Очистка воды от железа: двухвалентное железо, трехвалентное железо, железобактерии (бактериальное железо). Обезжелезивание.

Появляются ржавые подтеки на раковине?
На воздухе прозрачная вода из крана стала мутной, и выпал рыжий осадок?
Как бороться с избыточным железом и на что обратить внимание при выборе систем очистки воды от железа?
Ответы на все эти вопросы в нашей статье.

Определение типа железа в воде

Прежде чем приступить к выбору оборудования для очистки воды от железа, следует понять, какой тип железа присутствует в воде.

• Двухвалентное железо (Fe+2) содержится в воде в растворенном состоянии и невидимо невооруженным глазом. Как правило, растворенное железо присутствует в воде из подземных источников (скважин). В присутствии двухвалентного железа вода выглядит прозрачной, но когда некоторое время находится в контакте с воздухом, приобретает рыжий цвет, и выпадает осадок. Это явление происходит вследствие окисления железа кислородом воздуха до трехвалентного состояния.
• Трехвалентное железо (Fe+3), окисленное — присутствует в воде в коллоидной форме (образует очень мелкие частицы рыжего цвета). Осаждение коллоидного железа может сопровождаться образованием и ростом железобактерий. Присутствие окисленного железа характерно для воды из поверхностных источников (колодцы, водоемы) и для воды из централизованного водопровода.
• Бактериальное железо (железобактерии) часто сопутствует минеральным отложениям Fe3+ и состоит из живых и мертвых бактерий, их оболочек и продуктов жизнедеятельности. Бактериальное железо достаточно легко отличить от минерального железа — это мягкие вязкие слизистые отложения. В некоторых случаях они безвредны, в других — наносят огромный ущерб. В трубопроводе и водоочистном оборудовании железобактерии часто становятся причиной язвенной коррозии железа и стали и сильно ускоряют образование железистых отложений.

Оборудование для очистки воды от железа

• Каталитическое удаление железа (фильтры-обезжелезиватели)

На рынке есть большое многообразие систем обезжелезивания, работающих по принципу каталитического окисления железа, в процессе которого двухвалентное железо (растворенное) переходит в форму трехвалентного железа (нерастворенного), оседающего на фильтрующей загрузке. Такие системы получили название «фильтры-обезжелезиватели».
Принципиально данные фильтры отличаются по принципу окисления железа, которое может производиться безреагентным способом (кислородом воздуха) или же использованием сильных окислителей.

Безреагентные способы являются безопасными для использования в быту, но менее эффективны и стабильны по качеству очистки. Такие фильтры плохо работают в условиях высокой концентрации железа в исходной воде и требовательны к сопутствующим показателям (необходим высокий рН, низкое содержание органических веществ).

Реагентные способы менее чувствительны к составу исходной воды, но сопряжены с работой с сильными окислителями (гипохлорит натрия, перекись водорода, перманганат калия), что небезопасно для использования в домашних условиях, так как в случае аварийной ситуации с оборудованием или изменения состава исходной воды, реагент может попасть в очищенную воду.

После введения окислителя вода попадает на каталитическую загрузку, обеспечивающую последующее окисление и фильтрацию железа.

Если Вы остановили свой выбор на системах каталитического обезжелезивания, то при выборе оборудования необходимо учитывать температуру воды, рН, щелочность, содержание растворенного кислорода и другие параметры, которые могут значительно повлиять на эффективность очистки. При эксплуатации необходимо строго следовать рекомендациям производителя, устанавливая скорость прямого потока воды, скорость потока при обратной промывке, учитывать максимальное содержание входного железа и другие ограничения, которые влияют на рабочие параметры процесса очистки для эффективной работы всего оборудования и фильтрующего материала в частности.

Самые распространенные причины плохой работы фильтра-обезжелезивателя — неполное окисление железа вследствие колебаний в составе исходной воды, низкой скорости потока при обратной промывке, недостаточно частого проведения регенерации фильтрующего материала или подачи на фильтрацию большого потока воды.

Все эти факторы могут стать причиной некачественной работы фильтров-обезжелезивателей. Для обеспечения стабильного результата при обезжелезивании целесообразно предпочесть системы обратного осмоса.

• Обратный осмос

Системы обратного осмоса наиболее эффективны для удаления растворенного железа и по многим параметрам превосходят альтернативные методы обезжелезивания. Поскольку ионы железа намного крупнее пор обратноосмотических мембран, они эффективно задерживаются на мембранах. При этом железо не накапливается в мембране, а сливается в дренаж с концентратом, что предотвращает проблему закупоривания пор. Системы обратного осмоса могут очищать воду с содержанием растворенного железа до 10-20 мг/л. Рекомендуется избегать контакта с воздухом (промежуточных накопительных емкостей) перед подачей на установку обратного осмоса для предотвращения окисления железа.

Обратный осмос может использоваться и для удаления трехвалентного железа в невысоких концентрациях.
Системы обратного осмоса эффективны для очистки воды от распространенного спутника железа — марганца.

Для удаления двухвалентного железа в невысоких концентрациях (незначительно превышающих норму) может использоваться катионообменная смола. Этот метод может быть целесообразен при очистке воды с повышенной жесткостью и невысоких концентрациях растворенного железа. Ионообменная смола замещает ионы железа и солей жесткости на натрий, однако, эффективно работает лишь при низком содержании двухвалентного железа (до 1 мг/л).
Серьезным осложнением работы смолы является возможное окисление железа и переход в форму трехвалентного. При этом на поверхности ионообменного материала появляется непроницаемая окисная пленка, что резко уменьшает обменную емкость катионита за счет снижения реакционной поверхности материала. Этот эффект может быт снижен путем введения подкислителя, поскольку в кислых растворах процесс окисления железа сильно замедляется — необходимо, чтобы рН воды был ниже 7. Следует учитывать, что загрязнение смолы железом рано или поздно все равно происходит, и в этом случае требуется производить замену фильтрующей среды.

Ионообменные системы не очень удобны в эксплуатации, так как требуют постоянного контроля за присутствием соли, необходимой для регенерации смолы (хлорид натрия в таблетированной форме) и ее пополнением.

• Ультрафильтрация

Ультрафильтрационные мембраны с размером пор около 0,02 микрон прекрасно задерживают коллоидное железо. Установки ультрафильтрации с режимами периодического сброса концентрата и обратной промывки мембран обеспечивают эффективное удаление трехвалентного железа. Для эффективности очистки с помощью ультрафильтрации все железо должно быть переведено в окисленное состояние. Рекомендуется предварительное введение коагулянта и обеспечения необходимого времени его контакта с водой.

Удаление бактериального железа

При наличии в исходной воде большого количества железа пользователь может столкнуться еще с одной проблемой — появлением бактериальных загрязнений — активным развитием железобактерий.
Если проблема железобактерий выявлена на ранней стадии, регулярное хлорирование или обработка хелатными агентами (органические вещества, образующие растворимые комплексы с железными отложениями), а также постоянное наблюдение за состоянием оборудования помогут минимизировать её последствия.

На ранней стадии появления железобактерий может помочь ударное хлорирование — необходимо создать избыточную концентрацию хлора 50 мг/л. Перед применением хлорирования нужно выяснить, насколько устойчиво к хлору установленное водоочистное оборудование.

