הערכיות של ברזל בשילוב עם חמצן. אנציקלופדיה גדולה של נפט וגז

עמוד 3

A (שעבורה משוואה (1) נותנת את סדר התקשורת 0 19); בנוסף, יש צורך לקחת את הערכיות של ברזל שווה ל-6 במקום הערך ההתחלתי של 5 78, ועבור קשרי Fe-Si ו-Fe-Fe, השתמש ברדיוסים שונים של אטום Fe (VI) בטענה ש התרומה של ד-אלקטרונים לקשרים אלה שונה. לאחר מכן, הוכח שמשוואת Polypg אינה עולה בקנה אחד עם המרחקים הבין-אטומיים ב-K. לכן, עדיין לא ברור אם יש להשתמש במשוואה זו כאשר דנים במרחקים בין-אטומיים בתרכובות בין-מתכתיות.

לשני מלחי הברזל שהתקבלו - ברזל כלורידי - יש תכונות שונות, ולכן יש צורך לתת להם שמות שיעידו על ערכיות הברזל.

הקביעה הטיטרימטרית של הברזל הכולל כרוכה בהעברת כל הברזל הקיים בדגימה לאותו מצב ערכיות וטיטרציה לאחר מכן, במהלכה ערכיות הברזל משתנה. טיטרציה של יוני תחמוצת ברזל מעולם לא הייתה נפוצה, והשיטות הנפוצות ביותר הן אלו שבהן ברזל ברזל הופך לתחמוצת במהלך טיטרציה.

המוגלובין בעזרת ברזל יכול לצרף לא רק חמצן, אלא גם פחמן חד חמצני. ערכיות הברזל גם אינה משתנה. ההשפעה הרעילה של פחמן חד חמצני מתבטאת בעובדה שהקרבוקסיה המוגלובין שנוצר הופך לא מתאים להעברת חמצן, וכתוצאה מכך רעב חמצן. כאשר קושרים 70% מההמוגלובין עם פחמן חד חמצני, מתרחש מוות.

HCN, H2S, CO יכולים להצטרף לקשר התיאום השישי של ציטוכרום ברזל. במקרה זה, ערכיות הברזל (Fe3) הופכת קבועה וזרימת האלקטרונים נעצרת.

קצב יצירת האקרולין עולה עם עלייה בריכוז הברזל בזרז, בעוד שקצב יצירת ה-CO2 עולה הרבה פחות, מה שמעיד על השתתפות יון Fe3 ביצירת קומפלקס ה-p-allyl, המוביל לחמצון הקל. של פרופילן. בתנאים של חמצון פרופילן, ערכיות הברזל משתנה באופן הפיך. אם יוני Mo64 בזרז הראשוני מוקפים באוקטהדרה של יוני חמצן, אז יוני Mo5 שנוצרו נמצאים בקואורדינציה של פירמידה מרובעת. סידור מחדש של סריג הזרז משנה את פגימותו ומשפיע על התכונות הקטליטיות.

עם זאת, הרס שלהם ממשיך בקלות הן במדיה חומצית חזקה והן במדיה אלקלינית חזקה. האחרון שימש אותנו כדי לקבוע את ערכיות הברזל בתרכובות אלו. לצורך כך טופל החומר 66 (CeH6COC2HN3) 2Fe - H20 בזרם חנקן בתמיסת 0 02N KOH שהוכנה ממים מזוקקים פעמיים בזרימת חנקן. עם החימום, נצפית היווצרות של תמיסה קולואידית ירוקה ומשקע של הידרט תחמוצת ברזל. לכן, בקומפלקס המתקבל, ערכיות הברזל שווה לשניים.

תלות בקצב הפירוק של בזלת שונות בזמן ובטמפרטורת השטיפה.| תלות של התפתחות השלד הסיליקטי הנוצר מדגימות בזלת שנשרפה ולא נשרפה במשך וטמפרטורת השטיפה.

שאיבת הברזל עד המחזור השביעי נשארת כמעט בשווי פרופורציה, ומהמחזור השמיני הוא גם נשאר חלקי בשלד ואינו ניתן לחילוץ. כנראה, שינוי בערכיות הברזל ומספר התיאום שלו משחק כאן תפקיד.

ברקמות שבהן תכולת החמצן זניחה, החמצן מתפצל מההמוגלובין. קלות הניתוק של אוקסיהמוגלובין מוסברת על ידי העובדה שערכיות הברזל תמיד נשארת קבועה.

כאשר פרוטופורפירין ברזל כזה מחובר לחלבון ספציפי, האנזים עצמו נוצר. הקישור מתרחש, ככל הנראה, דרך אחת מערכיות הברזל, ובנוסף עקב האינטראקציה של החלבון עם שתי קבוצות חומצה פרופיונית של פרוטופורפירין. במקרה של קטלאז, ארבע קבוצות של ferriheme, או המין, מחוברות למולקולת חלבון אחת בגודל כזה שתכולת הברזל הכוללת היא בערך 0 1 wt. לקטלאז ממקורות או מינים שונים (למשל, חיידקים, כבדים או אריתרוציטים) עשויות להיות פעילויות שונות. קטלאז פריהמים אינם מופחתים בקלות ל-ferrohemes; ואכן, רק לאחרונה התבררה האפשרות של הפחתה כזו ללא הרס של האנזים. גם האנזים פרוקסידאז נוצר בצורה דומה על ידי הצמדת פריהמה לחלבון. הבדל מאוד מובהק הוא שיש רק קבוצת ferriheme אחת לכל מולקולה בפרוקסידאז. גם מולקולת החלבון קטנה יותר ובעלת יכולת לשלב עם מנגן פרוטופורפירין ללא אובדן פעילות חמצונית. פרוקסידאז נבדל גם בעובדה שקשה יותר לנטרל כשהוא מחומם מאשר קטלאז.

מנגנון החמצון וההפחתה של ציטוכרומים עדיין לא מובן במלואו. ההבדל בין צורות חמצון ומופחתות של ציטוכרום c הוא השינוי בערכיות הברזל. תפקידו של ציטוכרום הוא להסיר אלקטרון מאטום מימן המופעל על ידי דהידרזות. כתוצאה מכך, ציטוכרום מקבל ונותן אלקטרונים, בהיותו הנשא של בדיוק אותם, ולא מימן. בסופו של דבר, האלקטרונים מועברים לחמצן, והאחרון רוכש בדרך זו את היכולת להיכנס לשילוב עם מימן מיונן.

בשיעורי כימיה כבר הכרתם את מושג הערכיות של יסודות כימיים. אספנו במקום אחד את כל המידע השימושי בנושא זה. השתמש בו בעת הכנה ל-GIA ולבחינת המדינה המאוחדת.

ערכיות וניתוח כימי

Valence- היכולת של אטומים של יסודות כימיים להיכנס לתוך תרכובות כימיות עם אטומים של יסודות אחרים. במילים אחרות, זוהי היכולת של אטום ליצור מספר מסוים של קשרים כימיים עם אטומים אחרים.

מלטינית, המילה "ערכיות" מתורגמת כ"כוח, יכולת". שם נכון מאוד, נכון?

המושג "ערכיות" הוא אחד המרכזיים בכימיה. הוא הוצג עוד לפני שמבנה האטום נודע למדענים (עוד ב-1853). לכן, כאשר מבנה האטום נחקר, הוא עבר כמה שינויים.

אז, מנקודת המבט של התיאוריה האלקטרונית, ערכיות קשורה ישירות למספר האלקטרונים החיצוניים של אטום של יסוד. המשמעות היא שב"ערכיות" הכוונה למספר זוגות האלקטרונים שבאמצעותם אטום קשור לאטומים אחרים.

ביודעו זאת, מדענים הצליחו לתאר את אופי הקשר הכימי. זה טמון בעובדה שזוג אטומים של חומר חולקים זוג אלקטרוני ערכיות.

אתם עשויים לשאול, איך יכלו כימאים מהמאה ה-19 לתאר ערכיות גם כשהם האמינו שאין חלקיקים קטנים מאטום? אי אפשר לומר שזה היה כל כך פשוט – הם הסתמכו על ניתוח כימי.

