Попередня сторінка: 24. Az alumínium. Az alumínium vegyületei
Наступна сторінка: 26. A bázisok. A nátrium és a kalcium hidroxidja
E téma tananyaga segít nektek:
ismeretet szerezni a vas mint kémiai elem a természetben való előfordulásáról; tisztázni a vasatom és -ion szerkezetét; bővíteni az ismereteket a vas és vegyületeinek tulajdonságairól;
megismerni a vas és vegyületeinek alkalmazási területeit.
A vas mint kémiai elem. A vas mint kémiai elem (ferrum) a periódusos rendszer negyedik periódusában, а VIII. csoport mellékcsoportjában helyezkedik el.
Előfordulása. A vas egyike a legelterjedtebb elemeknek a Földön: atomi aránya a földkéregben 1,8%.
A természetben különböző vegyületek formájában fordul elő. Egyes vastartalmú ásványok a vasgyártás alapanyagai. A vas fontosabb ércei: hematit (vagy vörös vasérc)—Fe2Cfj magnetit (vagy mágnesvasérc)—FejO4, limonit (vagy barna vasérc)—Fe2O3^H2O (68. ábra).
68. ábra
Vasércek
Ukrajnában a krivij-rihi medencében hatalmas vörösvasérc lelőhelyek vannak. Vastartalmú ásvány a pirít (vagy vaskovand) — FeS2 is (69. ábra), de nem alkalmas a kohászatra, mivel a kéntartalom a vas törékenységét okozza. Ezt a vegyületet kénsav előállítására használják.
A természetben a vas elemi állapotban ritkán fordul elő (meteoritokban).
Kis mennyiségű Fe2+-kation található a természetes vizekben. A vízben oldott oxigénnel oxidálva sárgás színű Fe3+-kationná alakul, amely a körülményektől függően Fe(OH)2 vörösesbarna üledékként kicsapódhat. A víz vastartalmát bizonyítja a folyó vagy a tó medrének színe, a vízforralóban kialakuló vízkő barnás árnyalata.
Az élő szervezetekben viszonylag kevés vas található, mégis létfontosságú elem. A növényekben fontos szerepet játszik a klorofill előállításában, a
gerincesek szervezetében a vas a vér hemoglobinjában található (hiánya vérszegénységet okozhat).
Az atom és az ion elektronszerkezete.
A vasatom 26 elektront tartalmaz (protonszáma 26), amelyek 4 elektronhéjon (energiaszinten) helyezkednek el. A vasatom elektronszerkezete:
írjátok fel a vasatom elektronszerkezetét cellásán ábrázolva (kvantumképletét).
A vasatom viszonylag könnyen veszíti el a külső (negyedik) energiaszinten található s-elektronjait és Fe2+-ionná alakul. Megszabadulhat még egy elektrontól a d-pályáról. Ekkor Fe3+-ionná válik, minden d-atompályán egy elektron van:
illetve
a III vegyértékű vasvegyületekben találhatóak.
A vas mint egyszerű anyag. A vas olyan fém, amelyet az ember több ezer éve használ. A vas és ötvözetei nélkül szinte elképzelhetetlen civilizációnk fejlődése.
Fizikai tulajdonság. A vas tiszta állapotban ezüstfehér, fémes fényű, jól nyújtható, alakítható fém. Sűrűsége 7,87 g/cm8 (nehézfém), 1539 °C-nál olvad, mágnesezhető. Sokféle ötvözete létezik.
Kémiai tulajdonságai. A vas a kémiai reakciókban közepes aktivitást mutat. Ha nagyon finom por alakjában állítjuk elő (például vastartalmú szerves anyagok bomlásával), a levegőn magától meggyullad. A finoman porított anyagokat, melyek a levegőn öngyulladásra képesek, pirofór1 anyagoknak nevezik.
Reakciója a nemfémekkel. Hőmérséklet hatására a vas számos nemfémmel reagál. Vaspenge vagy rugó szikrázva ég el az oxigénben (70. ábra):
A vas klórgázban is elég (71. ábra), hőmérséklet hatására reakcióba lép a kénnel:
71. ábra
Vas égése klórgázban
Reakciója a vízzel. Ha vasport szórunk vagy szeget helyezünk a vízbe, idővel rozsda jelenik meg a fém felületén. Ez a vas és a víz, valamint a benne található oldott oxigén kölcsönhatásának terméke. A rozsda változó összetételű, éppen ezért képlete Fe2O3^nH2O. A reakcióegyenletben az egyszerűség
kedvéért bázisként Fe(OH)3 képlettel íijuk (ez felel meg a Fe203*3H20 képletnek):
A hevített vaspor vízgőzzel kettős oxid képződésével reagál:
Korábban ez a reakció a hidrogén ipari előállítására szolgált.
