Låt oss överväga beroendet av vissa egenskaper hos atomer på strukturen av deras elektronskal. Låt oss först och främst uppehålla oss vid förändringsmönstren i atomära och joniska radier.
Elektronmoln har inte skarpt definierade gränser. Därför är begreppet storleken på en atom inte strikt. Men om vi föreställer oss atomerna i kristallerna av ett enkelt ämne i form av bollar i kontakt med varandra, så kan avståndet mellan centra för närliggande bollar (dvs. mellan kärnorna i angränsande atomer) tas lika med två gånger atomens radie. Så det minsta kärnavståndet i kopparkristaller är ; detta gör att vi kan anse att kopparatomens radie är lika med hälften av detta värde, dvs.
Atomradieernas beroende av laddningen av atomkärnan Z har en periodisk karaktär. Inom en period, med en ökning av Z, finns det en tendens till en minskning av atomens storlek, vilket är särskilt tydligt observerat under korta perioder (atomradier anges i nm):
Detta förklaras av den ökande attraktionen av elektronerna i det yttre lagret till kärnan när dess laddning ökar.
Med början av konstruktionen av ett nytt elektronskikt, längre bort från kärnan, d.v.s. under övergången till nästa period, ökar atomradierna (jämför till exempel radierna för fluor- och natriumatomer). Som ett resultat, inom undergruppen, när laddningen av kärnan ökar, ökar storleken på atomerna. Låt oss som exempel ge värdena på atomradier (i nm) för element i några huvudundergrupper:
Elektronerna i det yttre skiktet, som är minst starkt bundna till kärnan, kan bryta sig loss från atomen och sammanfoga andra atomer och bli en del av det yttre skiktet av den senare.
Atomer som har förlorat en eller flera elektroner blir positivt laddade, eftersom laddningen av atomkärnan överstiger summan av laddningarna av de återstående elektronerna. Omvänt blir atomer som har fäst extra elektroner till sig själva negativt laddade. De resulterande laddade partiklarna kallas joner.
Joner betecknas med samma symboler som atomer, vilket anger deras laddning uppe till höger: till exempel betecknas en positiv treladdad aluminiumjon, en negativ enkelladdad klorjon.
Förlusten av elektronatomer leder till en minskning av dess effektiva storlek, och tillsatsen av överskott av elektroner leder till en ökning. Därför är radien för en positivt laddad jon (katjon) alltid mindre, och radien för en negativt laddad icke (anjon) är alltid större än radien för motsvarande elektriskt neutrala atom. Så, radien för kaliumatomen är , och radien för jonen, radien för kloratomen och jonen, respektive, är 0,099 och . I detta fall skiljer sig jonens radie ju mer från atomens radie, desto större blir jonens laddning. Till exempel är radierna för kromatomen och jonerna och 0,127, 0,083 respektive .
Inom en undergrupp ökar radierna för joner med samma laddning med ökande kärnladdning. Detta illustreras av följande exempel (jonradier anges i nm):
Denna regelbundenhet förklaras av ökningen av antalet elektronlager och det växande avståndet mellan de yttre elektronerna från kärnan.
Figur 46. Att komma i kontakt med partiklar i en kristall
Tillämpningen av röntgenstrålar för att studera kristaller gör det möjligt att inte bara fastställa den senares inre struktur utan också att bestämma partikelstorlekarna,bildar en kristall - atomer eller joner.
För att förstå hur sådana beräkningar görs, föreställ dig att partiklarna som utgör kristallen är sfäriska och i kontakt med varandra. I det här fallet kan vi anta att avståndet mellan två närliggande partiklars mittpunkter är lika med summan av deras radier (fig. 46). Om partiklarna är enkla atomer och avståndet mellan dem mäts, så bestäms också atomens radie, uppenbarligen lika med halva avståndet som hittats. Till exempel att veta att för kristaller av metalliskt natrium, gitterkonstanten d lika med 3,84 ångström, finner vi att radien r natriumatom är lika med.
Det är något svårare att bestämma radierna för olika joner. Här är det inte längre möjligt att helt enkelt dela avståndet mellan jonerna på mitten, eftersom jonernas storlek inte är densamma. Men om radien för en av jonerna r 1 är känd, radien för den andra r 2 är lätt att hitta genom enkel subtraktion:
r2 = d - r1
Därför följer att för att beräkna radierna för olika joner från konstanterna för kristallgittren, är det nödvändigt att känna till radien för åtminstone en jon. Då kommer det inte längre att vara svårt att hitta radierna för alla andra joner.
Med hjälp av optiska metoder var det möjligt att ganska exakt bestämma radierna för fluorjoner F - (1,33 A) och syre O- (1,32 A); dessa radier fungerar som initiala värden vid beräkning av radierna för andra joner. Så till exempel visade bestämningen av gitterkonstanten för magnesiumoxid MgO att den är lika med 2,1 ångström. Om vi subtraherar radien för syrejonen från detta, finner vi radien för magnesiumjonen:
2,1 - 1,32 = 0,78 Å
Gitterkonstanten för natriumfluorid är 2,31 Å; eftersom radien för fluorjonen är 1,33 ångström, bör radien för natriumjonen vara:
2,31 -1,33 = 0,98 Å
Genom att känna till radien för natriumjonen och gitterkonstanten för natriumklorid är det lätt att beräkna radien för klorjonen etc.
På så sätt bestäms radierna för nästan alla atomer och joner.
En allmän uppfattning om storleken på dessa kvantiteter ges av uppgifterna i tabellen. 7.
Tabell 7
Radier av atomer och joner av vissa grundämnen
| Element | Atomradie | Jonradie | Jon symbol |
| 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— |
Som dessa data visar, i metaller är atomernas radier större än jonernas radier, i metalloider, tvärtom, är jonernas radier större än atomernas radier.
