hexakyanoželezitan draselný (II)
KFe III - hexakyanoželezitan (II) železo (III) draslík
Okrem toho je tiokyanátový ión NCS dobrým činidlom pre ióny Fe 3+, spája sa s ním železo (III) a objavuje sa jasne červená („krvavá“) farba:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Pomocou tohto činidla (napríklad vo forme soli KNCS) možno v voda z vodovodu ak prechádza železnými rúrami pokrytými zvnútra hrdzou.
Články Obrázky Tabuľky O stránke Русский
Rádius železa
Magnetity a titanomagnetitové rudy a piesky. Vanád v nich izomorfne nahrádza železo (polomery iónovHodnota +2 je jedným z dvoch najcharakteristickejších prvkov rodiny železa. Polomery iónov v kryštáloch v sérii Fe (0,83)-Co (0,82) - Ni (0,78 A) mierne klesajú. Normálne potenciály Fe, Co a Ni zodpovedajúce prechodu + 2e = E sú -0,44, -0,28 a -0,23 palca (v kyslom prostredí) alebo -0,88, -0,73 a -0,72 c (v alkalickom prostredí) . Pre kyslé disociačné konštanty podľa schémy [E (OH) p] " = = = [E (OH) n-iOI-i] + H, hodnoty \u200b\u200b 5-10 (Fe), 6 -10-° (Co) a i-10- (Ni) Zdá sa, že n = 6 pre Fe - a Ni +, ale iba 4 pre Co.
Vedci sa domnievajú, že vnútorné jadro našej planéty s polomerom 2200 míľ (3500 km) pozostáva hlavne zo železa a niklu. Toto jadro vytvára magnetické pole Zeme, podobné, aké samozrejme Mesiac a naše susedné planéty Mars a Venuša nemajú. Zemské jadro je pod vysoký tlak a pri vysokej teplote a zdá sa, že je tekutý. Stará teória o vzniku našej planéty vychádza z predpokladu, že Zem vznikla nahromadením a ochladením horúcich plynov. Podľa tejto teórie, zemské jadro predstavuje pozostatok pôvodného vysokoteplotného obdobia, nestvrdol izolačným vplyvom vonkajších vrstiev zemegule.
Dve rôzne čiary na obr. 15.2 sú spôsobené rozdielmi v izomérnych posunoch dvoch rôznych atómov železa v oktaedrických centrách. Izomérny posun je výsledkom elektrostatickej interakcie rozloženia náboja v jadre s elektrónovou hustotou, ktorej pravdepodobnosť existencie na jadre je konečná. Pravdepodobnosť konečného prekrytia s hustotou jadrová nálož majú iba 5 elektrónov, takže izomérny posun možno vypočítať zvážením tejto interakcie. Malo by sa pamätať na to, že hustoty p a iných elektrónov môžu ovplyvniť hustotu 5 elektrónov tým, že hustotu 5 elektrónov chránia pred nábojom jadra. Za predpokladu, že jadro je rovnomerne nabitá guľa s polomerom K a hustota 5 elektrónov okolo jadra je konštantná a je daná funkciou > (0), rozdiel medzi elektrostatickou interakciou sféricky rozloženej hustoty elektrónov s bodovým jadrom a rovnaká elektrónová hustota s jadrom s polomerom R je daná ako
Podľa teórie sa koncentrácia defektov v oxidovej mriežke mení iba vtedy, keď sú zavedené ióny s rôznou mocnosťou. Podľa prác Katedry korózie kovov MISiS nahradenie katiónov základných kovov v oxide aditívnymi katiónmi s rovnakou mocnosťou môže zmeniť koncentráciu katiónových vakancí, a tým aj rýchlosť oxidácie základného kovu v v prípade nahradenia katiónových voľných miest neobsahujúcimi prísady je to pravdepodobnejšie, ak je polomer iónov prísady r1 menší ako polomer iónu základného kovu, napríklad keď sa do železa zavádza horčík (r1 = 0,78 A), ktorý sa oxiduje na FeO (/ = 0,83 A).
Zlúčeniny Fe+ sa získavajú pôsobením oxidačných činidiel na kovové železo alebo oxidáciou zlúčenín železnatého železa. Z hľadiska acidobázických vlastností, zloženia a štruktúry kryštalických hydrátov, rozpustnosti a iných charakteristík sú mnohé zlúčeniny Fe + podobné zlúčeninám Al +, čo je spôsobené blízkosťou iónových polomerov pre Fe + a = 64 pm, pre Al. + r = 51 pm.
