Raua oksüdatsiooni valem. Raud - elemendi üldised omadused, raua ja selle ühendite keemilised omadused
Raud on üks levinumaid keemilisi elemente Maal. Iidsetest aegadest on inimesed õppinud seda oma töö hõlbustamiseks kasutama. Tehnoloogia arenguga on selle ulatus oluliselt laienenud. Kui mitu tuhat aastat tagasi kasutati rauda ainult maaharimiseks kasutatavate lihtsate tööriistade valmistamiseks, siis nüüd kasutatakse seda keemilist elementi peaaegu kõigis kõrgtehnoloogilistes valdkondades.
Nagu Plinius vanem kirjutas. "Rauakaevurid annavad inimesele kõige suurepärasema ja kahjulikuma tööriista. Sest selle tööriistaga lõikame läbi maa, harime viljakaid aedu ja viinamarjadega viinapuude lõikamisel sunnime neid igal aastal järele andma. Selle tööriistaga ehitame maju, lõhume kive ja kasutame raud kõigi selliste vajaduste jaoks. Kuid sama rauaga viime läbi lahinguid, lahinguid ja röövimisi ning me ei kasuta seda mitte ainult lähedal, vaid kanname tiivuliselt kaugele kas lünkadest või võimsatest kätest või suleliste noolte kujul. Kõige tigedam on minu arvates inimmõistuse trikk. Sest selleks, et surm inimest varem tabaks, tegid nad selle tiivuliseks ja andsid raudsuled. Sel põhjusel lastakse süü panna inimesele, mitte loodusele. Väga sageli kasutatakse seda mitmesuguste sulamite valmistamiseks, mille koostis sisaldab rauda erinevates vahekordades. Tuntumad neist sulamitest on teras ja malm.
Elekter sulatab rauda
Teraste omadused on erinevad. Seal on terasid, mis on ette nähtud pikaajaliseks merevees viibimiseks, terasid, mis taluvad kõrgeid temperatuure ja kuumade gaaside agressiivset toimet, terasid, millest valmistatakse pehmed sidetraadid, ning terased elastsete ja kõvade vedrude valmistamiseks ...
Selline omaduste mitmekesisus tuleneb terase koostiste mitmekesisusest. Niisiis valmistatakse terasest, mis sisaldab 1% süsinikku ja 1,5% kroomi, ülitugevad kuullaagrid; 18% kroomi ja 89% niklit sisaldavast terasest on tuntud "roostevaba teras" ning terasest, mis sisaldab 18% volframi, 4% kroomi ja 1% vanaadiumi, valmistatakse treitööriistu.
Selline terase koostis muudab nende sulatamise väga keeruliseks. Tõepoolest, avatud koldega ahjus ja muunduris atmosfäär oksüdeerub ja sellised elemendid nagu kroom oksüdeeruvad kergesti ja muutuvad räbuks, st kaovad. See tähendab, et 18% kroomisisaldusega terase saamiseks tuleb ahju sisestada palju rohkem kroomi kui 180 kg ühe tonni terase kohta. Kroom on kallis metall. Kuidas leida sellest olukorrast väljapääs?
Väljapääs leiti 20. sajandi alguses. Metalli sulatamiseks tehti ettepanek kasutada elektrikaare soojust. Vanametall laaditi ringikujulisse ahju, valati malm ja langetati süsinik- või grafiitelektroodid. Nende ja ahjus oleva metalli ("vanni") vahel on elektrikaar, mille temperatuur on umbes 4000 ° C. Metall sulas kergesti ja kiiresti. Ja sellises suletud elektriahjus saate luua igasuguse atmosfääri - oksüdeeriva, redutseeriva või täiesti neutraalse. Teisisõnu saab vältida väärtuslike esemete läbipõlemist. Nii tekkis kvaliteetsete teraste metallurgia.