Проблему с бактериальным железом может решить среда redox, однако, в подводящих трубопроводах при этом железобактерии будут продолжать развиваться и образовывать слизистые отложения. 

Выводы

Несмотря на большое количество методов удаления железа, наиболее оптимальным методом очистки от двухвалентного железа, обычно присутствующего в подземных источниках, и трехвалентного железа в невысоких концентрациях, является применение систем обратного осмоса.

При содержании в воде большого количества трехвалентного железа рекомендуется применять системы ультрафильтрации.

 

По всем вопросам очистки воды обращайтесь к нам — опытные специалисты по водоподготовке проконсультируют Вас по любой проблеме, связанной с водой для Вашего дома.
Для консультации с нашими специалистами позвоните нам или отправьте заявку:

 

Отправить заявку

 

Скачать опросный лист для частных лиц

 

С оборудованием для очистки воды для дома Вы можете ознакомиться в разделе Системы очистки воды

Мы предлагаем Вам записаться на демонстрацию работы мембранной системы водоочистки, и наши специалисты подъедут к Вам в любое удобное для Вас время. Вы сможете увидеть, какой будет вода в Вашем доме, если ее очистить с помощью нашего оборудования.
Выезд специалистов и демонстрация работы оборудования бесплатны.

 

Пейте чистую воду и будьте здоровы!

 

Рекомендуем прочитать:

Чистая ли вода в скважине? Способы очистки воды из скважины

Соленая вода в скважине – проблема и решения

Нитраты в воде. Опасность и методы очистки воды от нитратов

Очистка воды для коттеджей и квартир или О голубой воде и мембранной технологии

Пир во время цинги или Полезно ли пить обратноосмотическую воду

Глоссарий по очистке воды и водоподготовке

Основы мембранной технологии

Обратный осмос и нанофильтрация в водоочистке

 

 

 

Валентность железа. Какая валентность у железа?

Трудно переоценить роль железа для человеческого организма, ведь именно оно способствует «творению» крови, его содержание влияет на уровень гемоглобина и миоглобина, железо нормализует работу ферментной системы. Но что это за элемент с точки зрения химии? Какая валентность железа? Об этом будет рассказано в данной статье.

Немного истории

Человечество знало об этом химическом элементе и даже владело изделиями из него еще в IV веке до нашей эры. Это были народы Древнего Египта и Шумеры. Именно они первые начали изготавливать украшения, оружие из сплава железа и никеля, которые были найдены при археологических раскопках и тщательно исследованы химиками.

Немного позже, племена арийцев, переселившиеся в Азию, научилось добывать твердое железо из руды. Оно было настолько ценным для людей того времени, что изделия покрывали золотом!

Характеристика железа

Железо (Fe) стоит на четвертом месте по содержанию его в недрах земной коры. Оно занимает место в 7 группе 4 периода и имеет номер 26 в химической таблице элементов Менделеева. Валентность железа имеет прямую зависимость от своего положения в таблице. Но об этом позже.

Данный металл наиболее всего распространен в природе в виде руды, встречается в воде как минерал, а также в различных соединениях.

Наибольшее количество запасов железа в виде руды, находится в России, Австралии, Украине, Бразилии, США, Индии, Канаде.

Физические свойства

Прежде чем переходить к валентности железа, необходимо подробнее рассмотреть его физические свойства, так сказать, приглядеться к нему поближе.

Этот металл имеет серебристый цвет, достаточно пластичный, но способен к увеличению твердости путем его взаимодействия с другими элементами (например, с углеродом). Также он обладает магнитными свойствами.

Во влажной среде железо может корродировать, то есть ржаветь. Хотя абсолютно чистый металл устойчивее к влаге, но если в нем есть примеси, именно они провоцируют коррозию.

Железо хорошо взаимодействует с кислотной средой, даже может образовывать соли железной кислоты (при условии сильного окислителя).

В воздушной среде быстро покрывается оксидной пленкой, которая защищает его от взаимодействий.

Химические свойства

Также этот элемент обладает рядом химических свойств. Железо, как и остальные элементы таблицы Менделеева, имеет заряд атомного ядра, который соответствует порядковому номеру +26. А возле ядра вращается 26 электронов.

А вообще, если рассматривать свойства железа – химического элемента, то он является металлом с невысокой активной способностью.

Взаимодействуя с окислителями более слабыми, железо образует соединения, где оно двухвалентно (то есть его степень окисления +2). А если с сильными окислителями, то степень окисления железа достигает +3 (то есть валентность его становится равной 3).

При взаимодействии с химическими элементами, которые не являются металлами, Fe выступает по отношению к ним восстановителем, при этом степень окисления его становиться, кроме +2 и +3, даже +4, +5, +6. Такие соединения имеют очень сильные окислительные свойства.

Как уже отмечалось выше, железо в воздушной среде покрывается оксидной пленкой. А при нагревании скорость реакции повышается и может образоваться оксид железа с валентностью 2 (температура менее 570 градусов по Цельсию) или оксид с валентностью 3 (температурный показатель более 570 градусов).

Взаимодействие Fe с галогенами, приводит к образованию солей. Элементы фтор и хлор окисляют его до +3. Бром же – до +2 или +3 (все зависит от того, какие условия осуществления химического превращения при взаимодействии с железом).

Вступая во взаимодействия с йодом, элемент окисляется до +2.

Нагревая железо и серу, получается сульфид железа с валентностью 2.

Если феррум расплавить и соединить его с углеродом, фосфором, кремнием, бором, азотом, то получатся соединения называемые сплавами.

Железо является металлом, поэтому оно вступает во взаимодействие и с кислотами (об этом кратко также говорилось чуть выше). Например, кислоты серная и азотная, имеющие высокую концентрацию, в среде с пониженной температурой, на железо не оказывают воздействия. Но стоит ей повысится, как происходит реакция, в результате которой железо окисляется до +3.

Чем выше концентрация кислоты, тем большую температуру необходимо дать.

Нагревая 2-х валентное железо в воде, получим его оксид и водород.

Также Fe обладает способностью вытеснять из водных растворов солей металлы, которые имеют пониженную активность. При этом он окисляется до +2.

При повышении температуры, железо восстанавливает металлы из оксидов.

Что такое валентность

Уже в предыдущем разделе немного встречалось понятие валентности, а также степени окисления. Пришло время рассмотреть валентность железа.

Но для начала необходимо понять, что это вообще за такое свойство химических элементов.

Химические вещества почти всегда постоянны в своем составе. Например, в формуле воды Н2О – 1 атом кислорода и 2 атома водорода. То же самое и с другими соединениями, в которых задействованы два химических элемента, один из которых водород: к 1 атому химического элемента может добавиться 1-4 атома водорода. Но никак не наоборот! А потому, видно, что водород присоединяет к себе всего 1 атом другого вещества. И именно это явление называют валентностью – способностью атомов химического элемента присоединять конкретное количество атомов других элементов.

Значение валентности и графическая формула

Есть элементы таблицы Менделеева, которые обладают постоянной валентностью – это кислород и водород.

