Материал: Химия железа

Ферраты также можно получить электролизом <#"814424.files/image031.gif">

Ферраты - сильные окислители. В кислой среде разлагаются с выделением кислорода:

Окислительные свойства ферратов используют для обеззараживания воды <#"814424.files/image033.gif">-265 кДж/моль;

-244 кДж/моль;

 60,8 Дж/моль.K.

Гидроксид железа (II) Fe(OH)2. Образуется в виде хлопьевидного желтовато-белого осадка при обработке растворов солей железа (II) щелочами без доступа воздуха. Решетка типа CdCl2. Мало растворим в щелочах. Растворяется в кислотах. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 503,6 Cм.см2/моль. Проявляет основные свойства. В присутствии окислителей мгновенно превращается в Fe(ОН)3.

-562 кДж/моль;

-479,7 кДж/моль;

 88 Дж/моль.K.

Фторид железа (II) FeF2. Белые (слегка желтоватые) тетрагональные кристаллы. Решетка типа рутила. tпл=1100°С, плотность равна 3,95-4,01 г/см3. Растворяется в воде. Восстанавливается до железа водородом при высокой температуре. Известны кристаллогидраты FeF2.nН2О (n=4, 8). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 217,8 Cм.см2/моль. Получают действием фтора на металлическое железо, действием газообразного HF на металлическое железо, а также дегидратацией кристаллогидратов FeF2.4Н2О и FeF2.4Н2О.

Хлорид железа (II) FeCl2. Парамагнитные бесцветные ромбоэдрические кристаллы. Решетка типа CdCl2. tпл=674°С, tкип=1012°С, плотность равна 2,988 г/см3. Растворяется в метаноле, ацетоне, ацетонитриле. Безводный FeCl2 мало растворим в воде. Известны кристаллогидраты FeCl2.nН2О (n=1, 2, 4, 6). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 259,7 Cм.см2/моль. Получают действием HCl на стружку железа или на карбид железа, а также дегидратацией кристаллогидратов FeCl2.nН2О (n=2, 4, 6).

-341,7 кДж/моль;

-303,4 кДж/моль;

 118 Дж/моль.K.

Бромид железа (II) FeBr2. Желтые гексагональные кристаллы с кристаллической структурой типа CdI2 c плотностью 4,636 г/см3, tпл=684оС, tкип=927оС. Растворим в воде, спирте, эфире, уксусной кислоте и т.п., трудно растворим в феноле на холоду, неустойчив на воздухе и превращается в Fe2O3 и Br2 при нагревании до 300оС на воздухе. Известны кристаллогидраты FeBr2.nН2О (n=9, 6, 4, 2). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 263,2 Cм.см2/моль. Получают действием брома, HBr или NH4Br на тонкие железные пластинки.

Иодид железа (II) FeI2. Красновато-коричневая (часто черная) масса или парамагнитные желтые гексагональные кристаллы. tпл=592°С, tкип=827°С, плотность равна 5,315 г/см3. При нагревании на воздухе превращается в Fe2O3 и I2. Растворяется в воде. Известны кристаллогидраты FeI2.nН2О (n=2, 4, 6, 9). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 260,6 Cм.см2/моль. Получают нагреванием прямым взаимодействием элементов, взаимодействием железа с NaI, действием иода на сульфиды железа. Применяют для лечения анемии.

Сульфид железа (II) FeS. Встречается в природе в виде минерала пирротина, представляющего собой желтые гексагональные кристаллы с магнитными свойствами. Плотность равна 4,58-4,70 г/см3. FeS представляет собой темно-коричневые гексагональные кристаллы. Решетка типа NiAs. tпл=1193°С. Мало растворим в воде, растворяется в разбавленных кислотах. При нагревании взаимодействует с парами воды. Влажный FeS окисляется на воздухе до Fе(OH)3. Получают нагреванием железа с серой, пропусканием смеси H2S и H2 над нагретым до 750-1000°С Fe2O3, действием сульфида аммония на растворы солей железа (II).

 -100,42 кДж/моль;

 60,29 Дж/моль.K.

Дисульфид железа (II) FeS2. Встречается в природе в виде минерала пирита или марказита. Пирит обладает блестящим желтым цветом, кристаллической структурой типа NaCl и является одним из самых распространенных минералов железа. tпл=1171°С. Получают нагреванием с серой порошкообразного железа или пропусканием H2S через суспензию гидроксида железа (III).

 -177,40 кДж/моль;

 -166,05 кДж/моль;

 52,93 Дж/моль.K.

Сульфат железа (II) FeSO4. Токсичные, очень гигроскопичные парамагнитные орторомбические кристаллы белого цвета. Плотность равна 3,14 г/см3. Известны кристаллогидраты FeSО4.nН2О (n=1, 4, 7). При нагревании на воздухе превращается в Fe2O3. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 267 Cм.см2/моль. Получают прокаливанием пирита, нагреванием PbSO4 с железом, дегидратацией кристаллогидрата FeSО4.7Н2О.

 -927,59 кДж/моль;

 -819,77 кДж/моль;

 107,53 Дж/моль.K.

