Mendeleev. Kjemi av grunnstoffene VIII B i gruppen av det periodiske system D.I. Mendeleev Generelle kjennetegn ved elementer i gruppe 8 i den sekundære undergruppen

Sideundergruppen til den åttende gruppen dekker tre triader av d-elementer.

Førstetriaden dannes av elementene jern, kobolt og nikkel, sekund - rutenium, rhodium, palladium, og tredjetriaden - osmium, iridium og platina.

De fleste elementene i undergruppen som vurderes har to elektroner i det ytre elektronskallet til atomet; de er alle metaller.

I tillegg til ytre elektroner, deltar også elektroner fra det forrige uferdige elektronskallet i dannelsen av kjemiske bindinger.

Jernfamilien inkluderer jern, kobolt og nikkel. Økningen i elektronegativitet i seriene Fe (1,83) – Co (1,88) – Ni (1,91) viser at fra jern til nikkel bør det være en nedgang i basiske og reduserende egenskaper. I den elektrokjemiske spenningsserien kommer disse grunnstoffene før hydrogen.

Når det gjelder utbredelsen i naturen, bruken av forbindelser i medisin og teknologi, og dens rolle i kroppen, rangerer jern først i denne gruppen.

Elementer av jernfamilien i forbindelser viser oksidasjonstilstander +2,

Jern(II)forbindelser. Jernholdige salter dannes når jern løses opp i fortynnede syrer. Den viktigste av dem er jern(II)sulfat, eller jernsulfat, FeSO 4 . 7H 2 O, danner lysegrønn

krystaller, svært løselig i vann. I luft eroderer jernsulfat gradvis og oksiderer samtidig fra overflaten, og blir til et gulbrunt basisk salt av jern (III).

Jern(II)sulfat fremstilles ved å løse opp stålrester i 20-30 % svovelsyre:

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

Jern(II)sulfat brukes til å bekjempe planteskadegjørere, i produksjon av blekk og mineralmaling, og i tekstilfarging. Når en løsning av et jern(II)salt reagerer med et alkali, feller det ut et hvitt bunnfall av jern(II)hydroksid Fe(OH) 2, som i luft på grunn av oksidasjon raskt får en grønnaktig og deretter brun farge, og blir til jern (III) hydroksid Fe(OH)3:

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

Toverdige jernforbindelser er reduksjonsmidler og kan lett omdannes til jernholdige jernforbindelser:

6FeSO 4 + 2HNO 3 + 3H 2 SO 4 = 3Fe 2 (SO 4) 3 + 2NO + 4H 2 O

10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O

Ferri jernoksid og hydroksyd har amfotere egenskaper. Jern(III)hydroksid er en svakere base enn jern(II)hydroksid, dette kommer til uttrykk ved at jern(III)jernsalter er sterkt hydrolysert, og Fe(OH) 3 danner ikke salter med svake syrer (for eksempel karbonsyre, hydrogensulfid).

De sure egenskapene til jern(III)jernoksid og hydroksyd manifesteres i fusjonsreaksjonen med alkalimetallkarbonater, som et resultat av at det dannes ferritter - salter av jernholdig syre HFeO 2 ikke oppnådd i fri tilstand:

Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaFeO 2 + CO

Hvis du varmer opp stålspon eller jern(III)oksid med kaliumnitrat og hydroksid, dannes det en legering som inneholder kaliumferrat K 2 FeO 4 - et salt av jernsyre H 2 FeO 4 som ikke frigjøres i fri tilstand:

Fe 2 O 3 + 4KOH + 3KNO 3 = 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O

I biogene forbindelser er jern kompleksbundet med organiske ligander (myoglobin, hemoglobin). Graden av jernoksidasjon i disse kompleksene er omdiskutert. Noen forfattere mener at oksidasjonstilstanden er +2, andre foreslår at den varierer fra +2 til +3 avhengig av graden av interaksjon med oksygen.

applikasjon

Dissosiasjonskonstanter for noen syrer og baser /ved 25 0 C/

Ligger i fjerde periode.
Atomvekten til jern er 55,84, kjerneladning +26. Fordeling av elektroner etter energinivåer (+26): 2, 8, 14, 2. Elektronisk konfigurasjon av det ytre og pre-ytre laget av jern 3s23p63d64s2.

Dermed jernatomet, i tillegg til to s-elektroner i det fjerde ytre laget, det er seks til d-elektroner av det tredje pre-ytre laget. Av disse d-elektroner er de mest aktive 4 uparrede. Følgelig er 6 elektroner spesielt aktivt involvert i dannelsen av jernvalensbindinger - 2 fra de ytre og 4 fra de pre-ytre lagene. De vanligste oksidasjonstilstandene til jern er Fe+2 og Fe+3. Jern er et av de vanligste grunnstoffene i naturen. Den rangerer på fjerde plass i utbredelse blant andre elementer.

■ 57. Basert på strukturen til jernatomet, samt fordelingen av elektroner i orbitaler, angir de mulige oksidasjonstilstandene til dette grunnstoffet.

Jern i fri tilstand er et sølvgrå skinnende metall med en tetthet på 7,87, et smeltepunkt på 1535° og et kokepunkt på 2740°. Jern har uttalte ferromagnetiske egenskaper, det vil si at under påvirkning av et magnetfelt blir det magnetisert og når feltet stopper, beholder det magnetiske egenskaper, og blir en magnet selv. Alle grunnstoffene i jerngruppen har disse egenskapene.
Når det gjelder dets kjemiske egenskaper, er jern et veldig aktivt metall. I fravær av fuktighet endres ikke jern i luften, men når det utsettes for fuktighet og oksygen i luften, gjennomgår det kraftig korrosjon og blir dekket med en løs film av rust, som er jern, som ikke beskytter det mot ytterligere oksidasjon, og jernet oksiderer gradvis i hele sin masse:
4Fe + 2H2O + 3O2 = 2Fe2O3 2H2O
Det er utviklet en rekke metoder for å beskytte dette verdifulle metallet mot korrosjon.

I spenningsserien er jern plassert til venstre for hydrogen. I denne forbindelse blir det lett utsatt for fortynnede syrer, og blir til et jernholdig jernsalt, for eksempel:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Jern reagerer ikke med konsentrert svovelsyre og salpetersyre. Disse syrene lager en så sterk og tett oksidfilm på overflaten av metallet at metallet blir fullstendig passivt og ikke lenger går inn i andre reaksjoner. Samtidig, når det interagerer direkte med så sterke oksidasjonsmidler som jern, viser jern alltid en oksidasjonstilstand på +3:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Jern reagerer med overopphetet damp; i dette tilfellet fortrenges fra vannet, og det varme jernet blir til oksid, og dette er alltid enten jernoksid FeO eller jernoksid Fe3O4(Fe2O3 FeO):
Fe + H2O = FeO + H2

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Jern oppvarmet i rent oksygen brenner kraftig for å danne jernbelegg (se fig. 40).

3Fe + 2O2 = Fe3O4

Ved kalsinering danner jern en legering med karbon og samtidig jernkarbid Fe3C.

■ 58. List de fysiske egenskapene til jern.
59. Hva er de kjemiske egenskapene til jern? Gi et begrunnet svar.

Jernforbindelser

Jern danner to serier av forbindelser - forbindelser Fe +2 og Fe +3. Jern er preget av to oksider - oksid FeO og oksid Fe2O3. Riktignok er det blandede oksidet Fe3O4 kjent, hvis molekyl er to- og treverdig jern: Fe2O3 · FeO. Dette oksidet kalles også jernskala, eller jernoksid.