Reakciója a savakkal. A vas híg savakkal (sósav, kénsav stb., kivéve a salétromsavat) hidrogénfejlődés mellett oldódik, eközben II vegyértékű vasvegyület képződik:
Tömény salétromsav és kénsav, az alumíniumhoz hasonlóan, a vas felületét passziválja. Ezért lehet ezeket a savakat szállítani vastartályokban. Melegítéskor a kémiailag passzív összefüggő oxid-réteg kölcsönhatásba lép a savval, és a fém azonnal reakcióba lép a savval, eközben III vegyértékű vasvegyület képződik (72. ábra):
Rendezzétek a reakciósémákat az elektronmérleg módszerét használva.
72. ábra
Vas reakciója tömény salétromsavval
Reakciója a sókkal. A vasatomok behelyettesítik a nála kevésbé aktív fémes elemek ionjait
(réz, ezüst, bizmut és mások) sóoldataikban. Eközben II vegyértékű vas sója képződik:
A vas oxidjai. A vas az oxigénnel három ve-gyületet alkot: egyszerű oxidokat - FeO, Fe2O3 és kettős oxidot - Fe3O4 (vagy FeO^Fe2O3). Ezek szilárd anyagok, a FeO és a Fe3O4 fekete színű, a Fe2O3 barna. Részletesebben megvizsgáljuk az egyszerű oxidokat (73. ábra).
73. ábra
A vas oxidjai
Laboratóriumi körülmények között a vas(II)-oxidot és a vas(III)-oxidot a megfelelő hidroxi-dok termikus bomlásával állítják elő, illetve egyes sók melegítésével:
A tiszta vas(II)-oxid előállításának feltétele az oxigénhiányos környezet, különben a ve-gyület reagál vele és Fe3O4- vagy Fe203-oxiddá alakul.
Az egyszerű oxidok kémiai jellegükben különböznek egymástól: a FeO bázisképző, a Fe2O3 amfoter. Mindkettő reagál savképző oxidokkal, illetve savakkal.
írjátok fel a reakcióegyenleteket: a) a FeO- és a P2O5-Oxid között; b) a Fe2O3 és a kénsav között.
A vas(III)-oxid, bár amfoter, nem reagál a lúgok vizes oldatával. Az oxid lúggal való köl-
csönhatása csak olvasztással vagy összeégetés-sel megy végbe. Ekkor ferritet kapunk:
Érdekes
tudnivaló
Egyes ferriteket mágneses tulajdonságai miatt a műszergyártásban alkalmazzák.
A vas-hidroxidok. Vízben nem oldódó ve-gyületek: a Fe(OH)2 gyakorlatilag fehér, olykor zöldes árnyalattal, a Fe(OH)3 színe vöröses barna (74. ábra).
74. ábra
A vas hidroxidjai
Tiszta vas(II)-hidroxidot előállítani cserebomlási reakcióval nagyon nehéz, mivel a vízben oldott oxigénnel, illetve a levegőn gyorsan oxidálódik és átalakul vas(III)-hidroxiddá:
Alakítsátok át a reakciósémát kémiai egyenletté.
Kémiai jellegüket tekintve a vas-hidroxidok hasonlítanak a megfelelő oxidjaikhoz: a Fe(OH)2 -bázis, a Fe(OH)3 - amfoter hidroxid, amely szintén nem lép reakcióba közönséges körülmények között a lúgokkal.
A vas sói. A vasnak számos sója ismeretes. A Fe(II)-sókban a vas Fe2+ ionként található, a III vegyértékű vas sóiban megjelenhet Fe3+-kation-ként (FeF3, Fe2(SO4)3) vagy savmaradék-anion összetevőjeként
75. ábra
A vas sói
Mivel magyarázható a III vegyértékű vas két típusú sójának kialakulása?
Miután a vastartalmú sók vizes oldataiból elpárologtatjuk a vizet, kristályhidrátokat kapunk: FeS04*7H20, FeCl3*6H20 stb. A II vegyértékű vas kristályvíztartalmú sóinak többsége zöldes-kék színű, a III vegyértékű vas kristály hidrátjai különböző színűek: így például a FeCl3*6H2O barna, a Fe2(S04)3*9H20 fehér, a Fe(N03)3*9H20 fakó-lila vegyület.
A vas sói hidrolizálnak, oldataik savas kém-hatásúak:
Egyes három vegyértékű vas sójának előállítása cserebomlási reakcióval nem lehetséges a kationok és az anionok egyidejű hidrolízise miatt:
A vas vegyületeinek alkalmazása. A vas
vegyületeinek gyakorlati alkalmazása széleskörű. A Fe2O3 és a Fe3O4 képletű oxidok a vaskohászat nyersanyagai. A természetben található vas(III)-oxid hidrátjai különböző színskálát mutatnak - a sárgásbarnától a barnáig. Ezek ásványi pigmentek (festékanyagok): okker (sárga), sziena és umbra (vöröses barna). A Fe3O4 kettős oxidot elektrolízis elektródáihoz használják, valamint
alkáli akkumulátorokhoz. Nagyon széleskörű alkalmazása van a vasgálicnak (vas(II)-szulfát-heptahidrát) - FeS04-7H20. Felhasználják faanyag impregnálására (megőrzésére), növényvédő-szerként, más vasvegyületek előállítására, redukáló szerként.