Na oxidáciu amoniaku na oxid dusnatý bolo navrhnutých mnoho oxidových katalyzátorov. Väčšina z týchto katalyzátorov má nedostatočnú katalytickú stabilitu. Najaktívnejšie a katalyticky stabilné boli aktivované oxidy železa a kobaltu, na ktorých je možné za izotermických podmienok získať stupeň oxidácie amoniaku na oxid dusnatý 0,97-0,98. Avšak aj na týchto katalyzátoroch v pevnom lôžku sa pozoruje pravidelná neizotermia vo výške a priemere reaktora. Rýchlosť procesu klesá v dôsledku intradifúznej inhibície. Prudké poklesy teploty použitých hrubých zŕn (avšak v rámci ich polomeru) vedú k rýchlej zmene štruktúry zŕn a zníženiu aktivity katalyzátora.
OD viacsýtne alkoholy Je známe, že veľmi stabilné komplexy tvorí trojmocné železo, ktorého ión s malým polomerom má veľký kladný náboj a ten istý ión je najlepším kokatalyzátorom hydrogeolýznej reakcie. Trojmocný ión hliníka tiež slúži ako aktívny kokatalyzátor hydrogeolýzy (pozri tabuľku 3.2), ale je horší ako ión železa (III) kvôli svojmu príliš malému priemeru (rovnako ako ión Mg
V práci bol komplex Are=0,11, ktorý integrálne charakterizuje vlastnosti ocelí a zliatin na báze železa, použitý ako kritérium stability sférickej nano-fulerén-železnej globule s fullerénovým jadrom o polomere r.
IV, 5.17. Vypočítajte hmotnosť zrazeniny získanej na valcovej elektróde počas elektroforézy vodnej suspenzie oxidu železa. Dĺžka elektródy / \u003d 2-10 m polomer vnútornej elektródy / 2 \u003d 1 10 m polomer vonkajšej G \u003d 28-10 m \u003d 20-10 V napätie na elektródach / \u003d 20V 10 kg / mt \u003d 1 10 Pa s \u003d 1 Yu kg/m
Experimentálne údaje ukazujú, že keď je železo (II) v nízkom spinovom stave, jeho iónový polomer je menší ako keď je v vysokom spinovom stave. Čo si myslíte, čo to spôsobuje
Doteraz sa predpokladalo, že všetky miesta v mriežke riešenia sú ekvivalentné. V pevných riešeniach však existujú prípady, keď existujú miesta rôznych typov. V tomto prípade je možné, že atómy jednej zo zložiek si prednostne alebo úplne vyberú určité miesta. Najjednoduchším prípadom tohto typu je riešenie zapustenia. Je napríklad známe, že austenit je intersticiálna mriežka. V 7-železnej mriežke (kubická mriežka centrovaná tvárou) sú medzi atómami železa póry (medzipriestorové priestory), do ktorých sa zmestia malé atómy uhlíka. Kvôli veľkému rozdielu v polomeroch nemôžu atómy uhlíka a železa poskytnúť substitučný roztok.
Vnútorná difúzia je séria paralelných procesov. Jednou z nich je obvyklá difúzia plynov cez kapiláry s relatívne veľkým polomerom, druhou je kapilárna difúzia úzkymi kapilárami. Ak je stredná voľná dráha väčšia ako priemer kapiláry, potom difúzne putovanie molekúl nie je určené vzájomnými zrážkami, ale zrážkami so stenami (pozri kap. XIV). Tretím procesom je povrchová difúzia, ktorá sa uskutočňuje adsorbovanými molekulami pozdĺž stien kapilár. Okrem toho je možná difúzia v pevnom stave cez výslednú vrstvu reakčného produktu (železa).
Termodynamické vlastnosti zliatin by mali závisieť od geometrických faktorov (veľkosť polomerov atómov) a elektrónových charakteristík. Aby dva kovy vytvorili súvislý rad tuhých roztokov, je potrebné, aby mali rovnakú kryštálovú mriežku. Pri teplotách nad 910 °C má teda železo plošne centrovanú kubickú mriežku spoločnú s niklom a v rozsahu 910–1460 °C tvoria nikel a železo súvislý rad tuhých roztokov. Pod 910 °C
Vanád vo svojich prírodných zlúčeninách vždy sprevádza železné rudy. To sa vysvetľuje blízkosťou polomerov (0,65 A) a Re (0,67 A). Zvyčajne sa získa zliatina železa s vanádom (ferovanádium s obsahom vanádu 35-50% a vyšším). K tomu použite aluminotermickú metódu (redukcia kovov z ich oxidov kovovým hliníkom) alebo silikotermickú metódu (redukcia vanádu z VAO, zliatina železa a kremíka).