Hiljem pakuti välja veel üks elektrisulatamise meetod – induktsioon. Füüsikast on teada, et kui asetada metalljuht mähisesse, millest läbib kõrgsagedusvool, siis indutseeritakse selles vool ja juht kuumeneb. Sellest kuumusest piisab metalli sulamiseks teatud aja jooksul. Induktsioonahi koosneb tiiglist, mille vooderdis on spiraal. Läbi spiraali juhitakse kõrgsagedusvool ja tiiglis olev metall sulab. Sellises ahjus saate luua ka mis tahes atmosfääri.
Elektrikaarahjudes toimub sulamisprotsess tavaliselt mitmes etapis. Esiteks põletatakse metallist välja mittevajalikud lisandid, oksüdeerides need (oksüdatsiooniperiood). Seejärel eemaldatakse (laaditakse alla) ahjust nende elementide oksiide sisaldav räbu ja laaditakse sulamid - rauasulamid elementidega, mis tuleb metalli sisse viia. Ahi suletakse ja sulatamist jätkatakse ilma õhu juurdepääsuta (taastumisperiood). Selle tulemusena on teras teatud koguses vajalike elementidega küllastunud. Valmis metall lastakse kulpi ja valatakse.
Terased, eriti kvaliteetsed, osutusid lisandite sisalduse suhtes väga tundlikeks. Isegi väikesed hapniku, lämmastiku, vesiniku, väävli, fosfori kogused halvendavad suuresti nende omadusi – tugevust, sitkust, korrosioonikindlust. Need lisandid moodustavad mittemetallilisi ühendeid koos raua ja muude terases sisalduvate elementidega, mis kiiluvad metalli terade vahele, halvendavad selle ühtlust ja halvendavad kvaliteeti. Niisiis, terase suurenenud hapniku- ja lämmastikusisaldusega väheneb nende tugevus, vesinik põhjustab helveste ilmnemist - metallis tekivad mikropraod, mis põhjustavad terasest osade ootamatut hävimist koormuse all, fosfor suurendab terase haprust külmas, väävel põhjustab punast rabedust - terase hävimist koormuse all kõrged temperatuurid Oh.
Metallurgid on pikka aega otsinud võimalusi nende lisandite eemaldamiseks. Pärast lahtisega ahjudes, konverterites ja elektriahjudes sulatamist metall deoksüdeeritakse – sellele lisatakse alumiiniumi, ferrosiliitsi (raua sulam räniga) või ferromangaani. Need elemendid ühinevad aktiivselt hapnikuga, ujuvad räbu sisse ja vähendavad hapnikusisaldust terases. Kuid hapnikku jääb terasesse endiselt ja kvaliteetse terase jaoks on selle järelejäänud kogused liiga suured. Oli vaja leida teisi, tõhusamaid viise.
1950. aastatel hakkasid metallurgid tööstuslikus mastaabis vaakum teras. Vedelmetalliga kulp asetatakse kambrisse, millest õhk välja pumbatakse. Metall hakkab ägedalt keema ja sellest eralduvad gaasid. Kujutage aga ette kulpi 300 tonni terasega ja hinnake, kui kaua kulub selle täielikuks keemiseks ja kui palju metall selle aja jooksul jahtub.
Teile saab kohe selgeks, et see meetod sobib ainult väikese koguse terase jaoks. Seetõttu on välja töötatud teisi, kiiremaid ja tõhusamaid tolmuimemismeetodeid. Nüüd kasutatakse neid kõigis arenenud riikides ja see on parandanud terase kvaliteeti. Kuid nõuded sellele kõigele kasvasid ja kasvasid.