А есть такие химические элементы, у которых она изменяется. Например, железо чаще 2-х и 3-х валентно, сера 2, 4, 6-ти, углерод 2 и 4-х. Это элементы с переменной валентностью.

Далее, понимая, что такое валентность, можно правильно написать графическую формулу соединений. Она отображает последовательность соединения атомов в молекуле.

Также, зная валентность одного из элементов в соединении, можно определить валентность другого.

Валентность железа

Как было отмечено, железо относится к элементам с переменной валентностью. И она может колебаться не только между показателями 2 и 3, но и достигать 4, 5 и даже 6.

Конечно, более подробно изучает валентность железа неорганическая химия. Рассмотрим этот механизм кратко на уровне простейших частиц.

Железо является д-элементом, к которому причисляется еще 31 элемент таблицы Менделеева (это 4-7 периоды). С возрастанием порядкового номера, свойства д-элементов приобретают небольшие изменения. Атомный радиус у этих веществ также медленно возрастает. Они обладают переменной валентностью, которая зависит от того, что предвнешний д-электронный подуровень является незавершенным.

Потому для железа валентными есть не только с-электроны, находящиеся во внешнем слое, но и неспаренные 3д-электроны предвнешнего слоя. И, как следствие, валентность Fe в химических соединениях может равнятся 2, 3, 4, 5, 6. В основном, она равна 2 и 3 – это более устойчивые соединения железа с другими веществами. В менее устойчивых — он проявляет валентность 4, 5, 6. Но, такие соединения встречаются реже.

Двухвалентный феррум

При взаимодействии 2 валентного железа с водой получается оксид железа (2). Такое соединение обладает черным цветом. Достаточно легко взаимодействует с соляной (малой концентрации) и азотной (высокой концентрации) кислотами.

Если такому оксиду 2-х валентного железа провзаимодействовать или с водородом (температура 350 градусов по Цельсию), или с углеродом (коксом) при 1000 градусов, то оно восстанавливается до чистого состояния.

Добывают оксид железа 2-х валентного такими способами:

• через соединение оксида 3-х валентного железа с угарным газом;
• при нагревании чистого Fe, при этом низкое давление кислорода;
• при раскладывании оксалата 2-х валентного железа в вакуумной среде;
• при взаимодействии чистого железа с его оксидами, температура при этом 900-1000 градусов по Цельсию.

Что касается природной среды, то оксид железа 2-х валентного, присутствует в виде минерала вюстита.

Есть еще способ, как в растворе определить валентность железа – в данном случае, имеющего ее показатель 2. Необходимо провести реакции с красной солью (гексацианоферрат калия) и с щелочью. В первом случае наблюдается получение осадка темно-синего цвета – комплексной соли железа 2-х валентного. Во втором – получение темного серо-зеленого осадка – гидроксида железа также 2-х валентного, в то время, как гидроксид железа 3-х валентного имеет цвет в растворе темно-бурый.

Трехвалентное железо

Оксид 3-х валентного феррума имеет порошкообразную структуру, цвет которой красно-коричневый. Имеет также наименования: окись железа, железный сурик, красный пигмент, пищевой краситель, крокус.

В природе это вещество встречается в виде минерала – гематита.

Оксид такого железа с водой уже не взаимодействует. Но соединяется с кислотами и щелочами.

Применяется оксид железа (3) для окрашивания материалов, применяемых в строительстве:

• кирпичей;
• цемента;
• керамических изделий;
• бетона;
• тротуарной плитки;
• напольных покрытий (линолеум).

Железо в организме человека

Как отмечалось в начале статьи, вещество железо является важной составляющей человеческого организма.

Когда этого элемента является недостаточно, то могут возникнуть следующие последствия:

• повышенная усталость и чувствительность к холоду;
• сухость кожи;
• снижение мозговой деятельности;
• ухудшение прочности ногтевой пластины;
• головокружение;
• проблемы с пищеварением;
• седина и выпадение волос.

Накапливается железо, как правило, в селезенке и печени, а также почках и поджелудочной железе.

В рационе человека должны быть продукты, содержащие железо:

• говяжья печень;
• гречневая каша;
• арахис;
• фисташки;
• зеленый горошек консервированный;
• сушенные белые грибы;
• куриные яйца;
• шпинат;
• кизил;
• яблоки;
• груши;
• персики;
• свекла;
• морепродукты.

Недостаток железа в крови, приводит к снижению гемоглобина и развитию такого заболевания, как железодефицитная анемия.

Железо. Роль, симптомы передозировки и дефицита, суточная потребность и содержание в продуктах питания

Железо является одним из тех микроэлементов, недостаток которого моментально отражается на здоровье человека. Без этого вещества полноценная жизнь абсолютно немыслима, ибо оно необходимо для образования миоглобина (белка мышц скелета и сердца) и гемоглобина (пигмента крови). Также благодаря железу образуются и некоторые ферменты (в том числе окислительные), без него невозможны протекание многих биохимических процессов внутри клеток и правильная работа иммунной системы.

В природе встречается 2-х и 3-х валентное железо, причем продукты, которые мы потребляем, содержат, как правило, железо 3-х валентное, но усваивает организм человека лучше 2-х валентное, поэтому после попадания пищи в желудок идёт процесс преобразования микроэлемента до нужного состояния.

Ученые подсчитали, что в нашем теле только 0,005-0,006% железа, при этом большая его часть (около 70%) входит в состав гемоглобина, Казалось бы, при таком раскладе испытать дефицит данного микроэлемента довольно сложно – ведь его необходимо совсем немного, а еда, которую мы потребляем, порой содержит значительное количество Fe. Однако, к сожалению, усваивается из продуктов питания железо в совсем мизерных количествах – всего 8% чистого вещества попадает к нам в кровь.

Биологическая роль, дефицит и переизбыток железа

Железо необходимо человеку уже тогда, когда он находится еще в материнской утробе – без достаточного количества этого элемента мозг эмбриона не сможет правильно сформироваться, и в этом случае высока вероятность рождения умственно неполноценного ребенка. Именно поэтому врачи так тщательно следят за уровнем гемоглобина беременной женщины и бьют тревогу, если он опускается ниже допустимой отметки.

Как мы уже писали выше, для человеческого организма железо жизненно необходимо, ибо без него прекратятся все основные процессы, в том числе и снабжение тканей кислородом. Наверное, именно поэтому природой предусмотрено накопление данного элемента в определенных органах (селезенке, печени, костном мозге), которые при нормальной работе и достаточных запасах в них железа предотвращают возникновение железодефицитной анемии.

Железо требуется для функционирования щитовидной железы, без него не сможет работать иммунная система, ибо существенно снизится активность фагоцитов, очищающих организм от инородных опасных объектов – болезнетворных бактерий, погибших клеток и других подобных им частиц (данный процесс ученые называют фагоцитозом). При анемии активность фагоцитов падает, и сыворотка крови не в состоянии уничтожить попадающих в человеческий организм микробов.

Также железо позволяет очистить клетки от токсинов, активизирует процессы заживления, укрепляет ногти и волосы, поддерживает в хорошем состоянии кожу. Вообще микроэлемент содержится в очень многих белках и ферментах, без которых наш организм просто не может существовать, поэтому потребление достаточного его количества – задача крайне важная для человека любого возраста.