Ak nejde o heterogénny proces, tak podmienkou vzniku takejto reakcie je interakcia reagujúcich častíc (molekúl, atómov, iónov), ku ktorej dochádza v ktoromkoľvek bode roztoku. V tomto prípade elektróny prechádzajú dráhou, ktorej dĺžka nepresahuje polomer atómu alebo molekuly. Miesto stretnutia a smer elektronických prechodov sú v priestore orientované ľubovoľným spôsobom. Z uvedeného vyplýva, že takýto proces prebieha náhodne, neorganizovane v homogénnom systéme, ktorého vlastnosti sú buď vo všetkých častiach rovnaké, alebo sa plynule menia z jedného bodu riešenia do druhého. Takýto systém sa okrem absencie rozhrania tuhá látka-roztok vyznačuje tým, že energetické zmeny v ňom najčastejšie sprevádza uvoľňovanie alebo pohlcovanie tepla (tepelný efekt reakcie). Príkladom takéhoto procesu je exotermická reakcia redukcie trojmocného železa, keď sa jodid draselný zavedie do roztoku
Okrem železa - predchodcu triády - zahŕňa kobalt a nikel. Ako už bolo spomenuté (pozri tabuľku 1.15), vonkajšie elektrónové obaly izolovaných atómov Fe, Co, N1 majú rovnakú štruktúru (45) a veľkosti atómov v sérii Fe-Co-N1 sú o niečo menšie ako 3-podúroveň. je naplnená elektrónmi. Tento jav je typický pre všetkých účastníkov periodického systému, kde sa zvyšuje náboj jadra a hlavné a vedľajšie kvantové čísla valenčných elektrónov sa nemenia. Pretože vonkajší elektrónový obal (4b-2) v sérii Fe-Co-N1 je nezmenený, elektróny, ktoré sa na ňom nachádzajú, sú čoraz viac priťahované k atómovému jadru, keď sa v ňom zvyšuje počet protónov, čo vedie k zníženiu polomeru. atómov a iónov, napriek zvýšeniu celkového počtu elektrónov.
Ióny s veľkými nábojmi [železo (III), hliník] sa tiež vyznačujú významnými hodnotami entalpie a entropie. Teoretický výpočet hydratačných teplôt zahŕňa zohľadnenie množstva pojmov. Po prvých, zhruba približných výpočtoch podľa Borna, prišlo k mnohým pokusom teoretickú metódu tak či onak vylepšiť. KP Mishchenko a AM Sukhotin na základe predpokladu, že efektívny polomer molekuly vody v hydratačnom obale je 0,193 nm, navrhli metódu výpočtu, ktorá zohľadnila aj exoefekty interakcie iónu s tvrdými dipólmi vody. ako orientačná a deformačná polarizácia vodných dipólov, disperzné sily medzi iónom a molekulami vody, vzájomné odpudzovanie dipólov v hydrátovej sfére, odpudzovanie iónu a dipólov pri prekrytí ich elektrónových obalov, polarizácia rozpúšťadla hydrátovým komplexom a interakcia medzi vodou a hydrátovým komplexom, čo zodpovedá exoefektu. Vďaka veľkému počtu faktorov, ktoré sa berú do úvahy pri týchto výpočtoch, sú ich výsledky najspoľahlivejšie. Títo autori okrem iného dospeli k záveru, že tepelný pohyb nemôže výrazne ovplyvniť koordinačné čísla hydratácie, pravdepodobnosť, že ju daná molekula v hydratačnej vrstve opustí a zanechá voľné miesto v hydratačnom obale iónu sa pohybuje v poradí magnitúdy od 10 (lítium ión) do 10 (cézny ión), t.j. zanedbateľné.