De relativa storlekarna på jonerna som bildar en kristall har en enorm inverkan på strukturen av det rumsliga gittret. Så till exempel två mycket lika i sin kemiska natur - CsCl och NaCl bildar ändå gitter av olika typer, och i det första fallet är varje positiv jon omgiven av åtta negativa joner, och i det andra - bara av sex. Denna skillnad förklaras av det faktum att storlekarna på cesiumjoner
och natrium är inte samma sak. Ett antal överväganden tvingar oss att acceptera att jonerna ska vara placerade i kristallen så att varje mindre jon, om möjligt, helt fyller utrymmet mellan de stora jonerna som omger den, och vice versa; med andra ord måste de negativa jonerna, som nästan alltid är större än de positiva jonerna, omge de positiva jonerna så nära som möjligt, annars blir systemet instabilt. Eftersom radien för Cs+-jonen är 1,65 Å, och Na+-jonen endast är 0,98 Å, är det uppenbart att fler Cl-joner kan placeras runt den första än runt den andra.
Antalet negativa joner som omger varje positiv jon i en kristall kallas koordinationsnumret för det givna gittret. En studie av olika kristallers struktur visar att följande koordinationsnummer är vanligast: 2, 3, 4, 6, 8 och 12.
Koordinationstalet beror på förhållandet mellan den positiva jonens radie och den negativa jonens radie: ju närmare detta förhållande är enhet, desto större koordinationstal. Med tanke på jonerna som kulor placerade i kristallen enligt den närmaste packningsmetoden, är det möjligt att beräkna vid vilket förhållande mellan radien för de positiva och negativa jonerna ett eller annat koordinationstal ska erhållas.
Nedan visas de beräknade teoretiskt största koordinationstalen för ett givet förhållande av radier.
Det är lätt att verifiera att koordinationstalen för NaCl och CsCl, som hittas i denna tabell, bara motsvarar det faktiska arrangemanget av joner i kristallerna av dessa ämnen.
Järn är ett element i en sekundär undergrupp av den åttonde gruppen av den fjärde perioden periodiska systemet kemiska grundämnen av D. I. Mendeleev med atomnummer 26. Det betecknas med symbolen Fe (lat. Ferrum). En av de vanligaste metallerna i jordskorpan (andra plats efter aluminium). Medelaktiv metall, reduktionsmedel.
Huvudoxidationstillstånd - +2, +3
Det enkla ämnet järn är en formbar silvervit metall med hög kemisk reaktivitet: järn korroderar snabbt vid höga temperaturer eller hög luftfuktighet. I rent syre brinner järn, och i fint dispergerat tillstånd antänds det spontant i luft.
Kemiska egenskaper hos ett enkelt ämne - järn:
Rostar och brinner i syre
1) I luft oxideras järn lätt i närvaro av fukt (rostning):
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
En uppvärmd järntråd brinner i syre och bildar avlagringar - järnoxid (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)
2) Vid höga temperaturer (700–900°C) reagerar järn med vattenånga:
3Fe + 4H2O - t° → Fe3O4 + 4H2
3) Järn reagerar med icke-metaller vid upphettning:
2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °C)
Fe + S – t° → FeS (600 °С)
Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)
4) I en serie spänningar ligger den till vänster om väte, reagerar med utspädda syror Hcl och H 2 SO 4, medan järn(II)-salter bildas och väte frigörs:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaktioner utförs utan lufttillgång, annars omvandlas Fe +2 gradvis av syre till Fe +3)
Fe + H2SO4 (diff.) → FeSO4 + H2
I koncentrerade oxiderande syror löses järn endast när det upphettas, det passerar omedelbart in i Fe 3+ katjonen:
2Fe + 6H 2 SO 4 (konc.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (konc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(i kallt, koncentrerad salpetersyra och svavelsyra passivisera
En järnspik nedsänkt i en blåaktig lösning av kopparsulfat blir gradvis täckt med en beläggning av röd metallisk koppar.
5) Järn tränger undan metaller till höger om det i lösningar av deras salter.
Fe + CuS04 → FeS04 + Cu
Amfotericitet av järn manifesteras endast i koncentrerade alkalier under kokning:
Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2
och en fällning av natriumtetrahydroxoferrat(II) bildas.
Tekniskt strykjärn- legeringar av järn med kol: gjutjärn innehåller 2,06-6,67 % C, stål 0,02-2,06 % C, andra naturliga föroreningar (S, P, Si) och artificiellt införda specialtillsatser (Mn, Ni, Cr) förekommer ofta, vilket gör järnlegeringar tekniskt fördelaktiga egenskaper– hårdhet, termisk och korrosionsbeständighet, formbarhet, etc. .
Process för tillverkning av masugnsjärn
Masugnsprocessen för järnframställning består av följande steg:
a) beredning (rostning) av sulfid- och karbonatmalmer - omvandling till oxidmalm:
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)
b) bränning av koks med varm blästring:
C (koks) + O 2 (luft) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (700-1000 ° C)
c) reduktion av oxidmalm med kolmonoxid CO i följd:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe
d) uppkolning av järn (upp till 6,67 % C) och smältning av gjutjärn:
Fe (t ) →(C(koks)900-1200°C) Fe (g) (gjutjärn, t pl 1145°С)
I gjutjärn finns alltid cementit Fe 2 C och grafit i form av korn.
Stålproduktion
Omfördelningen av gjutjärn till stål utförs i speciella ugnar (omvandlare, öppen härd, elektrisk), som skiljer sig åt i uppvärmningsmetoden; processtemperatur 1700-2000 °C. Att blåsa syreberikad luft bränner ut överskott av kol från gjutjärn, samt svavel, fosfor och kisel i form av oxider. I detta fall fångas oxider antingen upp i form av avgaser (CO 2, SO 2), eller binds till en lätt separerad slagg - en blandning av Ca 3 (PO 4) 2 och CaSiO 3. För att få specialstål införs legeringstillsatser av andra metaller i ugnen.