К сожалению, даже если Ваше меню, на Ваш взгляд, идеально Вы все равно не можете быть полностью уверены, что Вам хватает железа. Дело в том, что существует много факторов, влияющих на усвояемость данного вещества, и даже на первый взгляд правильное питание приводит иногда к катастрофическим результатам.

Самый простой пример – анемия у малышей, возникающая на фоне приёма коровьего молока. Конечно, большинство родительниц в курсе, что грудное молоко – самый лучший продукт для детей раннего возраста, однако странное желание побыстрее с гордостью похвастаться подружкам и соседкам, что ребенок в 8-9 месяцев уже «все ест», многих до сих пор не оставляет. К несчастью, в это «всё» входит не только пища, рекомендуемая для указанного возраста ВОЗ, но и коровье молоко, вызывающее, как выяснили ученые, в нежном желудке малыша мелкие кровотечения. И если молока потребляется много, из-за этих кровотечений гемоглобин ребенка стремительно падает, а кальций, содержащийся в молоке, препятствует всасыванию железа, которое поступает с пищей или экстренно прописывается врачом в капельках. Естественно, дефицит важнейшего элемента тут же отражается на здоровье сына или дочери и в итоге мать, движимая вроде как лучшими побуждениями (ведь нам издавна твердили, что молоко – полезнейший продукт), получает болезненного ребенка. Конечно, всё вышеперечисленное не говорит о том, что детям вообще вредно пить молоко – просто вводить его в меню нужно в соответствии с рекомендациями педиатров, и, главное, ни в коем случае не заменять им грудное молоко, которое как раз-таки содержит легкоусвояемое железо (у здоровых малышей, получающих в достаточном количестве материнское молоко, анемии не бывает).

Что же касается взрослых, то здесь тоже все не так просто. Существует так называемое железо «органическое» (содержится в некоторых продуктах животного происхождения, например, в красном мясе и печени) и «неорганическое» (его можно найти в растительной пище), причем первое, органическое, усваивается человеком на порядок лучше, чем второе. Однако также замечено, что постоянное употребление определенных растений может устранить недостаток железа за считанные недели, а регулярное включение в меню мясных продуктов иногда окажется неспособным спасти ситуацию.

Дело осложняется ещё тем, что одни вещества (например, кальций, щавелевая и фитиновая кислоты) препятствуют хорошему усвоению железа, а другие (витамины группы В, витамин С), наоборот, улучшают его всасываемость.

Любое кровотечение, даже самое маленькое, – это прямая угроза здоровью, так как организм теряет одно из самых ценных своих составляющих – железо. Поэтому в периоды, связанные с потерей крови (операции, обострения болезней вроде язвенной, ранения) человек нуждается в большей дозе железа. В группу риска также входят вегетарианцы (если у них не сбалансированное меню), женщины во время беременности и кормящие ребенка грудью (природой все устроено так, что в первую очередь железом через кровь или молоко снабжается малыш, поэтому если в организме матери его недостаточно, у неё может начаться анемия), женщины в период менструации (особенно если последние длительные и обильные).

Дефицит железа может стать последствием непродуманной диеты, плохого питания, основанного на чрезмерном употреблении пшеничного хлеба, выпечки, сладостей, очищенного риса и консервов, а также отсутствия достаточной двигательной активности (недостаток движения – причина неправильного дыхания клеток нашего организма).

Нарушение баланса железа приводит, как мы уже говорили выше, к весьма негативным последствиям люди с низким гемоглобином раздражительны, невнимательны, они быстро устают, не способны к плодотворному обучению, к длительной работе (как физической, так и умственной), у таких больных отмечается высокая чувствительность к холоду, слабость мышц, проблемы в работе щитовидной железы, потеря вкуса, а также значительное ухудшение внешнего вида (бледная кожа, «синяки» под глазами, тусклые секущиеся волосы, ломающиеся деформированные ногти). Именно таких людей чаще всего одолевает тяжелая депрессия и другие серьезные нервные расстройства.

Как же предотвратить дефицит железа в организме? Кому-то может показаться, что все проблемы можно решить, выпивая по утрам драже с этим элементом. Но ученые уже доказали: «искусственное» железо (не в составе пищи) крайне плохо усваивается человеком (не более 5% от всего полученного объёма), а если речь идет про употребление витаминных комплексов, в которых все элементы собраны в одной таблетке, то их польза и вовсе крайне сомнительна. Кстати, именно поэтому все эти сухие завтраки, батончики мюсли и прочие продукты, якобы обогащенные железом, на самом деле мало добавят этого элемента в Вашу кровь, к тому же нередко производители вводят туда же ещё и кальций, а он, как мы помним, наоборот препятствует всасыванию необходимого нам железа.

Поэтому для того, чтобы не допустить развитие железодефицитной анемии, необходимо контролировать своё питание и стараться есть больше натуральной пищи, содержащей железо.

Кроме дефицита железа существует также понятие о его переизбытке (как правило, речь идет об искусственно синтезированном элементе), данная ситуация может быть очень опасной и грозит маленьким детям смертельным исходом, а взрослым – воспалениями в печени, ишемической болезнью сердца, онкологическими заболеваниями. В легких случаях небольшая передозировка железа в лекарственных препаратах приводит к запорам и изжоге.

Взаимодействие с другими веществами

Значительное количество витамина С (а он содержится в гранатовом соке, шиповнике, цитрусовых, петрушке и укропе, репчатом луке и т. д.) улучшает усвояемость железа, следовательно, сочетание продуктов, богатых данными веществами будет более эффективно для поднятия уровня гемоглобина в крови. «Неорганическое» железо прекрасно усвоится (в определенных пределах, конечно же) если растения, в которых оно находится, кушать совместно с пищей животного происхождения, к ним же стоит добавлять еду, богатую витаминами группы В.

А вот от кофе и чая, как и от молока, тем, у кого снижен гемоглобин, придется на время отказаться, ибо любители этих напитков постоянно теряют железо – оно выводится из организма. Не стоит также совмещать продукты, содержащие данный элемент, с пищей, в которой есть витамин Е, медь, цинк и кальций, а также нужно помнить, что само железо не позволяет всасываться хрому.

В том же случае, если Вы по состоянию здоровья принимаете витамины и минералы, старайтесь делать так, чтобы промежуток между приемом железа и кальция был максимально большим (допустим, утром Вы пьёте препараты с железом, а вечером – с кальцием).

Суточная потребность

Проблема с различной усвояемостью элемента влечет за собой невозможность точно определить, сколько же необходимо его употреблять. Институт питания рекомендует и детям, и взрослым ориентироваться в данном случае на 15 мг в сутки, однако норма эта, по сути, примерная и нуждается в корректировке в зависимости от ситуации, в ультимативной форме её поддерживают далеко не все ученые.