Jernholdige jernforbindelser er mindre stabile enn jernoksydforbindelser, og i nærvær av et oksidasjonsmiddel, selv om det bare er luft, blir de vanligvis til jern(III)jernforbindelser. For eksempel er jern(II)hydroksid Fe(OH)2 et hvitt fast stoff, men det kan kun oppnås i ren form når løsningene av de reagerende stoffene ikke inneholder oppløst oksygen og hvis reaksjonen utføres i fravær av atmosfærisk oksygen:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Saltet som jern(II)hydroksid er oppnådd fra, bør selvfølgelig ikke inneholde den minste blanding av oksidforbindelser. Siden slike forhold er svært vanskelige å skape i et ordinært pedagogisk laboratorium, oppnås jern(II)hydroksid i form av et mer eller mindre mørkegrønt bunnfall med gelatinøst utseende, noe som indikerer oksidasjon av toverdige jernforbindelser til jernjern. Hvis jern(II)hydroksid holdes i luften i lang tid, omdannes det gradvis til jern(III)hydroksid Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
jern er typiske uløselige hydroksyder. Jern(II)hydroksid har grunnleggende egenskaper, mens Fe(OH)3 har svært svakt uttrykte amfotere egenskaper.

■ 60. List opp egenskapene til jernoksid som et typisk basisk oksid. Gi et begrunnet svar. Skriv alle reaksjonsligninger i fullstendige og forkortede ioniske former.

61. List opp egenskapene til jern(II)hydroksid. Støtt svaret ditt med reaksjonsligninger.

Blant jern(II)-salter er det viktigste jernsulfat FeSO4 · 7H2O, som inneholder 7 krystallvannsmolekyler. Jernsulfat løser seg godt i vann. Det brukes til å kontrollere skadedyr i landbruket, så vel som i produksjon av fargestoffer.
Av de treverdige jernsaltene er det viktigste jernklorid FeCl3, som er svært hygroskopiske oransje krystaller som absorberer vann under lagring og løses opp til en brun pasta.

Jern (II) salter kan lett omdannes til jern (III) salter, for eksempel når de varmes opp med salpetersyre eller kaliumpermanganat i nærvær av svovelsyre:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
Oksidasjon av Fe+2-salter til Fe+3-salter kan også skje under påvirkning av atmosfærisk oksygen under lagring av disse forbindelsene, men denne prosessen er lengre. Svært karakteristiske spesifikke reagenser brukes for å gjenkjenne Fe 2+ og Fe 3+ kationer. For å gjenkjenne toverdig jern, ta for eksempel det røde blodsaltet K3, som i nærvær av toverdige jernioner gir med dem et karakteristisk intenst blått utfelling av Turnboule-blått:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
eller i ionisk form
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
For å gjenkjenne Fe3+-salter, brukes en reaksjon med gult blodsalt K4:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
I dette tilfellet vises et intenst blått bunnfall av prøyssisk blått. Preussisk blå og Turnboule blå brukes som fargestoffer.
I tillegg kan jernjern gjenkjennes ved bruk av løselige salter - kaliumtiocyanat KCNS eller ammoniumtiocyanat NH4CNS. Når disse stoffene interagerer med Fe(III)-salter, får løsningen en blodrød farge.

■ 62. List opp egenskapene til Fe +3- og Fe +2-salter. Hvilken oksidasjonstilstand er mer stabil?
63. Hvordan konvertere Fe +2 salt til Fe +3 salt og omvendt? Gi eksempler.

Reaksjonen følger ligningen:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl
eller i ionisk form
Fe 3+ + 3CNS - = Fe(CNS),
Jernforbindelser spiller en viktig rolle i organismers liv. For eksempel er det en del av hovedproteinet i blodet - hemoglobin, så vel som grønne planter - klorofyll. Jern kommer hovedsakelig inn i kroppen som en del av organisk materiale i matvarer. Epler, egg, spinat og rødbeter inneholder mye jern. Som medisiner brukes jern i form av salter av organiske syrer. Jernklorid tjener som et hemostatisk middel.

■ 64. Tre prøverør inneholder: a) jern(II)sulfat, b) jern(III)sulfat og c) jern(III)klorid. Hvordan finne ut hvilket reagensglass som inneholder hvilket salt?
65. Hvordan utføre en rekke transformasjoner:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. Følgende er gitt: jern, kaustisk soda. Hvordan kan man oppnå jern(II)hydroksid og jern(III)hydroksid ved å bruke bare disse stoffene?
67. En løsning inneholdende krom(III)klorid og jern(III)klorid ble behandlet med overskudd av alkali. Det resulterende bunnfallet ble filtrert. Hva ble igjen på filteret og hva gikk inn i filtratet? Gi et begrunnet svar ved å bruke reaksjonsligninger i molekylære, fullioniske og reduserte ioniske former.

Jernlegeringer

Jern er grunnlaget for jernholdig metallurgi, så det utvinnes i store mengder. Det nye programmet for den omfattende byggingen av kommunismen sørger for produksjon av 250 millioner tonn stål i 1980. Dette er 3,8 ganger mer enn i 1960.
Jern brukes nesten aldri i sin rene form, men kun i form av legeringer. De viktigste legeringene av jern er dens med karbon - ulike støpejern og stål. Hovedforskjellen mellom støpejern og stål er karboninnholdet: støpejern inneholder mer enn 1,7 % karbon, og stål inneholder mindre enn 1,7 %.

Ferrolegeringer (en legering av jern og silisium), ferrokrom (en legering av jern og krom) og ferromangan (en legering av jern og mangan) er av stor praktisk betydning. Ferrolegeringer er støpejern som inneholder mer enn 10 % jern og minst 10 % av den tilsvarende komponenten. I tillegg inneholder de de samme elementene som støpejern. Ferrolegeringer brukes hovedsakelig i "deoksidering" av stål og som legerende urenheter.
Blant støpejern skilles det mellom lineært og pigment. Støpejern brukes til støpegods av ulike deler, omsmeltes til stål, da det har svært høy hardhet og ikke kan bearbeides. Råjern er hvitt, og støpejern er grått. Råjern inneholder mer mangan.

Stål er karbon og legert. Karbonstål er vanligvis en legering av jern og karbon, mens legert stål inneholder legerende tilsetningsstoffer, det vil si tilsetninger av andre metaller som gir stålet mer verdifulle egenskaper. gir stål duktilitet, elastisitet, stabilitet under herding, og - hardhet og varmebestandighet. Stål med zirkoniumtilsetninger er veldig elastiske og formbare; de brukes til å lage panserplater. Mangan urenheter gjør stål motstandsdyktig mot slag og friksjon. Bor forbedrer skjæreegenskapene til stål ved fremstilling av verktøystål.
Noen ganger gir til og med mindre urenheter av sjeldne metaller nye egenskaper til stål. Hvis du holder en ståldel i berylliumpulver ved en temperatur på 900-1000°, økes hardheten til stålet og slitestyrken kraftig.
Krom-nikkel stål, eller, som de også kalles, rustfritt stål, er motstandsdyktig mot korrosjon. Urenheter av svovel og fosfor er svært skadelige for stål - de gjør metallet sprøtt.

■ 68. Hvilke viktige kjertler kjenner du til?
69. Hva er hovedforskjellen mellom stål og støpejern?
70. Hvilke egenskaper ved støpejern og hvilke typer støpejern kjenner du til?
71. Hva er legert stål og legeringsadditiver?

