Η αίμη περιλαμβάνει σίδηρο fe με σθένος. Μεγάλη εγκυκλοπαίδεια πετρελαίου και φυσικού αερίου

Στα μαθήματα χημείας, έχετε ήδη εξοικειωθεί με την έννοια του σθένους των χημικών στοιχείων. Τα έχουμε συγκεντρώσει όλα σε ένα μέρος ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣσχετικά με αυτή την ερώτηση. Χρησιμοποιήστε το όταν προετοιμάζεστε για τις κρατικές εξετάσεις και τις εξετάσεις του Ενιαίου Κράτους.

Σθένος και χημική ανάλυση

Σθένος– την ικανότητα των ατόμων χημικών στοιχείων να εισέρχονται σε χημικές ενώσεις με άτομα άλλων στοιχείων. Με άλλα λόγια, είναι η ικανότητα ενός ατόμου να σχηματίζεται συγκεκριμένο αριθμόχημικούς δεσμούς με άλλα άτομα.

Από τα λατινικά η λέξη «σθένος» μεταφράζεται ως «δύναμη, ικανότητα». Πολύ σωστό όνομα, σωστά;

Η έννοια του «σθένους» είναι μια από τις βασικές στη χημεία. Εισήχθη ακόμη και πριν οι επιστήμονες μάθουν τη δομή του ατόμου (πίσω το 1853). Επομένως, καθώς μελετήσαμε τη δομή του ατόμου, υπέστη κάποιες αλλαγές.

Έτσι, από την άποψη της ηλεκτρονικής θεωρίας, το σθένος σχετίζεται άμεσα με τον αριθμό των εξωτερικών ηλεκτρονίων του ατόμου ενός στοιχείου. Αυτό σημαίνει ότι με τον όρο «σθένος» εννοούμε τον αριθμό των ζευγών ηλεκτρονίων με τα οποία ένα άτομο συνδέεται με άλλα άτομα.

Γνωρίζοντας αυτό, οι επιστήμονες μπόρεσαν να περιγράψουν τη φύση του χημικού δεσμού. Βρίσκεται στο γεγονός ότι ένα ζεύγος ατόμων μιας ουσίας μοιράζεται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σθένους.

Μπορείτε να ρωτήσετε, πώς μπόρεσαν οι χημικοί του 19ου αιώνα να περιγράψουν το σθένος ακόμα και όταν πίστευαν ότι δεν υπήρχαν σωματίδια μικρότερα από ένα άτομο; Αυτό δεν σημαίνει ότι ήταν τόσο απλό - βασίστηκαν στη χημική ανάλυση.

Με χημική ανάλυσηΕπιστήμονες του παρελθόντος προσδιόρισαν τη σύνθεση μιας χημικής ένωσης: πόσα άτομα διαφορετικών στοιχείων περιέχονται στο μόριο της εν λόγω ουσίας. Για να γίνει αυτό, ήταν απαραίτητο να προσδιοριστεί ποια ήταν η ακριβής μάζα κάθε στοιχείου σε ένα δείγμα καθαρής (χωρίς ακαθαρσίες) ουσίας.

Είναι αλήθεια ότι αυτή η μέθοδος δεν είναι χωρίς ελαττώματα. Επειδή το σθένος ενός στοιχείου μπορεί να προσδιοριστεί με αυτόν τον τρόπο μόνο σε αυτό απλή σύνδεσημε πάντα μονοσθενές υδρογόνο (υδρίδιο) ή πάντα δισθενές οξυγόνο (οξείδιο). Για παράδειγμα, το σθένος του αζώτου στο NH 3 είναι III, αφού ένα άτομο υδρογόνου είναι συνδεδεμένο με τρία άτομα αζώτου. Και το σθένος του άνθρακα στο μεθάνιο (CH 4), σύμφωνα με την ίδια αρχή, είναι IV.

Αυτή η μέθοδος για τον προσδιορισμό του σθένους είναι κατάλληλη μόνο για απλές ουσίες. Αλλά στα οξέα, με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να προσδιορίσουμε μόνο το σθένος ενώσεων όπως τα όξινα υπολείμματα, αλλά όχι όλων των στοιχείων (εκτός από το γνωστό σθένος του υδρογόνου) ξεχωριστά.

Όπως έχετε ήδη παρατηρήσει, το σθένος υποδεικνύεται με λατινικούς αριθμούς.

Σθένος και οξέα

Δεδομένου ότι το σθένος του υδρογόνου παραμένει αμετάβλητο και είναι πολύ γνωστό σε εσάς, μπορείτε εύκολα να προσδιορίσετε το σθένος του υπολείμματος οξέος. Έτσι, για παράδειγμα, στο H 2 SO 3 το σθένος του SO 3 είναι I, στο HСlO 3 το σθένος του СlO 3 είναι I.

Με παρόμοιο τρόπο, εάν είναι γνωστό το σθένος του υπολείμματος οξέος, είναι εύκολο να γραφτεί σωστή φόρμουλαοξέα: NO 2 (I) – HNO 2, S 4 O 6 (II) – H 2 S 4 O 6.

Σθένος και φόρμουλες

Η έννοια του σθένους έχει νόημα μόνο για ουσίες μοριακής φύσης και δεν είναι πολύ κατάλληλη για την περιγραφή χημικών δεσμών σε ενώσεις συστάδας, ιοντικής, κρυσταλλικής φύσης κ.λπ.

Οι δείκτες στους μοριακούς τύπους των ουσιών αντικατοπτρίζουν τον αριθμό των ατόμων των στοιχείων που τους αποτελούν. Η γνώση του σθένους των στοιχείων βοηθά στη σωστή τοποθέτηση των δεικτών. Με τον ίδιο τρόπο, κοιτάζοντας τον μοριακό τύπο και τους δείκτες, μπορείτε να διακρίνετε τα σθένη των συστατικών στοιχείων.

Κάνετε εργασίες όπως αυτή στα μαθήματα χημείας στο σχολείο. Για παράδειγμα, έχοντας χημική φόρμουλαμια ουσία στην οποία το σθένος ενός από τα στοιχεία είναι γνωστό, το σθένος ενός άλλου στοιχείου μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί.

Για να γίνει αυτό, πρέπει απλώς να θυμάστε ότι σε μια ουσία μοριακής φύσης, ο αριθμός των σθένους και των δύο στοιχείων είναι ίσος. Επομένως, χρησιμοποιήστε το ελάχιστο κοινό πολλαπλάσιο (που αντιστοιχεί στον αριθμό των ελεύθερων σθένους που απαιτούνται για την ένωση) για να προσδιορίσετε το σθένος ενός στοιχείου που είναι άγνωστο σε εσάς.

Για να γίνει κατανοητό, ας πάρουμε τον τύπο του οξειδίου του σιδήρου Fe 2 O 3. Εδώ, δύο άτομα σιδήρου με σθένος III και 3 άτομα οξυγόνου με σθένος II συμμετέχουν στο σχηματισμό ενός χημικού δεσμού. Το ελάχιστο κοινό τους πολλαπλάσιο είναι το 6.

• Παράδειγμα: έχετε τους τύπους Mn 2 O 7. Γνωρίζετε το σθένος του οξυγόνου, είναι εύκολο να υπολογίσετε ότι το λιγότερο κοινό πολλαπλάσιο είναι το 14, επομένως το σθένος του Mn είναι VII.

Με παρόμοιο τρόπο, μπορείτε να κάνετε το αντίθετο: γράψτε τον σωστό χημικό τύπο μιας ουσίας, γνωρίζοντας τα σθένη των στοιχείων της.

• Παράδειγμα: για να γράψουμε σωστά τον τύπο του οξειδίου του φωσφόρου, λαμβάνουμε υπόψη το σθένος του οξυγόνου (II) και του φωσφόρου (V). Αυτό σημαίνει ότι το λιγότερο κοινό πολλαπλάσιο για το P και το O είναι το 10. Επομένως, ο τύπος έχει την εξής μορφή: P 2 O 5.

Γνωρίζοντας καλά τις ιδιότητες των στοιχείων που παρουσιάζουν σε διάφορες ενώσεις, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί το σθένος τους ακόμη και με εμφάνισητέτοιες συνδέσεις.

Για παράδειγμα: τα οξείδια του χαλκού έχουν χρώμα κόκκινο (Cu 2 O) και μαύρο (CuO). Τα υδροξείδια του χαλκού έχουν κίτρινο χρώμα (CuOH) και μπλε (Cu(OH) 2).

Για να κάνετε τους ομοιοπολικούς δεσμούς σε ουσίες πιο οπτικούς και κατανοητούς για εσάς, γράψτε τους δομικούς τους τύπους. Οι γραμμές μεταξύ των στοιχείων αντιπροσωπεύουν τους δεσμούς (σθένος) που προκύπτουν μεταξύ των ατόμων τους:

Χαρακτηριστικά σθένους

Σήμερα, ο προσδιορισμός του σθένους των στοιχείων βασίζεται στη γνώση της δομής των εξωτερικών ηλεκτρονικών κελυφών των ατόμων τους.

Το σθένος μπορεί να είναι:

• σταθερά (μέταλλα των κύριων υποομάδων).
• μεταβλητή (μη μέταλλα και μέταλλα δευτερευουσών ομάδων):
• υψηλότερο σθένος?
• χαμηλότερο σθένος.

Τα ακόλουθα παραμένουν σταθερά σε διάφορες χημικές ενώσεις:

• σθένος υδρογόνου, νατρίου, καλίου, φθορίου (I);
• σθένος οξυγόνου, μαγνησίου, ασβεστίου, ψευδαργύρου (II);
• σθένος αλουμινίου (III).

Αλλά το σθένος του σιδήρου και του χαλκού, του βρωμίου και του χλωρίου, καθώς και πολλών άλλων στοιχείων αλλάζει όταν σχηματίζουν διάφορες χημικές ενώσεις.

Θεωρία σθένους και ηλεκτρονίων

Στο πλαίσιο της ηλεκτρονικής θεωρίας, το σθένος ενός ατόμου προσδιορίζεται με βάση τον αριθμό των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων που συμμετέχουν στο σχηματισμό ζευγών ηλεκτρονίων με ηλεκτρόνια άλλων ατόμων.

Μόνο τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο εξωτερικό περίβλημα ενός ατόμου συμμετέχουν στο σχηματισμό χημικών δεσμών. Επομένως, το μέγιστο σθένος ενός χημικού στοιχείου είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων του ατόμου του.