Mottagande rent järn i industrin - elektrolys av en lösning av järnsalter, till exempel:
FeCl2 → Fe↓ + Cl2 (90°C) (elektrolys)
(det finns andra speciella metoder, inklusive reduktion av järnoxider med väte).
Rent järn används vid tillverkning av speciallegeringar, vid tillverkning av kärnor av elektromagneter och transformatorer, gjutjärn används vid tillverkning av gjutgods och stål, stål används som struktur- och verktygsmaterial, inklusive slitage-, värme- och korrosion -resistenta material.
Järn(II)oxid F EO . Amfoter oxid med en stor övervikt av grundläggande egenskaper. Svart, har en jonstruktur av Fe 2+ O 2-. När den värms upp sönderdelas den först och formas sedan igen. Det bildas inte vid förbränning av järn i luft. Reagerar inte med vatten. Bryts ned av syror, sammansmält med alkalier. Oxiderar långsamt i fuktig luft. Återvinns av väte, koks. Deltar i masugnsprocessen vid järnsmältning. Det används som en komponent i keramik och mineralfärger. Ekvationer av de viktigaste reaktionerna:
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 (konc.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH \u003d 2H2O+ Nen 4FeO3 (röd.) trioxoferrat(II)(400–500 °С)
FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (hög renhet) (350 ° C)
FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (över 1000 ° C)
FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)
4FeO + 2H 2 O (fukt) + O 2 (luft) → 4FeO (OH) (t)
6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)
Mottagande i laboratorier: termisk nedbrytning av järn(II)föreningar utan lufttillgång:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)
FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)
Dijärnoxid (III) - järn ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Dubbel oxid. Svart, har jonstrukturen Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termiskt stabil upp till höga temperaturer. Reagerar inte med vatten. Nedbryts av syror. Det reduceras av väte, glödhett järn. Deltar i masugnsprocessen för järnframställning. Det används som en komponent i mineralfärger ( miniumjärn), keramik, färgad cement. Produkten av speciell oxidation av ytan på stålprodukter ( svärtande, blånande). Sammansättningen motsvarar brunrost och mörk skala på järn. Användningen av Fe 3 O 4-formeln rekommenderas inte. Ekvationer av de viktigaste reaktionerna:
2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (över 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 (konc.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (luft) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (hög renhet, 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)
Mottagande: förbränning av järn (se) i luft.
magnetit.
Järn(III)oxid F e2O3 . Amfoter oxid med övervägande basegenskaper. Rödbrun, har jonstruktur (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termiskt stabil upp till höga temperaturer. Det bildas inte vid förbränning av järn i luft. Reagerar inte med vatten, ett brunt amorft hydrat Fe 2 O 3 nH 2 O fälls ut ur lösningen Reagerar långsamt med syror och alkalier. Det reduceras av kolmonoxid, smält järn. Legeringar med oxider av andra metaller och bildar dubbla oxider - spineller(tekniska produkter kallas ferriter). Det används som råmaterial vid smältning av järn i masugnsprocessen, som katalysator vid produktion av ammoniak, som en komponent i keramik, färgad cement och mineralfärger, vid termitsvetsning av stålkonstruktioner, som bärare av ljud och bild på magnetband, som poleringsmedel för stål och glas.
Ekvationer av de viktigaste reaktionerna:
6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)
Fe2O3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC13 + ZH2O (t) (600°C, p)
Fe2O3 + 2NaOH (konc.) → H2O+ 2 NaFeO 2 (röd)dioxoferrat(III)
Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (mycket ren, 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)
Mottagande i laboratoriet - termisk nedbrytning av järn (III) salter i luft:
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)
I naturen - järnoxidmalmer hematit Fe 2 O 3 och limonit Fe2O3nH2O
Järn(II)hydroxid F e(OH)2. Amfoter hydroxid med övervägande basegenskaper. Vita (ibland med en grönaktig nyans), Fe-OH-bindningar är övervägande kovalenta. Termiskt instabil. Oxiderar lätt i luft, speciellt när det är vått (mörkar). Olösligt i vatten. Reagerar med utspädda syror, koncentrerade alkalier. Typisk återställare. En mellanprodukt vid rostning av järn. Det används vid tillverkning av den aktiva massan av järn-nickel-batterier.
Ekvationer av de viktigaste reaktionerna:
Fe (OH)2 \u003d FeO + H2O (150-200 °C, i atm.N2)
Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + 2 NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (blågrön) (kokande)
4Fe(OH) 2 (suspension) + O 2 (luft) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)
2Fe (OH) 2 (suspension) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + KNO 3 (konc.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)
Mottagande: utfällning från lösning med alkalier eller ammoniakhydrat i en inert atmosfär:
Fe2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH)2 ↓
Fe2+ + 2 (NH3H2O) = Fe(OH)2 ↓+ 2NH4
Järnmetahydroxid F eO(OH). Amfoter hydroxid med övervägande basegenskaper. Ljusbruna, Fe-O- och Fe-OH-bindningar är övervägande kovalenta. Vid upphettning sönderdelas den utan att smälta. Olösligt i vatten. Det fälls ut från lösningen i form av ett brunt amorft polyhydrat Fe 2 O 3 nH 2 O, som, när det hålls under en utspädd alkalisk lösning eller när det torkas, förvandlas till FeO (OH). Reagerar med syror, fasta alkalier. Svagt oxiderande och reduktionsmedel. Sintrad med Fe(OH)2. En mellanprodukt vid rostning av järn. Den används som bas för gula mineralfärger och emaljer, som avgasabsorbator, som katalysator vid organisk syntes.