Atómy kovových prvkov, na rozdiel od nekovových, majú oveľa väčšie atómové polomery. Preto sa atómy kovových prvkov vzdávajú valenčných elektrónov pomerne ľahko. V dôsledku toho majú schopnosť vytvárať kladne nabité ióny a v zlúčeninách vykazujú iba kladný oxidačný stav. Mnohé kovové prvky, ako je meď Cu, železo Fe, chróm Cr, titán T1, vykazujú v zlúčeninách rôzne stupne oxidácie.
Ďalší príklad železa môže existovať vo forme dvoch alotropných modifikácií, ktoré sa líšia v kryštálových mriežkach. V jednom z nich (kubická plocha centrovaná) polovica najkratšej vzdialenosti medzi atómami je polomer atómu
Minerál hematit ParOz má kryštalický p
Magnetity a titanomagnetitové rudy a piesky. Vanád v nich izomorfne nahrádza železo (polomery iónov Y + a Fe + sú 0,65 A a 0,67 A). V tabuľke. 74 ukazuje obsah vanádu v prepočte na UzOa a TiO3 v titanomagnetitoch rôznych ložísk.
Štúdium charakteristík pórov sa uskutočnilo na porometri Carlo-Erba (model 70). Tlak od 0,1 do 196 MPa vytvorený v prístroji umožňuje určiť objem pórov s polomerom 3,75 až 7500 nm. Špecifická plocha povrchu stanovuje sa metódou tepelnej desociácie dusíka chromatograficky. Obsah uhlíka a síry na katalyzátore bol stanovený spaľovaním a odhadom množstva produktov horenia, vanádu, niklu, železa - chemické metódy. Vzorka katalyzátora na analýzu sa odobrala z hornej a spodnej časti lôžka. Dodávka zmesi vodíka a surového vodíka sa uskutočňovala prúdom nahor.
Teória 3ta však ignoruje možnosť, že ďalšie katiónové voľné miesta v oxidoch polovodičov s nedostatkom kovu môžu byť obsadené iónmi, kým sa tieto voľné miesta úplne nenahradia; horčík (g, - \u003d 0,78 A) na železo, oxidované na FeO (g , - \u003d \u003d 0,83 A). V takýchto prípadoch je možné výrazné zníženie
Pri všeobecnej podobnosti vlastností uvažovaných prvkov existuje určitá pravidelnosť v ich zmene z Pe na N1. V rade Fe, Co, N1 v dôsledku -kompresie klesajú polomery iónov pre Re + r, - = 74, pre 00 + r, - = 72, pre N 2+ = 69 pm. V tomto smere sa pri prechode z Fe + na N1=+ základné vlastnosti hydroxidu E(0H)2 oslabujú a stabilita komplexov sa zvyšuje, čo súvisí aj s plnením nízkoenergetických orbitálov elektrónmi (s oktaedrálnymi okolie ligandov). Zvýšenie náboja jadra vedie k pevnejšej väzbe elektrónov s jadrom, preto je pre kobalt, a najmä pre nikel, oxidačný stav +3 menej charakteristický ako pre želé. Pre železo je známy oxidačný stav + 6 (KrFeO4), ktorý sa u Co a Ni nepozoruje.
Soli Fe + sú v mnohých ohľadoch podobné soliam Mg +, čo je spôsobené blízkosťou polomerov iónov (pre Nig + r, \u003d 66 pm, pre Fe + n - 74 pm] , Táto podobnosť sa týka vlastností určených hlavne interiónovými a iónovými dipólovými interakciami (kryštalická štruktúra, energia mriežky, entropia, rozpustnosť vo vode, zloženie a štruktúra kryštalických hydrátov, schopnosť vytvárať komplexy s ligandami so slabým poľom). Naopak, analógia vo vlastnostiach spojených s elektronickými interakciami (schopnosť redox, tvorba komplexov s významným podielom " kovalentná väzba). Na obr. 3.127 porovnal entropiu kryštalických zlúčenín Re + a M +. Pri porovnaní Obr. 3.127 a 3.125 je možné sledovať mieru podobnosti a rozdielu medzi dvojmocnými stavmi prvkov skupiny železa medzi sebou navzájom a medzi Re a Mg, ktoré patria do rôznych skupín periodického systému prvkov.