Двойной сульфат железа (II) и аммония (соль Мора) (NH4)2SO4.FeSO4. Парамагнитные сине-зеленые моноклинные кристаллы. Растворяется в воде. Устойчив на воздухе. Применяют в объемной анализе для приготовления стандартных растворов железа (II) и калибровки веществ при магнитных измерениях.

Нитрат железа (II) Fe(NO3)2.6H2O. Выпадает в виде кристаллов из раствора, полученного либо растворением металлического железа в разбавленной азотной кислоте, либо обработкой раствора сульфата железа (II) раствором нитрата бария. tпл=60,5°С. Известен кристаллогидрат Fe(NО3)2.9Н2О.

Ортофосфат железа (II) Fe3(PO4)2.8H2O. Встречается в природе в виде минерала вивианита. Голубовато-белые моноклинные кристаллы. Плотность равна 2,58 г/см3. Мало растворим в воде и уксусной кислоте. Растворяется в минеральных кислотах. Вещество хранят в герметически закрытых склянках, так как оно легко окисляется на воздухе. Известны кристаллогидраты Fe3(PО4)2.nН2О (n=1, 6).

Карбонат железа (II) FeCO3. Встречается в природе в виде минерала сидерита или железного шпата. Парамагнитный блестящий белый порошок. Плотность равна 3,82-3,90 г/см3. Мало растворим в воде, растворяется в минеральных кислотах и растворах гидрокарбоната натрия. Окисляется во влажном воздухе. Разлагается при нагревании на FeO и CO2. Восстанавливается водородом при нагревании. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 245,6 Cм.см2/моль. Получают обработкой растворов солей железа (II) растворами карбоната или бикарбоната натрия.

 -738,15 кДж/моль;

 -665,09 кДж/моль;

 95,40 Дж/моль.K.

Гексацианоферрат (II) железа K4[Fe(CN)6].3H2O. Диамагнитные желтые моноклинные кристаллы, нетоксичные, соленые и горькие на вкус. Плотность равна 1,94 г/см3. Растворяется в воде, этиламине, ацетоне. Получают действием КCN на Fe(CN)2. Применяют для изготовления фотобумаги, как химический реактив для определения железа, цинка, меди, урана, метиленовой сини и в производстве минеральных красителей.

Соединения трехвалентного железа

Оксид железа (III) Fe2O3. Самое устойчивое природное кислородсодержащее соединение железа, которое встречается в виде минералов гематита или красного железняка. Существует три модификации: a-Fe2О3 (парамагнитна), g-Fe2О3 (ферромагнитна), d-Fe2О3 (ферромагнитна). a-Fe2О3 представляет собой красный порошок. tпл=1562°С, плотность равна 5,24 г/см3. Мало растворим в воде. Растворимость в кислотах зависит от температуры и продолжительности прокаливания оксида перед растворением. Получают прокаливанием гидроксида или нитрата железа (III), карбоната, сульфата железа (II) или пирита на воздухе. Применяется как пигмент для изготовления красок под названием железный сурик, охра, мумия.

 -822 кДж/моль;

 -740 кДж/моль;

 87 Дж/моль.K.

Оксид железа (II, III) Fe3O4. Встречается в виде минерала магнетита (структура шпинели). Ферромагнитные ломкие черные кубические кристаллы с металлическим блеском. tпл=1538°С. Мало растворим в воде и кислотах. Устойчив в сухом воздухе. Получают прокаливанием других оксидов железа или восстановлением водородом или СО. Применяют для изготовления электродов, поскольку хорошо проводит электрический ток и устойчив к действию химических реагентов.

 -1117,13 кДж/моль;

 -1014,17 кДж/моль;

 146,19 Дж/моль.K.

Гидроксид железа (III) Fe(OH)3. Образуется в виде красно-коричневого осадка при обработке растворов солей железа (III) гидроксидами или карбонатами щелочных металлов. Мало растворим в воде. Легко образует коллоидные растворы. Является слабым основанием почти амфотерного характера. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 798,9 Cм.см2/моль. Применяют для очистки газов от сероводорода, а также в случае отравления соединениями мышьяка.

 -827 кДж/моль;

 -699,6 кДж/моль;

 105 Дж/моль.K.

Фторид железа (III) FeF3. Зеленые триклинные кристаллы. Решетка типа ReO3. tпл=1027°С, tкип=1327°С, плотность равна 3,87 г/см3. Мало растворим в спирте, эфире. Гидролизуется водой. Восстанавливается водородом при нагревании. Известны кристаллогидраты FeF3.nН2О (n=3, 4,5, 6, 9). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 370,2 Cм.см2/моль. Получают действием фтора на порошкообразное железо, FeCl2 или Fe2Cl6, а также нагреванием Fe2O3 в атмосфере HF.