Η έννοια του σθένους συνδέεται στενά με Περιοδικός νόμος, ανακαλύφθηκε από τον D.I Mendeleev. Αν κοιτάξετε προσεκτικά τον περιοδικό πίνακα, μπορείτε εύκολα να παρατηρήσετε: η θέση ενός στοιχείου στο περιοδικό σύστημα και το σθένος του είναι άρρηκτα συνδεδεμένα. Το υψηλότερο σθένος των στοιχείων που ανήκουν στην ίδια ομάδα αντιστοιχεί στον τακτικό αριθμό της ομάδας στον περιοδικό πίνακα.

Θα διαπιστώσετε το χαμηλότερο σθένος όταν αφαιρέσετε τον αριθμό της ομάδας του στοιχείου που σας ενδιαφέρει από τον αριθμό των ομάδων στον περιοδικό πίνακα (υπάρχουν οκτώ από αυτές).

Για παράδειγμα, το σθένος πολλών μετάλλων συμπίπτει με τους αριθμούς της ομάδας στον πίνακα περιοδικά στοιχείαστην οποία ανήκουν.

Πίνακας σθένους χημικών στοιχείων

Σειριακός αριθμός χημ. στοιχείο (ατομικός αριθμός)	Ονομα	Χημικό σύμβολο	Σθένος
1	Υδρογόνο Ήλιο Λίθιο Βηρύλλιο Ανθρακας Άζωτο / Άζωτο Οξυγόνο Φθόριο Νέον / Νέον Νάτριο/Νάτριο Μαγνήσιο / Μαγνήσιο Αλουμίνιο Πυρίτιο Φωσφόρος / Phosphorus Θείο/Θείο Χλώριο Argon / Argon Κάλιο/Κάλιο Ασβέστιο Scandium / Scandium Τιτάνιο Βανάδιο Chrome / Chromium Μαγγάνιο / Μαγγάνιο Σίδερο Κοβάλτιο Νικέλιο Χαλκός Ψευδάργυρος Γάλλιο Γερμάνιο Αρσενικό/Αρσενικό Σελήνιο Βρώμιο Κρύπτον / Κρύπτον Ρουβίδιο / Ρουβίδιο Στρόντιο / Στρόντιο Ύττριο / Ύττριο Ζιρκόνιο / Ζιρκόνιο Νιόβιο / Νιόβιο Μολυβδαίνιο Τεχνήτιο / Technetium Ρουθήνιο / Ρουθήνιο Ρόδιο Παλλάδιο Ασήμι Κάδμιο Ινδίο Tin/Tin Αντιμόνιο / Αντιμόνιο Τελλούριο / Τελλούριο Ιώδιο / Iodine Xenon / Xenon καίσιο Βάριο / Βάριο Λανθάνιο / Lanthanum Δημήτριο Praseodymium / Praseodymium Νεοδύμιο / Νεοδύμιο Προμήθιο / Promethium Σαμάριο / Samarium Ευρώπιο Γαδολίνιο / Gadolinium Terbium / Terbium Δυσπρόσιο / Dysprosium Χόλμιο Ερβιο Θούλιο Υτέρβιο / Υτέρβιο Lutetium / Lutetium Χάφνιο / Hafnium Ταντάλιο / Tantalum Βολφράμιο/Βολφράμιο Ρήνιο / Ρήνιο Όσμιο / Όσμιο Iridium / Iridium Πλατίνα Χρυσός Ερμής Θάλλιο / Θάλλιο Μόλυβδος/Μόλυβδος Βισμούθιο Πολώνιο Αστατίνη Ραδόνιο / Ραδόνιο Φράγκιο Ράδιο Ακτίνιο Θόριο Προακτίνιο / Protactinium Ουράνιο / Ουράνιο	H	Εγώ (I), II, III, IV, V I, (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) I, (III), (IV), V (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) I, (III), (IV), V, VII (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI (II), III, (IV), (V) Χωρίς δεδομένα Χωρίς δεδομένα (II), III, IV, (V), VI

Αυτά τα σθένη που σπάνια παρουσιάζουν τα στοιχεία που τα διαθέτουν δίνονται σε παρένθεση.

Σθένος και κατάσταση οξείδωσης

Έτσι, μιλώντας για το βαθμό οξείδωσης, εννοείται ότι ένα άτομο σε μια ουσία ιοντικής (που είναι σημαντική) φύσης έχει ένα ορισμένο συμβατικό φορτίο. Και αν το σθένος είναι ένα ουδέτερο χαρακτηριστικό, τότε η κατάσταση οξείδωσης μπορεί να είναι αρνητική, θετική ή ίση με μηδέν.

Είναι ενδιαφέρον ότι για ένα άτομο του ίδιου στοιχείου, ανάλογα με τα στοιχεία με τα οποία σχηματίζει μια χημική ένωση, το σθένος και η κατάσταση οξείδωσης μπορεί να είναι ίδια (H 2 O, CH 4, κ.λπ.) ή διαφορετικά (H 2 O 2, HNO 3).

συμπέρασμα

Εμβαθύνοντας τις γνώσεις σας για τη δομή των ατόμων, θα μάθετε πιο βαθιά και λεπτομερέστερα για το σθένος. Αυτή η περιγραφή των χημικών στοιχείων δεν είναι εξαντλητική. Αλλά έχει ένα μεγάλο εφαρμοσμένη τιμή. Για τι έχετε πειστεί εσείς ο ίδιος περισσότερες από μία φορές κατά την επίλυση προβλημάτων και τη διεξαγωγή χημικά πειράματαστα μαθήματα.

Αυτό το άρθρο έχει σχεδιαστεί για να σας βοηθήσει να οργανώσετε τις γνώσεις σας σχετικά με το σθένος. Και επίσης να σας υπενθυμίσω πώς μπορεί να προσδιοριστεί και πού χρησιμοποιείται το σθένος.

Ελπίζουμε να βρείτε αυτό το υλικό χρήσιμο για την προετοιμασία της εργασίας σας και την προετοιμασία του εαυτού σας για τεστ και εξετάσεις.

blog.site, κατά την πλήρη ή μερική αντιγραφή υλικού, απαιτείται σύνδεσμος στην αρχική πηγή.

Είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί ο ρόλος του σιδήρου για ανθρώπινο σώμα, επειδή είναι αυτό που συμβάλλει στη «δημιουργία» του αίματος, η περιεκτικότητά του επηρεάζει το επίπεδο της αιμοσφαιρίνης και της μυοσφαιρίνης, ο σίδηρος ομαλοποιεί τη λειτουργία του ενζυμικού συστήματος. Τι είναι όμως αυτό το στοιχείο από χημική άποψη; Ποιο είναι το σθένος του σιδήρου; Αυτό θα συζητηθεί σε αυτό το άρθρο.

Λίγη ιστορία

Η ανθρωπότητα γνώριζε για αυτό το χημικό στοιχείο και είχε ακόμη και προϊόντα που παρασκευάζονταν από αυτό τον 4ο αιώνα π.Χ. Αυτοί ήταν οι λαοί Αρχαία Αίγυπτοςκαι Σουμερίων. Ήταν αυτοί που άρχισαν πρώτοι να κατασκευάζουν κοσμήματα και όπλα από ένα κράμα σιδήρου και νικελίου, τα οποία βρέθηκαν κατά τη διάρκεια αρχαιολογικών ανασκαφών και μελετήθηκαν προσεκτικά από χημικούς.

Λίγο αργότερα, οι Άριες φυλές που μετακόμισαν στην Ασία έμαθαν να εξορύξουν σκληρό σίδεροαπό μετάλλευμα. Ήταν τόσο πολύτιμο για τους ανθρώπους εκείνης της εποχής που τα προϊόντα ήταν επιχρυσωμένα!

Χαρακτηριστικά του σιδήρου

Ο σίδηρος (Fe) κατέχει την τέταρτη θέση ως προς την περιεκτικότητά του στο υπέδαφος φλοιός της γης. Κατατάσσεται στην ομάδα 7 της περιόδου 4 και βρίσκεται στην 26η θέση χημικός πίνακαςΣτοιχεία Μεντελέεφ. Το σθένος του σιδήρου εξαρτάται άμεσα από τη θέση του στον πίνακα. Αλλά περισσότερα για αυτό αργότερα.

Αυτό το μέταλλο είναι πιο κοινό στη φύση με τη μορφή μεταλλεύματος, που βρίσκεται στο νερό ως ορυκτό, αλλά και σε διάφορες ενώσεις.

Η μεγαλύτερη ποσότητα αποθεμάτων σιδήρου με τη μορφή μεταλλεύματος βρίσκεται στη Ρωσία, την Αυστραλία, την Ουκρανία, τη Βραζιλία, τις ΗΠΑ, την Ινδία και τον Καναδά.

Φυσικές ιδιότητες

Πριν προχωρήσουμε στο σθένος του σιδήρου, είναι απαραίτητο να το δούμε πιο προσεκτικά φυσικές ιδιότητες, να το πω έτσι, ρίξτε μια πιο προσεκτική ματιά.

Αυτό το μέταλλο είναι αρκετά όλκιμο, αλλά μπορεί να αυξήσει τη σκληρότητα μέσω της αλληλεπίδρασής του με άλλα στοιχεία (για παράδειγμα, άνθρακα). Έχει επίσης μαγνητικές ιδιότητες.

Σε υγρό περιβάλλον, ο σίδηρος μπορεί να διαβρωθεί, δηλαδή να σκουριάσει. Αν και το απολύτως καθαρό μέταλλο είναι πιο ανθεκτικό στην υγρασία, εάν περιέχει ακαθαρσίες, προκαλούν διάβρωση.

Ο σίδηρος αλληλεπιδρά καλά με όξινα περιβάλλοντα και μπορεί ακόμη και να σχηματίσει άλατα τρισθενούς οξέος (υπό την προϋπόθεση ότι υπάρχει ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας).

Στον αέρα, καλύπτεται γρήγορα με ένα φιλμ οξειδίου, το οποίο το προστατεύει από αλληλεπιδράσεις.

Χημικές ιδιότητες

Αυτό το στοιχείο έχει επίσης μια σειρά από χημικές ιδιότητες. Ο σίδηρος, όπως και τα υπόλοιπα στοιχεία του περιοδικού πίνακα, έχει φορτίο ατομικό πυρήνα, που αντιστοιχεί στον αύξοντα αριθμό +26. Και υπάρχουν 26 ηλεκτρόνια που περιστρέφονται κοντά στον πυρήνα.

Γενικά, αν λάβουμε υπόψη τις ιδιότητες του σιδήρου - ενός χημικού στοιχείου, τότε είναι ένα μέταλλο με χαμηλή ενεργό ικανότητα.