על ידי ניתוח כימי, מדענים מהעבר קבעו את ההרכב של תרכובת כימית: כמה אטומים של יסודות שונים כלולים במולקולה של החומר המדובר. לשם כך, היה צורך לקבוע מהי המסה המדויקת של כל יסוד בדגימה של חומר טהור (ללא זיהומים).

אמנם, שיטה זו אינה חפה מפגמים. מכיוון שניתן לקבוע את הערכיות של יסוד בדרך זו רק בשילובו הפשוט עם מימן חד ערכי תמיד (הידריד) או תמיד חמצן דו ערכי (תחמוצת). לדוגמה, הערכיות של חנקן ב-NH 3 - III, שכן אטום מימן אחד קשור לשלושה אטומי חנקן. וערך הפחמן במתאן (CH 4), לפי אותו עיקרון, הוא IV.

שיטה זו לקביעת ערכיות מתאימה רק לחומרים פשוטים. אבל בחומצות, בדרך זו נוכל לקבוע רק את הערכיות של תרכובות כמו שאריות חומצה, אבל לא את כל היסודות (למעט ערכיות המימן הידועה) בנפרד.

כפי שכבר שמתם לב, ערכיות מסומנת על ידי ספרות רומיות.

ערכיות וחומצות

מכיוון שערכיות המימן נשארת ללא שינוי ומוכרת לכם היטב, תוכלו לקבוע בקלות את הערכיות של שאריות החומצה. כך, למשל, ב-H 2 SO 3 הערכיות של SO 3 היא I, ב- HClO 3 הערכיות של ClO 3 היא I.

באופן דומה, אם ידועה הערכיות של שארית החומצה, קל לרשום את הנוסחה הנכונה של החומצה: NO 2 (I) - HNO 2, S 4 O 6 (II) - H 2 S 4 O 6.

ערכיות ונוסחאות

המושג ערכיות הגיוני רק לחומרים בעלי אופי מולקולרי ואינו מתאים במיוחד לתיאור קשרים כימיים בתרכובות בעלות אופי מקבץ, יוני, גבישי וכו'.

מדדים בנוסחאות המולקולריות של חומרים משקפים את מספר האטומים של היסודות המרכיבים את הרכבם. הכרת ערכיות האלמנטים עוזרת לסדר נכון את המדדים. באותו אופן, על ידי התבוננות בנוסחה המולקולרית ובמדדים, ניתן למנות את הערכיות של היסודות המרכיבים.

אתה מבצע משימות כאלה בשיעורי כימיה בבית הספר. לדוגמה, עם הנוסחה הכימית של חומר שבו ערכיות של אחד היסודות ידועה, אפשר לקבוע בקלות את הערכיות של יסוד אחר.

כדי לעשות זאת, אתה רק צריך לזכור שבחומר בעל טבע מולקולרי, מספר הערכיות של שני היסודות שווה. לכן, השתמש בכפולה הפחות משותפת (המקבילה למספר הערכיות החופשיות הנדרשות לחיבור) כדי לקבוע את הערכיות של האלמנט שאינך יודע.

כדי להבהיר, בואו ניקח את הנוסחה של תחמוצת ברזל Fe 2 O 3. כאן, שני אטומי ברזל בעלי ערכיות III ו-3 אטומי חמצן בעלי ערכיות II משתתפים ביצירת קשר כימי. הכפולה הנמוכה ביותר שלהם היא 6.

• דוגמה: יש לך נוסחאות Mn 2 O 7 . אתה יודע את הערכיות של חמצן, קל לחשב שהכפיל הפחות משותף הוא 14, ומכאן הערכיות של Mn היא VII.

באופן דומה, אתה יכול לעשות את ההיפך: לרשום את הנוסחה הכימית הנכונה של חומר, לדעת את ערכיות היסודות המרכיבים אותו.

• דוגמה: על מנת לרשום נכון את הנוסחה של תחמוצת זרחן, אנו לוקחים בחשבון את הערכיות של חמצן (II) וזרחן (V). לפיכך, הכפולה הפחות משותפת עבור P ו-O היא 10. לכן, לנוסחה יש את הצורה הבאה: P 2 O 5.

אם יודעים היטב את תכונות היסודות שהם מציגים בתרכובות שונות, אפשר לקבוע את ערכיותם אפילו לפי הופעתן של תרכובות כאלה.

לדוגמה: תחמוצות נחושת הן בצבע אדום (Cu 2 O) ושחור (CuO). הידרוקסידי נחושת צבועים בצהוב (CuOH) וכחול (Cu(OH) 2).

וכדי שהקשרים הקוולנטיים בחומרים יהיו ברורים ומובנים יותר עבורכם, כתבו את הנוסחאות המבניות שלהם. המקפים בין היסודות מתארים את הקשרים (הערך) הנוצרים בין האטומים שלהם:

מאפייני ערכיות

כיום, קביעת ערכיות היסודות מבוססת על ידע על מבנה קונכיות האלקטרונים החיצוניות של האטומים שלהם.

ערכיות יכולה להיות:

• קבוע (מתכות של תת הקבוצות העיקריות);
• משתנה (לא מתכות ומתכות מקבוצות צד):
• הערכיות הגבוהה ביותר;
• ערכיות נמוכה יותר.

הקבוע בתרכובות כימיות שונות נשאר:

• ערכיות של מימן, נתרן, אשלגן, פלואור (I);
• ערכיות של חמצן, מגנזיום, סידן, אבץ (II);
• ערכיות של אלומיניום (III).

אבל הערכיות של ברזל ונחושת, ברום וכלור, כמו גם של יסודות רבים אחרים, משתנה כאשר הם יוצרים תרכובות כימיות שונות.

ערכיות ותיאוריה אלקטרונית

במסגרת התיאוריה האלקטרונית, הערכיות של אטום נקבעת על סמך מספר האלקטרונים הבלתי מזווגים המשתתפים ביצירת צמדי אלקטרונים עם אלקטרונים של אטומים אחרים.

רק אלקטרונים הממוקמים על המעטפת החיצונית של האטום משתתפים ביצירת קשרים כימיים. לכן, הערכיות המקסימלית של יסוד כימי היא מספר האלקטרונים במעטפת האלקטרונים החיצונית של האטום שלו.

מושג הערכיות קשור קשר הדוק לחוק התקופתי, שהתגלה על ידי ד.י. מנדלייב. אם תסתכלו מקרוב על הטבלה המחזורית, תוכלו להבחין בקלות: מיקומו של יסוד בטבלה המחזורית והערך שלו קשורים קשר בל יינתק. הערכיות הגבוהה ביותר של יסודות השייכים לאותה קבוצה מתאימה למספר הסידורי של הקבוצה במערכת המחזורית.

אתה תגלה את הערכיות הנמוכה ביותר כאשר אתה מפחית את מספר הקבוצה של האלמנט שמעניין אותך ממספר הקבוצות בטבלה המחזורית (יש שמונה כאלה).

לדוגמה, ערכיותן של מתכות רבות עולה בקנה אחד עם מספרי הקבוצות בטבלת היסודות המחזוריים שאליהם הן משתייכות.