Содержание в продуктах питания

Хотя железо есть во многих продуктах, по разным причинам его дефицит испытывает достаточное количество людей. Для жителей нашей страны основными источниками этого незаменимого ничем микроэлемента чаще всего служат: печень говяжья, перепелиные и куриные яйца, белая рыба, гречка, грибы, какао, необработанные пшеничные и ржаные зерна, орехи. Богаты железом и зеленые овощи, такие как сельдерей, лук, чеснок, салат, капуста, чечевица, огурцы, горох, помидоры, а также листья щавеля, одуванчика, ботва моркови, молодого редиса, горчицы и репы. Правда, из зелени микроэлемент не очень хорошо усваивается, да и вообще растительная пища, к великой печали вегетарианцев, не всегда является достойным поставщиком железа – не смотря на то, что его в ней содержится немало.

Валентность железа (Fe), формулы и примеры

Общие сведения о валентности железа

В виде простого вещества железо – серебристо-белый металл. Плотность равна 7,87 г/см³. Температура плавления 1539^oС, кипения 3200^oС. Железо имеет несколько модификаций. До 769^oС устойчиво α-железо с объемно центрированной кубической решеткой и ферромагнитными свойствами. При 769^oС осуществляется переход в β-железо (кристаллическая структура та же, парамагнетик). При 910^oС образуется γ-железо с гранецентрированной кристаллической решеткой. Парамагнитные свойства. При 1400^oС и до температуры плавления – δ- железо с объемно центрированной кубической решеткой.

Валентность железа в соединениях

Железо – двадцать шестой по счету элемент Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Оно находится в четвертом периоде в VIIIВ группе. В ядре атома железа содержится 26 протонов и 30 нейтронов (массовое число равно 56). В атоме железа есть четыре энергетических уровня, на которых находятся 26 электронов (рис. 1).

Рис. 1. Строение атома железа.

Электронная формула атома железа в основном состоянии имеет следующий вид:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

А энергетическая диаграмма (строится только для электронов внешнего энергетического уровня, которые по-другому называют валентными):

Железо проявляет в своих соединениях валентности II (FeO, Fe(OH)₂, FeCl₂, FeBr₂) и III (Fe₂O₃, Fe(OH)₃, FeCl₃, Fe₂S₃).

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

почему железо трёхвалентно и шестивалентно?

Еще и двухвалентно, детка. А шестивалентным оно бывает только при обработке сильным окислителем в сильнощелочной среде. Ну, конечно, «не бывает у железа степени окисления +6», ха-ха-ха, ну, насмешили! K2FeO4 — феррат калия, соль так называемой «железной» кислоты, которая в свободном состоянии не существует. калия феррат (VI) Внешний вид: красно-фиолетов. кристаллы Брутто-формула (система Хилла) : FeK2O4 Формула в виде текста: K2FeO4 Температура разложения (в °C): 120 Метод получения. 3 массовые части гидроксида натрия растворяют в 7,5 массовых частей воды и через раствор при охлаждении пропускают хлор, чтобы привес раствора составил 18-19%. Затем к раствору добавляют при взбалтывании 7 массовых частей измельченного гидроксида натрия. Раствор охлаждают до температуры 20°С и выпавший осадок соли отфильтровывают. К раствору (фильтрату) гипохлорита натрия добавляют отдельными порциями при взбалтывании 25 массовых частей девятиводного нитрата железа (III). К полученному раствору феррата натрия для осаждения прибавляют отдельными порциями 15 массовых частей насыщенного при температуре 30°С раствора гидроксида калия. Раствор все время перемешивают и охлаждают. Выпавший кристаллический осадок феррата калия промывают эфиром на стеклянном фильтре и высушивают в вакуум-эксикаторе. Для очистки соль перекристаллизовывают: ее растворяют при непрерывном взбалтывании в охлажденном 3-4 М растворе гидроксида калия, профильтровывают и фильтрат переливают в равный объем концентрированного охлажденного раствора гидроксида калия. Выпавший осадок отсасывают на фильтре, промывают спиртом, эфиром и высушивают в вакуум-эксикаторе. Все просто, детка. При степени окисления +3 удаляется еще 1 электрон с 4d-подуровня, потому что пять неспаренных электронов на пяти d-оболочках — это очень устойчивая конфигурация. А вообще, деточка, объяснять степень окисления переходных элементов исходя ТОЛЬКО из строения их электронных оболочек — задача очень неблагодарная. Для объяснения возможных степеней окисления и сравнительной устойчивости соединений одного и того же элемента в разных степенях окисления существует специальный метод МОЛКАО (метод Молекулярных Орбиталей как Линейной Комбинации Атомных Орбиталей — сокращенно МОЛКАО) , но изучают его только студенты химических специальностей ВУЗов. Поэтому объяснить просто тебе его суть я не могу, а сложно — ты не поймешь. Но как пример могу привести один широкоизвестный среди химиков факт. Известно, что соединения трехвалентного железа намного устойчивее соответствующих соединений двухвалентного железа, верно? Соединения двухвалентного постоянно норовят окислиться и превратиться в соединения трехвалентного. Так вот есть соединение ДВУХВАЛЕНТНОГО железа — красная кровяная соль K4[Fe(CN)6], которое намного более устойчиво, чем соответствующее соединение трехвалентного железа — желтой кровяной соли K3[Fe(CN)6]. Так вот объяснить это можно ТОЛЬКО с помощью вышеупомянутого метода, тебе пока что незнакомого. И вряд ли ты когда освоишь его, если только не поступишь в химический ВУЗ…

Железо бывает только 3 и 4 валентное!

не бывает у железа ст. ок. +6 в комплексных соединениях у железа может быть координационное число 6

Вообще в современной химии понятие валентности используется в дидактических целях. Прочитайте в Википедии соответствующую статью, там достаточно подробно объяснено.

Железо — общая характеристика элемента, химические свойства железа и его соединений

Желе́зо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Металл средней активности, восстановитель.

Основные степени окисления — +2, +3

Простое вещество железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

Химические свойства простого вещества — железа:

Ржавление и горение в кислороде

1)     На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O₂ + 6H₂ O → 4Fe(OH)₃

Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину — оксид железа (II, III):

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄

3Fe+2O₂→(Fe ^IIFe₂^III)O₄   (160 °С)

2)     При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

3Fe + 4H₂O  –^t°→  Fe₃O₄ + 4H₂­

 

3)     Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

2Fe+3Cl₂→2FeCl₃   (200 °С)

2Fe + 3Br₂  –^t°→  2FeBr₃

Fe + S  –^t°→  FeS (600 °С)

Fe+2S → Fe⁺²(S₂^-1)   (700°С)

4)       В ряду напряжений стоит левее водорода, реагирует с разбавленными кислотами НСl и Н₂SO₄, при этом образуются соли железа(II) и выделяется водород:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂­ (реакции проводятся без доступа воздуха, иначе Fe⁺² постепенно переводится кислородом в Fe⁺³ )

Fe + H₂SO₄(разб.) → FeSO₄ + H₂­

В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании, оно сразу переходит в катион Fе³⁺:

2Fe + 6H₂SO₄(конц.)  –^t°→  Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂­ + 6H₂O

Fe + 6HNO₃(конц.)  –^t°→  Fe(NO₃)₃ + 3NO₂­ + 3H₂O

(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).

Железный гвоздь, погруженный в голубоватый раствор медного купороса, постепенно покрывается налетом красной металлической меди

5)     Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

6)

Амфотерность железа проявляется только в концентрированных щелочах при кипячении:

Fе + 2NaОН _{(50 %)} + 2Н₂O= Nа₂[Fе(ОН)₄]↓+ Н₂↑

и образуется осадок тетрагидроксоферрата(II) натрия.