Domeneprosess

Støpejern oppnås ved reduksjonssmelting i masovner. Dette er enorme strukturer tretti meter høye, og produserer mer enn 2000 tonn støpejern per dag. Et diagram over masovnsstrukturen er vist i fig. 83.
Den øvre delen av masovnen, som ladningen lastes gjennom, kalles toppen. Gjennom ovnen ladningen

Ris. 83. Opplegg av en masovn.

faller inn i en lang ovnssjakt som utvider seg nedover, noe som letter bevegelsen av det belastede materialet fra topp til bunn. Når ladningen beveger seg til den bredeste delen av ovnen - dampen - skjer en rekke transformasjoner med den, som et resultat av at det dannes støpejern som strømmer inn i ildstedet - den varmeste delen av ovnen. Det er her slagget samles. Råjern og slagg slippes ut fra ovnen gjennom spesielle hull i smia, kalt tappehull. Luft blåses inn i masovnen gjennom toppen av ovnen for å holde brennstoffet brennende i ovnen.

La oss vurdere de kjemiske prosessene som oppstår under smelting av støpejern. Masovnladningen, dvs. komplekset av stoffer som er lastet inn i den, består av jernmalm, brensel og flussmidler, eller flussmidler. Det er mange jernmalmer. Hovedmalmene er magnetisk jernmalm Fe3O4, rød jernmalm Fe2O3, brun jernmalm 2Fe2O8 · 3H2O. I masovnsprosessen brukes sideritt FeCO3 og noen ganger FeS2 som jernmalm, som etter fyring i pyrittovner blir til slagg Fe2O3, som kan brukes i metallurgi. Slik malm er mindre ønskelig på grunn av det høye svovelinnholdet. Ikke bare støpejern, men også ferrolegeringer smeltes i en masovn. Brennstoffet som lastes inn i ovnen tjener både til å opprettholde en høy temperatur i ovnen og til å redusere jern fra malm, og deltar også i dannelsen av en legering med karbon. Drivstoffet er vanligvis koks.

Under smelteprosessen forgasser koks, og blir, som i en gassgenerator, først til dioksid og deretter til karbonmonoksid:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
Det resulterende karbonmonoksidet er et godt gassformig reduksjonsmiddel. Med dens hjelp gjenvinnes jernmalm:
Fe2O3 + 3СО = 3СО2 + 2Fe
Sammen med malmen som inneholder jern, kommer det nødvendigvis urenheter fra bergarten inn i ovnen. De kan være svært ildfaste og kan tette en ovn som har vært i drift kontinuerlig i mange år. For at gråberget lett skal kunne fjernes fra ovnen, omdannes det til en lavtsmeltende forbindelse, som gjør den til slagg ved hjelp av flussmidler (flukser). Å omdanne grunnbergart som inneholder for eksempel kalkstein til slagg, som brytes ned i en ovn i henhold til ligningen
CaCO3 = CaO + CO2
tilsett sand. Fusjon med kalsiumoksid, sand danner silikat:
CaO + SiO3 = CaSiO3
Dette er et stoff med et uforlignelig lavere smeltepunkt. I flytende tilstand kan den frigjøres fra ovnen.

Hvis bergarten er sur og inneholder en stor mengde silisiumdioksid, blir det tvert imot lastet kalkstein inn i ovnen, som omdanner silisiumdioksidet til silikat, og resultatet er det samme slagget. Tidligere var slagg avfall, men nå blir det avkjølt med vann og brukt som byggemateriale.
For å opprettholde brenselforbrenningen tilføres oppvarmet, oksygenanriket luft kontinuerlig til masovnen. Den varmes opp i spesielle luftvarmere - kiupers. Cowper er et høyt tårn laget av ildfast murstein, hvor varme gasser som slipper ut fra masovnen blir avledet. Masovnsgasser inneholder karbondioksid CO2, N2 og karbonmonoksid CO. Karbonmonoksyd brenner i cowper, og øker dermed temperaturen. Deretter sendes masovnsgassene automatisk til en annen cowper, og gjennom den første begynner å blåse luft som ledes inn i masovnen. I en varm cowper varmes luften opp, og dermed spares drivstoff, som i store mengder ville blitt brukt på å varme opp luften som kommer inn i masovnen. Hver masovn har flere cowpers.

■ 72. Hva er sammensetningen av masovnladningen?
73. Liste de viktigste kjemiske prosessene som skjer under smelting av støpejern.
74. Hva er sammensetningen av masovnsgass og hvordan brukes den i cowpers?
75. Hvor mye støpejern som inneholder 4 % karbon kan fås fra 519,1 kg magnetisk jernmalm som inneholder 10 % urenheter?
76. Hvilken mengde koks gir et volum karbonmonoksid tilstrekkelig til å redusere 320 kg jernoksid dersom koksen inneholder 97 % rent karbon?
77. Hvordan bør sideritt behandles slik at jern kan fås fra dem?

Stållaging

Stål smeltes i tre typer ovner - regenerative ovner med åpen ild, Bessemer-omformere og elektriske ovner.
Ovnen med åpen ild er den mest moderne ovnen designet for smelting av hoveddelen av stål (fig. 84). En ovn med åpen ildsted, i motsetning til en masovn, er ikke en kontinuerlig operativ ovn.

Ris. 84. Diagram av en ovn med åpen ildsted

Hoveddelen er badekaret, der de nødvendige materialene lastes inn gjennom vinduene ved hjelp av en spesiell maskin. Badet er forbundet med spesielle passasjer til regeneratorer, som tjener til å varme opp brennbare gasser og luft som tilføres ovnen. Oppvarming skjer på grunn av varmen fra forbrenningsprodukter, som føres gjennom regeneratorer fra tid til annen. Siden det er flere av dem, jobber de etter tur og varmes opp etter tur. En åpen ildovn kan produsere opptil 500 tonn stål per smelte.

Ladningen til en ovn med åpen ild er svært mangfoldig: ladningen inkluderer støpejern, skrapmetall, malm, flussmidler (flukser) av samme art som i masovnsprosessen. Som i masovnsprosessen, under stålsmelting, varmes luft og brennbare gasser opp i regeneratorer ved å bruke varmen fra avfallsgasser. Drivstoffet i ovner med åpen ild er enten fyringsolje som sprøytes med dyser eller brennbare gasser, som i dag brukes spesielt mye. Drivstoffet her tjener kun til å opprettholde en høy temperatur i ovnen.
Prosessen med stålsmelting er fundamentalt forskjellig fra masovnsprosessen, siden masovnsprosessen er en reduserende prosess, og stålsmelting er en oksidativ prosess, hvis formål er å redusere karboninnholdet ved å oksidere det i metallmassen. Prosessene som foregår er ganske komplekse.

Inneholdt i malmen og tilført luft til ovnen for brenning av gassformig brensel, oksiderer den, så vel som en betydelig mengde jern, og omdanner det hovedsakelig til jern(II)oksid: 2Fe + O2 = 2FeO
Inneholdt i støpejern, eller eventuelle urenheter av andre metaller ved høye temperaturer reduserer det resulterende jern(II)oksidet igjen til metallisk jern i henhold til ligningen: Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe Mn + FeO = MnO + Fe
Reagerer på samme måte med jern(II)oksid og: C + FeO = Fe + CO
På slutten av prosessen tilsettes "deoksideringsmidler" - ferrolegeringer - for å gjenopprette det gjenværende jern(II)oksidet (eller, som de sier, for å "deoksidere" det). Tilsetningsstoffene av mangan og silisium som er tilstede i dem reduserer det gjenværende jern(II)oksidet i henhold til ligningene ovenfor. Etter dette avsluttes smeltingen. Smelting i ovner med åpen ild varer 8-10 timer.