טבלת ערכיות של יסודות כימיים

מספר סידורי chem. יסוד (מספר אטומי)	שֵׁם	סמל כימי	Valence
1	מֵימָן הליום / הליום ליתיום / ליתיום בריליום / בריליום פחמן / פחמן חנקן / חנקן חמצן / חמצן פלואור / פלואור ניאון / ניאון נתרן מגנזיום / מגנזיום אֲלוּמִינְיוּם סיליקון / סיליקון זרחן / זרחן גוֹפרִית כלור / כלור ארגון / ארגון אשלגן / אשלגן סידן / סידן סקנדיום / סקנדיום טיטניום / טיטניום ונדיום / ונדיום כרום / כרום מנגן / מנגן ברזל / ברזל קובלט / קובלט ניקל / ניקל נְחוֹשֶׁת אבץ / אבץ גליום / גליום גרמניום / גרמניום ארסן / ארסן סלניום / סלניום ברום / ברום קריפטון / קריפטון רובידיום / רובידיום סטרונציום / סטרונציום איטריום / איטריום זירקוניום / זירקוניום ניוביום / ניוביום מוליבדן / מוליבדן טכנטיום / טכנטיום רותניום / רותניום רודיום פלדיום / פלדיום כסף / כסף קדמיום / קדמיום אינדיום / אינדיום פח / פח אנטימון / אנטימון טלוריום / טלוריום יוד / יוד קסנון / קסנון צזיום / צזיום בריום / בריום לנתנום / לנתנום סריום / סריום פרסיאודימיום / פרסיאודימיום ניאודימיום / ניאודימיום פרומתיום / פרומתיום שומרון / שומרון אירופיום / אירופיום גדוליניום / גדוליניום טרביום / טרביום Dysprosium / Dysprosium הולמיום / הולמיום ארביום / ארביום תוליום / תוליום איטרביום / איטרביום לוטטיום / לוטטיום הפניום / הפניום טנטלום / טנטלום טונגסטן / טונגסטן רניום / רניום אוסמיום / אוסמיום אירידיום / אירידיום פלטינה / פלטינה זהב / זהב מרקורי / מרקורי מותניים / תליום להוביל / להוביל ביסמוט / ביסמוט פולוניום / פולוניום אסטטין / אסטטין ראדון / ראדון פרנסיום / פרנסיום רדיום / רדיום אקטיניום / אקטיניום תוריום / תוריום Proactinium / Protactinium אורנוס / אורניום	ח	אני (I), II, III, IV, V I, (II), III, (IV), V, VII II, (III), IV, VI, VII II, III, (IV), VI (I), II, (III), (IV) I, (III), (IV), V (II), (III), IV (II), III, (IV), V (II), III, (IV), (V), VI (II), III, IV, (VI), (VII), VIII (II), (III), IV, (VI) I, (III), (IV), V, VII (II), (III), (IV), (V), VI (I), II, (III), IV, (V), VI, VII (II), III, IV, VI, VIII (I), (II), III, IV, VI (I), II, (III), IV, VI (II), III, (IV), (V) אין מידע אין מידע (II), III, IV, (V), VI

בסוגריים ניתנות הערכיות האלה שהאלמנטים שיש להם רק לעתים רחוקות מראים.

ערכיות ומצב חמצון

אז אם כבר מדברים על מידת החמצון, הם מתכוונים שלאטום בחומר בעל אופי יוני (שהוא חשוב) יש מטען מותנה מסוים. ואם ערכיות היא מאפיין ניטרלי, אז מצב החמצון יכול להיות שלילי, חיובי או שווה לאפס.

מעניין שעבור אטום של אותו יסוד, בהתאם ליסודות שאיתם הוא יוצר תרכובת כימית, הערכיות ומצב החמצון יכולים להיות זהים (H 2 O, CH 4 וכו') ולהיבדלים (H 2 O 2, HNO 3).

סיכום

אם תעמיק את הידע שלך על מבנה האטומים, תלמד יותר לעומק ובפירוט רב יותר על ערכיות. אפיון זה של יסודות כימיים אינו ממצה. אבל יש לזה ערך יישומי גדול. מה שאתה עצמך ראית יותר מפעם אחת, פתרון בעיות ועריכת ניסויים כימיים בכיתה.

מאמר זה נועד לעזור לך לארגן את הידע שלך על ערכיות. וגם להיזכר כיצד ניתן לקבוע ואיפה משתמשים בערכיות.

אנו מקווים שחומר זה יהיה שימושי עבורך בהכנת שיעורי בית והכנה עצמית למבחנים ומבחנים.

blog.site, עם העתקה מלאה או חלקית של החומר, נדרש קישור למקור.

ערכיות היא היכולת של אטום של יסוד נתון ליצור מספר מסוים של קשרים כימיים.

באופן פיגורטיבי, ערכיות היא מספר ה"ידיים" שבהן אטום נצמד לאטומים אחרים. באופן טבעי, לאטומים אין "ידיים"; תפקידם הוא שיחק על ידי מה שנקרא. אלקטרונים ערכיים.

אפשר לומר אחרת: ערכיות היא היכולת של אטום של יסוד נתון לחבר מספר מסוים של אטומים אחרים.

יש להבין בבירור את העקרונות הבאים:

ישנם אלמנטים בעלי ערכיות קבועה (יש מעט יחסית מהם) ואלמנטים בעלי ערכיות משתנה (שרובם).

יש לזכור אלמנטים בעלי ערכיות קבועה:

האלמנטים הנותרים עשויים להפגין ערכיות שונה.

הערכיות הגבוהה ביותר של יסוד ברוב המקרים עולה בקנה אחד עם מספר הקבוצה שבה נמצא היסוד.

לדוגמה, מנגן נמצא בקבוצה VII (תת-קבוצה צדדית), הערכיות הגבוהה ביותר של Mn היא שבעה. הסיליקון ממוקם בקבוצה IV (תת-הקבוצה העיקרית), הערכיות הגבוהה ביותר שלו היא ארבע.

עם זאת, יש לזכור שהערך הגבוה ביותר הוא לא תמיד היחיד האפשרי. לדוגמה, הערכיות הגבוהה ביותר של כלור היא שבע (בדוק את זה!), אך ידועות תרכובות שבהן יסוד זה מציג ערכיות VI, V, IV, III, II, I.

חשוב לזכור כמה חריגים: הערכיות המקסימלית (והיחידה) של פלואור היא I (ולא VII), חמצן - II (ולא VI), חנקן - IV (היכולת של חנקן להראות ערכיות V היא מיתוס פופולרי שנמצא אפילו באיזו אסכולה ספרי לימוד).

ערכיות ומצב חמצון אינם מושגים זהים.

מושגים אלה קרובים מספיק, אבל אסור לבלבל ביניהם! למצב החמצון יש סימן (+ או -), ערכיות - לא; מצב החמצון של יסוד בחומר יכול להיות אפס, הערכיות היא אפס רק אם באטום מבודד עסקינן; ייתכן שהערך המספרי של מצב החמצון אינו עולה בקנה אחד עם הערכיות. לדוגמה, הערכיות של חנקן ב-N 2 היא III, ומצב החמצון = 0. הערכיות של פחמן בחומצה פורמית היא IV, ומצב החמצון הוא +2.

אם ידועה הערכיות של אחד היסודות בתרכובת בינארית, ניתן למצוא את הערכיות של השני.

זה נעשה בצורה פשוטה מאוד. זכרו את הכלל הצורני: מכפלת מספר האטומים של היסוד הראשון במולקולה והערכיות שלו חייבת להיות שווה לאותו מכפלה עבור היסוד השני.

בתרכובת A x B y: ערכיות (A) x = ערכיות (B) y

דוגמה 1. מצא את הערכיות של כל היסודות בתרכובת NH 3.

פִּתָרוֹן. אנו יודעים את הערכיות של מימן - היא קבועה ושווה ל-I. אנו מכפילים את הערכיות של H במספר אטומי המימן במולקולת האמוניה: 1 3 \u003d 3. לכן, עבור חנקן, המכפלה של 1 (מספר של N אטומים) על ידי X (ערכיות חנקן) צריך להיות שווה גם ל-3. ברור ש-X = 3. תשובה: N(III), H(I).

דוגמה 2. מצא את הערכיות של כל היסודות במולקולת Cl 2 O 5.

פִּתָרוֹן. לחמצן יש ערכיות קבועה (II), במולקולה של תחמוצת זו ישנם חמישה אטומי חמצן ושני אטומי כלור. תן את הערכיות של כלור \u003d X. אנחנו עושים משוואה: 5 2 \u003d 2 X. ברור, X \u003d 5. תשובה: Cl (V), O (II).

דוגמה 3. מצא את הערכיות של כלור במולקולת SCl 2, אם ידוע שהערכיות של גופרית היא II.

פִּתָרוֹן. אם מחברי הבעיה לא היו אומרים לנו את ערכיות הגופרית, אי אפשר היה לפתור אותה. גם S וגם Cl הם יסודות ערכיות משתנים. בהתחשב במידע נוסף, הפתרון נבנה לפי הסכימה של דוגמאות 1 ו-2. תשובה: Cl(I).