Техническое железо — сплавы железа с углеродом: чугун содержит 2,06-6,67 % С, сталь 0,02-2,06 % С, часто присутствуют другие естественные примеси (S, Р, Si) и вводимые искусственно специальные добавки (Мn, Ni, Сr), что придает сплавам железа технически полезные свойства — твердость, термическую и коррозионную стойкость, ковкость и др.

                 Доменный процесс производства чугуна

Доменный процесс производства чугуна составляют следующие стадии:

а) подготовка (обжиг) сульфидных и карбонатных руд — перевод в оксидную руду:

FeS₂→Fe₂O₃   (O₂,800°С, -SO₂)       FeCO₃→Fe₂O₃  (O₂,500-600°С, -CO₂)

б)  сжигание кокса при горячем дутье:

С_(кокс) + O_{2 (воздух)} →СO₂   (600—700°С)   СO₂ + С_(кокс) ⇌ 2СО   (700—1000    °С)

в) восстановление оксидной руды угарным газом СО последовательно:

Fe₂O₃→(CO) (Fe^IIFe₂^III)O₄→(CO) FeO→(CO) Fe

г) науглероживание железа (до 6,67 % С) и расплавление чугуна:

Fе_(т)→(C(кокс) 900—1200°С)Fе_(ж)  (чугун, t _пл 1145°С)

В чугуне всегда в виде зерен присутствуют цементит Fe₂С и графит.

                                Производство стали

Передел чугуна в сталь проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева; температура процесса 1700-2000 °С. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (СО₂, SО₂), либо связываются в легко отделяемый шлак — смесь Са₃(РO₄)₂ и СаSiO₃. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

    Получение чистого железа в промышленности — электролиз раствора солей железа, например:

FеСl₂→ Fе↓ + Сl₂↑ (90°С)  (электролиз)

(существуют и другие специальные методы, в том числе восстановление оксидов железа водородом).

Чистое железо применяется в производстве специальных сплавов, при изготовлении сердечников электромагнитов и трансформаторов, чугун — в производстве литья и стали, сталь — как конструкционный и инструментальный материалы, в том числе износо-, жаро- и коррозионно-стойкие.

       Оксид железа(II) FеО. Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Fе²⁺ O^2-. При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:

4FеО ⇌(Fe^IIFe₂ ^III) + Fе (560—700 °С , 900—1000°С)

FеО + 2НС1 _(разб.) = FеС1₂ + Н₂O

FеО + 4НNO_{3 (конц.)} = Fе(NO₃)₃ +NO₂↑  + 2Н₂O

FеО + 4NаОН =2Н₂O + Nа₄FеO_3(красн.)  триоксоферрат(II) (400—500 °С)

FеО + Н₂ =Н₂O + Fе (особо чистое)    (350°С)

FеО + С_(кокс) = Fе + СО  (выше 1000 °С)

FеО + СО = Fе + СO₂    (900°С)

4FеО + 2Н₂O_(влага) + O_{2(воздух)} →4FеО(ОН) (t)

6FеО + O₂ = 2(Fe^IIFe₂^III )O₄      (300—500°С)

Получение в лаборатории: термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:

Fе(ОН)₂ = FеО + Н₂O (150-200 °С)

FеСОз = FеО + СO₂ (490-550 °С)

       Оксид дижелеза (III) – железа(II) (Fe^IIFe₂^III )O₄ . Двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe²⁺(Fе³⁺)₂(^O2-)₄. Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок (железный сурик), керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий (чернение, воронение). По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe₃O₄ не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:

2(Fe^IIFe₂ ^III )O₄ = 6FеО + O₂   (выше 1538 °С)

(Fe^IIFe₂^III )O₄ + 8НС1 _(разб.) = FеС1₂ + 2FеС1₃ + 4Н₂O

(Fe^IIFe₂^III )O₄ +10НNO_{3 (конц.)} =3Fе(NO₃)₃ + NO₂↑+ 5Н₂O

(Fe^IIFe₂^III )O₄ + O_{2 (воздух)} = 6Fе₂O₃    (450-600°С)

(Fe^IIFe₂^III )O₄ + 4Н₂ = 4Н₂O + 3Fе (особо чистое, 1000 °С)

(Fe^IIFe₂^III )O₄ + СО =ЗFеО + СO₂  (500—800°C)

(Fe^IIFe₂ ^III )O4 + Fе  ⇌4FеО (900—1000 °С , 560—700 °С)

    Получение: сгорание железа (см.) на воздухе.

В природе — оксидная руда железа магнетит.

       Оксид железа(III) Fе₂О₃. Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Fе ³⁺)₂(O^2-)_3. Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Fе₂O₃ nН₂О. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели (технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.

Уравнения важнейших реакций:

6Fе₂O₃ = 4(Fe^IIFe₂^III )O₄ +O₂            (1200—1300 °С)

Fе₂O₃ + 6НС1 _(разб.) →2FеС1₃ + ЗН₂O (t)    (600°С,р)

Fе₂O₃ + 2NaОН _(конц.) →Н₂O+ 2NаFеO₂ (красн.)  диоксоферрат(III)

Fе₂О₃ + МО=(М^IIFе₂^III)O₄     (М=Сu, Мn, Fе, Ni, Zn)

Fе₂O₃ + ЗН₂ =ЗН₂O+ 2Fе (особо чистое, 1050—1100 °С)

Fе₂O₃ + Fе = ЗFеО    (900 °С)

3Fе₂O₃ + СО = 2(Fe^IIFе₂^III)O₄ + СO₂  (400—600 °С)

     Получение в лаборатории — термическое разложение солей железа (III) на воздухе:

Fе₂(SO₄)₃ = Fе₂O₃ + 3SO₃    (500-700 °С)

4{Fе(NO₃)₃ 9 Н₂O} = 2Fе_aO₃ + 12NO₂+ 3O₂ + 36Н₂O   (600-700 °С)

В природе — оксидные руды железа гематит Fе₂O₃ и лимонит Fе₂O₃ nН₂O

Гидроксид железа (II) Fе(ОН)₂. Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Fе — ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.

Уравнения важнейших реакций:

Fе(OН)₂ = FеО + Н₂O  (150-200 °С, в атм.N₂)

Fе(ОН)₂ + 2НС1 _(разб.) =FеС1₂ + 2Н₂O

Fе(ОН)₂ + 2NаОН _{(> 50%)} = Nа₂[Fе(ОН)₄] ↓_{(сине-зеленый)} (кипячение)

4Fе(ОН)_{2 (суспензия)} + O_{2 (воздух)} →4FеО(ОН)↓ + 2Н₂O  (t)

2Fе(ОН)_{2 (суспензия)} +Н₂O_{2 (разб.)} = 2FеО(ОН)↓ + 2Н₂O

Fе(ОН)₂ + КNO_3(конц.) = FеО(ОН)↓ + NO↑+ КОН   (60 °С)

   Получение: осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:

Fе²⁺ + 2OH _(разб.) = Fе(ОН)₂↓

Fе²⁺ + 2(NH₃Н₂O) = Fе(ОН)₂↓+ 2NH₄

     Метагидроксид железа FеО(ОН). Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Fе — О и Fе — ОН преимущественно ковалентные. При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Fе₂O₃  nН₂O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в FеО(ОН). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Fе(ОН)₂. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.