Je možné zaviesť myšlienku rôzneho stupňa jednotnosti v závislosti od stupňa podobnosti týchto prvkov. Uhličitany vápnika, stroncia a bária sú si teda podobnejšie, zatiaľ čo uhličitany horečnaté a najmä berýlium sa od nich výraznejšie líšia. Ešte menej sa im podobajú uhličitany kovov sekundárnej podskupiny - zinku, kadmia a ortuti a ešte viac iných prvkov v dvojmocnom stave (uhličitany mangánu, železa, kobaltu, niklu). V niektorých špeciálnych prípadoch (zrejme pri blízkych iónových polomeroch) sa však pozoruje pomerne dobrá rovnomernosť niektorých vlastností, napríklad medzi Mg28104 a Fe25104.
Množstvo bludných prúdov pretekajúcich podzemnými zariadeniami môže byť veľmi vysoké. V blízkosti elektriky železnice boli merané prúdy v potrubí dosahujúce 200-300 a. Za normálnych podmienok sa podzemné potrubia vyznačujú bludnými prúdmi 10-20 A. Keďže prúd 1 A zničí počas roka asi 9 kg železa, 11 kg medi, 34 kg bravčového mäsa, je tento druh korózie veľmi nebezpečný. Akčný rádius bludných prúdov klesajúcich do zeme z koľajníc elektrifikovanej nanny. od železníc, niekedy určených aj niekoľko desiatok kilometrov.
V zliatinách železo-uhlík sú hlavnými zložkami železo a uhlík. Železo je kov z obdobia IV skupiny VIII periodického systému. Atómové číslo 26, atómová hmotnosť 55,85, polomer atómu 0,126 nm, hustota 0,126 g/cm. Teplota topenia 1539 C. Uhlík je nekovový prvok periódy 11 IV. skupiny periodickej sústavy, atómové číslo 6, atómová hmotnosť 12,
Po tomto ošetrení sa zrazenina železa dôkladne premyje najskôr po malých častiach. studená voda na filtroch (aby sa zabránilo zahrievaniu a oxidácii), kým sa síranový ión úplne neodstránil, a potom suchým acetónom alebo alkoholom a sušením vo vákuových sušiarňach pri 50 °C počas niekoľkých hodín. Na konci sušenia by mal byť vzduch vpúšťaný do zariadenia veľmi pomaly, aby sa zabránilo oxidácii a samovznieteniu prášku. Výsledný čierny železný prášok je dostatočne stabilný na vzduchu, obsahuje 97 % Fe a má objemovú hmotnosť 0,22–0,27 g/cm. Takýto prášok je hrudkovitý v dôsledku mechanickej priľnavosti mikrodendritov k sebe a vyžaduje ľahké mletie, napríklad preosiatím cez sitá s kovovými guľôčkami. Podľa sedimentačnej analýzy tvoria väčšinu prášku (60 %) častice s priemerným polomerom 3–5 µm.
Pracovný rozsah hodnôt pH pre stanovenie fluoridu je v oblasti pH 4,5-12 pre 10 -10 M fluoridu a pre nižšie koncentrácie fluoridu - v oblasti pH 4,5-8. Pozitívny drift potenciálu je spôsobený protonizáciou fluoridu s tvorbou HP a Hb 2 . V alkalických roztokoch dochádza k negatívnej odchýlke potenciálu v dôsledku nahradenia fluoridových iónov v kryštálovej mriežke LaP3 hydroxylovými iónmi, pretože hodnoty ich iónových polomerov sú blízko. V prípade potreby je možné tieto interferencie eliminovať použitím špeciálnych tlmivých zmesí, napríklad tlmivého roztoku na kontrolu celkovej iónovej sily (BRMS) s pH 5,0-5,5 s obsahom 0,25 M CH3COOH 0,75 M CH3COOHa 1,0 M NaCl a 10 3M citrátu sodného (na maskovanie železo a hliník).
Zlúčeniny Fe sa získavajú pôsobením oxidačných činidiel na kovové železo alebo zlúčeniny dvojmocného železa. Z hľadiska acidobázických vlastností, zloženia a štruktúry kryštalických hydrátov, rozpustnosti a iných charakteristík sú mnohé zlúčeniny Fe podobné zlúčeninám Al, >rgo kvôli blízkosti iónových polomerov 79 pm pre Fe, 67 pm pre Al.