Αλληλεπιδρώντας με ασθενέστερα οξειδωτικά μέσα, ο σίδηρος σχηματίζει ενώσεις όπου είναι δισθενής (δηλαδή η κατάσταση οξείδωσής του είναι +2). Και αν με ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες, τότε η κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου φτάνει στο +3 (δηλαδή, το σθένος του γίνεται ίσο με 3).

Όταν αλληλεπιδρά με χημικά στοιχεία που δεν είναι μέταλλα, ο Fe δρα ως αναγωγικός παράγοντας προς αυτά και η κατάσταση οξείδωσής του γίνεται, εκτός από +2 και +3, ακόμη και +4, +5, +6. Τέτοιες ενώσεις έχουν πολύ ισχυρές οξειδωτικές ιδιότητες.

Όπως σημειώθηκε παραπάνω, ο σίδηρος στον αέρα καλύπτεται με μια μεμβράνη οξειδίου. Και όταν θερμαίνεται, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται και μπορεί να σχηματιστεί οξείδιο σιδήρου με σθένος 2 (θερμοκρασία μικρότερη από 570 βαθμούς Κελσίου) ή οξείδιο με σθένος 3 (θερμοκρασία μεγαλύτερη από 570 βαθμούς Κελσίου).

Η αλληλεπίδραση του Fe με τα αλογόνα οδηγεί στο σχηματισμό αλάτων. Τα στοιχεία φθόριο και χλώριο το οξειδώνουν στο +3. Βρώμιο - έως +2 ή +3 (όλα εξαρτώνται από τις συνθήκες εφαρμογής χημικός μετασχηματισμόςόταν αλληλεπιδρά με σίδηρο).

Όταν αλληλεπιδρά με το ιώδιο, το στοιχείο οξειδώνεται σε +2.

Με θέρμανση σιδήρου και θείου, λαμβάνεται θειούχος σίδηρος με σθένος 2.

Εάν ο σίδηρος λιώσει και συνδυαστεί με άνθρακα, φώσφορο, πυρίτιο, βόριο, άζωτο, παίρνετε ενώσεις που ονομάζονται κράματα.

Ο σίδηρος είναι μέταλλο, επομένως αλληλεπιδρά επίσης με οξέα (αυτό συζητήθηκε επίσης εν συντομία παραπάνω). Για παράδειγμα, τα θειικά και νιτρικά οξέα, που έχουν υψηλή συγκέντρωση, σε περιβάλλον με χαμηλή θερμοκρασία, δεν έχουν καμία επίδραση στο σίδηρο. Μόλις όμως ανέβει, συμβαίνει μια αντίδραση, με αποτέλεσμα ο σίδηρος να οξειδώνεται στο +3.

Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση του οξέος, τόσο υψηλότερη πρέπει να δοθεί η θερμοκρασία.

Με τη θέρμανση του δισθενούς σιδήρου σε νερό, παίρνουμε το οξείδιο και το υδρογόνο του.

Ο Fe έχει επίσης την ικανότητα να εκτοπίζει μέταλλα που έχουν μειωμένη δραστηριότητα από υδατικά διαλύματα αλάτων. Ταυτόχρονα, οξειδώνεται στο +2.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο σίδηρος μειώνει τα μέταλλα από τα οξείδια.

Τι είναι σθένος

Ήδη μέσα προηγούμενη ενότηταΗ έννοια του σθένους, καθώς και της κατάστασης οξείδωσης, συναντήθηκε λίγο. Ήρθε η ώρα να εξετάσουμε το σθένος του σιδήρου.

Αλλά πρώτα πρέπει να καταλάβετε τι είδους ιδιότητα είναι αυτό των χημικών στοιχείων.

Οι χημικές ουσίες είναι σχεδόν πάντα σταθερές στη σύνθεσή τους. Για παράδειγμα, στον τύπο του νερού H2O υπάρχει 1 άτομο οξυγόνου και 2 άτομα υδρογόνου. Το ίδιο ισχύει και με άλλες ενώσεις που περιλαμβάνουν δύο χημικά στοιχεία, ένα από τα οποία είναι υδρογόνο: 1-4 άτομα υδρογόνου μπορούν να προστεθούν σε 1 άτομο ενός χημικού στοιχείου. Όχι όμως και το αντίστροφο! Επομένως, είναι σαφές ότι το υδρογόνο προσκολλά στον εαυτό του μόνο 1 άτομο άλλης ουσίας. Και είναι αυτό το φαινόμενο που ονομάζεται σθένος - η ικανότητα των ατόμων ενός χημικού στοιχείου να προσκολλούν έναν συγκεκριμένο αριθμό ατόμων άλλων στοιχείων.

Τιμή σθένους και γραφικός τύπος

Υπάρχουν στοιχεία του περιοδικού πίνακα που έχουν σταθερό σθένος- Αυτά είναι το οξυγόνο και το υδρογόνο.

Και υπάρχουν χημικά στοιχεία στα οποία αλλάζει. Για παράδειγμα, ο σίδηρος είναι συχνά 2- και 3-σθενής, το θείο είναι 2, 4, 6, ο άνθρακας είναι 2 και 4. Αυτά είναι στοιχεία με μεταβλητό σθένος.

Επίσης, γνωρίζοντας το σθένος ενός από τα στοιχεία μιας ένωσης, μπορείτε να προσδιορίσετε το σθένος του άλλου.

Σθένος σιδήρου

Όπως σημειώθηκε, ο σίδηρος είναι ένα στοιχείο με μεταβλητό σθένος. Και μπορεί να κυμαίνεται όχι μόνο μεταξύ των δεικτών 2 και 3, αλλά και να φτάσει τα 4, 5 και ακόμη και 6.

Φυσικά, μελετά το σθένος του σιδήρου με περισσότερες λεπτομέρειες. Ας εξετάσουμε εν συντομία αυτόν τον μηχανισμό στο επίπεδο των απλούστερων σωματιδίων.

Ο σίδηρος είναι ένα στοιχείο d, το οποίο περιλαμβάνει 31 ακόμη στοιχεία του περιοδικού πίνακα (αυτές είναι οι περίοδοι 4-7). Με την αύξηση του σειριακού αριθμού, οι ιδιότητες των στοιχείων d αποκτούν μικρές αλλαγές. Η ατομική ακτίνα αυτών των ουσιών αυξάνεται επίσης αργά. Έχουν ένα μεταβλητό σθένος, το οποίο εξαρτάται από το γεγονός ότι το εξωτερικό υποεπίπεδο d-ηλεκτρονίου είναι ατελές.

Επομένως, για τον σίδηρο, τα ηλεκτρόνια σθένους δεν είναι μόνο ηλεκτρόνια c που βρίσκονται στο εξωτερικό στρώμα, αλλά και ασύζευκτα ηλεκτρόνια 3D του εξωτερικού στρώματος. Και, ως αποτέλεσμα, το σθένος του Fe σε χημικές ενώσεις μπορεί να είναι ίσο με 2, 3, 4, 5, 6. Βασικά, είναι ίσο με 2 και 3 - αυτές είναι πιο σταθερές με άλλες ουσίες. Σε λιγότερο σταθερές, εμφανίζει σθένος 4, 5, 6. Αλλά τέτοιες ενώσεις είναι λιγότερο συχνές.

Δισθενές σίδηρο

Κατά την αλληλεπίδραση 2 σίδηρος σιδήρουμε νερό, λαμβάνεται οξείδιο του σιδήρου (2). Αυτή η ένωση έχει μαύρο χρώμα. Αλληλεπιδρά αρκετά εύκολα με υδροχλωρικό (χαμηλή συγκέντρωση) και νιτρικό (υψηλής συγκέντρωσης) οξέα.

Εάν ένα τέτοιο οξείδιο του σιδήρου 2 σθένους αντιδράσει είτε με υδρογόνο (θερμοκρασία 350 βαθμοί Κελσίου) είτε με άνθρακα (οπτάνθρακας) στους 1000 βαθμούς, τότε επανέρχεται σε καθαρή κατάσταση.

Το δισθενές οξείδιο του σιδήρου εκχυλίζεται με τις ακόλουθες μεθόδους:

• μέσω της σύνδεσης οξειδίου του τρισθενούς σιδήρου με μονοξείδιο του άνθρακα.
• κατά τη θέρμανση καθαρού Fe, με χαμηλή πίεση οξυγόνου.
• κατά την αποσύνθεση του οξαλικού σιδήρου σε περιβάλλον κενού.
• όταν ο καθαρός σίδηρος αλληλεπιδρά με τα οξείδια του, η θερμοκρασία είναι 900-1000 βαθμοί Κελσίου.

Όσον αφορά το φυσικό περιβάλλον, το δισθενές οξείδιο του σιδήρου υπάρχει με τη μορφή του ορυκτού wustite.

Υπάρχει ένας άλλος τρόπος για να προσδιορίσετε το σθένος του σιδήρου σε ένα διάλυμα - μέσα σε αυτήν την περίπτωση, έχοντας τον δείκτη του 2. Είναι απαραίτητο να γίνουν αντιδράσεις με κόκκινο αλάτι (εξακυανοφερρικό κάλιο) και με αλκάλια. Στην πρώτη περίπτωση, λαμβάνεται ένα σκούρο μπλε ίζημα - ένα σύνθετο άλας δισθενούς σιδήρου. Στο δεύτερο - λαμβάνοντας ένα σκούρο γκρι-πράσινο ίζημα - υδροξείδιο του σιδήρου, επίσης 2-σθενές, ενώ το 3-σθενές υδροξείδιο του σιδήρου έχει σκούρο καφέ χρώμα στο διάλυμα.

Σίδηρος σιδήρου

Το τρισθενές οξείδιο του σιδήρου έχει δομή σκόνης, το χρώμα του οποίου είναι κόκκινο-καφέ. Έχει επίσης ονόματα: οξείδιο του σιδήρου, κόκκινη χρωστική ουσία, χρωστική τροφίμων, κρόκος.

Στη φύση, αυτή η ουσία εμφανίζεται με τη μορφή ορυκτού - αιματίτη.

Το οξείδιο αυτού του σιδήρου δεν αλληλεπιδρά πλέον με το νερό. Συνδυάζεται όμως με οξέα και αλκάλια.

Το οξείδιο του σιδήρου (3) χρησιμοποιείται για τον χρωματισμό υλικών που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές:

• τούβλα?
• τσιμέντο;
• κεραμικά προϊόντα?
• σκυρόδεμα;
• πλακόστρωτες πλάκες?
• επενδύσεις δαπέδου (λινέλαιο).