60ndate alguses Kiievis Üleliidulises Elektrikeevitusinstituudis. E. O. Paton, töötati välja terase elektriräbu ümbersulatamise meetod, mida hakati peagi kasutama paljudes riikides. See meetod on väga lihtne. Vesijahutusega metallanumasse - vormi - asetatakse metallist valuplokk, mis tuleb puhastada ja katta spetsiaalse koostisega räbuga. Seejärel ühendatakse valuplokk vooluallikaga. Valuploki otsas tekib elektrikaar ja metall hakkab sulama. Vedel teras reageerib räbuga ja puhastatakse mitte ainult oksiididest, vaid ka nitriididest, fosfiididest ja sulfiididest. Uus valuplokk, mis on puhastatud kahjulikest lisanditest, tahkub vormis. 1963. aastal anti elektriräbu ümbersulatamise meetodi väljatöötamise ja rakendamise eest Lenini preemia üleliidulise elektrikeevituse instituudi töötajate rühm, mida juhtisid B. I. Medovar ja Yu. V. Latash.
Veidi teistsuguse tee valisid raudmetallurgia keskinstituudi metallurgiateadlased. I. P. Bardina. Koostöös metallurgiatöötajatega töötasid nad välja veelgi lihtsama meetodi. Metalli puhastamiseks mõeldud spetsiaalse koostisega räbu sulatatakse ja valatakse kulbi ning seejärel vabaneb metall ahjust sellesse vedelasse räbu. Räbu seguneb metalliga ja neelab lisandeid. See meetod on kiire, tõhus ja ei nõua suuri elektrikoguseid. Selle autorid S. G. Voinov, A. I. Osipov, A. G. Šalimov jt pälvisid 1966. aastal ka Lenini preemia.
Küllap aga tekib lugejal juba küsimus: milleks kõik need raskused? Lõppude lõpuks oleme juba öelnud, et tavapärases elektriahjus saate luua mis tahes atmosfääri. See tähendab, et saate lihtsalt ahjust õhu välja pumbata ja vaakumis sulatada. Kuid ärge kiirustage patendiametisse! Seda meetodit on pikka aega kasutatud väikestes induktsioonahjud 60ndate lõpus ja 70ndate alguses hakati seda kasutama üsna suurtes elektrikaare- ja induktsioonahjudes. Nüüd on vaakumkaare ja vaakum-induktsiooni ümbersulatamise meetodid muutunud tööstusriikides üsna laialt levinud.
Siin oleme kirjeldanud ainult peamised meetodid terase puhastamiseks kahjulikest lisanditest. Nende sorte on kümneid. Need aitavad metallurgidel eemaldada meetünnist kurikuulsa salvi kärbse ja saada kvaliteetset metalli.
Kuidas saada rauda ilma kõrgahjudeta
Eespool on juba öeldud, et mustmetallurgia on keemiku seisukohalt pehmelt öeldes ebaloogiline amet. Esiteks küllastatakse raud süsiniku ja muude elementidega ning seejärel kulub nende elementide põletamiseks palju tööjõudu ja energiat. Kas pole lihtsam rauda maagist kohe kätte saada. Täpselt nii tegid ju iidsed metallurgid, kes said toores sepis pehmendatud kuuma käsnjas rauda. AT viimased aastad see vaatenurk on juba retooriliste küsimuste staadiumist väljunud ning põhineb täiesti reaalsetel ja isegi teostatud projektidel. Raua saamine otse maagist, mööda kõrgahjuprotsessist, tegeleti eelmisel sajandil. Siis nimetati seda protsessi otseseks vähendamiseks. Kuid kuni viimase ajani pole see laialdast levikut leidnud. Esiteks olid kõik väljapakutud otsese redutseerimise meetodid ebaefektiivsed ja teiseks oli saadud toode - käsnraud - halva kvaliteediga ja saastunud lisanditega. Kuid entusiastid jätkasid tööd selles suunas.
Olukord on põhjalikult muutunud pärast maagaasi laialdast kasutamist tööstuses. Ta osutus ideaalne vahend rauamaagi taastamine. Maagaasi põhikomponent - metaan CH 4 - laguneb oksüdatsiooni teel katalüsaatori juuresolekul spetsiaalsetes seadmetes - reformijates vastavalt reaktsioonile 2CH 4 + O 2 → 2CO + 2H 2.