Pripomeňme, že LMO sú orbitály molekuly; nemali by sa zamieňať s hybridnými orbitálmi v metóde VS. Metóda VS často vysvetľuje geometriu a ďalšie vlastnosti molekúl pomocou hybridizácie väzieb. Ako ukázal Jorgensen, použitie hybridizácie v metóde VS je v mnohých prípadoch neopodstatnené, a to v atómoch s jadrovým nábojom 7> 13, keďže neberie do úvahy, že ns-, pr-k (n-1) r -orbitály pre prvky s veľkými periódami sa často veľmi líšia v radiálnych zložkách vlnových funkcií, pričom maximá vlnových funkcií sú od seba ďaleko, čo spôsobuje, že lineárna kombinácia je neefektívna. Takže pre kovy zo skupiny železa sú priemerné atómové polomery pre 311-, 4.y- a 4p-stavy spojené ako 1-,3 4. Podrobnosti nájdete v článku od Jorgensena Zrútenie teórie hybridizácie .
Sú známe dve Hume-Rotheryho pravidlá, podľa ktorých sú substitučné tuhé roztoky tvorené len tými atómami, ktoré a) majú polomery blízke veľkosti (odlišujú sa najviac o 15 %, a v prípade tuhých roztokov na báze železa nie viac ako 8%) b) sú elektrochemicky podobné, to znamená, že sa nachádzajú v napäťových radoch kovov nie príliš ďaleko od seba.
Gálium je v prírode pomerne bežné. V zemskej kôre je to 1,5-10 hm.% - približne rovnako ako olovo a viac ako molybdén, volfrám atď. Gálium je však rozptýlený prvok. Nachádza sa vo fosíliách, najmä v tých, ktoré obsahujú hliník (bauxit a pod.), germánium (uhlie) a zinok (zinková zmes), z ktorých sa získava. Vďaka blízkosti iónových polomerov s hliníkom (0,57 A) a železom (III) (0,67 A) je gálium schopné izomorfne ich nahradiť v kryštáloch. Jediným gálium minerálom uGaS2 je gallit.
Jedným z dôvodov väčšej podobnosti medzi zlúčeninami (jednoduché a zložité) platinové kovy než zlúčeniny ťažkých triád a triády železa, samozrejme, vplyv kompresie lantanoidov stále ovplyvňuje. Ako je možné vidieť z tabuľky. 1.15, atómové polomery prvkov triád paládia a platiny sú takmer rovnaké - Koebij, hoci sa výrazne líšia od rovnakých hodnôt pre atómy prvkov podskupiny železa.
Veľký vplyv na fyzické a Chemické vlastnosti kovy majú veľkosť svojich atómov. Atómy s malým polomerom spravidla tvoria veľmi silnú kryštalickú štruktúru (polomer atómu kovového železa je napríklad iba 1,25 A), čo ho približuje k nekovom a vedie k vytvoreniu štruktúry. pripomínajúce atómovú. Naopak, kovy tvorené veľkými atómami sú najčastejšie chemicky a tepelne aktívnejšie. Príkladom je cézium (2,74 A), bárium (2,25 A) a lantán (1,88 A), ktoré majú najväčší kovový polomer a patria medzi najaktívnejšie. Základy všeobecnej chémie, zväzok 2, vydanie 3 (1973) -- [
DEFINÍCIA
železo je dvadsiatym šiestym prvkom periodickej tabuľky. Označenie - Fe z latinského "ferrum". Nachádza sa vo štvrtom období skupiny VIIIB. Vzťahuje sa na kovy. Jadrový náboj je 26.
Železo je po hliníku najbežnejším kovom na svete: tvorí 4 % (hmot.) zemská kôra. Železo sa vyskytuje vo forme rôznych zlúčenín: oxidy, sulfidy, kremičitany. Železo sa nachádza vo voľnom stave iba v meteoritoch.
Medzi najvýznamnejšie železné rudy patrí magnetická železná ruda Fe 3 O 4 , červená železná ruda Fe 2 O 3 , hnedá železná ruda 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O a železná ruda FeCO 3 .
Železo je striebristý (obr. 1) ťažný kov. Dobre sa hodí na kovanie, valcovanie a iné druhy obrábania. Mechanické vlastnosti železa silne závisia od jeho čistoty – od obsahu aj veľmi malých množstiev iných prvkov v ňom.
Ryža. 1. Žehlička. Vzhľad.
Atómová a molekulová hmotnosť železa
Relatívna molekulová hmotnosť látky(M r) je číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát je hmotnosť danej molekuly väčšia ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka a relatívna atómová hmotnosť prvku(A r) - koľkokrát je priemerná hmotnosť atómov chemický prvok viac ako 1/12 hmotnosti atómu uhlíka.