Anslutningssammansättning Fe(OH) 3 är inte känd (mottagen ej).
Ekvationer av de viktigaste reaktionerna:
Fe2O3. nH2O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C i luft, -H2O)→Fe2O3
FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-kolloid(NaOH (konc.))
FeO(OH) → Nen 3 [Fe(OH)6]vit Na5 respektive K4; i båda fallen fälls en blå produkt av samma sammansättning och struktur, KFe III, ut. I laboratoriet kallas denna fällning Preussisk blå, eller turnbull blå:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Kemiska namn på initiala reagenser och reaktionsprodukt:
K 3 Fe III - kaliumhexacyanoferrat (III)
K 4 Fe III - kaliumhexacyanoferrat (II)
KFe III - hexacyanoferrat (II) järn (III) kalium
Dessutom är tiocyanatjonen NCS - ett bra reagens för Fe 3+ joner, järn (III) kombineras med det, och en ljusröd ("blodig") färg visas:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Med detta reagens (till exempel i form av ett KNCS-salt) kan även spår av järn (III) detekteras i kranvatten om den passerar genom järnrör täckta med rost från insidan.
Artiklar Bilder Tabeller Om webbplatsen Русский
Järnradie
Magnetiter och titanomagnetitmalmer och sand. Vanadin i dem ersätter isomorft järn (jonradier+2-värdet är ett av de två mest karakteristiska för elementen i järnfamiljen. Radierna för joner i kristaller i Fe (0,83)-Co (0,82) - Ni (0,78 A)-serien minskar något. De normala potentialerna för Fe, Co och Ni som motsvarar övergången + 2e = E är -0,44, -0,28 respektive -0,23 tum (i en sur miljö) eller -0,88, -0,73 och -0,72 c (i en alkalisk miljö) . För syradissociationskonstanterna enligt schemat [E (OH) p] " = = = [E (OH) n-iOI-i] + H, värdena \u200b\u200bof 5-10 (Fe), 6 -10-° (Co) och i- 10 - (Ni) Tydligen är n = 6 för Fe - och Ni +, men bara 4 för Co.
Forskare tror att den inre kärnan av vår planet med en radie på 2200 miles (3500 km) består huvudsakligen av järn och nickel. Denna kärna skapar jordens magnetfält, liknande det som månen och våra grannplaneter Mars och Venus uppenbarligen inte har. Jordens kärna är under högt tryck och vid hög temperatur och verkar vara flytande. Den gamla teorin om vår planets ursprung bygger på antagandet att jorden bildades genom ackumulering och kylning av heta gaser. Enligt denna teori, jordens kärna representerar resterna av den ursprungliga högtemperaturperioden, den härdade inte på grund av den isolerande inverkan från de yttre lagren av jordklotet.
De två olika linjerna i fig. 15,2 beror på skillnader i isomera skift av två olika järnatomer i oktaedriska centra. Det isomeriska skiftet är resultatet av den elektrostatiska interaktionen av laddningsfördelningen i kärnan med elektrontätheten, vars sannolikhet är ändlig på kärnan. Finit överlappningssannolikhet med densitet kärnladdning har bara 5-elektroner, så det isomera skiftet kan beräknas genom att beakta denna interaktion. Man bör komma ihåg att p- och andra elektrondensiteter kan påverka 5-elektrondensiteten genom att skärma 5-elektrondensiteten från kärnans laddning. Om man antar att kärnan är en likformigt laddad sfär med radien K, och att 5-elektrondensiteten runt kärnan är konstant och ges av funktionen >(0), är skillnaden mellan den elektrostatiska interaktionen av en sfäriskt fördelad elektrontäthet med en punktkärna och samma elektrondensitet med en kärna med radie R ges av as
Enligt teorin ändras koncentrationen av defekter i oxidgittret endast när joner med en annan valens introduceras. Enligt avdelningen för korrosion av metaller i MISiS kan ersättning av basmetallkatjoner i oxiden med additivkatjoner med samma valens ändra koncentrationen av katjoniska vakanser och därmed oxidationshastigheten för basmetallen i Vid ersättning av katjoniska vakanser med nononer av tillsatsen är detta mer sannolikt om jonradien för tillsatsen r1 är mindre radien för basmetalljonen, till exempel när magnesium införs (r1 = 0,78 A) i järn, vilket oxideras till FeO (/ = 0,83 A).
Fe+-föreningar erhålls genom inverkan av oxidationsmedel på metalliskt järn eller genom oxidation av järnhaltiga järnföreningar. När det gäller syra-basegenskaper, sammansättning och struktur av kristallina hydrater, löslighet och andra egenskaper, liknar många Fe+-föreningar Al+-föreningar, vilket beror på närheten av jonradier för Fe + a = 64 pm, för Al + r = 51 pm.
Många oxidkatalysatorer har föreslagits för oxidation av ammoniak till kväveoxid. De flesta av dessa katalysatorer har otillräcklig katalytisk stabilitet. De mest aktiva och katalytiskt stabila var aktiverade oxider av järn och kobolt, på vilka det under isotermiska förhållanden är möjligt att erhålla en oxidationsgrad av ammoniak till kväveoxid på 0,97-0,98. Även på dessa katalysatorer i en fast bädd observeras emellertid en regelbunden icke-isotermitet i reaktorns höjd och diameter. Processens hastighet minskar på grund av intradiffusionsinhibering. Kraftiga temperaturfall i de använda grova kornen (men inom deras radie) leder till en snabb förändring av kornstrukturen och en minskning av katalysatorns aktivitet.