לדעת את הערכיות של שני יסודות, אתה יכול לשרטט נוסחה לתרכובת בינארית.

בדוגמאות 1 - 3, קבענו את הערכיות באמצעות הנוסחה, כעת ננסה לעשות את ההליך ההפוך.

דוגמה 4. כתבו את הנוסחה לתרכובת של סידן ומימן.

פִּתָרוֹן. הערכיות של סידן ומימן ידועות - II ו-I, בהתאמה. תנו לנוסחה של התרכובת הרצויה להיות Ca x H y. אנו שוב מרכיבים את המשוואה הידועה: 2 x \u003d 1 y. כאחד הפתרונות למשוואה זו, נוכל לקחת את x = 1, y = 2. תשובה: CaH 2 .

"ולמה בדיוק CaH 2? - אתם שואלים. - הרי הגרסאות Ca 2 H 4 ו- Ca 4 H 8 ואפילו Ca 10 H 20 לא סותרות את הכלל שלנו!"

התשובה פשוטה: קח את הערכים הקטנים ביותר האפשריים של x ו-y. בדוגמה הנתונה, הערכים המינימליים (הטבעיים!) האלה שווים בדיוק ל-1 ו-2.

"אז, תרכובות כמו N 2 O 4 או C 6 H 6 הן בלתי אפשריות? - אתם שואלים. - האם יש להחליף את הנוסחאות הללו ב-NO 2 ו-CH?"

לא, הם אפשריים. יתר על כן, N 2 O 4 ו-NO 2 הם חומרים שונים לחלוטין. אבל נוסחת CH אינה מתאימה לשום חומר יציב אמיתי בכלל (בניגוד ל-C 6 H 6).

למרות כל האמור לעיל, ברוב המקרים, אתה יכול להיות מונחה על ידי הכלל: קח את ערכי המדד הקטנים ביותר.

דוגמה 5. כתוב את הנוסחה לתרכובת של גופרית עם פלואור, אם ידוע שערך הגופרית הוא שש.

פִּתָרוֹן. תנו לנוסחת המתחם להיות S x F y . ערכיות הגופרית נתונה (VI), ערכיות הפלואור קבועה (I). שוב אנו עושים את המשוואה: 6 x \u003d 1 y. קל להבין שהערכים הקטנים ביותר של המשתנים הם 1 ו-6. תשובה: SF 6 .

כאן, למעשה, כל הנקודות העיקריות.

עכשיו בדוק את עצמך! אני מציע ללכת קצת מבחן בנושא "ולנס".

הערכיות של אטום היא היכולת שלו ליצור מספר מסוים של קשרים כימיים עם אטומים אחרים. לדוגמה, מספר המקפים היוצאים מהסמל של אלמנט בנוסחאות מבניות שווה לערך של אלמנט זה. תסתכל על הנוסחאות המבניות של כמה חומרים למטה - הן מראות שמימן וכלור הם חד ערכיים, חמצן הוא דו ערכי, פחמן הוא ארבע ערכי וחנקן הוא תלת ערכי.

הנקודות כאן מציינות זוגות בודדים של אלקטרונים, אך הן לא תמיד מוצגות בנוסחאות מבניות (הן אינן מעורבות ישירות בהתקשרות, אם כי הן חשובות מנקודת המבט של כלל האוקטטים). בנוסחאות מבניות, כל מקף הוא בדיוק זוג אלקטרונים משותף. לכן, אנו יכולים לתת את ההגדרה הבאה של ערכיות:

ערכיות מוגדרת כמספר זוגות האלקטרונים שבאמצעותם אטום נתון קשור לאטומים אחרים.

מכיוון שרק האלקטרונים של הקליפות החיצוניות משתתפים בקשר הכימי, אלקטרונים כאלה נקראים אלקטרוני ערכיות. קשר יחיד (פשוט) מתרחש כאשר אטומים חולקים זוג אחד של אלקטרוני ערכיות.

נוסחאות מבניות מציגות בבירור את הרכב החומר, את רצף האטומים הקושרים זה לזה ואת הערכיות של יסודות. אבל אם אין צורך במידע מפורט כזה, ניתן לכתוב את הרכב החומר בצורה של נוסחאות כימיות מקוצרות:

H2 (מימן) Cl2 (כלור) CO2 (פחמן דו חמצני) H2O (מים) N2H4 (הידרזין) N2 (חנקן)

במקרה זה, כל החומרים מורכבים ממולקולות, ולכן נוסחאות כאלה נקראות לא רק מקוצרות, אלא מולקולריות. המספר בפינה השמאלית התחתונה של סמל האלמנט נקרא אינדקס. האינדקס מראה כמה אטומים של יסוד נתון יש במולקולה. אינדקס 1 אף פעם לא נכתב.

הערכיות של יסוד נקבעת על פי מספר האלקטרונים המעורבים ביצירת קשרים כימיים.

מושג הערכיות התבסס היטב במדע באמצע המאה הקודמת. בהתבסס על קיומם של קשרי ערכיות, A.M. Butlerov (1862) בנה תיאוריה של מבנה כימי. תיאוריה זו נוצרה בעיקר ביחס לתרכובות אורגניות, שכן בהן התלות של תכונות החומרים מתבטאת בצורה הברורה ביותר לא רק בהרכב, אלא גם במבנה המולקולות שלהם.

A.M. Butlerov חשב את הסיבה לכל התגובות שבהן חומר נכנס למבנה הכימי שלו - רצף הקשרים של אטומים במולקולה, אופי האינטראקציה שלהם והשפעה הדדית.

חקר אופי הערכיות, אופי הקשר הכימי הוביל לחלוקת מושג הערכיות למספר מושגים חדשים, ספציפיים יותר: קוולנטיות, ערכיות יונית, מספר קואורדינציה, מצב חמצון (מספר חמצון).

התכונות הכימיות של יסודות נקבעות על ידי המבנה של השכבות האלקטרוניות החיצוניות של האטומים. תגובה כימית מצטמצמת לאינטראקציה של אלקטרוני הערכיות של האטומים המעורבים בתגובה. לכן, בהתאם למבנה האטומים, אופי האינטראקציה יכול להיות שונה. לפיכך, סוג הקשר בין אטומים נקבע לפי המבנה שלהם.

טבעו של הקשר הכימי נחשף במקצת עם הופעת מכניקת הקוונטים, שלוקחת בחשבון את תכונות הגל של האלקטרון.

חישובים מכאניים קוונטיים מראים שרק אטומים שיש להם אלקטרונים לא מזווגים יכולים לקיים אינטראקציה. מספר האלקטרונים הבלתי מזווגים קובע את הערכיות של אטום של יסוד. האלקטרונים הערכיים של האטומים של היסודות של תת-הקבוצות העיקריות של המערכת המחזורית נמצאים ברמת האנרגיה החיצונית (תת-רמות s ו-p), עבור ה-ELEMENTS של תת-הקבוצות הצדדיות - בנוסף, בתת-ה-d של הקדם- רמה חיצונית. עבור אטומים של לנתנידים ואקטינידים, האלקטרונים ה-f של רמת האנרגיה השלישית מבחוץ יכולים להיות ערכיים. הערכיות של יסודות לא תמיד עולה בקנה אחד עם מספר האלקטרונים הבלתי מזווגים. לדוגמה, לאטום גופרית יש שני אלקטרונים לא מזווגים. בהתאם לכך, הגופרית נותנת תרכובות שבהן הוא דו ערכי, אך ידועות תרכובות שבהן ערכיות הגופרית היא ארבע ואפילו שש. העלייה בערכיות של גופרית c קשורה לעלייה במספר האלקטרונים הבלתי מזווגים הנוצרים כתוצאה מהעירור האטום ומעבר של אחד האלקטרונים המזווגים לתת-הרמה הקרובה ביותר של אותה רמת אנרגיה. המעבר של p-אלקטרון ממצב אחד למשנהו מגדיל את מספר האלקטרונים הבלתי מזווגים בשניים, לכן, הערכיות של האטום גדלה בשתי יחידות; המעבר של s-אלקטרון אחד מוביל לעלייה בערכיות בשתי יחידות נוספות. לפיכך, הערכיות המקסימלית של אטומים של אלמנטים רבים מושגת רק במצב נרגש. בהתאם למידת העירור של האטום, מספר האלקטרונים הבלתי מזווגים יכול להיות שונה, ולכן אלמנטים רבים מציגים ערכיות משתנה.