Ris. 85. Bessemer omformer design diagram

Bessemer-omformeren (fig. 85) er en eldre type ovn, men med svært høy produktivitet. Siden omformeren fungerer uten drivstofforbruk, inntar denne metoden for stålproduksjon en betydelig plass i metallurgi. Konverteren er et pæreformet stålkar med en kapasitet på 20-30 tonn, foret på innsiden med ildfast murstein. Hver smelting i omformeren varer 12-15 minutter. Omformeren har en rekke ulemper: den kan bare fungere på flytende støpejern. Dette skyldes det faktum at karbonoksidasjon utføres av luft som føres nedenfra gjennom hele massen av flytende støpejern, noe som øker smeltingen betydelig og øker oksidasjonsintensiteten. Naturligvis er "avfallet" av jern i dette tilfellet spesielt stort. Samtidig tillater ikke den korte smeltetiden at det reguleres eller legeres til tilsetning, så hovedsakelig karbonstål smeltes i omformere. På slutten av smeltingen stoppes lufttilførselen, og som i prosessen med åpen ild tilsettes "deoksidasjonsmidler".

I elektriske ovner (fig. 86) smeltes legert stål av spesielle kvaliteter, hovedsakelig med høyt smeltepunkt, inneholdende og andre tilsetningsstoffer. Det ferdige stålet sendes til valsing. Der, på enorme valseverk - blooming- og platemøller - komprimeres varme stålblokker ved hjelp av valser, som gjør det mulig å produsere ulike former fra stålblokken.

Figur 86. Diagram av en lysbueovn. 1 - elektroder, 2 - lastevindu, 3 - sjakt for stålutløser, 4 - rotasjonsmekanisme

Jern i form av legeringer er mye brukt i den nasjonale økonomien. Ikke en eneste sektor i den nasjonale økonomien kan klare seg uten det. For å spare jernholdige metaller prøver de for tiden, når det er mulig, å erstatte dem med syntetiske materialer.
Jernholdige metaller brukes til å lage verktøymaskiner og biler, fly og verktøy, armering for armerte betongkonstruksjoner, tinn til bokser og takplater, skip og broer, landbruksmaskiner og bjelker, rør og en hel rekke husholdningsprodukter.

■ 78. Hva er den grunnleggende forskjellen mellom stålsmelteprosessen og masovnsprosessen?
79. Hvilke ovner brukes til å smelte stål?
80. Hva er regeneratorer i en åpen ildovn?

81. Angi sammensetningen av den åpne ovnsladningen og dens forskjell fra sammensetningen av masovnsladningen?
82. Hva er "deoksidasjonsmidler"?
83. Hvorfor kalles stålsmelting oksidativ smelting?
84. Hvor mye stål som inneholder 1 % karbon kan produseres av 116,7 kg støpejern som inneholder 4 % karbon?
85. Hvor mye ferromangan som inneholder 80% mangan trengs for å "deoksidere" 36 kg jernoksid?

Artikkel om emnet Jern, en sekundær undergruppe av gruppe VIII

JERN OG ELEKTRISITET Egenskapene til stål er varierte. Det finnes stål designet for å vare lenge i sjøvann, stål som tåler høye temperaturer og...

Ligger i fjerde periode.
Atomvekten til jern er 55,84, kjerneladning +26. Fordeling av elektroner etter energinivåer (+26): 2, 8, 14, 2. Elektronisk konfigurasjon av det ytre og pre-ytre laget av jern 3s23p63d64s2.

Dermed jernatomet, i tillegg til to s-elektroner i det fjerde ytre laget, det er seks til d-elektroner av det tredje pre-ytre laget. Av disse d-elektroner er de mest aktive 4 uparrede. Følgelig er 6 elektroner spesielt aktivt involvert i dannelsen av jernvalensbindinger - 2 fra de ytre og 4 fra de pre-ytre lagene. De vanligste oksidasjonstilstandene til jern er Fe+2 og Fe+3. Jern er et av de vanligste grunnstoffene i naturen. Den rangerer på fjerde plass i utbredelse blant andre elementer.

■ 57. Basert på strukturen til jernatomet, samt fordelingen av elektroner i orbitaler, angir de mulige oksidasjonstilstandene til dette grunnstoffet.

Jern i fri tilstand er et sølvgrå skinnende metall med en tetthet på 7,87, et smeltepunkt på 1535° og et kokepunkt på 2740°. Jern har uttalte ferromagnetiske egenskaper, det vil si at under påvirkning av et magnetfelt blir det magnetisert og når feltet stopper, beholder det magnetiske egenskaper, og blir en magnet selv. Alle grunnstoffene i jerngruppen har disse egenskapene.
Når det gjelder dets kjemiske egenskaper, er jern et veldig aktivt metall. I fravær av fuktighet endres ikke jern i luften, men når det utsettes for fuktighet og oksygen i luften, gjennomgår det kraftig korrosjon og blir dekket med en løs film av rust, som er jern, som ikke beskytter det mot ytterligere oksidasjon, og jernet oksiderer gradvis i hele sin masse:
4Fe + 2H2O + 3O2 = 2Fe2O3 2H2O
Det er utviklet en rekke metoder for å beskytte dette verdifulle metallet mot korrosjon.

I spenningsserien er jern plassert til venstre for hydrogen. I denne forbindelse blir det lett utsatt for fortynnede syrer, og blir til et jernholdig jernsalt, for eksempel:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Jern reagerer ikke med konsentrert svovelsyre og salpetersyre. Disse syrene lager en så sterk og tett oksidfilm på overflaten av metallet at metallet blir fullstendig passivt og ikke lenger går inn i andre reaksjoner. Samtidig, når det interagerer direkte med så sterke oksidasjonsmidler som jern, viser jern alltid en oksidasjonstilstand på +3:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Jern reagerer med overopphetet damp; i dette tilfellet fortrenges fra vannet, og det varme jernet blir til oksid, og dette er alltid enten jernoksid FeO eller jernoksid Fe3O4(Fe2O3 FeO):
Fe + H2O = FeO + H2

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Jern oppvarmet i rent oksygen brenner kraftig for å danne jernbelegg (se fig. 40).

3Fe + 2O2 = Fe3O4

Ved kalsinering danner jern en legering med karbon og samtidig jernkarbid Fe3C.

■ 58. List de fysiske egenskapene til jern.
59. Hva er de kjemiske egenskapene til jern? Gi et begrunnet svar.

Jernforbindelser

Jern danner to serier av forbindelser - forbindelser Fe +2 og Fe +3. Jern er preget av to oksider - oksid FeO og oksid Fe2O3. Riktignok er det blandede oksidet Fe3O4 kjent, hvis molekyl er to- og treverdig jern: Fe2O3 · FeO. Dette oksidet kalles også jernskala, eller jernoksid.

Jernholdige jernforbindelser er mindre stabile enn jernoksydforbindelser, og i nærvær av et oksidasjonsmiddel, selv om det bare er luft, blir de vanligvis til jern(III)jernforbindelser. For eksempel er jern(II)hydroksid Fe(OH)2 et hvitt fast stoff, men det kan kun oppnås i ren form når løsningene av de reagerende stoffene ikke inneholder oppløst oksygen og hvis reaksjonen utføres i fravær av atmosfærisk oksygen:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Saltet som jern(II)hydroksid er oppnådd fra, bør selvfølgelig ikke inneholde den minste blanding av oksidforbindelser. Siden slike forhold er svært vanskelige å skape i et ordinært pedagogisk laboratorium, oppnås jern(II)hydroksid i form av et mer eller mindre mørkegrønt bunnfall med gelatinøst utseende, noe som indikerer oksidasjon av toverdige jernforbindelser til jernjern. Hvis jern(II)hydroksid holdes i luften i lang tid, omdannes det gradvis til jern(III)hydroksid Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
jern er typiske uløselige hydroksyder. Jern(II)hydroksid har grunnleggende egenskaper, mens Fe(OH)3 har svært svakt uttrykte amfotere egenskaper.