Med flervärda alkoholer Mycket stabila komplex är kända för att bildas av trevärt järn, vars jon, med en liten radie, har en stor positiv laddning; samma jon är den bästa samkatalysatorn för hydrogeolysreaktionen. Den trevärda aluminiumjonen fungerar också som en aktiv medkatalysator för hydrogeolys (se tabell 3.2), men är sämre än järn(III)-jonen på grund av dess för lilla diameter (liksom Mg-jonen)
I arbetet användes Are=0,11-komplexet, som integrerat karakteriserar egenskaperna hos järnbaserade stål och legeringar, som ett kriterium för stabiliteten hos en sfärisk nano-fulleren-järnkula med en fullerenkärna med radien r. Relationen
IV, 5,17. Beräkna massan av fällningen som erhålls på en cylindrisk elektrod under elektrofores av en vattenhaltig suspension av järnoxid. Elektrodlängd / \u003d 2-10 m radie på den inre elektroden / 2 \u003d 1 10 m radie av den yttre G \u003d 28-10 m \u003d 20-10 V spänning på elektroderna / \u003d 20V t 10 kg / m \u003d 1 10 Pa s \u003d 1 Yu kg/m
Experimentella data visar att när järn(II) är i lågspinntillståndet är dess jonradie mindre än när det är i högspinntillståndet. Vad tror du orsakar detta
Hittills har man antagit att alla platser i lösningsgittret är likvärdiga. I fasta lösningar finns det dock fall då det finns platser av olika slag. I detta fall är det möjligt att atomerna i en av komponenterna företrädesvis eller helt väljer vissa platser. Det enklaste fallet av denna typ är inbäddningslösningen. Det är till exempel känt att austenit är ett interstitiellt gitter. I 7-järnsgittret (ansiktscentrerat kubiskt gitter) finns porer (mellanrum) mellan järnatomerna, i vilka små kolatomer kan passa. På grund av den stora skillnaden i radier kan kol- och järnatomer inte ge en substitutionslösning.
Intern diffusion är en serie parallella processer. En av dem är den vanliga diffusionen av gaser genom kapillärer med en relativt stor radie, den andra är kapillärdiffusion genom smala kapillärer. Om den fria medelvägen är större än kapillärens diameter, så bestäms den diffusa vandringen av molekyler inte av kollisioner med varandra, utan av kollisioner med väggar (se kap. XIV). Den tredje processen är ytdiffusion, som utförs av adsorberade molekyler längs kapillärernas väggar. Dessutom är diffusion i fast tillstånd genom det resulterande skiktet av reaktionsprodukten (järn) möjlig.
De termodynamiska egenskaperna hos legeringar bör bero på geometriska faktorer (storleken på atomradier) och elektronegenskaper. För att två metaller ska bilda en kontinuerlig serie fasta lösningar är det nödvändigt att de har samma kristallgitter. Sålunda, vid temperaturer över 910°C, har järn ett ansiktscentrerat kubiskt gitter som är vanligt med nickel, och i intervallet 910–1460°C bildar nickel och järn en kontinuerlig serie av fasta lösningar. Under 910°C
Vanadin i sina naturliga föreningar följer alltid med järnmalm. Detta förklaras av närheten till radierna (0,65 A) och Re (0,67 A). Vanligtvis erhålls en legering av järn med vanadin (ferrovanadium med en vanadinhalt på 35-50% eller mer). För att göra detta, använd den aluminiumtermiska metoden (återvinning av metaller från deras oxider med metalliskt aluminium) eller den silikotermiska metoden (reduktion av vanadin från VAO, järn-kisellegering).
Om detta inte är en heterogen process, så är villkoret för uppkomsten av en sådan reaktion interaktionen mellan de reagerande partiklarna (molekyler, atomer, joner), som inträffar när som helst i lösningen. I det här fallet färdas elektronerna en väg vars längd inte överstiger radien för en atom eller molekyl. Mötesplatsen och riktningen för elektroniska övergångar är orienterade i rymden på något sätt. Av det sagda följer att en sådan process fortskrider slumpmässigt, oorganiserat i ett homogent system, vars egenskaper antingen är desamma i alla delar eller kontinuerligt förändras från en punkt i lösningen till en annan. Ett sådant system, förutom frånvaron av ett fast-lösningsgränssnitt, kännetecknas av det faktum att energiförändringar i det oftast åtföljs av frigöring eller absorption av värme (reaktionens termiska effekt). Ett exempel på en sådan process är den exotermiska reaktionen av reduktionen av järn(III)järn när kaliumjodid införs i en lösning
Förutom järn - triadens förfader - innehåller det kobolt och nickel. Som redan nämnts (se tabell 1.15) har de yttre elektronskalen av isolerade Fe, Co, N1-atomer samma struktur (45), och storleken på atomerna i Fe-Co-N1-serien är något reducerade som 3-subnivån är fylld med elektroner. Detta fenomen är typiskt för alla deltagare i det periodiska systemet, där kärnladdningen ökar och huvud- och sidokvantumen av valenselektroner inte förändras. Eftersom det yttre elektronskalet (4b-2) i Fe-Co-N1-serien är oförändrat, attraheras elektronerna som finns på det alltmer till atomkärnan när antalet protoner ökar i den, vilket leder till en minskning av radien av atomer och joner, trots en ökning av det totala antalet elektroner.
