Питання для самоконтролю:

1. Дати характеристику Алюмінію за його місцем в періодичній системі хімічних елементів Д.І.Менделєєва.

2. Охарактеризувати властивості Алюмінію, як простої речовини.

3. Які сполуки алюмінію знаходяться в природі?

4. Яка роль алюмінію в техніці?

Тема 12. Біогенні метали побічних підгруп та їх сполуки

( 3 год)

План:

1. Хімічні властивості заліза.

2. Хімічні властивості оксидів та гідроксидів Феруму.

3. Сполуки Феруму в природі та роль заліза і його сплавів у техніці.

Студент повинен знати: хімічні властивості заліза, його оксидів та гідроксидів, які сполуки заліза зустрічаються в природі і які сплави заліза використовують в техніці;

Студент повинен уміти: дати характеристику Феруму за періодичною системою хімічних елементів Д.І.Менделєєва;

Рекомендована література:

Басов В.П., Родіонов В.М. Хімія: Навч. посіб. 5 – е вид. – К. : Каравела, 2005. – с.149

Залізо належить до активних металів і взаємодіє з багатьма неметалами (як правило, за нагрівання), кислотами, розчинами солей і, навіть, з водою з витісненням водню. В продуктах окиснення в залежності від активності окисника Ферум знаходиться в ступенях окиснення +2 або +3: сильні окисники окислюють Ферум до ст. ок. +3, менш активні – до ст. ок. +2.

Із менш активними неметалами утворюються сполуки, кількісний склад яких не можна пояснити, користуючись правилом складання формул за валентністю. Їх слід розглядати як сполуки включення атомів неметалу в пустоти кристалічної решітки металу, внаслідок чого решітка стає більш компактною і міцною. Такі сполуки зазвичай зберігають металічний блиск, та металічну електропровідність, мають вищі температури плавлення (термостійкі), більш тверді й корозійностійкі. Все це широко використовують сучасні металурги для створення нових конструкційних матеріалів.

За високих температур (вище 327⁰С – температури перегрітої пари) залізо розкладає воду, що використовують як промисловий спосіб добування водню:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂↑

Із розчинами звичайних сильних кислот (соляна, розбавлена сірчана тощо) залізо реагує також із витісненням водню, а Ферум окислюється до ступеня окиснення +2 (водень у момент виділення є сильним відновником), що запобігає утворенню Феруму (ІІІ):

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑

Концентрована сірчана і азотна кислота за звичайних умов пасивують залізо і реакція не відбувається, що дозволяє транспортувати ці кислоти у залізній тарі. Проте нагрівання знімає пасивний стан і з підвищенням температури реакції починають перебігати, поступово прискорюючись:

Fe + 6HNO₃ = Fe (NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

Присутність у продуктах реакції з сірчаною кислотою відновника оксиду Сульфуру призводить до відновлення Феруму (ІІІ) до Феруму (ІІ) і одночасного існування обох валентних форм Феруму в розчині.

Розбавлена азотна кислота повільно реагує з залізом за звичайних умов. Внаслідок реакції утворюються різні продукти відновлення Нітрогену, окиснювальна функція яких спадає, а кількісне співвідношення залежить від ступеня розведення кислоти.

Із розчинами лугів залізо не взаємодіє, але як активний метал витісняє менш активні метали з розчинів їх солей (контактний або гідрометалургійний спосіб вилучення металів).

Найвищий ступінь окиснення Феруму +6 мало характерний. Нечисленні сполуки (наприклад, ферат калію) стійкі лише в лужному середовищі і зміни середовища Ферум переходить у більш стійкий ступінь окиснення +3, виявляючи сильні окиснювальні властивості.

У Феруму є два оксиди : оксид Феруму (ІІ) та оксид Феруму (ІІІ). Вони не розчинні у воді, як гідроксиди, що їм відповідають. В лабораторії гідроксиди одержують взаємодією відповідної солі з лугом, а оксиди – нагріванням відповідного гідроксиду в інертній атмосфері.

Оксид та гідроксид феруму (ІІ) носять основний характер: активно взаємодіють із кислотами і стійкі до лугів. Оксид та гідроксид феруму (ІІІ) за звичайних умов теж мають основний характер, оскільки легко взаємодіють із кислотами і стійкі до розчинів лугів. Але за високих температур можна виявити слабкі амфотерні властивості оксиду феруму (ІІІ), який сплавляється з лугами або карбонатами лужних металів з утворенням солей – феритів:

Fe₂O₃ + 2NaOH = 2NaFeO₂ + H₂O ↑

Ферити практично необоротно гідролізуються при розчиненні у воді, що вказує на дуже слабкий кислотний характер гідроксиду феруму (ІІІ) і дозволяє практично кількісно вивести Ферум з розчину (феритний спосіб добування лугів).