Σίδηρος στο ανθρώπινο σώμα

Όπως σημειώθηκε στην αρχή του άρθρου, η ουσία σίδηρος είναι ένα σημαντικό συστατικό του ανθρώπινου σώματος.

Όταν αυτό το στοιχείο δεν είναι αρκετό, μπορεί να προκύψουν οι ακόλουθες συνέπειες:

• αυξημένη κόπωση και ευαισθησία στο κρύο.
• ξηρό δέρμα;
• μειωμένη εγκεφαλική δραστηριότητα?
• επιδείνωση της αντοχής της πλάκας νυχιών.
• ζάλη;
• πεπτικά προβλήματα?
• γκρίζα μαλλιά και τριχόπτωση.

Ο σίδηρος συσσωρεύεται, κατά κανόνα, στον σπλήνα και στο συκώτι, καθώς και στα νεφρά και στο πάγκρεας.

Η διατροφή ενός ατόμου πρέπει να περιλαμβάνει τροφές που περιέχουν σίδηρο:

• βοδινό συκώτι?
• κουάκερ φαγόπυρου?
• αράπικο φιστίκι;
• φιστίκια Αιγίνης?
• κονσερβοποιημένα πράσινα μπιζέλια?
• αποξηραμένα μανιτάρια πορτσίνι?
• αυγά κοτόπουλου?
• σπανάκι;
• σκυλόξυλο?
• μήλα?
• αχλάδια?
• ροδάκινα?
• παντζάρι;
• θαλασσινά.

Η έλλειψη σιδήρου στο αίμα οδηγεί σε μείωση της αιμοσφαιρίνης και στην ανάπτυξη μιας ασθένειας όπως η σιδηροπενική αναιμία.

ΣΙΔΕΡΟ(λατ. Ferrum), Fe, χημικό στοιχείοΟμάδα VIII του περιοδικού πίνακα, ατομικός αριθμός 26, ατομική μάζα 55.847. Η προέλευση τόσο της λατινικής όσο και της ρωσικής ονομασίας του στοιχείου δεν έχει εξακριβωθεί με σαφήνεια. Ο φυσικός σίδηρος είναι ένα μείγμα τεσσάρων νουκλεϊδίων με μαζικοί αριθμοί 54 (περιεκτικότητα σε φυσικό μείγμα 5,82% κατά βάρος), 56 (91,66%), 57 (2,19%) και 58 (0,33%). Η διαμόρφωση των δύο εξωτερικών ηλεκτρονικών στρωμάτων είναι 3s 2 p 6 d 6 4s 2. Τυπικά σχηματίζει ενώσεις σε καταστάσεις οξείδωσης +3 (σθένος III) και +2 (σθένος II). Είναι επίσης γνωστές ενώσεις με άτομα σιδήρου σε καταστάσεις οξείδωσης +4, +6 και μερικές άλλες.

ΣΕ Περιοδικός ΠίνακαςΟ σίδηρος Mendeleev περιλαμβάνεται στην ομάδα VIII. Στην τέταρτη περίοδο, στην οποία ανήκει και ο σίδηρος, η ομάδα αυτή περιλαμβάνει, εκτός από τον σίδηρο, και το κοβάλτιο (Co) και το νικέλιο (Ni). Αυτά τα τρία στοιχεία σχηματίζουν μια τριάδα και έχουν παρόμοιες ιδιότητες.

Η ακτίνα του ουδέτερου ατόμου σιδήρου είναι 0,126 nm, η ακτίνα του ιόντος Fe 2+ είναι 0,080 nm και του ιόντος Fe 3+ είναι 0,067 nm. Οι ενέργειες του διαδοχικού ιονισμού του ατόμου του σιδήρου είναι 7.893, 16.18, 30.65, 57, 79 eV. Συγγένεια ηλεκτρονίων 0,58 eV. Σύμφωνα με την κλίμακα Pauling, η ηλεκτραρνητικότητα του σιδήρου είναι περίπου 1,8.

Ο σίδηρος υψηλής καθαρότητας είναι ένα γυαλιστερό ασημί-γκρι, όλκιμο μέταλλο που προσφέρεται καλά για με διάφορους τρόπουςμηχανική επεξεργασία.

Φυσική και Χημικές ιδιότητες: σε θερμοκρασίες από θερμοκρασία δωματίου έως 917°C, καθώς και στο εύρος θερμοκρασίας 1394-1535°C, υπάρχει -Fe με κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα, σε θερμοκρασία δωματίου η παράμετρος πλέγματος ΕΝΑ= 0,286645 nm. Σε θερμοκρασίες 917-1394°C, -Fe με ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα T είναι σταθερό ( ΕΝΑ= 0,36468 nm). Σε θερμοκρασίες από θερμοκρασία δωματίου έως 769°C (το λεγόμενο σημείο Curie), ο σίδηρος έχει ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες (λέγεται ότι είναι σιδηρομαγνητικός), σε περισσότερους υψηλές θερμοκρασίεςο σίδηρος συμπεριφέρεται ως παραμαγνητικό. Μερικές φορές το παραμαγνητικό -Fe με κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα, σταθερό σε θερμοκρασίες από 769 έως 917°C, θεωρείται ως τροποποίηση του σιδήρου και το -Fe, σταθερό σε υψηλές θερμοκρασίες (1394-1535°C), ονομάζεται -Fe σύμφωνα με την παράδοση (ιδέες για την ύπαρξη τεσσάρων τροποποιήσεων του σιδήρου προέκυψαν όταν η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ δεν υπήρχε ακόμη και δεν υπήρχαν αντικειμενικές πληροφορίες για εσωτερική δομήαδένας). Σημείο τήξεως 1535°C, σημείο βρασμού 2750°C, πυκνότητα 7,87 g/cm3. Το τυπικό δυναμικό του ζεύγους Fe 2+ /Fe 0 είναι 0,447V, το ζεύγος Fe 3+ /Fe 2+ είναι +0,771V.

Όταν αποθηκεύεται στον αέρα σε θερμοκρασίες έως 200°C, ο σίδηρος καλύπτεται σταδιακά με ένα πυκνό φιλμ οξειδίου, το οποίο εμποδίζει την περαιτέρω οξείδωση του μετάλλου. Στον υγρό αέρα, ο σίδηρος καλύπτεται με ένα χαλαρό στρώμα σκουριάς, το οποίο δεν εμποδίζει την πρόσβαση οξυγόνου και υγρασίας στο μέταλλο και την καταστροφή του. Η σκουριά δεν έχει μόνιμη χημική σύνθεση, περίπου ο χημικός τύπος του μπορεί να γραφτεί ως Fe 2 O 3 xH 2 O.

Ο σίδηρος αντιδρά με το οξυγόνο (Ο) όταν θερμαίνεται. Όταν ο σίδηρος καίγεται στον αέρα, σχηματίζεται οξείδιο Fe 2 O 3 και όταν ο σίδηρος καίγεται σε καθαρό οξυγόνο, σχηματίζεται οξείδιο Fe 3 O 4. Εάν το οξυγόνο ή ο αέρας διοχετεύεται μέσω λιωμένου σιδήρου, σχηματίζεται οξείδιο FeO. Όταν θερμαίνονται το θείο (S) και η σκόνη σιδήρου, σχηματίζεται θειούχο, ο κατά προσέγγιση τύπος του οποίου μπορεί να γραφεί ως FeS.

Ο σίδηρος αντιδρά με αλογόνα όταν θερμαίνεται. Δεδομένου ότι το FeF 3 είναι μη πτητικό, ο σίδηρος είναι ανθεκτικός στο φθόριο (F) μέχρι θερμοκρασίες 200-300°C. Όταν ο σίδηρος χλωριωθεί (σε θερμοκρασία περίπου 200°C), σχηματίζεται πτητικό FeCl 3. Εάν η αλληλεπίδραση σιδήρου και βρωμίου (Br) συμβαίνει σε θερμοκρασία δωματίου ή όταν θερμαίνεται και υψηλή πίεση του αίματοςατμός βρωμίου και στη συνέχεια σχηματίζεται FeBr 3. Όταν θερμαίνεται, το FeCl 3 και, ιδιαίτερα, το FeBr 3 διασπούν το αλογόνο και μετατρέπονται σε αλογονίδια σιδήρου (II). Όταν ο σίδηρος και το ιώδιο (Ι) αντιδρούν, σχηματίζεται ιωδίδιο Fe 3 I 8.

Όταν θερμαίνεται, ο σίδηρος αντιδρά με το άζωτο (N), σχηματίζοντας νιτρίδιο σιδήρου Fe 3 N, με φώσφορο (P), σχηματίζοντας φωσφίδια FeP, Fe 2 P και Fe 3 P, με άνθρακα (C), σχηματίζοντας καρβίδιο Fe 3 C, με πυρίτιο (Si), σχηματίζοντας πολλά πυριτικά, για παράδειγμα FeSi.

Σε αυξημένη πίεση, ο μεταλλικός σίδηρος αντιδρά με το μονοξείδιο του άνθρακα CO και σχηματίζεται υγρό, υπό κανονικές συνθήκες, εξαιρετικά πτητικός σίδηρος πεντακαρβονυλ Fe(CO) 5. Τα καρβονύλια σιδήρου των συνθέσεων Fe 2 (CO) 9 και Fe 3 (CO) 12 είναι επίσης γνωστά. Τα καρβονύλια του σιδήρου χρησιμεύουν ως πρώτες ύλες στη σύνθεση οργανικών ενώσεων σιδήρου, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης φερροκένιο.

Ο καθαρός μεταλλικός σίδηρος είναι σταθερός στο νερό και σε αραιά αλκαλικά διαλύματα. Σε συμπυκνωμένο θείο και νιτρικά οξέαο σίδηρος δεν διαλύεται, αφού ένα ισχυρό φιλμ οξειδίου παθητικοποιεί την επιφάνειά του.