Joner med stora laddningar [järn (III), aluminium] kännetecknas också av betydande värden för entalpi och entropi. Den teoretiska beräkningen av hydreringsvärmen innebär att man tar hänsyn till ett antal termer. Efter de första, ungefär ungefärliga beräkningarna enligt Born, gjordes många försök att förbättra den teoretiska metoden på ett eller annat sätt. K. P. Mishchenko och A. M. Sukhotin, baserat på antagandet att den effektiva radien för en vattenmolekyl i ett hydratiseringsskal är 0,193 nm, föreslog också en beräkningsmetod som tog hänsyn till exoeffekterna av interaktionen av en jon med hårda dipoler av vatten. som orienterings- och deformationspolarisering av vattendipoler, spridningskrafter mellan en jon och vattenmolekyler, ömsesidig repulsion av dipoler i hydratsfären, repulsion av en jon och dipoler när deras elektronskal överlappar varandra, polarisering av ett lösningsmedel med ett hydratkomplex, och interaktion mellan vatten och ett hydratkomplex, vilket motsvarar exoeffekten. Det stora antalet faktorer som beaktas i dessa beräkningar gör deras resultat mest tillförlitliga. Bland annat kom dessa författare till slutsatsen att termisk rörelse inte nämnvärt kan påverka koordinationstalen för hydratisering; sannolikheten för att en given molekyl i hydratiseringsskiktet kommer att lämna det och lämna en ledig plats i jonens hydratiseringsskal varierar i ordning av magnitud från 10 (litiumjon) till 10 (cesiumjon), d.v.s. försumbar.
Atomer av metalliska element, i motsats till icke-metalliska, har mycket större atomradier. Därför ger atomerna av metalliska element upp valenselektroner relativt lätt. Som ett resultat har de förmågan att bilda positivt laddade joner, och i föreningar uppvisar de endast ett positivt oxidationstillstånd. Många metalliska grundämnen, såsom koppar Cu, järn Re, krom Cr, titan T1, uppvisar olika grader av oxidation i föreningar.
Ett annat exempel på järn kan existera i form av två allotropa modifikationer som skiljer sig åt i kristallgitter. I en av dem (kubisk ansiktscentrerad) är hälften av det kortaste avståndet mellan atomerna atomens radie
Mineralet hematit ParOz har ett kristallint p
Magnetiter och titanomagnetitmalmer och sand. Vanadin i dem ersätter isomorft järn (radien för Y+- och Fe+-jonerna är 0,65 A respektive 0,67 A). I tabell. 74 visar innehållet av vanadin i termer av UzOa och TiO3 i titanomagnetiter av olika avlagringar.
Studien av poregenskaperna utfördes på en Carlo-Erba-porometer (modell 70). Trycket från 0,1 till 196 MPa som skapas i apparaten gör det möjligt att bestämma volymen av porer med en radie på 3,75 till 7500 nm. Specifik yta bestäms genom metoden för termisk desociering av kväve kromatografiskt. Innehållet av kol och svavel på katalysatorn bestämdes genom förbränning och uppskattning av mängden förbränningsprodukter, vanadin, nickel, järn - kemiska metoder. Ett katalysatorprov för analys togs från de övre och nedre delarna av bädden. Tillförseln av väte-råblandningen utfördes genom ett uppåtgående flöde.
Emellertid ignorerar 3ta-teorin möjligheten att ytterligare katjoniska vakanser i halvledaroxider med metallbrist kan upptas av joner, tills dessa vakanser är helt ersatta; magnesium (g, - \u003d 0,78 A) till järn, oxiderat till FeO (g) , - \u003d \u003d 0,83 A). I sådana fall är en betydande minskning möjlig
Med den allmänna likheten mellan egenskaperna hos de berörda elementen, finns det en viss regelbundenhet i deras förändring från Pe. till N1. I serierna Fe, Co, N1, på grund av -kompression, minskar jonradierna för Re + r, - = 74, för 00 + r, - = 72, för N 2+ = 69 pm. I detta avseende, när man går från Fe + till N1=+, försvagas de grundläggande egenskaperna hos hydroxid E(0H)2 och stabiliteten hos komplexen ökar, vilket också är förknippat med fyllningen av lågenergiorbitaler med elektroner (med oktaedriska omgivning av ligander). En ökning av kärnans laddning leder till en starkare bindning av elektroner med kärnan, därför, för kobolt, och speciellt för nickel, är oxidationstillståndet +3 mindre karakteristiskt än för gelé. För järn är oxidationstillståndet + 6 (KrFeO4) känt, vilket inte observeras i Co och Ni.
Fe + salter liknar på många sätt Mg + salter, vilket beror på närheten till jonradierna (för Nig + r, \u003d 66 pm, för Fe + n - 74 pm] , Denna likhet hänvisar till egenskaper som huvudsakligen bestäms genom interjoniska och joniska dipolinteraktioner (kristallstruktur, gitterenergi, entropi, löslighet i vatten, sammansättning och struktur hos kristallina hydrater, förmågan att komplexbinda med ligander med ett svagt fält). Tvärtom finns det ingen analogi i de egenskaper som är associerade med elektroniska interaktioner (förmåga att redoxa, bildandet av komplex med en betydande andel av " kovalent bindning). På fig. 3,127 jämförde entropin för kristallina föreningar Re+ och M+. När man jämför fig. 3.127 och 3.125 spårar graden av likhet och skillnad mellan de tvåvärda tillstånden för elementen i järnfamiljen sinsemellan och mellan Re och Mg, tillhörande olika grupper av det periodiska systemet av element.
Det är möjligt att introducera idén om en annan grad av enhetlighet beroende på graden av likhet mellan dessa element. Sålunda är karbonaterna av kalcium, strontium och barium mer av samma typ sinsemellan, och karbonaterna av magnesium och i synnerhet beryllium skiljer sig starkare från dem. Ännu mindre lika dem är karbonaterna av metaller från den sekundära undergruppen - zink, kadmium och kvicksilver, och ännu mer av andra element i tvåvärt tillstånd (karbonater av mangan, järn, kobolt, nickel). I vissa speciella fall (uppenbarligen vid nära joniska radier) observeras dock ganska god likformighet i vissa egenskaper, till exempel mellan Mg28104 och Fe25104.