Keďže železo vo voľnom stave existuje vo forme monatomických molekúl Fe, hodnoty jeho atómových a molekulová hmotnosť zápas. Rovnajú sa 55,847.
Alotropia a alotropné modifikácie železa
Železo tvorí dve kryštalické modifikácie: α-železo a γ-železo. Prvý z nich má kubickú mriežku centrovanú na telo, druhý - kubickú tvárovo centrovanú mriežku. α-Železo je termodynamicky stabilné v dvoch teplotných rozsahoch: pod 912 °C a od 1394 °C do bodu topenia. Teplota topenia železa je 1539 ± 5 o C. Medzi 912 o C a 1394 o C je γ-železo stabilné.
Teplotné rozsahy stability α- a γ-železa sú dané povahou zmeny Gibbsovej energie oboch modifikácií so zmenou teploty. Pri teplotách pod 912 o C a nad 1394 o C je Gibbsova energia α-železa menšia ako Gibbsova energia γ-železa a v rozmedzí 912 - 1394 o C - viac.
Izotopy železa
Je známe, že železo sa v prírode môže vyskytovať vo forme štyroch stabilných izotopov 54Fe, 56Fe, 57Fe a 57Fe. Ich hmotnostné čísla sú 54, 56, 57 a 58. Jadro atómu izotopu železa 54 Fe obsahuje dvadsaťšesť protónov a dvadsaťosem neutrónov a zvyšné izotopy sa od neho líšia len počtom neutrónov.
Existujú umelé izotopy železa s hmotnostnými číslami od 45 do 72, ako aj 6 izomérnych stavov jadier. Najdlhší spomedzi vyššie uvedených izotopov je 60 Fe s polčasom rozpadu 2,6 milióna rokov.
ióny železa
Elektronický vzorec zobrazujúci distribúciu elektrónov železa na obežných dráhach je nasledujúci:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .
V dôsledku chemickej interakcie sa železo vzdáva svojich valenčných elektrónov, t.j. je ich donorom a mení sa na kladne nabitý ión:
Fe 0 -2e → Fe 2+;
Fe 0 -3e → Fe 3+.
Molekula a atóm železa
Vo voľnom stave existuje železo vo forme monoatomických molekúl Fe. Tu sú niektoré vlastnosti, ktoré charakterizujú atóm a molekulu železa:
zliatiny železa
Až do 19. storočia boli zliatiny železa známe najmä zliatinami s uhlíkom, ktoré dostali názvy oceľ a liatina. V budúcnosti však vznikli nové zliatiny na báze železa obsahujúce chróm, nikel a ďalšie prvky. V súčasnosti sa zliatiny železa delia na uhlíkové ocele, liatiny, legované ocele a ocele so špeciálnymi vlastnosťami.
V technológii sa zliatiny železa zvyčajne nazývajú železné kovy a ich výroba sa nazýva metalurgia železa.
Príklady riešenia problémov
PRÍKLAD 1
| Úloha | Elementárne zloženie látky je nasledovné: hmotnostný podiel železného prvku je 0,7241 (alebo 72,41 %), hmotnostný podiel kyslíka je 0,2759 (alebo 27,59 %). Odvoďte chemický vzorec. |
| Riešenie | Hmotnostný podiel prvku X v molekule zloženia HX sa vypočíta podľa tohto vzorca: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100 %. Označme počet atómov železa v molekule ako „x“, počet atómov kyslíka ako „y“. Nájdite zodpovedajúce relatívne atómové hmotnosti prvkov železa a kyslíka (hodnoty relatívnych atómových hmotností prevzaté z periodickej tabuľky D.I. Mendeleeva budú zaokrúhlené na celé čísla). Ar(Fe) = 56; Ar(0) = 16. Percento prvkov delíme zodpovedajúcimi relatívnymi atómovými hmotnosťami. Nájdeme teda vzťah medzi počtom atómov v molekule zlúčeniny: x:y= co(Fe)/Ar(Fe): co(0)/Ar(0); x:y = 72,41/56: 27,59/16; x:y = 1,29: 1,84. Zoberme si najmenšie číslo ako jednu (t. j. vydeľte všetky čísla najmenším číslom 1,29): 1,29/1,29: 1,84/1,29; Preto najjednoduchší vzorec pre kombináciu železa s kyslíkom je Fe203. |
| Odpoveď | Fe203 |