Ο σίδηρος αντιδρά με υδροχλωρικά και αραιά (περίπου 20%) θειικά οξέα για να σχηματίσει άλατα σιδήρου (II):

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

Όταν ο σίδηρος αντιδρά με περίπου 70% θειικό οξύ, η αντίδραση προχωρά για να σχηματίσει θειικό σίδηρο (III):

2Fe + 4H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O

Το οξείδιο του σιδήρου (II) FeO έχει βασικές ιδιότητες η βάση Fe(OH) 2 του αντιστοιχεί. Το οξείδιο του σιδήρου (III) Fe 2 O 3 είναι ασθενώς επαμφοτερίζον και ταιριάζει με μια ακόμη πιο αδύναμη βάση από το Fe(OH) 2, Fe(OH) 3, το οποίο αντιδρά με οξέα:

2Fe(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

Το υδροξείδιο του σιδήρου (III) Fe(OH) 3 παρουσιάζει ασθενές αμφοτερικές ιδιότητες; είναι ικανό να αντιδρά μόνο με συμπυκνωμένα διαλύματα αλκαλίων:

Fe(OH) 3 + ΚΟΗ = Κ

Τα προκύπτοντα υδροξοσύμπλοκα σιδήρου (III) είναι σταθερά σε έντονα αλκαλικά διαλύματα. Όταν τα διαλύματα αραιώνονται με νερό, καταστρέφονται και καθιζάνει το υδροξείδιο του σιδήρου (III) Fe(OH) 3.

Οι ενώσεις σιδήρου (III) σε διαλύματα ανάγεται με μεταλλικό σίδηρο:

Fe + 2FeCl 3 = 3 FeCl 2

Κατά την αποθήκευση υδατικών διαλυμάτων αλάτων σιδήρου (II), παρατηρείται οξείδωση του σιδήρου (II) σε σίδηρο (III):

4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH)Cl 2

Από άλατα σιδήρου (II) σε υδατικά διαλύματασταθερό άλας Mohr διπλό θειικό αμμώνιο και σίδηρο (II) (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.

Ο σίδηρος (III) είναι ικανός να σχηματίζει διπλά θειικά άλατα με μεμονωμένα φορτισμένα κατιόντα όπως στυπτηρία, για παράδειγμα, στυπτηρία σιδήρου-καλίου KFe(SO 4) 2, στυπτηρία σιδήρου-καλίου (NH 4)Fe(SO 4) 2 σιδήρου αμμωνίου κ.λπ.

Όταν το αέριο χλώριο (Cl) ή το όζον δρα σε αλκαλικά διαλύματα ενώσεων σιδήρου (III), σχηματίζονται ενώσεις φερριτικού σιδήρου (VI), για παράδειγμα, φερριικό κάλιο (VI) (K): K 2 FeO 4. Υπάρχουν αναφορές για παραγωγή ενώσεων σιδήρου (VIII) υπό την επίδραση ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων.

Για την ανίχνευση ενώσεων σιδήρου (III) στο διάλυμα, χρησιμοποιείται μια ποιοτική αντίδραση ιόντων Fe 3+ με θειοκυανικά ιόντα ΚΝΣ. Όταν τα ιόντα Fe 3+ αλληλεπιδρούν με τα ανιόντα του ΚΝΣ, σχηματίζεται έντονο κόκκινο θειοκυανικό σίδηρο Fe(CNS) 3. Ένα άλλο αντιδραστήριο για τα ιόντα Fe 3+ είναι το εξακυανοφερρικό κάλιο (II) (K): K 4 (προηγουμένως αυτή η ουσία ονομαζόταν κίτρινο άλας αίματος). Όταν τα ιόντα Fe 3+ και 4 αλληλεπιδρούν, σχηματίζεται ένα έντονο μπλε ίζημα.

Ένα διάλυμα εξακυανοφερρικού καλίου (III) (K) K 3, που παλαιότερα ονομαζόταν κόκκινο άλας αίματος, μπορεί να χρησιμεύσει ως αντιδραστήριο για τα ιόντα Fe 2+ σε διάλυμα. Όταν τα ιόντα Fe 3+ και 3 αλληλεπιδρούν, σχηματίζεται ένα φωτεινό μπλε ίζημα της ίδιας σύνθεσης όπως στην περίπτωση της αλληλεπίδρασης των ιόντων Fe 3+ και 4.

Κράματα σιδήρου-άνθρακα:Ο σίδηρος χρησιμοποιείται κυρίως σε κράματα, κυρίως σε κράματα άνθρακα (C) σε διάφορους χυτοσίδηρους και χάλυβες. Στον χυτοσίδηρο, η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι υψηλότερη από 2,14% κατά βάρος (συνήθως σε επίπεδο 3,5-4%), στον χάλυβα η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι χαμηλότερη (συνήθως σε επίπεδο 0,8-1%).

Ο χυτοσίδηρος παράγεται σε υψικάμινους. Ο υψικάμινος είναι ένας γιγάντιος κόλουρος κώνος (ύψους έως 30-40 m), κοίλος εσωτερικά. Τα εσωτερικά τοιχώματα της υψικάμινου είναι επενδεδυμένα με πυρίμαχα τούβλα το πάχος της τοιχοποιίας είναι αρκετά μέτρα. Εμπλουτισμένο (απαλλαγμένο από απόβλητα πετρώματα) σιδηρομετάλλευμα, αναγωγικός παράγοντας οπτάνθρακα ( κάρβουνοειδικές ποιότητες, που υποβάλλονται σε οπτανθρακοποίηση - θέρμανση σε θερμοκρασία περίπου 1000°C χωρίς πρόσβαση αέρα), καθώς και υλικά τήξης (ασβεστόλιθος και άλλα) που βοηθούν στο διαχωρισμό των ακαθαρσιών της σκωρίας από το λιωμένο μέταλλο. Η υψικάμινος τροφοδοτείται από υψικάμινο από κάτω. Καθώς τα υλικά που φορτώνονται στην υψικάμινο χαμηλώνουν, η θερμοκρασία τους αυξάνεται στους 1200-1300°C. Ως αποτέλεσμα των αντιδράσεων αναγωγής που συμβαίνουν κυρίως με τη συμμετοχή οπτάνθρακα C και CO:

Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO;

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

Εμφανίζεται μεταλλικός σίδηρος, ο οποίος είναι κορεσμένος με άνθρακα (C) και ρέει προς τα κάτω.

Αυτό το τήγμα απελευθερώνεται περιοδικά από την υψικάμινο μέσω ενός ειδικού κλωβού οπών και το τήγμα αφήνεται να στερεοποιηθεί σε ειδικές φόρμες. Ο χυτοσίδηρος μπορεί να είναι λευκός, ο λεγόμενος χυτοσίδηρος (χρησιμοποιείται για την παραγωγή χάλυβα) και γκρίζος ή χυτοσίδηρος. Ο λευκός χυτοσίδηρος είναι στερεό διάλυμα άνθρακα (C) σε σίδηρο. Στη μικροδομή του γκρίζου χυτοσιδήρου διακρίνονται μικροκρυστάλλοι γραφίτη. Λόγω της παρουσίας γραφίτη, ο γκρίζος χυτοσίδηρος αφήνει σημάδι στο λευκό χαρτί.

Ο χυτοσίδηρος είναι εύθραυστος και σπάει όταν κρούεται, επομένως δεν μπορούν να κατασκευαστούν από αυτό ελατήρια, φυλλοειδή ελατήρια ή οποιαδήποτε προϊόντα που πρέπει να λυγίσουν.

Ο στερεός χυτοσίδηρος είναι ελαφρύτερος από τον λιωμένο χυτοσίδηρο, επομένως όταν στερεοποιείται, δεν συστέλλεται (όπως συνήθως όταν στερεοποιούνται μέταλλα και κράματα), αλλά διαστέλλεται. Αυτή η δυνατότητα σάς επιτρέπει να κάνετε διάφορα χυτά από χυτοσίδηρο, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης του ως υλικού για καλλιτεχνική χύτευση.

Εάν η περιεκτικότητα σε άνθρακα (C) στο χυτοσίδηρο μειωθεί στο 1,0-1,5%, τότε σχηματίζεται χάλυβας. Οι χάλυβες μπορεί να είναι άνθρακα (τέτοιοι χάλυβες δεν έχουν άλλα συστατικά εκτός από Fe και C) και κραματοποιημένοι (τέτοιοι χάλυβες περιέχουν πρόσθετα χρωμίου (Cr), νικελίου (Ni), μολυβδαινίου (Mo), κοβαλτίου (Co) και άλλων μετάλλων που βελτιώνουν τη μηχανική και άλλες ιδιότητες του χάλυβα).

Οι χάλυβες παράγονται με επεξεργασία χυτοσιδήρου και απορριμμάτων μετάλλου σε μετατροπέα οξυγόνου, ηλεκτρικό τόξο ή φούρνους ανοιχτής εστίας. Με μια τέτοια επεξεργασία, η περιεκτικότητα σε άνθρακα (C) στο κράμα μειώνεται στο απαιτούμενο επίπεδο, όπως λένε, η περίσσεια άνθρακα (C) καίγεται.

Οι φυσικές ιδιότητες του χάλυβα διαφέρουν σημαντικά από τις ιδιότητες του χυτοσιδήρου: ο χάλυβας είναι ελαστικός, μπορεί να σφυρηλατηθεί και να τυλιχθεί. Δεδομένου ότι ο χάλυβας, σε αντίθεση με τον χυτοσίδηρο, συστέλλεται κατά τη στερεοποίηση, τα προκύπτοντα χυτά χάλυβα υποβάλλονται σε συμπίεση σε ελασματουργεία. Μετά την έλαση, τα κενά και οι κοιλότητες που εμφανίστηκαν κατά τη στερεοποίηση των λιωμάτων εξαφανίζονται στον όγκο του μετάλλου.

Η παραγωγή χάλυβα έχει μακρά, βαθιά παράδοση στη Ρωσία και ο χάλυβας που παράγεται από τους μεταλλουργούς μας είναι υψηλής ποιότητας.