Mängden herrelösa strömmar som flyter genom underjordiska anläggningar kan vara mycket hög. Nära el järnvägar strömmar i rörledningen mättes och nådde 200-300 a. Under normala förhållanden kännetecknas underjordiska rörledningar av ströströmmar på 10-20 A. Eftersom en ström på 1 A under året förstör cirka 9 kg järn, 11 kg koppar, 34 kg fläsk, är denna typ av korrosion mycket farlig. Verkningsradien för herrelösa strömmar som sjunker ner i marken från den elektrifierade nannans skenor. från järnvägar, ibland bestämt av flera tiotals kilometer.
I järn-kol-legeringar är huvudkomponenterna järn och kol. Järn är en metall från IV-perioden av VIII-gruppen i det periodiska systemet. Atomnummer 26, atommassa 55,85, atomradie 0,126 nm, densitet 0,126 g/cm. Smältpunkt 1539 C. Kol är ett icke-metalliskt grundämne från period 11 i grupp IV i det periodiska systemet, atomnummer 6, atommassa 12,
Efter denna behandling tvättas järnfällningen noggrant först i små portioner. kallt vatten på filter (för att undvika upphettning och oxidation) tills sulfatjonen är helt avlägsnad, och sedan med torr aceton eller alkohol och torkas i vakuumtorkar vid 50 °C i flera timmar. Vid slutet av torkningen bör luft släppas in i apparaten mycket långsamt för att undvika oxidation och spontan förbränning av pulvret. Det resulterande svarta järnpulvret är tillräckligt stabilt i luft, innehåller 97 % Fe och har en bulkdensitet på 0,22–0,27 g/cm. Ett sådant pulver är klumpigt på grund av den mekaniska vidhäftningen av mikrodendriter till varandra och kräver lätt slipning, till exempel genom siktning genom siktar med metallkulor. Enligt sedimentationsanalysen består huvuddelen av pulvret (60 %) av partiklar med en medelradie på 3–5 µm.
Arbetsområdet för pH-värden för bestämning av fluor är i området pH 4,5-12 för 10 -10 M fluorid och för lägre koncentrationer av fluor - i området pH 4,5-8. Den positiva driften av potentialen beror på protoniseringen av fluor med bildning av HP och Hb 2 . I alkaliska lösningar uppstår en negativ avvikelse av potentialen på grund av ersättningen av fluoridjoner i LaP3-kristallgittret med hydroxyljoner, eftersom värdena på deras joniska radier är nära. Dessa störningar kan vid behov elimineras genom att använda speciella buffertblandningar, till exempel total jonstyrkekontrollbuffert (BRMS) med ett pH på 5,0-5,5, innehållande 0,25 M CH3COOH 0,75 M CH3COOHa 1,0 M NaCl och 10 3M natriumcitrat ( för maskering av järn och aluminium).
Fe-föreningar erhålls genom inverkan av oxidationsmedel på metalliskt järn eller tvåvärda järnföreningar. När det gäller syra-basegenskaper, sammansättning och struktur av kristallina hydrater, löslighet och andra egenskaper, liknar många Fe-föreningar Al-föreningar, >rgo på grund av närheten av joniska radier 79 pm för Fe, 67 pm för Al.
Kom ihåg att LMO är orbitaler av en molekyl; de bör inte förväxlas med hybridorbitaler i VS-metoden. VS-metoden förklarar ofta geometrin och andra egenskaper hos molekyler med hjälp av bindningshybridisering. Som Jorgensen visade är användningen av hybridisering i VS-metoden i många fall omotiverad, nämligen i atomer med en kärnladdning på 7> 13, eftersom den inte tar hänsyn till att ns-, pr-k (n-1) r -orbitaler för element av stora perioder skiljer sig ofta mycket åt i de radiella komponenterna av vågfunktionerna, de senares maxima är långt ifrån varandra, vilket gör den linjära kombinationen ineffektiv. Så, för metaller i järngruppen, är de genomsnittliga atomradierna för 311-, 4.y- och 4p-tillstånden relaterade till 1-,3 4. För detaljer, se artikeln av Jorgensen The kollaps av teorin om hybridisering .
Två Hume-Rothery-regler är kända, enligt vilka substitutionella fasta lösningar endast bildas av de atomer som a) har radier nära i storlek (som skiljer sig inte mer än 15 %, och i fallet med fasta lösningar baserade på järn, ingen mer än 8%) b) är elektrokemiskt lika, det vill säga de är belägna i spänningsserien av metaller inte alltför långt från varandra.
Gallium är ganska vanligt i naturen. I jordskorpan är det 1,5-10 viktprocent - ungefär samma som bly, och mer än molybden, volfram etc. Gallium är dock ett spritt grundämne. Det finns i fossiler, särskilt de som innehåller aluminium (bauxit, etc.), germanium (kol) och zink (zinkblandning), från vilka det erhålls. På grund av närheten av jonradierna med aluminium (0,57 A) och järn (III) (0,67 A), kan gallium isomorft ersätta dem i kristaller. Det enda galliummineralet uGaS2 är gallit.
En av anledningarna till den större likheten mellan föreningar (enkla och komplexa) platinametallerän föreningarna av de tunga triaderna och triaden av järn, fortsätter naturligtvis inverkan av lantanidkompression fortfarande att påverka. Som framgår av tabell. 1.15, atomradien för elementen i triaderna av palladium och platina är nästan samma Koebij, även om de skiljer sig väsentligt från samma värden för atomerna i elementen i järnundergruppen.