ÖSSZEFOGLALÁS
A vas (ferrum) az egyik legfontosabb fémes elem. A d-mező elemeihez tartozik, egyszerű anyagként (vas) a fémekhez tartozik.
A vas reakcióba lép a nemfémek többségével, a savakkal, számos só vizes oldatával, víz és oxigén jelenlétében rozsdásodik.
A vasnak három oxidja ismeretes: FeO, Fe2O3 és Fe3O4. A FeO - bázisképző, a Fe2O3 -amfoter oxid. A Fe(OH)2 és a Fe(OH)3 kémiai jellegüket tekintve hasonlítanak a megfelelő oxidjaikhoz. A vas oxidjai és hidroxidjai reagálnak a savakkal, a vas(III)-oxid hő hatására lúgokkal is kölcsönhatásba lép.
A vas sói különböző színűek, oldataikból kristályhidrátként válnak ki.
A vas oxidjait és sóit széleskörűen alkalmazzák különböző területeken.
193. írjátok fel a Fe3Al2(SiO4)3 és a Ca3Fe2(SiO4)3 ásványok (általános nevük vas-gránátok) képleteit megfelelő oxidok formájában.
194. írjátok fel a vas-ionok elektronszerkezeti és kvantumképleteit.
195. Fejezzétek be a reakciósémákat és alakítsátok át kémiai egyenletté:
196. A pontok helyére írjátok be a megfelelő vegyületek képleteit és alakítsátok át a reakció sémáját kémiai egyenletté:
197. írjátok fel a reakcióegyenleteket, melyek segítségével elvégezhető az átalakítási vázlat:
198. A vas(II, III)-oxid savakkal úgy reagál, mint az oxiújainak keveréke. írjátok fel a Fe3O4 reakciójának egyenletét sósavval és kénsavval.
199. írjátok fel a vas-nitrátok hidrolízisének reakcióegyenleteit molekuláris és ionmolekula formájában. Vegyétek figyelembe, hogy a folyamatok során nem képződik csapadék.
200. Vas(III)-klorid vizes oldatán átengedve a kénhidrogént, egy egyszerű anyag világos sárga üledéke keletkezik. írjátok fel a reakció egyenletét.
201. Milyen annak a vas-oxidnak a képlete, melyben a fém tömeg-rész-aránya 70%?
202. Milyen tömegű vas(III)-nitrát szükséges 8 g vas(III)-oxid előállításához?
203. Határozzátok meg a vízmolekulák számát a FeCl2 • nH20 kris-tályhidrátban, ha a víz tömegrész-aránya a vegyületben 36,2%.
204. Milyen térfogatú (n.k.k.) hidrogén válik ki 1,12 g vas és 18 g 10%-os sósavoldat reakciójánál?
205. A réz(II)-szulfát oldatba 28 g tömegű vaslemezt merítettünk. Egy kis idő elteltével kivettük a vaslemezt és lemértük: a lemez tömege 30 g lett. Határozzátok meg a lemezen kivált réz tömegét. Vegyétek figyelembe, hogy a kivált fém nem szóródik le a lemezről.
ÉRDEKLŐDŐK SZÁMÁRA
Rozsdafolt eltávolítása a szövetből
Hogy eltávolítsuk a rozsdafoltot a szövetből, olyan savat kell használnunk, amely a vas(III)-hidroxiddal reagálva oldható sót képez. Ennek a savnak azonban nem szabad roncsolni az anyagot és hatni a festékre, ha a szövet színezett. Ezeknek a követelményeknek a szerves savak felelnek meg - a citromsav, az ecetsav, az oxál- és a borkősav.
1. módszer. A rozsdával szennyezett területet megnedvesítjük citromsav tömény oldatával, vékony réteg sót szórunk rá, és néhány órán át hagyjuk működni (néha egy napig szükséges). A folt eltávolítása után szappanos meleg vízzel mossuk ki a ruhát. A citromsavoldat helyett citromlé is használható.
2. módszer. Az ecetsav hígított oldatát (2 evőkanál ecetet egy pohár vízbe) egy hibátlan zománcozott edényben 80-90 °C-ra melegítjük, majd 3-5 percre beáztatjuk a szövet rozsdafolttal szennyezett területét. Ha a rozsda nem tűnik el teljesen, az eljárást megismételjük Ezután a ruhát szalmiákszeszes (egy evőkanál ammónia-oldat 2 liter vízhez) meleg vízben átmossuk.
Ez a tankönyv anyaga Kémia a 11. osztály számára Pavlo Popéi
Наступна сторінка: 26. A bázisok. A nátrium és a kalcium hidroxidja