Ιστορία παραγωγής σιδήρου:Ο σίδηρος έπαιξε και συνεχίζει να παίζει εξαιρετικό ρόλο στην υλική ιστορία της ανθρωπότητας. Ο πρώτος μεταλλικός σίδηρος που έπεσε σε ανθρώπινα χέρια ήταν πιθανότατα μετεωριτικής προέλευσης. Τα μεταλλεύματα σιδήρου είναι ευρέως διαδεδομένα και συχνά βρίσκονται ακόμη και στην επιφάνεια της Γης, αλλά ο εγγενής σίδηρος στην επιφάνεια είναι εξαιρετικά σπάνιος. Πιθανώς, πριν από αρκετές χιλιάδες χρόνια, κάποιος παρατήρησε ότι μετά το κάψιμο μιας φωτιάς, σε ορισμένες περιπτώσεις παρατηρήθηκε σχηματισμός σιδήρου από εκείνα τα κομμάτια μεταλλεύματος που κατά λάθος κατέληξαν στη φωτιά. Όταν καίγεται μια φωτιά, η αναγωγή του σιδήρου από το μετάλλευμα συμβαίνει λόγω της αντίδρασης του μεταλλεύματος τόσο απευθείας με τον άνθρακα όσο και με το μονοξείδιο του άνθρακα (II) CO που σχηματίζεται κατά την καύση. Η δυνατότητα λήψης σιδήρου από μεταλλεύματα διευκολύνθηκε πολύ από την ανακάλυψη του γεγονότος ότι όταν το μετάλλευμα θερμαίνεται με άνθρακα, εμφανίζεται ένα μέταλλο, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να καθαριστεί περαιτέρω κατά τη σφυρηλάτηση. Η εξόρυξη σιδήρου από το μετάλλευμα με τη μέθοδο της εμφύσησης τυριού εφευρέθηκε στη Δυτική Ασία τη 2η χιλιετία π.Χ. Η περίοδος από τον 9ο έως τον 7ο αιώνα π.Χ., όταν αναπτύχθηκε η μεταλλουργία του σιδήρου σε πολλές φυλές της Ευρώπης και της Ασίας, ονομάστηκε Εποχή του Σιδήρου, η οποία αντικατέστησε την Εποχή του Χαλκού. Οι βελτιώσεις στις μεθόδους εμφύσησης (το φυσικό βύθισμα αντικαταστάθηκε από φυσούνες) και η αύξηση του ύψους της εστίας (εμφανίστηκαν φούρνοι χαμηλού άξονα) οδήγησαν στην παραγωγή χυτοσιδήρου, ο οποίος άρχισε να τήκεται ευρέως σε Δυτική Ευρώπηαπό τον 14ο αιώνα. Ο χυτοσίδηρος που προέκυψε μετατράπηκε σε χάλυβα. Από τα μέσα του 18ου αιώνα, στη διαδικασία υψικάμινου, αντί ξυλάνθρακαςάρχισε να χρησιμοποιεί οπτάνθρακα. Στη συνέχεια, οι μέθοδοι για τη λήψη σιδήρου από μεταλλεύματα βελτιώθηκαν σημαντικά και επί του παρόντος χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές για το σκοπό αυτό: υψικάμινοι, μετατροπείς οξυγόνου και κλίβανοι ηλεκτρικού τόξου.

Εύρεση στη φύση:Ο σίδηρος είναι αρκετά διαδεδομένος στον φλοιό της γης και αντιπροσωπεύει περίπου το 4,1% της μάζας του φλοιού της γης (4η θέση μεταξύ όλων των στοιχείων, 2η μεταξύ των μετάλλων). Γνωστός μεγάλος αριθμόςμεταλλεύματα και ορυκτά που περιέχουν σίδηρο. Μεγαλύτερης πρακτικής σημασίας είναι τα ερυθρά σιδηρομεταλλεύματα (μετάλλευμα αιματίτη, Fe 2 O 3, περιέχει έως και 70% Fe), τα μαγνητικά μεταλλεύματα σιδήρου (μεταλλεύματος μαγνητίτη, Fe 3 O 4, περιέχει 72,4% Fe), τα μεταλλεύματα καφέ σιδήρου (υδρογοαιθίτη μετάλλευμα НFeO 2 · n H 2 O), καθώς και τα μεταλλεύματα σιδήρου (σιδερίτη, ανθρακικός σίδηρος, FeCO 3, περιέχει περίπου 48% Fe). Μεγάλα κοιτάσματα πυρίτη FeS2 βρίσκονται επίσης στη φύση (άλλα ονόματα είναι πυρίτης θείου, σιδηροπυρίτης, δισουλφίδιο του σιδήρου και άλλα), αλλά τα μεταλλεύματα με υψηλή περιεκτικότητα σε θείο δεν έχουν ακόμη πρακτική σημασία. Η Ρωσία κατέχει την πρώτη θέση στον κόσμο όσον αφορά τα αποθέματα σιδηρομεταλλεύματος. ΣΕ θαλασσινό νερό 1·10 5 1·10 8% σίδηρος.

Εφαρμογή του σιδήρου, των κραμάτων και των ενώσεων του:Ο καθαρός σίδηρος έχει μάλλον περιορισμένες χρήσεις. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή πυρήνων ηλεκτρομαγνητών, ως καταλύτης χημικές διεργασίες, για κάποιους άλλους σκοπούς. Αλλά τα κράματα σιδήρου - χυτοσίδηρος και χάλυβας - αποτελούν τη βάση της σύγχρονης τεχνολογίας. Πολλές ενώσεις σιδήρου χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως. Έτσι, ο θειικός σίδηρος (III) χρησιμοποιείται στην επεξεργασία του νερού, τα οξείδια του σιδήρου και το κυάνιο χρησιμεύουν ως χρωστικές ουσίες στην κατασκευή βαφών κ.λπ.

Βιολογικός ρόλος:Ο σίδηρος υπάρχει στο σώμα όλων των φυτών και των ζώων ως ιχνοστοιχείο, δηλαδή σε πολύ μικρές ποσότητες (κατά μέσο όρο περίπου 0,02%). Ωστόσο, τα βακτήρια σιδήρου, τα οποία χρησιμοποιούν την ενέργεια της οξείδωσης του σιδήρου (II) σε σίδηρο (III) για τη χημειοσύνθεση, μπορούν να συσσωρεύσουν έως και 17-20% σίδηρο στα κύτταρά τους. Κύριος βιολογική λειτουργίασυμμετοχή σιδήρου στη μεταφορά οξυγόνου (Ο) και στις οξειδωτικές διεργασίες. Ο σίδηρος εκτελεί αυτή τη λειτουργία ως μέρος συμπλόκων πρωτεϊνών - αιμοπρωτεϊνών, η προσθετική ομάδα των οποίων είναι το σύμπλεγμα πορφυρίνης σιδήρου - αίμη. Μεταξύ των πιο σημαντικών αιμοπρωτεϊνών είναι οι αναπνευστικές χρωστικές αιμοσφαιρίνη και μυοσφαιρίνη, καθολικοί φορείς ηλεκτρονίων στις αντιδράσεις κυτταρική αναπνοή, οξείδωση και φωτοσύνθεση κυτοχρωμάτων, ενζύμων καταλόζης και υπεροξειδίου και άλλα. Σε ορισμένα ασπόνδυλα, οι αναπνευστικές χρωστικές που περιέχουν σίδηρο heloerythrin και chlorocruorin έχουν δομή διαφορετική από τις αιμοσφαιρίνες. Κατά τη βιοσύνθεση των αιμοπρωτεϊνών, ο σίδηρος μεταφέρεται σε αυτές από την πρωτεΐνη φερριτίνη, η οποία αποθηκεύει και μεταφέρει τον σίδηρο. Αυτή η πρωτεΐνη, ένα μόριο της οποίας περιέχει περίπου 4.500 άτομα σιδήρου, είναι συγκεντρωμένη στο ήπαρ, τον σπλήνα, μυελός των οστώνκαι του εντερικού βλεννογόνου των θηλαστικών και των ανθρώπων. Καθημερινή απαίτησηένα άτομο σε σίδηρο (6-20 mg) καλύπτεται άφθονα από τρόφιμα (κρέας, συκώτι, αυγά, ψωμί, σπανάκι, παντζάρια και άλλα είναι πλούσια σε σίδηρο). Το σώμα ενός μέσου ανθρώπου (σωματικό βάρος 70 κιλά) περιέχει 4,2 g σιδήρου, 1 λίτρο αίματος περιέχει περίπου 450 mg. Όταν υπάρχει έλλειψη σιδήρου στον οργανισμό, αναπτύσσεται αδενική αναιμία, η οποία αντιμετωπίζεται με φάρμακα που περιέχουν σίδηρο. Τα συμπληρώματα σιδήρου χρησιμοποιούνται επίσης ως γενικοί ενισχυτικοί παράγοντες. Μια υπερβολική δόση σιδήρου (200 mg ή περισσότερο) μπορεί να έχει τοξική επίδραση. Ο σίδηρος είναι επίσης απαραίτητος για φυσιολογική ανάπτυξηφυτά, επομένως υπάρχουν μικρολιπάσματα με βάση τα σκευάσματα σιδήρου.

Στην ενότητα για την ερώτηση ποιο είναι το σθένος του Fe (σίδηρος), μπορεί να αλλάξει; δίνεται από τον συγγραφέα χχχ χχχχη καλύτερη απάντηση είναι Είναι καλύτερο (πιο βολικό) να συζητήσουμε την ερώτηση χρησιμοποιώντας την έννοια της «κατάστασης οξείδωσης», αν και αυτό δεν είναι το ίδιο πράγμα με το «σθένος». Ο σίδηρος έχει στην πραγματικότητα ΤΕΣΣΕΡΙΣ σταθερές καταστάσεις οξείδωσης: 0, +2, +3 και +6. Σταθερό με την έννοια ότι το καθένα από αυτά έχει το δικό του χημικές ενώσειςγια παράδειγμα: Fe(CO)5 (0, σίδηρος καρβονύλιο); FeSO4 (+2, θειικός σίδηρος II); FeCl3 (+3, χλωριούχος σίδηρος III); K2FeO4 (+6, οξοφερρικό κάλιο). Ελπίζω ότι κάποια μέρα θα συνθέσουν ενώσεις σιδήρου με την υψηλότερη δυνατή κατάσταση οξείδωσης +8 - μέχρι στιγμής δεν το έχει καταφέρει κανείς.

Απάντηση από Κίρα[αρχάριος]
Μας είχαν μάθει την έννοια του σθένους στο σχολείο. Και στο πανεπιστήμιο, όταν έγραψαν τις εξισώσεις των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, χρησιμοποιούσαν σχεδόν αποκλειστικά την κατάσταση οξείδωσης. Για το σίδηρο, τα +2 και +3 είναι τα πιο συνηθισμένα. Στη συνέχεια εισήγαγαν μια άλλη έννοια - τον αριθμό συντονισμού. Στη συνέχεια, η έννοια του σθένους άρχισε να «θολώνει», όπως λες. Με αυτό εννοούν το ένα ή το άλλο πράγμα. Έτσι στο Fe(CO)5 η κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου είναι 0 και ο αριθμός συντονισμού είναι 5. (Στη συνέχεια στο οξοφερρατικό ανιόν (FeO4)2- ο αριθμός του σιδήρου είναι 4.

Απάντηση από Εκπαίδευση[γκουρού]
2 και 3 ναι ίσως

Απάντηση από Νευρολόγος[γκουρού]
Το σθένος, ή πιο συγκεκριμένα η κατάσταση οξείδωσης, του Fe είναι +2. +3 και +6. Φυσικά, μπορεί να αλλάξει. Το πιο σταθερό +3.