Stor påverkan på fysisk och Kemiska egenskaper metaller har storleken på sina atomer. Atomer med liten radie bildar som regel en mycket stark kristallin struktur (radien för en metallisk järnatom är till exempel bara 1,25 A), vilket för den närmare icke-metaller och leder till bildandet av en struktur liknar en atomär. Tvärtom är metaller som bildas av stora atomer oftast kemiskt och termiskt mer aktiva. Ett exempel är cesium (2,74 A), barium (2,25 A) och lantan (1,88 A), som har den största metalliska radien och är bland de mest aktiva. Fundamentals of General Chemistry Volume 2 Edition 3 (1973) -- [
DEFINITION
Järnär det tjugosjätte elementet i det periodiska systemet. Beteckning - Fe från latinets "ferrum". Beläget i den fjärde perioden, VIIIB-gruppen. Avser metaller. Kärnladdningen är 26.
Järn är den vanligaste metallen på jorden efter aluminium: den utgör 4 % (massa) jordskorpan. Järn förekommer i form av olika föreningar: oxider, sulfider, silikater. Järn finns i det fria tillståndet endast i meteoriter.
De viktigaste järnmalmarna är magnetisk järnmalm Fe 3 O 4 , röd järnmalm Fe 2 O 3 , brun järnmalm 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O och sparjärnmalm FeCO 3 .
Järn är en silvrig (Fig. 1) seg metall. Den lämpar sig väl för smide, valsning och andra typer av bearbetning. Järns mekaniska egenskaper beror starkt på dess renhet - på innehållet av även mycket små mängder av andra element i det.
Ris. 1. Järn. Utseende.
Atom- och molekylvikt för järn
Relativ molekylvikt för ett ämne(M r) är ett tal som visar hur många gånger massan av en given molekyl är större än 1/12 av massan av en kolatom, och relativ atommassa för ett grundämne(A r) - hur många gånger den genomsnittliga massan av atomer kemiskt element mer än 1/12 av massan av en kolatom.
Eftersom järn i det fria tillståndet finns i form av monoatomiska Fe-molekyler, är värdena för dess atomära och molekylvikt match. De är lika med 55.847.
Allotropi och allotropa modifieringar av järn
Järn bildar två kristallina modifikationer: α-järn och γ-järn. Den första av dem har ett kubiskt kroppscentrerat galler, den andra - ett kubiskt ansiktscentrerat. α-Järn är termodynamiskt stabilt i två temperaturområden: under 912 o C och från 1394 o C till smältpunkten. Smältpunkten för järn är 1539 ± 5 o C. Mellan 912 o C och 1394 o C är γ-järn stabilt.
Temperaturområdena för stabiliteten för a- och y-järn beror på karaktären av förändringen i Gibbs-energin för båda modifieringarna med temperaturen. Vid temperaturer under 912 o C och över 1394 o C är Gibbs-energin för α-järn mindre än Gibbs-energin för γ-järn, och i intervallet 912 - 1394 o C - mer.
Isotoper av järn
Det är känt att järn kan förekomma i naturen i form av fyra stabila isotoper 54Fe, 56Fe, 57Fe och 57Fe. Deras massnummer är 54, 56, 57 respektive 58. Kärnan i en atom i järnisotopen 54 Fe innehåller tjugosex protoner och tjugoåtta neutroner, och de återstående isotoperna skiljer sig från den endast i antalet neutroner.
Det finns konstgjorda isotoper av järn med masstal från 45 till 72, såväl som 6 isomera tillstånd av kärnor. Den mest långlivade bland ovanstående isotoper är 60 Fe med en halveringstid på 2,6 miljoner år.
järnjoner
Den elektroniska formeln som visar fördelningen av järnelektroner över banorna är följande:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .
Som ett resultat av kemisk interaktion ger järn upp sina valenselektroner, d.v.s. är deras donator och förvandlas till en positivt laddad jon:
Feo-2e → Fe2+;
Fe 0 -3e → Fe 3+.
Molekyl och atom av järn
I det fria tillståndet finns järn i form av monoatomiska Fe-molekyler. Här är några egenskaper som kännetecknar järnets atom och molekyl:
järnlegeringar
Fram till 1800-talet var järnlegeringar främst kända för sina legeringar med kol, som fick namnen stål och gjutjärn. Men i framtiden skapades nya järnbaserade legeringar innehållande krom, nickel och andra grundämnen. För närvarande delas järnlegeringar in i kolstål, gjutjärn, legerat stål och stål med speciella egenskaper.
Inom tekniken kallas järnlegeringar vanligtvis för järnmetaller, och deras framställning kallas järnmetallurgi.
Exempel på problemlösning
EXEMPEL 1
| Träning | Ämnets elementära sammansättning är som följer: massfraktionen av järnelementet är 0,7241 (eller 72,41%), massfraktionen av syre är 0,2759 (eller 27,59%). Härled den kemiska formeln. |
| Beslut | Massfraktionen av elementet X i molekylen av HX-kompositionen beräknas med följande formel: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Låt oss beteckna antalet järnatomer i molekylen som "x", antalet syreatomer som "y". Låt oss hitta de motsvarande relativa atommassorna för elementen av järn och syre (värdena för de relativa atommassorna hämtade från det periodiska systemet för D.I. Mendeleev kommer att avrundas till heltal). Ar(Fe) = 56; Ar(O) = 16. Vi dividerar andelen grundämnen med motsvarande relativa atommassorna. Således kommer vi att hitta sambandet mellan antalet atomer i föreningens molekyl: x:y= ω(Fe)/Ar(Fe): ω(O)/Ar(O); x:y = 72,41/56: 27,59/16; x:y = 1,29: 1,84. Låt oss ta det minsta talet som ett (dvs. dividera alla tal med det minsta talet 1,29): 1,29/1,29: 1,84/1,29; Därför är den enklaste formeln för kombinationen av järn med syre Fe 2 O 3. |
| Svar | Fe2O3 |