---- מדוע לברזל יש ערכיות בתרכובות 2,3,6. הסבר מנקודת מבט אלקטרונית.

לברזל יש למעשה ארבעה מצבי חמצון יציבים: 0, +2, +3 ו-+6. יציב במובן שלכל אחד מהם יש תרכובות כימיות משלו, למשל: Fe(CO)5 (0, ברזל קרבוניל); FeSO4 (+2, ברזל גופרתי II); FeCl3 (+3, ברזל כלוריד III); K2FeO4 (+6, אשלגן אוקסופראט). אני מקווה שמתישהו יסונתזו גם תרכובות ברזל עם מצב החמצון הגבוה ביותר האפשרי של +8 - עד כה אף אחד לא הצליח.

ערכיות ברזל ממוצעת Fe2.5 +, Fe 2 + ו- Fe 3 +

IRON (lat. Ferrum), Fe, יסוד כימי מקבוצה VIII של המערכת המחזורית, מספר אטומי 26, מסה אטומית 55.847. מקור השמות הלטיני והרוסי של היסוד לא נקבע באופן חד משמעי. ברזל טבעי הוא תערובת של ארבעה נוקלידים בעלי המסה 54 (התוכן בתערובת הטבעית הוא 5.82% במסה), 56 (91.66%), 57 (2.19%) ו-58 (0.33%). התצורה של שתי שכבות האלקטרונים החיצוניות היא 3s2p6d64s2. בדרך כלל יוצר תרכובות במצבי חמצון +3 (ערכיות III) ו-+2 (ערכיות II). ידועות גם תרכובות עם אטומי ברזל במצבי החמצון +4, +6 ועוד כמה.

במערכת המחזורית של מנדלייב, ברזל נכלל בקבוצה VIIIB. בתקופה הרביעית, אליה משתייך גם הברזל, קבוצה זו כוללת בנוסף לברזל גם קובלט (Co) וניקל (Ni). שלושת היסודות הללו יוצרים שלישיה ויש להם תכונות דומות.

הרדיוס של אטום הברזל הנייטרלי הוא 0.126 ננומטר, הרדיוס של יון Fe2+ הוא 0.080 ננומטר, ורדיוס יון Fe3+ הוא 0.067 ננומטר. האנרגיות של יינון עוקב של אטום הברזל הן 7.893, 16.18, 30.65, 57, 79 eV. זיקה אלקטרונית 0.58 eV. בסולם פאולינג, האלקטרושליליות של ברזל היא בערך 1.8.

ברזל בטוהר גבוה הוא מתכת מבריקה, אפור-כסף, רקיע המתאימה את עצמה היטב לשיטות עיבוד שונות.

תכונות פיזיקליות וכימיות: בטמפרטורות מטמפרטורת החדר עד 917 מעלות צלזיוס, כמו גם בטווח הטמפרטורות של 1394-1535 מעלות צלזיוס, -Fe קיים עם סריג מרוכז בגוף; בטמפרטורת החדר, פרמטר הסריג a = 0.286645 נ"מ. בטמפרטורות של 917-1394 מעלות צלזיוס, -Fe יציב עם סריג T במרכז פנים מעוקב (a = 0.36468 ננומטר). בטמפרטורות הנעות מטמפרטורת החדר ועד 769 מעלות צלזיוס (מה שמכונה נקודת קירי), לברזל יש תכונות מגנטיות חזקות (אומרים שהוא פרומגנטי), בטמפרטורות גבוהות יותר, הברזל מתנהג כמו פרמגנט. לפעמים -Fe פרמגנטי עם סריג מרוכז בגוף, יציב בטמפרטורות שבין 769 ל-917 מעלות צלזיוס, נחשב כשינוי של ברזל, ו-Fe, יציב בטמפרטורות גבוהות (1394-1535 מעלות צלזיוס), נקרא באופן מסורתי - Fe (רעיונות על קיומו של ארבעה שינויים של ברזל התעוררו בתקופה שבה ניתוח עקיפה של קרני רנטגן עדיין לא היה קיים ולא היה מידע אובייקטיבי על המבנה הפנימי של הברזל). נקודת התכה 1535 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה 2750 מעלות צלזיוס, צפיפות 7.87 גרם/סמ"ק. הפוטנציאל הסטנדרטי של צמד Fe2+/Fe0 הוא -0.447V, זוג Fe3+/Fe2+ הוא +0.771V.

כאשר הוא מאוחסן באוויר בטמפרטורות של עד 200 מעלות צלזיוס, הברזל מכוסה בהדרגה בסרט צפוף של תחמוצת, המונע חמצון נוסף של המתכת. באוויר לח, הברזל מכוסה בשכבת חלודה רופפת, שאינה מונעת גישה של חמצן ולחות למתכת והרס שלה. לחלודה אין הרכב כימי קבוע; בערך הנוסחה הכימית שלה יכולה להיכתב כ- Fe2O3 xH2O.

ברזל מגיב עם חמצן (O) כאשר הוא מחומם. כאשר ברזל נשרף באוויר, נוצרת תחמוצת Fe2O3; כאשר נשרף בחמצן טהור, נוצרת תחמוצת Fe3O4. כאשר חמצן או אוויר מועברים דרך ברזל מותך, נוצרת תחמוצת FeO. כאשר מחממים אבקת גופרית (S) וברזל, נוצר גופרית, שאת הנוסחה המשוערת שלו ניתן לכתוב FeS.

ברזל מגיב עם הלוגנים כאשר הוא מחומם. מכיוון ש-FeF3 אינו נדיף, הברזל עמיד בפני פלואור (F) עד לטמפרטורה של 200-300 מעלות צלזיוס. כאשר הברזל עובר כלור (בטמפרטורה של כ-200 מעלות צלזיוס), נוצר FeCl3 נדיף. אם האינטראקציה של ברזל וברום (Br) ממשיכה בטמפרטורת החדר או עם חימום ולחץ מוגבר של אדי ברום, אז נוצר FeBr3. בחימום, FeCl3 ובמיוחד FeBr3 מתפצלים מההלוגן והופכים להלידי ברזל (II). כאשר ברזל ויוד (I) מגיבים, נוצר יודיד Fe3I8.

בחימום, ברזל מגיב עם חנקן (N) ליצירת ברזל ניטריד Fe3N, עם זרחן (P) ליצירת פוספידים FeP, Fe2P ו-Fe3P, עם פחמן (C) ליצירת קרביד Fe3C, עם סיליקון (Si) ליצירת מספר סיליקידים, למשל, FeSi.

בלחץ מוגבר, ברזל מתכתי מגיב עם פחמן חד חמצני CO, ונוזל, בתנאים רגילים, נוצר ברזל פנטקרבוניל Fe (CO) 5 נדיף בקלות. ידועים גם קרבונילי ברזל בהרכבים Fe2(CO)9 ו-Fe3(CO)12. קרבונילי ברזל משמשים כחומרי מוצא בסינתזה של תרכובות ברזל אורגנו, כולל הרכב פרוצין.

ברזל מתכתי טהור יציב במים ובתמיסות אלקליות מדוללות. בחומצות גופריתיות וחנקתיות מרוכזות, ברזל אינו מתמוסס, מכיוון שסרט תחמוצת חזק מפסיב את פני השטח שלו.