Το σθένος ενός ατόμου είναι η ικανότητά του να σχηματίζει έναν ορισμένο αριθμό χημικών δεσμών με άλλα άτομα. Για παράδειγμα, ο αριθμός των παύλων που εκτείνονται από το σύμβολο ενός στοιχείου σε δομικούς τύπους είναι ίσος με το σθένος αυτού του στοιχείου. Κοιτάξτε τους συντακτικούς τύπους ορισμένων ουσιών παρακάτω - δείχνουν ότι το υδρογόνο και το χλώριο είναι μονοσθενή, το οξυγόνο είναι δισθενές, ο άνθρακας είναι τετρασθενές και το άζωτο είναι τρισθενές.

Οι τελείες εδώ υποδεικνύουν μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων, αλλά δεν εμφανίζονται πάντα σε δομικούς τύπους (δεν εμπλέκονται άμεσα στη σύνδεση, αν και είναι σημαντικά από την άποψη του κανόνα της οκτάδας). Σε δομικούς τύπους, κάθε παύλα είναι ακριβώς ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων. Επομένως, μπορούμε να δώσουμε τον ακόλουθο ορισμό του σθένους:

Το σθένος ορίζεται ως ο αριθμός των ζευγών ηλεκτρονίων με τα οποία ένα δεδομένο άτομο συνδέεται με άλλα άτομα.

Δεδομένου ότι μόνο τα ηλεκτρόνια του εξωτερικού κελύφους συμμετέχουν σε έναν χημικό δεσμό, τέτοια ηλεκτρόνια ονομάζονται ηλεκτρόνια σθένους. Ένας απλός (απλός) δεσμός προκύπτει όταν τα άτομα μοιράζονται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων σθένους.

Δομικοί τύποιδείχνουν ξεκάθαρα τη σύνθεση μιας ουσίας, την αλληλουχία δεσμών των ατόμων μεταξύ τους και το σθένος των στοιχείων. Αν όμως τέτοια λεπτομερείς πληροφορίεςδεν χρειάζεται, η σύνθεση της ουσίας μπορεί να γραφτεί με τη μορφή συντομευμένων χημικών τύπων:

H2 (υδρογόνο) Cl2 (χλώριο) CO2 ( διοξείδιο του άνθρακα) H2O (νερό) N2H4 (υδραζίνη) N2 (άζωτο)

Σε αυτή την περίπτωση, όλες οι ουσίες αποτελούνται από μόρια, επομένως τέτοιοι τύποι ονομάζονται όχι απλώς συντομευμένοι, αλλά μοριακοί. Ο αριθμός κάτω δεξιά στο σύμβολο του στοιχείου ονομάζεται ευρετήριο. Ο δείκτης δείχνει πόσα άτομα ενός δεδομένου στοιχείου περιέχονται σε ένα μόριο. Το ευρετήριο 1 δεν γράφεται ποτέ.

Το σθένος ενός στοιχείου καθορίζεται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων που συμμετέχουν στο σχηματισμό χημικών δεσμών.

Η έννοια του σθένους καθιερώθηκε σταθερά στην επιστήμη από τα μέσα του περασμένου αιώνα. Με βάση την ύπαρξη δεσμούς σθένους, A.M Butlerov (1862) έχτισε μια θεωρία της χημικής δομής. Αυτή η θεωρία δημιουργήθηκε κυρίως σε σχέση με οργανικές ενώσεις, καθώς σε αυτές εκφράζεται με μεγαλύτερη σαφήνεια η εξάρτηση των ιδιοτήτων των ουσιών όχι μόνο από τη σύνθεση, αλλά και από τη δομή των μορίων τους.

Ο A. M. Butlerov θεώρησε ότι ήταν η αιτία όλων των αντιδράσεων στις οποίες εισέρχεται μια ουσία χημική δομή- η αλληλουχία των συνδέσεων μεταξύ των ατόμων σε ένα μόριο, η φύση της αλληλεπίδρασής τους και η αμοιβαία επιρροή τους.

Η μελέτη της φύσης του σθένους και της φύσης των χημικών δεσμών οδήγησε στη διαίρεση της έννοιας του σθένους σε μια σειρά από νέες, πιο συγκεκριμένες έννοιες: ομοιοπολικό, ιονικό σθένος, αριθμός συντονισμού, αριθμός οξείδωσης (αριθμός οξείδωσης).

Οι χημικές ιδιότητες των στοιχείων καθορίζονται από τη δομή των εξωτερικών ηλεκτρονικών στρωμάτων των ατόμων. Χημική αντίδρασηανάγεται στην αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων σθένους των ατόμων που συμμετέχουν στην αντίδραση. Επομένως, ανάλογα με τη δομή των ατόμων, η φύση της αλληλεπίδρασης μπορεί να είναι διαφορετική. Έτσι, ο τύπος του δεσμού μεταξύ των ατόμων καθορίζεται από τη δομή τους.

Η φύση του χημικού δεσμού αποκαλύφθηκε κάπως με την εμφάνιση της κβαντικής μηχανικής, η οποία λαμβάνει υπόψη ιδιότητες κυμάτωνηλεκτρόνιο.

Οι κβαντομηχανικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι μόνο άτομα που έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια μπορούν να αλληλεπιδράσουν. Ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων καθορίζει το σθένος ενός ατόμου ενός συγκεκριμένου στοιχείου. Τα ηλεκτρόνια σθένους των ατόμων των στοιχείων των κύριων υποομάδων του περιοδικού συστήματος βρίσκονται στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας (s και p υποεπίπεδα) και για τα ΣΤΟΙΧΕΙΑ των πλευρικών υποομάδων - επιπλέον, στο d-υποεπίπεδο πριν από το εξωτερικό επίπεδο. Σε άτομα λανθανιδών και ακτινιδών, τα f-ηλεκτρόνια του τρίτου εξωτερικού ενεργειακού επιπέδου μπορούν επίσης να είναι ηλεκτρόνια σθένους. Το σθένος των στοιχείων δεν συμπίπτει πάντα με τον αριθμό των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, ένα άτομο θείου έχει δύο ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με αυτό, το θείο δίνει ενώσεις στις οποίες είναι δισθενές, αλλά είναι γνωστές ενώσεις στις οποίες το σθένος του θείου είναι τέσσερα και ακόμη έξι. Η αύξηση του σθένους του θείου c σχετίζεται με την αύξηση του αριθμού των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της διέγερσης του ατόμου και της μετάβασης ενός από τα ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια στο πλησιέστερο υποεπίπεδο του ίδιου ενεργειακού επιπέδου. Η μετάβαση ενός ηλεκτρονίου p από τη μια κατάσταση στην άλλη αυξάνει τον αριθμό των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων κατά δύο, επομένως, το σθένος του ατόμου αυξάνεται κατά δύο μονάδες. η μεταφορά ενός ηλεκτρονίου s οδηγεί σε αύξηση του σθένους κατά δύο ακόμη μονάδες. Έτσι, το μέγιστο σθένος των ατόμων πολλών στοιχείων επιτυγχάνεται μόνο σε διεγερμένη κατάσταση. Ανάλογα με το βαθμό διέγερσης του ατόμου, ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων μπορεί να ποικίλλει, έτσι πολλά στοιχεία παρουσιάζουν μεταβλητό σθένος.

---- Γιατί ο σίδηρος έχει σθένος 2,3,6 στις ενώσεις. Εξηγήστε από ηλεκτρονική σκοπιά.

Ο σίδηρος έχει στην πραγματικότητα ΤΕΣΣΕΡΙΣ σταθερές καταστάσεις οξείδωσης: 0, +2, +3 και +6. Σταθερό με την έννοια ότι καθένα από αυτά έχει τις δικές του χημικές ΕΝΩΣΕΙΣ, για παράδειγμα: Fe(CO)5 (0, καρβονύλιο σιδήρου); FeSO4 (+2, θειικός σίδηρος II); FeCl3 (+3, χλωριούχος σίδηρος III); K2FeO4 (+6, οξοφερρικό κάλιο). Ελπίζω ότι κάποια μέρα θα συνθέσουν ενώσεις σιδήρου με την υψηλότερη δυνατή κατάσταση οξείδωσης +8 - μέχρι στιγμής δεν το έχει καταφέρει κανείς.

μέσο σθένος σιδήρου Fe2,5 +, Fe 2 + και Fe 3 +

ΣΙΔΗΡΟΣ (λατ. Ferrum), Fe, χημικό στοιχείο της ομάδας VIII του περιοδικού συστήματος, ατομικός αριθμός 26, ατομική μάζα 55,847. Η προέλευση τόσο της λατινικής όσο και της ρωσικής ονομασίας του στοιχείου δεν έχει εξακριβωθεί με σαφήνεια. Ο φυσικός σίδηρος είναι ένα μείγμα τεσσάρων νουκλεϊδίων με αριθμούς μάζας 54 (η περιεκτικότητα στο φυσικό μείγμα είναι 5,82% κατά βάρος), 56 (91,66%), 57 (2,19%) και 58 (0,33%). Η διαμόρφωση των δύο εξωτερικών ηλεκτρονικών στρωμάτων είναι 3s2p6d64s2. Τυπικά σχηματίζει ενώσεις σε καταστάσεις οξείδωσης +3 (σθένος III) και +2 (σθένος II). Είναι επίσης γνωστές ενώσεις με άτομα σιδήρου σε καταστάσεις οξείδωσης +4, +6 και μερικές άλλες.

Στο περιοδικό σύστημα του Mendeleev, ο σίδηρος περιλαμβάνεται στην ομάδα VIII. Στην τέταρτη περίοδο, στην οποία ανήκει και ο σίδηρος, η ομάδα αυτή περιλαμβάνει, εκτός από τον σίδηρο, και το κοβάλτιο (Co) και το νικέλιο (Ni). Αυτά τα τρία στοιχεία σχηματίζουν μια τριάδα και έχουν παρόμοιες ιδιότητες.

Η ακτίνα του ουδέτερου ατόμου σιδήρου είναι 0,126 nm, η ακτίνα του ιόντος Fe2+ είναι 0,080 nm και του ιόντος Fe3+ είναι 0,067 nm. Οι ενέργειες του διαδοχικού ιονισμού του ατόμου του σιδήρου είναι 7.893, 16.18, 30.65, 57, 79 eV. Συγγένεια ηλεκτρονίων 0,58 eV. Σύμφωνα με την κλίμακα Pauling, η ηλεκτραρνητικότητα του σιδήρου είναι περίπου 1,8.