Соединение состава Fе(ОН)₃ не известно (не получено).

Уравнения важнейших реакций:

Fе₂O₃^. nН₂O→(200-250 °С, —H₂O) FеО(ОН)→( 560-700° С на воздухе , -h3O) →Fе₂О₃

FеО(ОН) + ЗНС1 _(разб.) =FеС1₃ + 2Н₂O

FeO(OH)→Fe₂O₃^.nH₂O -коллоид (NаОН _(конц.))

FеО(ОН)→Nа₃[Fе(ОН)₆] белый , Nа₅[Fе(OН)₈желтоватый (75 °С, NаОН_{( т)})

2FеО(ОН) + Fе(ОН)₂=( Fe^IIFe₂^III )O₄ + 2Н₂O         (600—1000 °С)

2FеО(ОН) + ЗН₂ = 4Н₂O+ 2Fе (особо чистое, 500—600 °С)

2FеО(ОН) + ЗВr₂ + 10КОН = 2К₂FеO₄ + 6Н₂O + 6КВr

       Получение: осаждение из раствора солей железа(Ш) гидрата Fе₂О₃ nН₂O и его частичное обезвоживание (см. выше).

В природе — оксидная руда железа лимонит Fе₂O₃ nН₂О и минерал гётит FеО(ОН).

Феррат калия К₂FеО₄. Оксосоль. Красно-фиолетовый, разлагается при сильном нагревании. Хорошо растворим в концентрированном растворе КОН, реагирует с кипящей водой, неустойчив в кислотной среде. Сильный окислитель.

Качественная реакция — образование красного осадка феррата бария. Применяется в синтезе ферритов — промышленно важных двойных оксидов железа (III) и других металлов.

Уравнения важнейших реакций:

4К₂FеO₄= 4КFеO₂ + 3O₂ + 2К₂O         (700 °С)

4К₂FеO₄ + 6Н₂O _(гор.) =4FeО(ОН)↓ + 8КОН + 3O₂↑

FеО₄^2- + 2OН⁺_(разб.) =4Fе³⁺ + 3O₂↑+10Н₂O

FеО₄^2- + 2(NH₃^. Н₂O)     →2FеО(ОН)↓ + N₂↑+ 2Н₂O+ 4OН^—

FеО₄^2- + Ва²⁺ = ВаFеO₄ (красн.)↓         (в конц. КОН)

   Получение: образуется при окислении соединений железа, например метагидроксида FеО(ОН), бромной водой, а также при действии сильных окислителей (при спекании) на железо

Fе + 2КОН + 2КNO₃ = К₂FеO₄ + 3КNO₂+ H₂O (420 °С)

и электролизе в растворе:

электролиз

Fе + 2КОН _(конц.) + 2Н₂O→ЗН₂↑ + К₂FеO₄ ( электролиз)

(феррат калия образуется на аноде).

      Качественные реакции на ионы Fе²⁺ и Fе³⁺

Обнаружение ионов Fе²⁺ и Fе³⁺в водном растворе проводят с помощью реактивов К₃[Fе(СN)₆] и К₄[Fе(СN)₆] соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения, КFе^III[Fе^II (СN)₆]. В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь, или турнбуллева синь:

Fе²⁺ + К⁺ + [Fе(СN)₆]^3- = КFе^III[Fе^II (СN) ₆]↓

Fе³⁺ + К⁺ + [Fе(СN)₆]^4- = КFе^III[Fе^II (СN) ₆]↓

Химические названия исходных реактивов и продукта реакций:

К₃Fе^III[Fе(СN) ₆]- гексацианоферрат (III) калия

К₄Fе^III[Fе (СN) ₆]- гексацианоферрат (II) калия

КFе^III[Fе^II (СN) ₆]- гексацианоферрат (II) железа  (Ш) калия

Кроме того, хорошим реактивом на ионы Fе³⁺ является тиоцианат-ион NСS^—, железо (III) соединяется с ним, и появляется ярко-красная («кровавая») окраска:

Fе³⁺ + 6NСS^— = [Fе(NСS)₆]^3-

Этим реактивом (например, в виде соли КNСS) можно обнаружить даже следы железа (III) в водопроводной воде, если она проходит через железные трубы, покрытые изнутри ржавчиной.

 

Железо и его соединения

В организме человека содержится около 5 г железа, большая часть его (70%) входит в состав гемоглобина крови.

В свободном состоянии железо — серебристо-белый металл с сероватым оттенком. Чистое железо пластично, обладает ферромагнитными свойствами. На практике обычно используются сплавы железа — чугуны и стали.

Fe — самый главный и самый распространенный элемент из девяти d-металлов побочной подгруппы VIII группы. Вместе с кобальтом и никелем образует «семейство железа».

При образовании соединений с другими элементами чаще использует 2 или 3 электрона (В = II, III ).

Железо, как и почти все d-элементы VIII группы, не проявляет высшую валентность, равную номеру группы. Его максимальная валентность достигает VI и проявляется крайне редко.

Наиболее характерны соединения, в которых атомы Fe находятся в степенях окисления +2 и +3.

	Fe+2	Fe+3		Fe+6
Оксиды	FeOосновный	Fe2O3основный со слабыми признаками амфотерости		FeO3 — не выделен
Гидроксиды	Fe(OH)2 слабое основание	Fe(OH)3 ↔ HFeO2 + H2O		H2FeO4кислота, в свободном состоянии не выделена
Соли	FeCl2, FeSO4, Fe(NO3)2 и др.	Тип IFeCl3	Тип IIKFeO2	K2FeO4BaFeO4SrFeO4ферраты (IV)

1. Техническое железо (в сплаве с углеродом и другими примесями) получают карботермическим восстановлением его природных соединений по схеме:

Восстановление происходит постепенно, в 3 стадии:

1) 3Fe₂O₃ + СО = 2Fe₃O₄ + СO₂

2) Fe₃O₄ + СО = 3FeO +СO₂

3) FeO + СО = Fe + СO₂

Образующийся в результате этого процесса чугун содержит более 2% углерода. В дальнейшем из чугуна получают стали — сплавы железа, содержащие менее 1,5 % углерода.

2. Очень чистое железо получают одним из способов:

а) разложение пентакарбонила Fe

Fe(CO)₅ = Fe + 5СО

б) восстановление водородом чистого FeO

FeO + Н₂ = Fe + Н₂O

в) электролиз водных растворов солей Fe⁺²

FeC₂O₄ = Fe + 2СO₂

оксалат железа (II)

Fe — металл средней активности, проявляет общие свойства, характерные для металлов.