עם חומצות גופרתיות הידרוכלוריות ומדוללות (כ-20%), ברזל מגיב ליצירת מלחי ברזל (II):

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

כאשר ברזל יוצר אינטראקציה עם כ-70% חומצה גופרתית, התגובה ממשיכה עם היווצרות של ברזל (III) סולפט:

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

תחמוצת ברזל (II) FeO היא בעלת תכונות בסיסיות, היא מתאימה לבסיס Fe (OH) 2. תחמוצת ברזל (III) Fe2O3 היא אמפוטרית חלשה, היא מתאימה לבסיס חלש אפילו יותר מ-Fe (OH) 2 בסיס Fe (OH) 3, המגיב עם חומצות:

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

ברזל הידרוקסיד (III) Fe(OH)3 מציג תכונות אמפוטריות מעט; הוא מסוגל להגיב רק עם תמיסות אלקליות מרוכזות:

Fe(OH)3 + KOH = K

קומפלקסים הידרוקסו-קומפלקסים של ברזל(III) המתקבלים יציבים בתמיסות אלקליות חזקות. כאשר תמיסות מדוללות במים, הן נהרסות, וברזל (III) Fe(OH)3 הידרוקסיד משקע.

תרכובות ברזל (III) בתמיסות מופחתות על ידי ברזל מתכתי:

Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2

בעת אחסון תמיסות מימיות של מלחי ברזל (II), נצפה חמצון של ברזל (II) לברזל (III):

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

מבין המלחים של ברזל (II) בתמיסות מימיות, מלח מוהר יציב - אמוניום סולפט כפול וברזל (II) (NH4) 2Fe (SO4) 2 6H2O.

ברזל (III) מסוגל ליצור סולפטים כפולים עם קטיונים מסוג אלום טעונים בודדים, למשל, KFe(SO4)2 - אלום ברזל-אשלגן, (NH4)Fe(SO4)2 - אלום ברזל-אמוניום וכו'.

תחת הפעולה של כלור גזי (Cl) או אוזון על תמיסות אלקליות של תרכובות ברזל (III), נוצרות תרכובות ברזל (VI) - פראטים, למשל, אשלגן פראט (VI) (K): K2FeO4. ישנם דיווחים על ייצור תרכובות ברזל (VIII) תחת פעולתם של חומרי חמצון חזקים.

כדי לזהות תרכובות ברזל (III) בתמיסה, נעשה שימוש בתגובה איכותית של יוני Fe3+ עם יוני תיאוציאנט CNS-. כאשר יוני Fe3+ מקיימים אינטראקציה עם אניונים CNS-, נוצר תיוציאנאט ברזל אדום בוהק Fe(CNS)3. מגיב נוסף ליוני Fe3+ הוא אשלגן הקסציאנופראט (II) (K): K4 (קודם לכן חומר זה נקרא מלח דם צהוב). כאשר יוני Fe3+ ו-4– מקיימים אינטראקציה, נוצר משקע כחול בהיר.

תמיסה של אשלגן הקסציאנופראט (III) (K) K3, שנקראה בעבר מלח דם אדום, יכולה לשמש מגיב ליוני Fe2+ בתמיסה. באינטראקציה של יוני Fe3+ ו-3– נוצר משקע כחול בהיר באותו הרכב, כמו במקרה של האינטראקציה של יוני Fe3+ ו-4–.

סגסוגות של ברזל עם פחמן: הברזל משמש בעיקר בסגסוגות, בעיקר בסגסוגות עם פחמן (C) - ברזל יצוק ופלדות שונות. בברזל יצוק תכולת הפחמן גבוהה מ-2.14% במסה (בדרך כלל ברמה של 3.5-4%), בפלדות תכולת הפחמן נמוכה יותר (בדרך כלל ברמה של 0.8-1%).

בַּרזֶל(lat. Ferrum), Fe, יסוד כימי מקבוצה VIII של המערכת המחזורית, מספר אטומי 26, מסה אטומית 55.847. מקור השמות הלטיני והרוסי של היסוד לא נקבע באופן חד משמעי. ברזל טבעי הוא תערובת של ארבעה נוקלידים בעלי המסה 54 (התוכן בתערובת הטבעית הוא 5.82% במסה), 56 (91.66%), 57 (2.19%) ו-58 (0.33%). התצורה של שתי שכבות האלקטרונים החיצוניות היא 3s 2 p 6 d 6 4s 2. בדרך כלל יוצר תרכובות במצבי חמצון +3 (ערכיות III) ו-+2 (ערכיות II). ידועות גם תרכובות עם אטומי ברזל במצבי החמצון +4, +6 ועוד כמה.

במערכת המחזורית של מנדלייב, ברזל נכלל בקבוצה VIIIB. בתקופה הרביעית, אליה משתייך גם הברזל, קבוצה זו כוללת בנוסף לברזל גם קובלט (Co) וניקל (Ni). שלושת היסודות הללו יוצרים שלישיה ויש להם תכונות דומות.

הרדיוס של אטום הברזל הנייטרלי הוא 0.126 ננומטר, הרדיוס של יון Fe 2+ הוא 0.080 ננומטר, והרדיוס של יון Fe 3+ הוא 0.067 ננומטר. האנרגיות של יינון עוקב של אטום הברזל הן 7.893, 16.18, 30.65, 57, 79 eV. זיקה אלקטרונית 0.58 eV. בסולם פאולינג, האלקטרושליליות של ברזל היא בערך 1.8.

ברזל בטוהר גבוה הוא מתכת מבריקה, אפור-כסף, רקיע המתאימה את עצמה היטב לשיטות עיבוד שונות.

תכונות פיזיקליות וכימיות:בטמפרטורות מטמפרטורת החדר עד 917 מעלות צלזיוס, כמו גם בטווח הטמפרטורות 1394-1535 מעלות צלזיוס, יש -Fe עם סריג מרוכז בגוף, בטמפרטורת החדר פרמטר הסריג א= 0.286645 ננומטר. בטמפרטורות של 917-1394 מעלות צלזיוס, יציב -Fe עם סריג T במרכז פנים מעוקב ( א= 0.36468 ננומטר). בטמפרטורות הנעות מטמפרטורת החדר ועד 769 מעלות צלזיוס (מה שמכונה נקודת קירי), לברזל יש תכונות מגנטיות חזקות (אומרים שהוא פרומגנטי), בטמפרטורות גבוהות יותר, הברזל מתנהג כמו פרמגנט. לפעמים -Fe פרמגנטי עם סריג מרוכז בגוף, יציב בטמפרטורות שבין 769 ל-917 מעלות צלזיוס, נחשב כשינוי של ברזל, ו-Fe, יציב בטמפרטורות גבוהות (1394-1535 מעלות צלזיוס), נקרא באופן מסורתי - Fe (רעיונות על קיומו של ארבעה שינויים של ברזל התעוררו בתקופה שבה ניתוח עקיפה של קרני רנטגן עדיין לא היה קיים ולא היה מידע אובייקטיבי על המבנה הפנימי של הברזל). נקודת התכה 1535 מעלות צלזיוס, נקודת רתיחה 2750 מעלות צלזיוס, צפיפות 7.87 גרם/ס"מ 3 . הפוטנציאל הסטנדרטי של הזוג Fe 2+ /Fe 0 0.447V, הזוג Fe 3+ /Fe 2+ + 0.771V.

כאשר הוא מאוחסן באוויר בטמפרטורות של עד 200 מעלות צלזיוס, הברזל מכוסה בהדרגה בסרט צפוף של תחמוצת, המונע חמצון נוסף של המתכת. באוויר לח, הברזל מכוסה בשכבת חלודה רופפת, שאינה מונעת גישה של חמצן ולחות למתכת והרס שלה. לחלודה אין הרכב כימי קבוע; בערך הנוסחה הכימית שלה יכולה להיכתב כ- Fe 2 O 3 xH 2 O.

ברזל מגיב עם חמצן (O) כאשר הוא מחומם. כאשר ברזל נשרף באוויר, נוצרת תחמוצת Fe 2 O 3; כאשר נשרף בחמצן טהור, נוצרת תחמוצת Fe 3 O 4. כאשר חמצן או אוויר מועברים דרך ברזל מותך, נוצרת תחמוצת FeO. כאשר מחממים אבקת גופרית (S) וברזל, נוצר גופרית, שאת הנוסחה המשוערת שלו ניתן לכתוב FeS.