Ο σίδηρος υψηλής καθαρότητας είναι ένα γυαλιστερό ασημί-γκρι, όλκιμο μέταλλο που προσφέρεται καλά σε διάφορες μεθόδους μηχανικής επεξεργασίας.

Φυσικές και χημικές ιδιότητες: σε θερμοκρασίες από θερμοκρασία δωματίου έως 917°C, καθώς και στο εύρος θερμοκρασίας 1394-1535°C, υπάρχει -Fe με κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα σε θερμοκρασία δωματίου, η παράμετρος πλέγματος a = 0,286645 nm. Σε θερμοκρασίες 917-1394°C, το -Fe με κυβικό πλέγμα T (a = 0,36468 nm) είναι σταθερό. Σε θερμοκρασίες από τη θερμοκρασία δωματίου έως τους 769°C (το λεγόμενο σημείο Κιουρί), ο σίδηρος έχει ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες (λέγεται ότι είναι σιδηρομαγνητικός σε υψηλότερες θερμοκρασίες, ο σίδηρος συμπεριφέρεται ως παραμαγνήτης). Μερικές φορές το παραμαγνητικό -Fe με κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα, σταθερό σε θερμοκρασίες από 769 έως 917°C, θεωρείται ως τροποποίηση του σιδήρου και το -Fe, σταθερό σε υψηλές θερμοκρασίες (1394-1535°C), ονομάζεται -Fe σύμφωνα με την παράδοση (ιδέες για την ύπαρξη τεσσάρων τροποποιήσεων του σιδήρου προέκυψαν όταν δεν υπήρχε ακόμη ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ και δεν υπήρχαν αντικειμενικές πληροφορίες για την εσωτερική δομή του σιδήρου). Σημείο τήξεως 1535°C, σημείο βρασμού 2750°C, πυκνότητα 7,87 g/cm3. Το τυπικό δυναμικό του ζεύγους Fe2+/Fe0 είναι –0,447V, του ζεύγους Fe3+/Fe2+ είναι +0,771V.

Όταν αποθηκεύεται στον αέρα σε θερμοκρασίες έως 200°C, ο σίδηρος καλύπτεται σταδιακά με ένα πυκνό φιλμ οξειδίου, το οποίο εμποδίζει την περαιτέρω οξείδωση του μετάλλου. Στον υγρό αέρα, ο σίδηρος καλύπτεται με ένα χαλαρό στρώμα σκουριάς, το οποίο δεν εμποδίζει την πρόσβαση οξυγόνου και υγρασίας στο μέταλλο και την καταστροφή του. Η σκουριά δεν έχει σταθερή χημική σύνθεση περίπου ο χημικός τύπος της μπορεί να γραφτεί ως Fe2O3 xH2O.

Ο σίδηρος αντιδρά με το οξυγόνο (Ο) όταν θερμαίνεται. Όταν ο σίδηρος καίγεται στον αέρα, σχηματίζεται το οξείδιο Fe2O3, όταν καίγεται σε καθαρό οξυγόνο, σχηματίζεται το οξείδιο Fe3O4. Εάν το οξυγόνο ή ο αέρας διοχετεύεται μέσω λιωμένου σιδήρου, σχηματίζεται οξείδιο FeO. Όταν θερμαίνονται το θείο (S) και η σκόνη σιδήρου, σχηματίζεται θειούχο, ο κατά προσέγγιση τύπος του οποίου μπορεί να γραφεί ως FeS.

Ο σίδηρος αντιδρά με αλογόνα όταν θερμαίνεται. Δεδομένου ότι το FeF3 είναι μη πτητικό, ο σίδηρος είναι ανθεκτικός στο φθόριο (F) μέχρι τις θερμοκρασίες των 200-300°C. Όταν ο σίδηρος χλωριωθεί (σε θερμοκρασία περίπου 200°C), σχηματίζεται πτητικό FeCl3. Εάν η αλληλεπίδραση σιδήρου και βρωμίου (Br) συμβεί σε θερμοκρασία δωματίου ή με θέρμανση και αυξημένη πίεση ατμών βρωμίου, σχηματίζεται FeBr3. Όταν θερμαίνεται, το FeCl3 και, ειδικά, το FeBr3 διασπούν το αλογόνο και μετατρέπονται σε αλογονίδια σιδήρου (II). Η αλληλεπίδραση σιδήρου και ιωδίου (Ι) παράγει ιωδίδιο Fe3I8.

Όταν θερμαίνεται, ο σίδηρος αντιδρά με άζωτο (N) για να σχηματίσει νιτρίδιο σιδήρου Fe3N, με φώσφορο (P) για να σχηματίσει τα φωσφίδια FeP, Fe2P και Fe3P, με άνθρακα (C) για να σχηματίσει καρβίδιο Fe3C, με πυρίτιο (Si) για να σχηματίσει πολλά πυριτικά. , π.χ. FeSi.

Σε αυξημένη πίεση, ο μεταλλικός σίδηρος αντιδρά με το μονοξείδιο του άνθρακα CO και σχηματίζεται υγρό, υπό κανονικές συνθήκες, εξαιρετικά πτητικός σίδηρος πεντακαρβονυλ Fe(CO)5. Τα καρβονύλια σιδήρου των συνθέσεων Fe2(CO)9 και Fe3(CO)12 είναι επίσης γνωστά. Τα καρβονύλια του σιδήρου χρησιμεύουν ως πρώτες ύλες στη σύνθεση οργανικών ενώσεων σιδήρου, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης φερροκένιο.

Ο καθαρός μεταλλικός σίδηρος είναι σταθερός στο νερό και σε αραιά αλκαλικά διαλύματα. Ο σίδηρος δεν διαλύεται σε πυκνά θειικά και νιτρικά οξέα, καθώς ένα ισχυρό φιλμ οξειδίου παθητικοποιεί την επιφάνειά του.

Ο σίδηρος αντιδρά με υδροχλωρικά και αραιά (περίπου 20%) θειικά οξέα για να σχηματίσει άλατα σιδήρου (II):

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

Όταν ο σίδηρος αντιδρά με περίπου 70% θειικό οξύ, η αντίδραση προχωρά για να σχηματίσει θειικό σίδηρο (III):

2Fe + 4H2SO4 = Fe2 (SO4)3 + SO2 + 4H2O

Το οξείδιο του σιδήρου (II) FeO έχει βασικές ιδιότητες η βάση του Fe(OH)2. Το οξείδιο του σιδήρου (III) Fe2O3 είναι ασθενώς επαμφοτερίζον και συνοδεύεται από μια ακόμη πιο αδύναμη βάση από το Fe(OH)2, το Fe(OH)3, το οποίο αντιδρά με οξέα:

2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O

Το υδροξείδιο του σιδήρου (III) Fe(OH)3 παρουσιάζει ασθενώς αμφοτερικές ιδιότητες. είναι ικανό να αντιδρά μόνο με συμπυκνωμένα διαλύματα αλκαλίων:

Fe(OH)3 + ΚΟΗ = Κ

Τα προκύπτοντα υδροξοσύμπλοκα σιδήρου (III) είναι σταθερά σε έντονα αλκαλικά διαλύματα. Όταν τα διαλύματα αραιώνονται με νερό, καταστρέφονται και καθιζάνει το υδροξείδιο του σιδήρου (III) Fe(OH)3.

Οι ενώσεις σιδήρου (III) σε διαλύματα ανάγεται με μεταλλικό σίδηρο:

Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2

Κατά την αποθήκευση υδατικών διαλυμάτων αλάτων σιδήρου (II), παρατηρείται οξείδωση του σιδήρου (II) σε σίδηρο (III):

4FeCl2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)Cl2

Από τα άλατα σιδήρου (II), το πιο σταθερό σε υδατικά διαλύματα είναι το άλας Mohr - διπλό αμμώνιο και θειικός σίδηρος (II) (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O.

Ο σίδηρος (III) είναι ικανός να σχηματίζει διπλά θειικά άλατα με μονοφορτισμένα κατιόντα όπως στυπτηρία, για παράδειγμα, KFe(SO4)2 - στυπτηρία σιδήρου-καλίου, (NH4)Fe(SO4)2 - στυπτηρία σιδήρου-αμμωνίου κ.λπ.

Όταν το αέριο χλώριο (Cl) ή το όζον δρα σε αλκαλικά διαλύματα ενώσεων σιδήρου (III), σχηματίζονται ενώσεις σιδήρου (VI) - φερρικά, για παράδειγμα, φερριτικό κάλιο (VI) (K): K2FeO4. Υπάρχουν αναφορές για παραγωγή ενώσεων σιδήρου (VIII) υπό την επίδραση ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων.

Για την ανίχνευση ενώσεων σιδήρου (III) στο διάλυμα, χρησιμοποιείται μια ποιοτική αντίδραση ιόντων Fe3+ με θειοκυανικά ιόντα CNS–. Όταν τα ιόντα Fe3+ αλληλεπιδρούν με τα ανιόντα του ΚΝΣ, σχηματίζεται έντονο κόκκινο θειοκυανικό σίδηρο Fe(CNS)3. Ένα άλλο αντιδραστήριο για τα ιόντα Fe3+ είναι το εξακυανοφερρικό κάλιο (II) (K): K4 (προηγουμένως αυτή η ουσία ονομαζόταν κίτρινο άλας αίματος). Όταν τα ιόντα Fe3+ και 4– αλληλεπιδρούν, σχηματίζεται ένα έντονο μπλε ίζημα.

Ένα διάλυμα εξακυανοφερρικού καλίου (III) (K) K3, που παλαιότερα ονομαζόταν κόκκινο άλας αίματος, μπορεί να χρησιμεύσει ως αντιδραστήριο για τα ιόντα Fe2+ σε διάλυμα. Όταν αλληλεπιδρούν ιόντα Fe3+ και 3–, σχηματίζεται ένα φωτεινό μπλε ίζημα της ίδιας σύνθεσης όπως στην περίπτωση της αλληλεπίδρασης των ιόντων Fe3+ και 4–.

Κράματα σιδήρου-άνθρακα: Ο σίδηρος χρησιμοποιείται κυρίως σε κράματα, κυρίως σε κράματα άνθρακα (C)—διαφόρους χυτοσίδηρους και χάλυβες. Στον χυτοσίδηρο, η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι υψηλότερη από 2,14% κατά βάρος (συνήθως σε επίπεδο 3,5-4%), στον χάλυβα η περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι χαμηλότερη (συνήθως σε επίπεδο 0,8-1%).