Уникальной особенностью является способность к «ржавлению» во влажном воздухе:

4Fe + 6Н₂O + 3O₂ = 4Fe(OH)₃

В отсутствие влаги с сухим воздухом железо начинает заметно реагировать лишь при Т > 150°С; при прокаливании образуется «железная окалина» Fe₃O₄:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

В воде в отсутствие кислорода железо не растворяется. При очень высокой температуре Fe реагирует с водяным паром, вытесняя из молекул воды водород:

3 Fe + 4Н₂O(г) = 4H₂

Процесс ржавления по своему механизму является электрохимической коррозией. Продукт ржавления представлен в упрощенном виде. На самом деле образуется рыхлый слой смеси оксидов и гидроксидов переменного состава. В отличие от пленки Аl₂О₃, этот слой не предохраняет железо от дальнейшего разрушения.

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

2Fe + 3F₂ = 2FeF₃

2Fe + 3Br₂ = 2FeBr₃

Fe + I₂ = FeI₂

Fe + S = FeS

Образуются соединения, в которых преобладает ионный тип связи.

Fe + Р = Fe_xP_y

Fe + C = Fe_xC_y

Fe + Si = Fe_xSi_y

Образуются вещества переменного состава, т к. бертоллиды (в соединениях преобладает ковалентный характер связи)

Fe⁰ + 2Н⁺ → Fe²⁺ + Н₂↑

Поскольку Fe располагается в ряду активности левее водорода (Е°_Fe/Fe²⁺ = -0,44В), оно способно вытеснять Н₂ из обычных кислот.

Fe + 2HCl = FeCl₂ + Н₂↑

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + Н₂↑

Fe⁰ — 3e^— → Fe³⁺

Концентрированные HNO₃ и H₂SO₄ «пассивируют» железо, поэтому при обычной температуре металл в них не растворяется. При сильном нагревании происходит медленное растворение (без выделения Н₂).

В разб. HNO₃ железо растворяется, переходит в раствор в виде катионов Fe³⁺ а анион кислоты восстанавливется до NO*:

Fe + 4HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2Н₂O

Очень хорошо растворяется в смеси НСl и HNO₃

В водных растворах щелочей Fe не растворяется. С расплавленными щелочами реагирует только при очень высоких температурах.

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

Fe⁰ + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu⁰

Fe(порошок) + 5CO (г) = Fe⁰(CO)₅пентакарбонил железа

Соединения Fe(III)

Красно-бурый порошок, н. р. в Н₂O. В природе — «красный железняк».

1) разложение гидроксида железа (III)

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O

2) обжиг пирита

4FeS₂ + 11O₂ = 8SO₂ + 2Fe₂O₃

3) разложение нитрата

4Fe(NO₃)₃ = 2Fe₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂

Fe₂O₃ — основный оксид с признаками амфотерности.

I. Основные свойства проявляются в способности реагировать с кислотами:

Fe₂О₃ + 6Н⁺ = 2Fe³⁺ + ЗН₂О

Fe₂О₃ + 6HCI = 2FeCI₃ + 3H₂O

Fe₂О₃ + 6HNO₃ = 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O

II. Слабокислотные свойства. В водных растворах щелочей Fe₂O₃ не растворяется, но при сплавлении с твердыми оксидами, щелочами и карбонатами происходит образование ферритов:

Fe₂О₃ + СаО = Ca(FeО₂)₂

Fe₂О₃ + 2NaOH = 2NaFeО₂ + H₂O

Fe₂О₃ + MgCO₃ = Mg(FeO₂)₂ + CO₂

III. Fe₂О₃ — исходное сырье для получения железа в металлургии:

Fe₂О₃ + ЗС = 2Fe + ЗСО или Fe₂О₃ + ЗСО = 2Fe + ЗСO₂

Получают при действии щелочей на растворимые соли Fe³⁺:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃ + 3NaCl

В момент получения Fe(OH)₃ — красно-бурый слизистоаморфный осадок.

Гидроксид Fe(III) образуется также при окислении на влажном воздухе Fe и Fe(OH)₂:

4Fe + 6Н₂O + 3O₂ = 4Fe(OH)₃

4Fe(OH)₂ + 2Н₂O + O₂ = 4Fe(OH)₃

Гидроксид Fe(III) является конечным продуктом гидролиза солей Fe³⁺.

Fe(OH)₃ — очень слабое основание (намного слабее, чем Fe(OH)₂). Проявляет заметные кислотные свойства. Таким образом, Fe(OH)₃ имеет амфотерный характер:

1) реакции с кислотами протекают легко:

Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O

2) свежий осадок Fe(OH)₃ растворяется в горячих конц. растворах КОН или NaOH с образованием гидроксокомплексов:

Fe(OH)₃ + 3КОН = K₃[Fe(OH)₆]

В щелочном растворе Fe(OH)₃ может быть окислен до ферратов (солей не выделенной в свободном состоянии железной кислоты H₂FeO₄):

2Fe(OH)₃ + 10КОН + 3Br₂ = 2K₂FeO₄ + 6КВr + 8Н₂O

Наиболее практически важными являются: Fe₂(SO₄)₃, FeCl₃, Fe(NO₃)₃, Fe(SCN)₃, K₃[Fe(CN)₆).

Характерно образование двойных солей — железных квасцов: (NH₄)Fe(SO₄)₂•12Н₂O, KFe(SO₄)₂• 12Н₂O

Соли Fe³⁺ часто имеют окраску как в твердом состоянии, так и в водном растворе. Это объясняется наличием гидратированных форм или продуктов гидролиза.

1. Fe + неметалл

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

2.Fe + кислота

Fe + 4HNO_{3 разб} = Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

3. Fe₂O₃ + кислота

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SО₄)₃ + 3H₂O

4. Fe(OH)₃ + кислота

Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O

5. Окисление Fe²⁺ до Fe³⁺

2FeCl₂ + Cl₂ = 2FeCl₃

2Fe₂O₃ + H₂O₂ + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O

I. Все растворимые соли Fe³⁺ в водных растворах сильно гидролизованы:

Fe³⁺ + Н₂O = FeOH²⁺ + Н⁺

FeOH²⁺ + Н₂O = Fe(OH)₂⁺ + Н⁺

Fe(OH)₂⁺ Н₂O = Fe(OH)₃ + Н⁺

Водные растворы солей Fe³⁺ имеют сильнокислую реакцию. Соли Fe³⁺ с анионами слабых кислот подвергаются необратимому гидролизу.

II. В реакциях с сильными восстановителями соли Fe3+ проявляют окислительную активность:

2FeCl₃ + 2KI = 2FeCl₂ + I₂ + 2KCl

Fe₂(SO₄)₃ + H₂S = 2FeSO₄ + S + H₂SO₄

III. При действии щелочей и водных растворов аммиака на растворы солей Fe³⁺ образуется осадок:

Fe³⁺ + ЗОН^— = Fe(OH)₃

IV. При нагревании многие соли разлагаются:

2FeCl₃ = 2FeCl₂ + Cl₂

Fe₂(SO₄)₃ = Fe₂O₃ + 3SO₃

4Fe(NO₃)₃ = 2Fe₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂

V. Качественные реакции для обнаружения катионов Fe³⁺:

а) 4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4-_{желтая кровяная соль} = Fe₄[Fe(CN)₆]_{3 берлинская лазурь (темно-синий осадок)}

б) Fe³⁺ + 3SCN^— = Fe(SCN)_{3 роданид Fe(III) (р-р кроваво-красного цвета)}