Selgub redutseerivate gaaside - süsinikmonooksiidi ja vesiniku - segu. See segu siseneb reaktorisse, mida toidetakse rauamaagiga. Teeme kohe broneeringu – reaktorite vormid ja konstruktsioonid on väga mitmekesised. Mõnikord on reaktoriks pöörlev torukujuline tsemendi tüüpi ahi, mõnikord šaht-ahi, mõnikord suletud retort. See selgitab otsese redutseerimise meetodite nimetuste mitmekesisust: Midrex, Purofer, Ohalata-i-Lamina, SL-RN jne. Meetodite arv on juba ületanud kaks tosinat. Kuid nende olemus on tavaliselt sama. Rikkalik rauamaak redutseeritakse süsinikmonooksiidi ja vesiniku seguga.
Aga mida teha saadud toodetega? Käsnrauast mitte ainult hea kirves – head naela ei saa sepistada. Ükskõik kui rikas algne maak ka poleks, puhast rauda sealt ikkagi välja ei tule. Keemilise termodünaamika seaduste kohaselt ei ole isegi võimalik taastada kogu maagis sisalduvat rauda; osa sellest jääb siiski tootesse oksiididena. Ja siin tuleb appi proovitud sõber - elektriahi. Käsnraud osutub peaaegu ideaalseks elektrometallurgia tooraineks. See sisaldab vähe kahjulikke lisandeid ja sulab hästi.
Nii et jällegi kaheetapiline protsess! Kuid see on teine viis. Otsese vähendamise skeemi eelis - elektriahi on selle madal hind. Otsene redutseerimistehased on palju odavamad ja kasutavad vähem energiat kui kõrgahjud. Selline kõrgahju terase valmistamise tehnoloogia lisati Oskoli elektrometallurgiatehase projekti.
Meie riigis, Stary Oskoli lähedal, ehitatakse suurt metallurgiatehast, mis töötab täpselt selle skeemi järgi. Selle esimene etapp on juba kasutusele võetud. Pange tähele, et otsene ümbersulatamine ei ole ainus viis käsnraua kasutamiseks mustmetallurgias. Seda saab kasutada ka vanametalli asendajana avatud kaminahjudes, konverterites ja elektrikaareahjudes.
Käsnraua elektriahjudes ümbersulatamise meetod levib kiiresti ka välismaal, eriti suurte nafta- ja maagaasivarudega riikides ehk Ladina-Ameerikas ja Lähis-Idas. Kuid juba nende kaalutluste (maagaasi kättesaadavus) põhjal pole veel alust seda arvata uus viis kunagi asendatakse traditsiooniline kaheetapiline meetod täielikult kõrgahjuga – terasetootmisüksusega.
Raua tulevik
Rauaaeg jätkub. Ligikaudu 90% kõigist inimkonna poolt kasutatavatest metallidest ja sulamitest on rauapõhised sulamid. Rauda sulatatakse maailmas umbes 50 korda rohkem kui alumiiniumi, teistest metallidest rääkimata. Plastid? Kuid meie ajal esinevad nad kõige sagedamini mitmesugused kujundused iseseisev roll ja kui nad püüavad neid traditsioonide kohaselt viia "asendamatute asendajate" hulka, siis sagedamini asendavad nad värvilisi metalle, mitte musti. Vaid paar protsenti meie tarbitavast plastist asendab terast.
Rauapõhised sulamid on universaalsed, tehnoloogiliselt arenenud, saadaval ja odavad lahtiselt. Muret ei tee ka selle metalli toorainebaas: juba uuritud rauamaagivarudest piisaks veel vähemalt kaheks sajandiks. Raud on pikka aega olnud tsivilisatsiooni alus.
Raud on D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi neljanda perioodi kaheksanda rühma sekundaarse alamrühma element aatomnumbriga 26. Seda tähistatakse sümboliga Fe (lat. Ferrum). Üks levinumaid metalle maapõues (alumiiniumi järel teine koht). Keskmise aktiivsusega metall, redutseerija.