ברזל מגיב עם הלוגנים כאשר הוא מחומם. מכיוון ש-FeF 3 אינו נדיף, הברזל עמיד בפני פלואור (F) עד לטמפרטורה של 200-300 מעלות צלזיוס. כאשר הברזל עובר כלור (בטמפרטורה של כ-200 מעלות צלזיוס), נוצר FeCl 3 נדיף. אם האינטראקציה של ברזל וברום (Br) ממשיכה בטמפרטורת החדר או עם חימום ולחץ אדי ברום מוגבר, אז FeBr 3 נוצר. בחימום, FeCl 3 ובמיוחד FeBr 3 מתפצלים מההלוגן והופכים להלידי ברזל (II). כאשר ברזל ויוד (I) מתקשרים, נוצר Fe 3 I 8 יודיד.

בחימום, ברזל מגיב עם חנקן (N), ויוצר ברזל ניטריד Fe 3 N, עם זרחן (P), יוצר פוספידים FeP, Fe 2 P ו-Fe 3 P, עם פחמן (C), ויוצר Fe 3 C קרביד, עם סיליקון (Si), יוצר מספר סיליקידים, למשל, FeSi.

בלחץ מוגבר, ברזל מתכתי מגיב עם פחמן חד חמצני CO, ונוזל, בתנאים רגילים, נוצר ברזל פנטקרבוניל Fe (CO) 5 נדיף בקלות. ידועים גם קרבונילי ברזל בהרכבים Fe 2 (CO) 9 ו- Fe 3 (CO) 12. קרבונילי ברזל משמשים כחומרי מוצא בסינתזה של תרכובות ברזל אורגנו, כולל הרכב פרוצין.

ברזל מתכתי טהור יציב במים ובתמיסות אלקליות מדוללות. בחומצות גופריתיות וחנקתיות מרוכזות, ברזל אינו מתמוסס, מכיוון שסרט תחמוצת חזק מפסיב את פני השטח שלו.

עם חומצות גופרתיות הידרוכלוריות ומדוללות (כ-20%), ברזל מגיב ליצירת מלחי ברזל (II):

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2

כאשר ברזל יוצר אינטראקציה עם כ-70% חומצה גופרתית, התגובה ממשיכה עם היווצרות של ברזל (III) סולפט:

2Fe + 4H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O

תחמוצת ברזל (II) FeO היא בעלת תכונות בסיסיות, היא מתאימה לבסיס Fe (OH) 2. תחמוצת ברזל (III) Fe 2 O 3 היא אמפוטרית חלשה, היא מתאימה לבסיס חלש אפילו יותר מ-Fe (OH) 2 בסיס Fe (OH) 3, המגיב עם חומצות:

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

ברזל הידרוקסיד (III) Fe(OH) 3 מציג תכונות אמפוטריות חלשות; הוא מסוגל להגיב רק עם תמיסות אלקליות מרוכזות:

Fe (OH) 3 + KOH \u003d K

קומפלקסים הידרוקסו-קומפלקסים של ברזל(III) המתקבלים יציבים בתמיסות אלקליות חזקות. כאשר תמיסות מדוללות במים, הן נהרסות, וברזל (III) Fe(OH) 3 הידרוקסיד משקע.

תרכובות ברזל (III) בתמיסות מופחתות על ידי ברזל מתכתי:

Fe + 2FeCl 3 \u003d 3FeCl 2

בעת אחסון תמיסות מימיות של מלחי ברזל (II), נצפה חמצון של ברזל (II) לברזל (III):

4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4Fe (OH) Cl 2

מבין מלחי הברזל (II) בתמיסות מימיות, מלח מוהר יציב - אמוניום סולפט כפול וברזל (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

ברזל (III) מסוגל ליצור סולפטים כפולים עם קטיונים מסוג אלום טעונים בודדים, למשל, KFe (SO 4) 2 ברזל-אשלגן אלום, (NH 4) Fe (SO 4) 2 אלום ברזל-אמוניום וכו'.

תחת הפעולה של כלור גזי (Cl) או אוזון על תמיסות אלקליות של תרכובות ברזל (III), נוצרים פראטים של ברזל (VI), למשל, אשלגן פראט (VI) (K): K 2 FeO 4. ישנם דיווחים על ייצור תרכובות ברזל (VIII) תחת פעולתם של חומרי חמצון חזקים.

כדי לזהות תרכובות ברזל (III) בתמיסה, נעשה שימוש בתגובה איכותית של יוני Fe 3+ עם יוני thiocyanate CNS. כאשר יוני Fe 3+ מקיימים אינטראקציה עם אניונים של מערכת העצבים המרכזית, נוצר תיוציאנאט ברזל אדום בוהק Fe(CNS) 3. מגיב נוסף ליוני Fe 3+ הוא אשלגן הקסציאנופראט (II) (K): K 4 (בעבר חומר זה נקרא מלח דם צהוב). כאשר יונים Fe 3+ ו-4 מקיימים אינטראקציה, משקע כחול בוהק משקע.

תמיסה של אשלגן הקסציאנופראט (III) (K) K 3, שנקראה בעבר מלח דם אדום, יכולה לשמש מגיב ליוני Fe 2+ בתמיסה. במהלך האינטראקציה של יוני Fe 3+ ו-3, משקע משקע כחול בוהק באותו הרכב כמו במקרה של האינטראקציה של Fe 3+ ו-4 יוני.

סגסוגות של ברזל עם פחמן:ברזל משמש בעיקר בסגסוגות, בעיקר בסגסוגות עם פחמן (C) ברזל יצוק ופלדות שונות. בברזל יצוק תכולת הפחמן גבוהה מ-2.14% במסה (בדרך כלל ברמה של 3.5-4%), בפלדות תכולת הפחמן נמוכה יותר (בדרך כלל ברמה של 0.8-1%).

ברזל יצוק מתקבל בתנורי פיצוץ. תנור הפיצוץ הוא חרוט קטום ענק (עד 30-40 מ' גובה), חלול מבפנים. קירות הכבשן מצופים בלבנים עקשניות מבפנים, עובי הבנייה הוא כמה מטרים. מלמעלה, עפרות ברזל מועשרות (משוחררות מסלע פסולת), חומר מפחית קוקס (דרגות מיוחדות של פחם קשה הנתון לקוקינג מחומם בטמפרטורה של כ-1000 מעלות צלזיוס ללא אוויר), וכן חומרי התכה (אבן גיר ואחרים) התורמים להפרדה מזיהומי מתכת מותכת סיגים. מלמטה, הפיצוץ מוזרם לתוך תנור הפיצוץ (חמצן טהור (O) או אוויר מועשר בחמצן (O)). ככל שהחומרים הטעונים לתוך תנור הפיצוץ יורדים, הטמפרטורה שלהם עולה ל-1200-1300 מעלות צלזיוס. כתוצאה מתגובות הפחתה המתרחשות בעיקר בהשתתפות קוק C ו-CO:

Fe 2 O 3 + 3C \u003d 2Fe + 3CO;

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

נוצר ברזל מתכתי, הרווי בפחמן (C) וזורם מטה.

נמס זה משתחרר מעת לעת מתנור הפיצוץ דרך כלוב חור מיוחד ומאפשר להיתך להתמצק בצורות מיוחדות. ברזל יצוק הוא לבן, מה שנקרא ברזל חזיר (הוא משמש לייצור פלדה) ואפור, או ברזל יצוק. ברזל יצוק לבן הוא תמיסה מוצקה של פחמן (C) בברזל. ניתן להבחין בין מיקרו-גבישים של גרפיט במבנה המיקרו של ברזל יצוק אפור. בשל נוכחותו של גרפיט, ברזל יצוק אפור משאיר סימן על נייר לבן.

ברזל יצוק שביר, הוא דוקר במכה, ולכן לא ניתן לייצר ממנו קפיצים, קפיצים וכל מוצר שחייב לעבוד בכיפוף.

ברזל יצוק מוצק קל יותר מברזל יצוק מותך, כך שכאשר הוא מתמצק הוא אינו מתכווץ (כרגיל בהתמצקות מתכות וסגסוגות), אלא מתרחב. תכונה זו מאפשרת ליצור יציקות שונות מברזל יצוק, כולל שימוש בו כחומר ליציקה אומנותית.

