Żelazo i jego związki

Występowanie żelaza W stanie wolnym – meteoryty żelazne ponadto z niklem stanowi jądro metaliczne Ziemi W stanie związanym: - magnetyt – Fe3O4 - hematyt – Fe2O3 - limonit – Fe2O3.nH2O - piryt – FeS2 - syderyt – FeCO3 Żelazo najczęściej występuje na stopniu utlenienia +II i +III, rzadko na 0 i +VI.

Hematyt i piryt Hematyt Piryt

Syderyt i limonit

Magnetyt

Właściwości fizyczne żelaza Żelazo oraz niektóre jego związki (np. Fe3O4) mają właściwości ferromagnetyczne Związki żelaza (FeCl3, FeBr3)stosowane są jako katalizatory reakcji chemicznych Metal srebrzysto-biały, miękki, ciągliwy, kowalny Lite żelazo w suchym powietrzu ulega pasywacji, powstaje Fe3O4 i nie ulega korozji W powietrzu wilgotnym pokrywa się rdzą barwy zółto-czerwono-brunatnej, która jest mieszaniną uwodnionych tlenków żelaza, wodorotlenków i soli żelaza na stopniu utlenienia +II oraz +III

Mechanizm korozji elektrochemicznej Żelazo jest stopem, w którym oprócz domieszek innych metali występują duże ilości węgla w postaci grafitu lub cementytu Fe3C Cementyt stanowi półogniwo ujemne (anodę) natomiast atomy żelaza stanowią półogniwo dodatnie (katodę), czyli na odkrytej powierzchni żelaza w wilgotnym powietrzu, które zawiera wodę i rozpuszczone związki i tym samym stanowi elekrolit występuje duża ilość mikroogniw

Mechanizm korozji elektrochemicznej - cd A (-): Fe  Fe2+ + 2e- K(+): 4H+ + O2 + 4e-  2H2O (środowisko kwaśnie) lub K(+): 2H2O + O2 + 4e-  4OH- (środowisko obojętne) Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2 (zielonkawy) 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 (rdzawy)

Właściwości chemiczne żelaza i jego związki Silnie rozdrobnione żelaza ma właściwości piroforyczne , spala się do Fe3O4 W podwyższonej temperaturze reaguje: Fluorowcami – np. FeCl3, Siarką – FeS, Węglem – Fe3C Z gorąca wodą : 200oC (parą wodną) 3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2

Właściwości chemiczne żelaza i jego związki - cd Reakcje z kwasami nieutleniającymi (HCl, rozcieńczone: siarkowy(VI), azotowy(V) powstają sole, w których żelazo jest na +II Fe + H2SO4(rozc.)  FeSO4 + H2 Fe + 2HCl  FeCl2 + H2 Fe + 2HNO3 (rozc.)  Fe(NO3)2 + H2 Reakcje z kwasami utleniającymi na zimno (stężone siarkowy(VI), azotowy(V) – żelazo ulega pasywacji – pokrywa się Fe3O4 Reakcje z kwasami utleniającymi na gorąco – żelazo ulega roztworzeniu utleniając się do +III - 2Fe + 6H2SO4(stęż)  Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Właściwości chemiczne żelaza i jego związki - cd Wodorotlenki żelaza – otrzymuje się w reakcji wymiany podwójnej, poprzez wytrącenie kationów żelaza z rozpuszczalnych soli żelaza w wodzie roztworami zasad: Fe2+ + 2OH-  ↓ Fe(OH)2 – zielonkawy Fe3+ + 3OH-  ↓ Fe(OH)3 – czerwonobrunatny Fe(OH)2 – łatwo ulega utlenieniu do Fe(OH)3 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 Wodorotlenki żelaza nie ulegają roztworzeniu w nadmiarze zasady

Ważniejsze związki żelaza i ich właściwości 1. Związki żelaza na +II są silnymi reduktorami. 2. Wodorotlenki żelaza reagują z kwasami dając dobrze rozpuszczalne w wodzie sole z wyjątkiem {fluorku, siarczku, ortofosforanu(V) i węglanu(IV)}. 3. Rozpuszczalne w wodzie sole żelaza ulegają hydrolizie kationowej, wodne roztwory ich soli wykazują odczyn kwasowy. Fe2+ + 2H2O  Fe(OH)2 + 2H+ Fe3+ + 3H2O  Fe(OH)3 + 3H+

Ważniejsze związki żelaza i ich właściwości 1. Tlenki żelaza – nierozpuszczalne w wodzie o właściwościach amfoterycznych: - FeO; Fe2O3; Fe3O4 (FeO.Fe2O3), 2. Tlenek żelaza(III) lub wodorotlenek żelaza(III) stapiany z wodorotlenkami lub węglanami(IV) litowców: bez udziału utleniaczy dają sole – żelaziany(III): Fe2O3 + 2NaOH  2NaFeO2 + H2O - z udziałem utleniaczy dają sole – żelaziany(VI) Fe2O3 + 4KOH + 3KNO3  2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O Kationy FeO42- ma barwę fioletowo-czerwoną i jest silniejszym utleniaczem niż manganian(VII).

Schemat przemian żelaza i jego wybranych związków Stopień utlenienia żelaza VI utleniacz KOH utleniacz KOH H2SO4 temp. III KOH reduktor utleniacz utleniacz utl. H2SO4 temp. H2SO4 II utleniacz KOH 0 reduktor H2SO4 FeO42- Fe(OH)3 Fe2(SO4)3 Fe2O3 FeSO4 FeO Fe(OH)2 Fe