Peamised oksüdatsiooniastmed - +2, +3
Lihtaine raud on tempermalmist hõbevalge metall, millel on kõrge keemiline reaktsioonivõime: raud korrodeerub kiiresti kõrgel temperatuuril või kõrge õhuniiskuse korral. Puhtas hapnikus raud põleb ja peeneks hajutatud olekus süttib õhu käes spontaanselt.
Lihtsa aine - raua keemilised omadused:
Roostetamine ja põlemine hapnikus
1) Õhus oksüdeerub raud niiskuse juuresolekul kergesti (roostetamine):
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH) 3
Kuumutatud raudtraat põleb hapnikus, moodustades katlakivi - raudoksiidi (II, III):
3Fe + 2O2 → Fe3O4
3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)
2) Kõrgel temperatuuril (700–900°C) reageerib raud veeauruga:
3Fe + 4H 2O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) Raud reageerib kuumutamisel mittemetallidega:
2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °C)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)
4) Pingete seerias on see vesinikust vasakul, reageerib lahjendatud hapetega Hcl ja H 2 SO 4, samal ajal moodustuvad raua (II) soolad ja eraldub vesinik:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaktsioonid viiakse läbi ilma õhu juurdepääsuta, vastasel juhul muutub Fe +2 hapniku toimel järk-järgult Fe +3-ks)
Fe + H 2 SO 4 (erinev) → FeSO 4 + H 2
Kontsentreeritud oksüdeerivates hapetes lahustub raud ainult kuumutamisel, see läheb kohe Fe 3+ katiooniks:
2Fe + 6H 2SO 4 (konts.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (konts.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(külmas, kontsentreeritud lämmastik- ja väävelhappes passiivne
Sinakasse vasksulfaadi lahusesse sukeldatud raudnael kaetakse järk-järgult punase metallilise vase kattega.
5) Raud tõrjub endast paremale jäävaid metalle nende soolade lahustes.
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
Raua amfoteersus avaldub keemise ajal ainult kontsentreeritud leelistes:
Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2
ja moodustub naatriumtetrahüdroksoferraat(II) sade.
Tehniline raud- rauasulamid süsinikuga: malm sisaldab 2,06–6,67% C, terasest 0,02-2,06% C, esineb sageli muid looduslikke lisandeid (S, P, Si) ja kunstlikult sisse viidud spetsiaalseid lisaaineid (Mn, Ni, Cr), mis muudab rauasulamid tehniliselt kasulikud omadused– kõvadus, termiline ja korrosioonikindlus, vormitavus jne. .
Kõrgahju raua tootmisprotsess
Raua tootmise kõrgahjuprotsess koosneb järgmistest etappidest:
a) sulfiid- ja karbonaatmaakide valmistamine (röstimine) – muundamine oksiidmaagiks:
FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)
b) koksi põletamine kuuma puhumisega:
C (koks) + O 2 (õhk) → CO 2 (600–700 ° C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (700–1000 ° C)
c) oksiidmaagi redutseerimine süsinikmonooksiidi COga järjestikku:
Fe2O3 → (CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 → (CO) FeO → (CO) Fe
d) raua karburiseerimine (kuni 6,67% C) ja malmi sulatamine:
Fe (t ) →(C(koks)900-1200°С) Fe (g) (malm, t pl 1145°C)
Malmis on tsementiit Fe 2 C ja grafiit alati terade kujul.
Terase tootmine
Malmi ümberjaotamine teraseks toimub spetsiaalsetes ahjudes (konverter, lahtine kolle, elektriline), mis erinevad kuumutamismeetodi poolest; protsessi temperatuur 1700-2000 °C. Hapnikuga rikastatud õhu puhumine põletab malmist liigse süsiniku, aga ka oksiididena väävli, fosfori ja räni. Sel juhul püütakse oksiidid kinni heitgaaside (CO 2, SO 2) kujul või seotakse kergesti eraldatavasse räbu - Ca 3 (PO 4) 2 ja CaSiO 3 segusse. Spetsiaalsete teraste saamiseks sisestatakse ahju teiste metallide legeerivad lisandid.