■ 60. List opp egenskapene til jernoksid som et typisk basisk oksid. Gi et begrunnet svar. Skriv alle reaksjonsligninger i fullstendige og forkortede ioniske former.

61. List opp egenskapene til jern(II)hydroksid. Støtt svaret ditt med reaksjonsligninger.

Blant jern(II)-salter er det viktigste jernsulfat FeSO4 · 7H2O, som inneholder 7 krystallvannsmolekyler. Jernsulfat løser seg godt i vann. Det brukes til å kontrollere skadedyr i landbruket, så vel som i produksjon av fargestoffer.
Av de treverdige jernsaltene er det viktigste jernklorid FeCl3, som er svært hygroskopiske oransje krystaller som absorberer vann under lagring og løses opp til en brun pasta.

Jern (II) salter kan lett omdannes til jern (III) salter, for eksempel når de varmes opp med salpetersyre eller kaliumpermanganat i nærvær av svovelsyre:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
Oksidasjon av Fe+2-salter til Fe+3-salter kan også skje under påvirkning av atmosfærisk oksygen under lagring av disse forbindelsene, men denne prosessen er lengre. Svært karakteristiske spesifikke reagenser brukes for å gjenkjenne Fe 2+ og Fe 3+ kationer. For å gjenkjenne toverdig jern, ta for eksempel det røde blodsaltet K3, som i nærvær av toverdige jernioner gir med dem et karakteristisk intenst blått utfelling av Turnboule-blått:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
eller i ionisk form
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
For å gjenkjenne Fe3+-salter, brukes en reaksjon med gult blodsalt K4:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
I dette tilfellet vises et intenst blått bunnfall av prøyssisk blått. Preussisk blå og Turnboule blå brukes som fargestoffer.
I tillegg kan jernjern gjenkjennes ved bruk av løselige salter - kaliumtiocyanat KCNS eller ammoniumtiocyanat NH4CNS. Når disse stoffene interagerer med Fe(III)-salter, får løsningen en blodrød farge.

■ 62. List opp egenskapene til Fe +3- og Fe +2-salter. Hvilken oksidasjonstilstand er mer stabil?
63. Hvordan konvertere Fe +2 salt til Fe +3 salt og omvendt? Gi eksempler.

Reaksjonen følger ligningen:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl
eller i ionisk form
Fe 3+ + 3CNS - = Fe(CNS),
Jernforbindelser spiller en viktig rolle i organismers liv. For eksempel er det en del av hovedproteinet i blodet - hemoglobin, så vel som grønne planter - klorofyll. Jern kommer hovedsakelig inn i kroppen som en del av organisk materiale i matvarer. Epler, egg, spinat og rødbeter inneholder mye jern. Som medisiner brukes jern i form av salter av organiske syrer. Jernklorid tjener som et hemostatisk middel.

■ 64. Tre prøverør inneholder: a) jern(II)sulfat, b) jern(III)sulfat og c) jern(III)klorid. Hvordan finne ut hvilket reagensglass som inneholder hvilket salt?
65. Hvordan utføre en rekke transformasjoner:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. Følgende er gitt: jern, kaustisk soda. Hvordan kan man oppnå jern(II)hydroksid og jern(III)hydroksid ved å bruke bare disse stoffene?
67. En løsning inneholdende krom(III)klorid og jern(III)klorid ble behandlet med overskudd av alkali. Det resulterende bunnfallet ble filtrert. Hva ble igjen på filteret og hva gikk inn i filtratet? Gi et begrunnet svar ved å bruke reaksjonsligninger i molekylære, fullioniske og reduserte ioniske former.

Jernlegeringer

Jern er grunnlaget for jernholdig metallurgi, så det utvinnes i store mengder. Det nye programmet for den omfattende byggingen av kommunismen sørger for produksjon av 250 millioner tonn stål i 1980. Dette er 3,8 ganger mer enn i 1960.
Jern brukes nesten aldri i sin rene form, men kun i form av legeringer. De viktigste legeringene av jern er dens med karbon - ulike støpejern og stål. Hovedforskjellen mellom støpejern og stål er karboninnholdet: støpejern inneholder mer enn 1,7 % karbon, og stål inneholder mindre enn 1,7 %.

Ferrolegeringer (en legering av jern og silisium), ferrokrom (en legering av jern og krom) og ferromangan (en legering av jern og mangan) er av stor praktisk betydning. Ferrolegeringer er støpejern som inneholder mer enn 10 % jern og minst 10 % av den tilsvarende komponenten. I tillegg inneholder de de samme elementene som støpejern. Ferrolegeringer brukes hovedsakelig i "deoksidering" av stål og som legerende urenheter.
Blant støpejern skilles det mellom lineært og pigment. Støpejern brukes til støpegods av ulike deler, omsmeltes til stål, da det har svært høy hardhet og ikke kan bearbeides. Råjern er hvitt, og støpejern er grått. Råjern inneholder mer mangan.

Stål er karbon og legert. Karbonstål er vanligvis en legering av jern og karbon, mens legert stål inneholder legerende tilsetningsstoffer, det vil si tilsetninger av andre metaller som gir stålet mer verdifulle egenskaper. gir stål duktilitet, elastisitet, stabilitet under herding, og - hardhet og varmebestandighet. Stål med zirkoniumtilsetninger er veldig elastiske og formbare; de brukes til å lage panserplater. Mangan urenheter gjør stål motstandsdyktig mot slag og friksjon. Bor forbedrer skjæreegenskapene til stål ved fremstilling av verktøystål.
Noen ganger gir til og med mindre urenheter av sjeldne metaller nye egenskaper til stål. Hvis du holder en ståldel i berylliumpulver ved en temperatur på 900-1000°, økes hardheten til stålet og slitestyrken kraftig.
Krom-nikkel stål, eller, som de også kalles, rustfritt stål, er motstandsdyktig mot korrosjon. Urenheter av svovel og fosfor er svært skadelige for stål - de gjør metallet sprøtt.

■ 68. Hvilke viktige kjertler kjenner du til?
69. Hva er hovedforskjellen mellom stål og støpejern?
70. Hvilke egenskaper ved støpejern og hvilke typer støpejern kjenner du til?
71. Hva er legert stål og legeringsadditiver?

Domeneprosess

Støpejern oppnås ved reduksjonssmelting i masovner. Dette er enorme strukturer tretti meter høye, og produserer mer enn 2000 tonn støpejern per dag. Et diagram over masovnsstrukturen er vist i fig. 83.
Den øvre delen av masovnen, som ladningen lastes gjennom, kalles toppen. Gjennom ovnen ladningen

Ris. 83. Opplegg av en masovn.

faller inn i en lang ovnssjakt som utvider seg nedover, noe som letter bevegelsen av det belastede materialet fra topp til bunn. Når ladningen beveger seg til den bredeste delen av ovnen - dampen - skjer en rekke transformasjoner med den, som et resultat av at det dannes støpejern som strømmer inn i ildstedet - den varmeste delen av ovnen. Det er her slagget samles. Råjern og slagg slippes ut fra ovnen gjennom spesielle hull i smia, kalt tappehull. Luft blåses inn i masovnen gjennom toppen av ovnen for å holde brennstoffet brennende i ovnen.