Хлорид железа (III) FeCl3. Парамагнитные гигроскопичные гексагональные темно-красные с зеленоватым оттенком кристаллы. tпл=308°С [1], tкип=317°С, плотность равна 2,898 г/см3. Гидролизуется водой. Растворяется в жидком SO2, жидком хлоре, AsCl3, PBr3, CS2. Превращается в Fe2O3 и Cl2 при нагревании на воздухе. Проявляет окислительные свойства. Известны кристаллогидраты FeCl3.nН2О (n=4, 5, 7, 12). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 433,05 Cм.см2/моль. Получают действием сухого хлора на металлическое железо или на смесь Fe2O3 с углем, на расплав FeCl2, на пирит или сульфид железа (II). Обладает кровоостанавливающим действием и применяется как катализатор в реакциях Фриделя-Крафтса, а также для лечения анемии и получения некоторых органических красителей.

 -399,4 кДж/моль.

Бромид железа (III) FeBr3. Расплывающиеся на воздухе темно-красные гексагональные кристаллы. tпл=227°С [2], tкип=627°С. Растворяется в спирте, эфире, уксусной кислоте. Проявляет окислительные свойства. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 438,3 Cм.см2/моль. Получают действием брома на железо или на FeBr2. Применяют в качестве бромирующего агента.

Сульфат железа (III) Fe2(SO4)3. Парамагнитный очень гигроскопичный желтовато-белый кристаллический порошок. Плотность равна 3,097 г/см3. Растворяется воде и разбавленной серной кислоте. Мало растворим в спирте. Разлагается при нагревании на Fe2O3 и SО2. Обладает окислительными свойствами. Известны кристаллогидраты Fe2(SО4)3.nН2О (n =1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 12). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25оС равна 888 Cм.см2/моль. Применяют как химический реактив при гидрометаллургической обработке медных руд, при коагуляции и осаждении загрязненной воды, как окислитель в различных реакциях и как катализатор в различных синтезах.

 -2580 кДж/моль;

 -2253 кДж/моль;

 283 Дж/моль.K.

Нитрат железа (III) Fe(NO3)3.9H2O. Представляет собой фиолетовые кристаллы, растворимые в воде и в эфире. Получается при растворении железа в азотной кислоте (плотность равна 1,29 г/см3).

Ортофосфат железа (III) FePO4.2H2O. Выпадает в виде желтого осадка при действии на растворы солей железа (III) гидрофосфата натрия в присутствии ацетата аммония. Мало растворим в воде и уксусной кислоте. Взаимодействует с минеральными кислотами.

Гексацианоферрат (III) железа K3[Fe(CN)6].3H2O. Токсичные парамагнитные оранжево-красные (или желтые при -190оС) моноклинные призмы. Плотность равна 1,85 г/см3. Растворяется в воде и мало растворим в жидком SO2, гидразине и спирте. Проявляет окислительные свойства. Получают действием КCN на Fe(CN)3.

Тиоционат (роданид) железа (III) Fe(CSN)3. Парамагнитные красные с зеленым оттенком кубические кристаллы. Обладают металлическим вкусом, очень гигроскопичны. Растворяются в воде, эфире, спиртах и жидком SO2, мало растворим в CHCl3, CHBr3, CCl4, C2H5Br и C6H5CH3. Получают взаимодействием гидроксида железа (III) с HSCN или обработкой Ba(SCN)2 раствора сульфата железа (III).

Соединения шестивалентного железа

Феррат калия K2FeO4. Пурпурно-красного цвета. Образуется при действии хлора на суспензию гидроксида железа (III) в концентрированном растворе КОН, при сплавлении Fe2O3 с окислительно-щелочной смесью и при анодном окислении металлического железа в концентрированном растворе КОН. В водной среде неустойчив и разлагается с образованием гидроксида железа (III), гидроксида калия и выделением кислорода. Проявляет сильные окислительные свойства.

Соединения железа c валентностью 0

Пентакарбонил железа (VI) Fe(CO)5. Маслянистая светло-желтая диамагнитная жидкость, плотность равна 1,4664 г/см3, которая затвердевает при -20оС, кипит при 103оС. При нагревании разлагается на металлическое железо и СО. Растворяется в спирте, эфире, ацетоне, бензоле, уксусной кислоте. Разлагается водой. Проявляет восстановительные свойства. Получают действием СО на порошкообразное металлическое железо при давлении 200 атм. и температуре 150-200оС. Применяют для получения гранулированного металлического железа, а также для получения Fe2O3 - пигмента, применяемого для изготовления красок.

Биологическое значение

В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания). В организме взрослого человека содержится около 3,5 грамма железа (около 0,02 %), из которых 78 % являются главным действующим элементом гемоглобина крови, остальное входит в состав ферментов других клеток, катализируя процессы дыхания <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%8B%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5> в клетках. Недостаток железа проявляется как болезнь организма (хлороз <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B7> у растений и анемия <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D0%B5%D0%BC%D0%B8%D1%8F> у животных).

Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BC_(%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%8F)>. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D0%B3%D0%BB%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BD> - важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4> с кровью <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%BE%D0%B2%D1%8C> ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный красный цвет.

Комплексы железа, отличные от гема, встречаются, например, в ферменте <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82> метан-моноксигеназе, окисляющем метан <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BD> в метанол <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BB>, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A>.

Неорганические соединения железа встречаются в некоторых бактериях <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%8F>, иногда используется ими для связывания азота <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B7%D0%BE%D1%82> воздуха.