אם תכולת הפחמן (C) בברזל יצוק מצטמצמת ל-1.0-1.5%, אז נוצרת פלדה. פלדות הן פחמן (אין רכיבים אחרים בפלדות כאלה מלבד Fe ו-C) וסגסוגת (פלדות כאלה מכילות תוספים של כרום (Cr), ניקל (Ni), מוליבדן (Mo), קובלט (Co) ומתכות אחרות המשפרים את המכאניות ותכונות פלדה אחרות).

פלדה מתקבלת על ידי עיבוד ברזל חזיר וגרוטאות מתכת בממיר חמצן, בקשת חשמלית או תנור אש פתוח. עם עיבוד כזה, תכולת הפחמן (C) בסגסוגת מצטמצמת לרמה הנדרשת, כמו שאומרים, עודף פחמן (C) נשרף.

התכונות הפיזיקליות של פלדה שונות באופן משמעותי מהמאפיינים של ברזל יצוק: פלדה היא אלסטית, ניתן לזייף, לגלגל אותה. מכיוון שהפלדה, בניגוד מברזל יצוק, מתכווצת במהלך ההתמצקות, יציקות הפלדה המתקבלות נתונות לדחיסה במפעלי גלגול. לאחר הגלגול נעלמים חללים וקונכיות בנפח המתכת, שהופיעו במהלך התמצקות ההיתכים.

לייצור פלדה ברוסיה יש מסורות עמוקות ארוכות, והפלדות שמתקבלות על ידי המטלורגים שלנו הן באיכות גבוהה.

היסטוריה של השגת ברזל:הברזל שיחק וממלא תפקיד יוצא דופן בהיסטוריה החומרית של האנושות. הברזל המתכתי הראשון שנפל לידיו של האדם היה כנראה ממקור מטאורי. עפרות ברזל נפוצות ונמצאות לעתים קרובות אפילו על פני כדור הארץ, אך ברזל מקומי על פני השטח נדיר ביותר. כנראה, לפני כמה אלפי שנים, אדם שם לב שלאחר שריפת אש, במקרים מסוימים, נצפית היווצרות של ברזל מאותן חתיכות עפרה שהגיעו בטעות בשריפה. בעת שריפת אש, הפחתת הברזל מהעפרה מתרחשת עקב התגובה של העפרה הן ישירות עם פחם והן עם פחמן חד חמצני (II) CO הנוצר במהלך הבעירה. האפשרות להשיג ברזל מעפרות הקלה מאוד על גילוי העובדה שכאשר מחממים עפרות בפחם, נוצרת מתכת, שאותה ניתן לזקק עוד יותר במהלך החישול. הפקת ברזל מעפרות באמצעות תהליך ייצור גבינה הומצאה במערב אסיה באלף השני לפני הספירה. התקופה מהמאה 9 7 לפנה"ס, כאשר שבטים רבים באירופה ואסיה פיתחו מתכות ברזל, נקראה תקופת הברזל, שהחליפה את תקופת הברונזה. שיפור בשיטות הנשיפה (הטיוט הטבעי הוחלף בפרוות) ועלייה בגובה האח (הופיעו תנורים בעלי פיר נמוך) הובילו לייצור ברזל חזיר, אשר החל להיות מותך נרחב במערב אירופה החל מה-14. מֵאָה. הברזל היצוק שנוצר הומר לפלדה. מאמצע המאה ה-18 החלו להשתמש בפחם-קוק במקום פחם בתהליך הכבשן. בהמשך שופרו באופן משמעותי שיטות השגת ברזל מעפרות, וכיום משתמשים לכך במכשירים מיוחדים - תנורי פיצוץ, ממירי חמצן ותנורי קשת חשמליים.

למצוא בטבע:הברזל מופץ באופן נרחב בקרום כדור הארץ - הוא מהווה כ-4.1% ממסת קרום כדור הארץ (מקום רביעי בין כל היסודות, 2 בין מתכות). ידוע על מספר רב של עפרות ומינרלים המכילים ברזל. החשיבות המעשית הגדולה ביותר הן עפרת ברזל אדומה (עפרת המטיט, Fe 2 O 3; מכילה עד 70% Fe), עפרת ברזל מגנטית (עפרת מגנטיט, Fe 3 O 4; מכילה 72.4% Fe), עפרת ברזל חומה (עפרת הידרוגיט). HFeO 2 נ H 2 O), כמו גם עפרות ברזל ספורות (עפרת סידריט, ברזל קרבונט, FeCO 3; מכילה כ-48% Fe). מרבצים גדולים של פיריט FeS 2 נמצאים גם בטבע (שמות אחרים הם פיריטים גופרית, פיריטים ברזל, דיסולפיד ברזל ועוד), אך לעפרות עם תכולת גופרית גבוהה אין עדיין חשיבות מעשית. מבחינת מאגרי עפרות ברזל, רוסיה נמצאת במקום הראשון בעולם. במי ים 1 10 5 1 10 8% ברזל.

השימוש בברזל, סגסוגותיו ותרכובותיו:לברזל טהור יש שימושים מוגבלים למדי. הוא משמש לייצור ליבות אלקטרומגנטיות, כזרז לתהליכים כימיים ולמטרות אחרות. אבל סגסוגות של ברזל יצוק ברזל ופלדה מהוות את הבסיס של הטכנולוגיה המודרנית. תרכובות ברזל רבות נמצאות גם בשימוש נרחב. אז, סולפט ברזל (III) משמש לטיפול במים, תחמוצות ברזל וציאניד משמשים פיגמנטים בייצור צבעים וכן הלאה.

תפקיד ביולוגי:ברזל קיים באורגניזמים של כל הצמחים והחיות כיסוד קורט, כלומר בכמויות קטנות מאוד (כ-0.02% בממוצע). עם זאת, חיידקי ברזל המשתמשים באנרגיה של חמצון ברזל (II) לברזל (III) לצורך כימוסינתזה יכולים לצבור עד 17-20% ברזל בתאים שלהם. התפקיד הביולוגי העיקרי של הברזל הוא השתתפות בהובלת חמצן (O) ותהליכי חמצון. פונקציה זו של ברזל מבצעת כחלק מחלבונים מורכבים - המופרוטאינים, שהקבוצה התותבת שלהם היא קומפלקס הברזל פורפירין - heme. בין ההמופרוטאינים החשובים ביותר הם הפיגמנטים הנשימתיים המוגלובין ומיוגלובין, נשאי אלקטרונים אוניברסליים בתגובות של נשימה תאית, חמצון ופוטוסינתזה, ציטוכרומים, אנזימים קטלוזה ופרוקסיד ועוד. אצל חלק מחסרי החוליות, לפיגמנטים הנשימתיים המכילים ברזל הלואריטרין וכלורוקרורין מבנה שונה מהמוגלובין. במהלך הביוסינתזה של המופרוטאינים, עובר אליהם ברזל מחלבון הפריטין, שאוגר ומוביל ברזל. חלבון זה, שמולקולה אחת ממנה כוללת כ-4,500 אטומי ברזל, מרוכז בכבד, בטחול, במח העצם וברירית המעי של יונקים ובני אדם. הצורך היומי של האדם בברזל (6-20 מ"ג) מכוסה בעודף על ידי מזון (בשר, כבד, ביצים, לחם, תרד, סלק ואחרים עשירים בברזל). גופו של אדם ממוצע (משקל גוף 70 ק"ג) מכיל 4.2 גרם ברזל, 1 ליטר דם מכיל כ-450 מ"ג. עם מחסור בברזל בגוף מתפתחת אנמיה בלוטותית, המטופלת בתרופות המכילות ברזל. תכשירי ברזל משמשים גם כטוניק כללי. מינון עודף של ברזל (200 מ"ג או יותר) יכול להיות רעיל. ברזל נחוץ גם להתפתחות תקינה של צמחים, ולכן ישנם דשנים מיקרוניים המבוססים על תכשירי ברזל.