La oss vurdere de kjemiske prosessene som oppstår under smelting av støpejern. Masovnladningen, dvs. komplekset av stoffer som er lastet inn i den, består av jernmalm, brensel og flussmidler, eller flussmidler. Det er mange jernmalmer. Hovedmalmene er magnetisk jernmalm Fe3O4, rød jernmalm Fe2O3, brun jernmalm 2Fe2O8 · 3H2O. I masovnsprosessen brukes sideritt FeCO3 og noen ganger FeS2 som jernmalm, som etter fyring i pyrittovner blir til slagg Fe2O3, som kan brukes i metallurgi. Slik malm er mindre ønskelig på grunn av det høye svovelinnholdet. Ikke bare støpejern, men også ferrolegeringer smeltes i en masovn. Brennstoffet som lastes inn i ovnen tjener både til å opprettholde en høy temperatur i ovnen og til å redusere jern fra malm, og deltar også i dannelsen av en legering med karbon. Drivstoffet er vanligvis koks.

Under smelteprosessen forgasser koks, og blir, som i en gassgenerator, først til dioksid og deretter til karbonmonoksid:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
Det resulterende karbonmonoksidet er et godt gassformig reduksjonsmiddel. Med dens hjelp gjenvinnes jernmalm:
Fe2O3 + 3СО = 3СО2 + 2Fe
Sammen med malmen som inneholder jern, kommer det nødvendigvis urenheter fra bergarten inn i ovnen. De kan være svært ildfaste og kan tette en ovn som har vært i drift kontinuerlig i mange år. For at gråberget lett skal kunne fjernes fra ovnen, omdannes det til en lavtsmeltende forbindelse, som gjør den til slagg ved hjelp av flussmidler (flukser). Å omdanne grunnbergart som inneholder for eksempel kalkstein til slagg, som brytes ned i en ovn i henhold til ligningen
CaCO3 = CaO + CO2
tilsett sand. Fusjon med kalsiumoksid, sand danner silikat:
CaO + SiO3 = CaSiO3
Dette er et stoff med et uforlignelig lavere smeltepunkt. I flytende tilstand kan den frigjøres fra ovnen.

Hvis bergarten er sur og inneholder en stor mengde silisiumdioksid, blir det tvert imot lastet kalkstein inn i ovnen, som omdanner silisiumdioksidet til silikat, og resultatet er det samme slagget. Tidligere var slagg avfall, men nå blir det avkjølt med vann og brukt som byggemateriale.
For å opprettholde brenselforbrenningen tilføres oppvarmet, oksygenanriket luft kontinuerlig til masovnen. Den varmes opp i spesielle luftvarmere - kiupers. Cowper er et høyt tårn laget av ildfast murstein, hvor varme gasser som slipper ut fra masovnen blir avledet. Masovnsgasser inneholder karbondioksid CO2, N2 og karbonmonoksid CO. Karbonmonoksyd brenner i cowper, og øker dermed temperaturen. Deretter sendes masovnsgassene automatisk til en annen cowper, og gjennom den første begynner å blåse luft som ledes inn i masovnen. I en varm cowper varmes luften opp, og dermed spares drivstoff, som i store mengder ville blitt brukt på å varme opp luften som kommer inn i masovnen. Hver masovn har flere cowpers.

■ 72. Hva er sammensetningen av masovnladningen?
73. Liste de viktigste kjemiske prosessene som skjer under smelting av støpejern.
74. Hva er sammensetningen av masovnsgass og hvordan brukes den i cowpers?
75. Hvor mye støpejern som inneholder 4 % karbon kan fås fra 519,1 kg magnetisk jernmalm som inneholder 10 % urenheter?
76. Hvilken mengde koks gir et volum karbonmonoksid tilstrekkelig til å redusere 320 kg jernoksid dersom koksen inneholder 97 % rent karbon?
77. Hvordan bør sideritt behandles slik at jern kan fås fra dem?

Stållaging

Stål smeltes i tre typer ovner - regenerative ovner med åpen ild, Bessemer-omformere og elektriske ovner.
Ovnen med åpen ild er den mest moderne ovnen designet for smelting av hoveddelen av stål (fig. 84). En ovn med åpen ildsted, i motsetning til en masovn, er ikke en kontinuerlig operativ ovn.

Ris. 84. Diagram av en ovn med åpen ildsted

Hoveddelen er badekaret, der de nødvendige materialene lastes inn gjennom vinduene ved hjelp av en spesiell maskin. Badet er forbundet med spesielle passasjer til regeneratorer, som tjener til å varme opp brennbare gasser og luft som tilføres ovnen. Oppvarming skjer på grunn av varmen fra forbrenningsprodukter, som føres gjennom regeneratorer fra tid til annen. Siden det er flere av dem, jobber de etter tur og varmes opp etter tur. En åpen ildovn kan produsere opptil 500 tonn stål per smelte.

Ladningen til en ovn med åpen ild er svært mangfoldig: ladningen inkluderer støpejern, skrapmetall, malm, flussmidler (flukser) av samme art som i masovnsprosessen. Som i masovnsprosessen, under stålsmelting, varmes luft og brennbare gasser opp i regeneratorer ved å bruke varmen fra avfallsgasser. Drivstoffet i ovner med åpen ild er enten fyringsolje som sprøytes med dyser eller brennbare gasser, som i dag brukes spesielt mye. Drivstoffet her tjener kun til å opprettholde en høy temperatur i ovnen.
Prosessen med stålsmelting er fundamentalt forskjellig fra masovnsprosessen, siden masovnsprosessen er en reduserende prosess, og stålsmelting er en oksidativ prosess, hvis formål er å redusere karboninnholdet ved å oksidere det i metallmassen. Prosessene som foregår er ganske komplekse.

Inneholdt i malmen og tilført luft til ovnen for brenning av gassformig brensel, oksiderer den, så vel som en betydelig mengde jern, og omdanner det hovedsakelig til jern(II)oksid: 2Fe + O2 = 2FeO
Inneholdt i støpejern, eller eventuelle urenheter av andre metaller ved høye temperaturer reduserer det resulterende jern(II)oksidet igjen til metallisk jern i henhold til ligningen: Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe Mn + FeO = MnO + Fe
Reagerer på samme måte med jern(II)oksid og: C + FeO = Fe + CO
På slutten av prosessen tilsettes "deoksideringsmidler" - ferrolegeringer - for å gjenopprette det gjenværende jern(II)oksidet (eller, som de sier, for å "deoksidere" det). Tilsetningsstoffene av mangan og silisium som er tilstede i dem reduserer det gjenværende jern(II)oksidet i henhold til ligningene ovenfor. Etter dette avsluttes smeltingen. Smelting i ovner med åpen ild varer 8-10 timer.

Ris. 85. Bessemer omformer design diagram

Bessemer-omformeren (fig. 85) er en eldre type ovn, men med svært høy produktivitet. Siden omformeren fungerer uten drivstofforbruk, inntar denne metoden for stålproduksjon en betydelig plass i metallurgi. Konverteren er et pæreformet stålkar med en kapasitet på 20-30 tonn, foret på innsiden med ildfast murstein. Hver smelting i omformeren varer 12-15 minutter. Omformeren har en rekke ulemper: den kan bare fungere på flytende støpejern. Dette skyldes det faktum at karbonoksidasjon utføres av luft som føres nedenfra gjennom hele massen av flytende støpejern, noe som øker smeltingen betydelig og øker oksidasjonsintensiteten. Naturligvis er "avfallet" av jern i dette tilfellet spesielt stort. Samtidig tillater ikke den korte smeltetiden at det reguleres eller legeres til tilsetning, så hovedsakelig karbonstål smeltes i omformere. På slutten av smeltingen stoppes lufttilførselen, og som i prosessen med åpen ild tilsettes "deoksidasjonsmidler".

I elektriske ovner (fig. 86) smeltes legert stål av spesielle kvaliteter, hovedsakelig med høyt smeltepunkt, inneholdende og andre tilsetningsstoffer. Det ferdige stålet sendes til valsing. Der, på enorme valseverk - blooming- og platemøller - komprimeres varme stålblokker ved hjelp av valser, som gjør det mulig å produsere ulike former fra stålblokken.