Послаблення основних і зростання кислотних властивостей зі збільшенням ступеня окиснення металу в даних сполуках можна пояснити зміцненням зв’язку між металом і Оксигеном внаслідок зменшення радіуса та збільшенням заряду йона Феруму (ІІІ) в порівнянні з йоном Феруму (ІІ). Саме завдяки слабким кислотним властивостям оксиду феруму (ІІІ) можлива його взаємодія з оксидом феруму (ІІ) і утворення солеподібної сполуки, відомої як змішані оксиди різної валентності, наприклад у мінералі магнетиті.

З окисно – відновних позицій сполуки Феруму (ІІ), як говорилось раніше, легко окислюються, переходячи в більш стійку форму Феруму (ІІІ).

Ступінь окиснення +3 у феруму проміжний і найстійкіший, і, щоб перевести його в інші ступені окиснення, треба вже створювати певні умови (давати сильний відновник або окисник, температуру, середовище тощо.)

За розповсюдженістю в природі Ферум займає друге місце серед металів після Алюмінію. Вміст його в земній корі сягає 5% за масою. Ферум входить в основному до складу алюмосилікатів та поліметалічних руд, добувати залізо з яких вкрай не вигідно. Найголовнішими мінералами Феруму є так звані залізняки: магнітний, червоний, бурий, шпатовий, а також пірит (залізний колчедан). Ферум входить до складу живих організмів, головним чином, до гемоглобіну крові. Зустрічається в природі й залізо у вільному стані (самородне, винесене магмою з надр землі, та метеоритне), але його мало.

Чорні метали (залізо та його сплави) – це основа сучасної техніки. Їх виплавка складає сотні мільйонів тон на рік, а це більше, ніж усіх інших металів разом узятих (решту металів об’єднують під назвою «кольорові»). Як правило сталі виплавляється більше, ніж чавуну, оскільки в сталі вводяться легуючі домішки, крім того, на сталь переплавляється багато залізобрухту.

Питання для самоконтролю:

1. Характеристика Феруму за періодичною системою Д.І.Менделєєва.

2. Хімічні властивості заліза – як простої речовини.

3. Хімічні властивості оксидів заліза.

4. Яка різниця між властивостями гідроксидів Феруму ІІ і ІІІ?

5. Які сполуки Феруму існують в природі?

6. Які сплави заліза застосовують в техніці?

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ:

Основна література:

1. Голуб О.А. Українська номенклатура в неорганічній хімії – К.: КУ, 1992. – 52с.

2. Григор’єва В.В., Самійленко В.М., Сич А.М. Загальна хімія. – К.: Вища шк., 1991. – 431с.

3. Егоров А.Общая и неорганическая химия. – Ростов н/Д. : Фенікс, 1997. – 637 с.

4. Луцевич Д.Д., Березан О.В. Конспект – довідник з хімії. – К.: Вища шк., 1997.- 240 с.

Додаткова література:

1. Рабинович В.А., Хавин В.Я. Кратний химических справочник . – Л.: Химия, 1991. – 432с.

2. Павлов Н.Н. Неорганическая химия – Москва: В. Ш. 1986. – 335 с.

3. Романова Н.В.Загальна та неорганічна хімія – К.: Вища шк., 1988.- 432 с.

4. Скопенко В.В., Саранський Л.І. Координаційна хімія – Е. Либідб,1997. – 336 с.

5. Справочник по элементарной химии / А.Т.Пилипенко, В.Я . Починок ,И. П. Середа ,Ф.Д. Шевченко – К.: Наук. Думка, 1985. – 560 с.

6. Посібник для вступників до вузів „Хімія” / Сухан В.В., Табенська Т.В. ,Капустян А.Й ,Горлач В.Ф. – К.: Либідь , 1993. – 407 с.

7. Хомченко Г.П. , Цитович И.К. Неорганическая химия. – М. : В. шк., 1987. – 464 с.

8. Ходаков Ю.В., Эпштейн Д.А., Глоризов П.А Неорганическая химия – М.: Просвещениє 1977. – 190 с.