Figur 86. Diagram av en lysbueovn. 1 - elektroder, 2 - lastevindu, 3 - sjakt for stålutløser, 4 - rotasjonsmekanisme

Jern i form av legeringer er mye brukt i den nasjonale økonomien. Ikke en eneste sektor i den nasjonale økonomien kan klare seg uten det. For å spare jernholdige metaller prøver de for tiden, når det er mulig, å erstatte dem med syntetiske materialer.
Jernholdige metaller brukes til å lage verktøymaskiner og biler, fly og verktøy, armering for armerte betongkonstruksjoner, tinn til bokser og takplater, skip og broer, landbruksmaskiner og bjelker, rør og en hel rekke husholdningsprodukter.

■ 78. Hva er den grunnleggende forskjellen mellom stålsmelteprosessen og masovnsprosessen?
79. Hvilke ovner brukes til å smelte stål?
80. Hva er regeneratorer i en åpen ildovn?

81. Angi sammensetningen av den åpne ovnsladningen og dens forskjell fra sammensetningen av masovnsladningen?
82. Hva er "deoksidasjonsmidler"?
83. Hvorfor kalles stålsmelting oksidativ smelting?
84. Hvor mye stål som inneholder 1 % karbon kan produseres av 116,7 kg støpejern som inneholder 4 % karbon?
85. Hvor mye ferromangan som inneholder 80% mangan trengs for å "deoksidere" 36 kg jernoksid?

Artikkel om emnet Jern, en sekundær undergruppe av gruppe VIII

JERN OG ELEKTRISITET Egenskapene til stål er varierte. Det finnes stål designet for å vare lenge i sjøvann, stål som tåler høye temperaturer og...

Undergruppen består av 9 grunnstoffer og er i så måte unik i det periodiske system. En annen unik egenskap for denne gruppen er at elementene i denne undergruppen ikke når den høyeste oksidasjonstilstanden (med unntak av Ru og Os). Det er generelt akseptert å dele 9 elementer inn i 4 familier: jerntriaden og Ru-Os, Rh-Ir, Pd-Pt-dyadene. Denne inndelingen rettferdiggjøres av cynosymmetrien til 3d-undernivået til elementene Fe, Co og Ni, samt av lantanidkompresjonen av Os, Ir og Pt.

Kjemi av jerntriadeelementer Enkle stoffer

Jern rangerer fjerde i overflod på jorden, men det meste av det er i en tilstand som ikke er egnet for industriell bruk (aluminosilikater). Kun malmer basert på jernoksider FeO og Fe 2 O 3 er av industriell betydning. Kobolt og nikkel er sjeldne grunnstoffer som, selv om de danner sine egne mineraler, er industrielt utvunnet fra polymetalliske malmer.

Produksjonen av grunnstoffer kommer ned til deres reduksjon fra oksider. Karbonderivater (koks, CO) brukes som reduksjonsmiddel, så det resulterende metallet inneholder opptil flere prosent karbon. Jern som inneholder mer enn 2 % karbon kalles støpejern; Dette materialet er godt egnet for støping av massive produkter, men dets mekaniske styrke er lav. Ved å brenne karbon i ovner eller omformere med åpen ild får man stål som kan produseres mekanisk sterke produkter. Avhengigheten av egenskapene til et materiale på metoden for produksjon og bearbeiding er spesielt tydelig synlig for jern: en kombinasjon av herding og herding gjør det mulig å oppnå materialer med forskjellige egenskaper.

Produksjonen av Co og Ni er en kompleks prosess. I sluttfasen reduseres metalloksider (CoO, Co 2 O 3, NiO) med karbon, og det resulterende metallet renses ved elektrolyse.

Egenskapene til enkle stoffer avhenger sterkt av tilstedeværelsen av urenheter av andre elementer i dem. Rene kompaktmetaller er stabile i luft ved vanlige temperaturer på grunn av dannelsen av en sterk oksidfilm, spesielt Ni. Men i en svært spredt tilstand er disse metallene pyrofore, dvs. selvantenne.

Ved oppvarming reagerer Fe, Co, Ni med basiske ikke-metaller, og interaksjonen mellom jern og klor skjer spesielt intenst på grunn av flyktigheten til den resulterende FeCl 3, som ikke beskytter metalloverflaten mot oksidasjon. Tvert imot, samspillet mellom Ni og fluor oppstår praktisk talt ikke på grunn av dannelsen av en sterk fluorfilm, derfor brukes nikkelutstyr når du arbeider med fluor.

Fe, Co, Ni danner ikke spesifikke forbindelser med hydrogen, men er i stand til å absorbere det i merkbare mengder, spesielt i en svært dispergert tilstand. Derfor er metaller fra jernfamilien gode katalysatorer for hydrogeneringsprosesser.

Metaller reagerer godt med ikke-oksiderende syrer:

E + 2HCl  ECl 2 + H 2

Oksiderende syrer passiverer metaller, men reaksjonen skjer ikke med alkalier på grunn av den grunnleggende naturen til metalloksider.

Tilkoblinger e(0)

Denne oksidasjonstilstanden er karakteristisk for karbonyler. Jern danner karbonyl med sammensetningen Fe(CO) 5, kobolt - Co 2 (CO) 8 og nikkel - Ni(CO) 4. Nikkelkarbonyl dannes spesielt lett (50 °C, atmosfærisk trykk), så det brukes til å oppnå rent nikkel.

Tilkoblinger E(+2)

Stabiliteten til forbindelser i denne oksidasjonstilstanden øker fra Fe til Ni. Dette skyldes det faktum at å øke ladningen til kjernen samtidig som størrelsen på atomet holdes konstant styrker bindingen mellom kjernen og d-elektronene, så sistnevnte er vanskeligere å løsne.

E(+2)-forbindelser oppnås ved å løse opp metaller i syrer. E(OH)2-hydroksider utfelles når en alkaliløsning tilsettes til vandige løsninger av salter:

ECl 2 + 2NaOH = E(OH) 2  + 2NaCl

Av dette kan vi konkludere med at saltene av de aktuelle metallene er mottakelige for hydrolyse ved kationet. Som et resultat av hydrolyse oppnås forskjellige produkter, inkludert polynukleære komplekser, for eksempel NiOH +,.

Ved å kalsinere E(OH) 2 uten lufttilgang kan oksider oppnås. Oksider og hydroksyder viser en overveiende basisk karakter; Ferrater (+2), koboltater (+2) og nikkelater (+2) oppnås kun under tøffe forhold, for eksempel ved å legere:

Na 2 O + NiO = Na 2 NiO 2

E(+2) sulfider kan utfelles fra vandige løsninger ved bruk av Na 2 S eller til og med H 2 S (i motsetning til MnS, som ikke utfelles med H 2 S), men disse sulfidene løses opp i sterke syrer, som brukes i kjemisk analyse:

E 2+ + S 2–  E 2 S, E 2 S + 2H + (eks.)  E 2+ + H 2 S

Av E(+2)-forbindelsene er det bare Fe(+2) som har merkbare reduserende egenskaper. Dermed blir alle enkle (ikke-komplekse) Fe(+2)-forbindelser oksidert av atmosfærisk oksygen og andre sterke oksidasjonsmidler:

4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2  4Fe(OH) 3

10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4  5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O

Kobolt(+2) og nikkel(+2)-forbindelser oksideres kun av sterke oksidasjonsmidler, for eksempel NaOCl:

E(OH)2 + NaOCl+ x H 2 O  E 2 O 3  x H2O + NaCl

Tilkoblinger E(+3)

Stabile forbindelser i denne oksidasjonstilstanden produseres av jern og delvis kobolt. Av Ni(+3)-derivatene er bare komplekse forbindelser stabile.

Hydroksyder E(OH) 3 oppnås ved virkning av alkali på saltløsninger eller ved oksidasjon av E(OH) 2:

FeCl 3 + 3 NaOH = Fe(OH) 3 ↓ + 3 NaCl

2Co(OH)2 + H2O2 = 2Co(OH)3

Dette gir produkter som inneholder en variabel mengde vann (ikke med konstant sammensetning). Oksider er sluttproduktene av hydroksiddehydrering, men det er ikke mulig å oppnå ren Co 2 O 3 og Ni 2 O 3 på grunn av deres nedbrytning til oksygen og lavere oksid. For jern og kobolt er det mulig å oppnå oksider med sammensetningen E 3 O 4, som kan betraktes som blandede oksider EOE 2 O 3. På den annen side er E 3 O 4 salter som tilsvarer den sure funksjonen til E(OH) 3-hydroksider.

Fe 2 O 3 + Na 2 O  2NaFeO 2

Hovedfunksjonene til Fe(OH) 3 er mye bedre uttrykt:

Fe(OH)3 + 3HCl  FeCl3 + 3H2O

På grunn av det faktum at Fe(OH) 3 er en svak elektrolytt, er Fe(+3)-salter mottakelige for hydrolyse. Hydrolyseproduktene farger løsningen med en karakteristisk brun farge, og når løsningen kokes ut faller det ut et bunnfall av Fe(OH) 3:

Fe 3+ + 3H 2 O  Fe(OH) 3 + 3H +

Det er ikke mulig å få frem enkle salter Co(+3) og Ni(+3) som tilsvarer hovedfunksjonen til hydroksydet E(OH) 3: redoksreaksjoner skjer i et surt miljø med dannelse av E(+2) :

2Co 3 O 4 + 12HCl  6CoCl 2 + O 2 + 6H 2 O

Forbindelsene Co(+3) og Ni(+3) kan bare være oksidasjonsmidler, og ganske sterke, og jern(+3) er ikke et sterkt oksidasjonsmiddel. Det er likevel ikke alltid mulig å oppnå E(+3)-salter med et reduserende anion (I–, S2–). For eksempel:

2Fe(OH) 3 + 6HI  2FeI 2 + 6H 2 O + I 2

I motsetning til kobolt og nikkel, produserer jern Fe(+6)-derivater, som oppnås ved alvorlig oksidasjon av Fe(OH) 3 i et alkalisk medium:

2Fe(OH) 3 + 3Br 2 +10KOH  2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

Ferrater (+6) er sterkere oksidasjonsmidler enn permanganater.

Det er det eneste stoffet som forblir flytende ved temperaturer ned til 0 K. Det krystalliserer kun under et trykk på 25 atm. har det laveste kokepunktet. ved temperaturer under 2,2 K eksisterer flytende helium som en blanding av to væsker, hvorav den ene har uregelmessige egenskaper - spesielt superfluiditet (viskositeten er 10 milliarder ganger lavere enn vann).

Helium er det nest vanligste grunnstoffet (etter hydrogen) i universet. Omtrent 10 % av solen består av den (oppdaget i 1868). På jorden ble helium funnet i 1895 i reaksjonsgasser da mineralet kleveitt ble oppløst i syrer. De resterende edelgassene ble isolert fra luften.

Neon er en lett gass: den er 1,44 ganger lettere enn luft, nesten 2 ganger lettere enn argon, men 5 ganger tyngre enn helium. Når det gjelder egenskapene, er det nærmere helium enn argon. Spekteret av neon er rikt: det inneholder mer enn 900 linjer. De lyseste linjene danner en stråle i de røde, oransje og gule delene av spekteret ved bølger fra 6599 til 5400 Ǻ. Disse strålene absorberes og spres mye mindre av luft og partikler suspendert i den enn kortbølgede stråler - blå, indigo, fiolett.

I 1898, i den gamle verden, da han studerte med et spektroskop de første delene av gass som fordampet fra flytende luft, oppdaget den skotske kjemikeren William Ramsay (Ramsay), sammen med Morris William Traver, en ny gass i dem, Neon (Ne 6) , en inert gass inneholdt i luften i mikroskopiske mengder.

Argon er en monoatomisk gass med et kokepunkt (ved normalt trykk) på -185,9 °C (litt lavere enn oksygen, men litt høyere enn nitrogen), smeltepunkt -189,3 °C I 100 ml vann ved 20 °C 3,3 ml av argon løses opp; argon løses opp mye bedre i noen organiske løsemidler enn i vann.

Oppdaget av J. Rayleigh og den engelske fysikeren W. Ramsay i 1894 fra luften. Gassen ble preget av en monoatomisk sammensetning av molekyler og nesten fullstendig kjemisk inaktivitet (argon deltar ikke i noen kjemiske reaksjoner). den nye gassen fikk navnet sitt (gresk argos inaktiv).

Krypton er en inert monoatomisk gass uten farge, smak eller lukt. 3 ganger tyngre enn luft.t pl = - 157,3 o C, t kok = -152,0 o C, tetthet ved normale forhold. lik 3,74 g/l. Åpnet i 1898 av W. Ramsay (England) Bruksområde: for fylling av glødelamper. Kryptonforbindelser er oksidasjonsmidler og fluoreringsmidler i kjemiske syntesereaksjoner.

Xenon er en inert monoatomisk gass uten farge, smak eller lukt. Tsmelte 112 °C, Tt 108 °C, glød i utslippsfiolett. I 1889 isolerte den engelske forskeren Wu Ramsay en blanding fra flytende luft der to gasser ble oppdaget ved spektralmetode: krypton ("skjult", "hemmelig") og xenon ("fremmed", "uvanlig").

Radon er en radioaktiv monoatomisk gass, fargeløs og luktfri. Løselighet i vann 460 ml/l; i organiske løsemidler og i menneskelig fettvev er løseligheten av radon titalls ganger høyere enn i vann. Radons egen radioaktivitet får den til å fluorescere. Gassformig og flytende radon fluorescerer med blått lys Fargen på gløden i et gassutslipp i radon er blå.

Fargeløse krystaller, løselig i vann. Molekylet er lineært. En løsning i vann er et veldig sterkt oksidasjonsmiddel, spesielt i et surt miljø, hvor det oksiderer brom og mangan til de høyeste oksidasjonstilstandene på +7. I et alkalisk miljø hydrolyseres det i henhold til ligningen: XeF 2 + 4KOH = 2Xe + 4KF + O 2 + 2H 2 O

Ved interaksjon med vann er XeF 4 uforholdsmessig: 6XeF H 2 O = 2XeО НF + 4Xe + 3О 2

Det dannes under hydrolysen av XeF 4. Det er et hvitt, ikke-flyktig, høyeksplosivt stoff, svært løselig i vann, og løsningen har en lett alkalisk reaksjon. Når ozon virker på en slik løsning, dannes det et salt av xenonsyre, hvor xenon har en oksidasjonstilstand på +8: XeO 3 + O 3 + 4NaOH = Na 4 XeO 6 + O H 2 O

Kan oppnås ved å reagere bariumperxenat med vannfri svovelsyre ved lave temperaturer: Ba 2 XeO 6 + 2H 2 SO 4 = 2 BaSO 4 + XeO H 2 O XeO 4 er en fargeløs gass som er svært eksplosiv og brytes ned ved temperaturer over 0 ° C : 3XeО 4 = 2XeО 3 + Xe + 3О 2