Kviitung puhas raud tööstuses - rauasoolade lahuse elektrolüüs, näiteks:
FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elektrolüüs)
(on ka teisi erimeetodeid, sealhulgas raudoksiidide redutseerimine vesinikuga).
Puhast rauda kasutatakse spetsiaalsete sulamite tootmisel, elektromagnetite ja trafode südamike valmistamisel, malmi kasutatakse valandite ja terase tootmisel, terast kasutatakse konstruktsiooni- ja tööriistamaterjalina, sh kulumis-, kuumus- ja korrosioonimaterjalina. - vastupidavad materjalid.
Raud(II)oksiid F EO . Amfoteerne oksiid, millel on suur põhiomaduste ülekaal. Must, ioonstruktuuriga Fe 2+ O 2-. Kuumutamisel see kõigepealt laguneb, seejärel moodustub uuesti. See ei moodustu raua põlemisel õhus. Ei reageeri veega. Lagunenud hapete toimel, sulanud leelistega. Niiskes õhus oksüdeerub aeglaselt. Taastatud vesiniku, koksi abil. Osaleb raua sulatamise kõrgahjuprotsessis. Seda kasutatakse keraamika ja mineraalvärvide komponendina. Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:
4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560–700 ° С, 900–1000 ° С)
FeO + 2HC1 (rasb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 (konts.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Na 4FeO3 (punane.) trioksoferraat (II)(400-500 °С)
FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (kõrge puhtusastmega) (350 ° C)
FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (üle 1000 ° C)
FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)
4FeO + 2H 2O (niiskus) + O 2 (õhk) → 4FeO (OH) (t)
6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)
Kviitung sisse laborid: raud(II)ühendite termiline lagunemine ilma õhu juurdepääsuta:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)
FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)
diraudoksiid (III) - raud ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Topeltoksiid. Must, sellel on Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 ioonstruktuur. Termiliselt stabiilne kuni kõrgete temperatuurideni. Ei reageeri veega. Laguneb hapete toimel. Seda redutseerib vesinik, kuum raud. Osaleb raua tootmise kõrgahjuprotsessis. Seda kasutatakse mineraalvärvide komponendina ( minimaalne raud), keraamika, värviline tsement. Terasetoodete pinna erilise oksüdatsiooni saadus ( tumenemine, sinetamine). Koostis vastab pruunile roostele ja raua tumedale katlakivile. Fe 3 O 4 valemi kasutamine ei ole soovitatav. Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:
2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (üle 1538 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (konts.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (õhk) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (kõrge puhtusastmega, 1000 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500–800 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900–1000 ° С, 560–700 ° С)
Kviitung: raua põlemine (vt) õhus.
magnetiit.
Raud(III)oksiid F e 2 O 3 . Amfoteerne oksiid, mille põhiomadused on ülekaalus. Punakaspruun, ioonse struktuuriga (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termiliselt stabiilne kuni kõrgete temperatuurideni. See ei moodustu raua põlemisel õhus. Ei reageeri veega, lahusest sadestub pruun amorfne hüdraat Fe 2 O 3 nH 2 O. Reageerib aeglaselt hapete ja leelistega. Seda vähendavad süsinikmonooksiid, sula raud. Sulamid teiste metallide oksiididega ja moodustavad topeltoksiide - spinellid(tehnilisi tooteid nimetatakse ferriitideks). Kasutatakse toorainena kõrgahjuprotsessis raua sulatamisel, katalüsaatorina ammoniaagi tootmisel, keraamika, värviliste tsementide ja mineraalvärvide komponendina, teraskonstruktsioonide termiitkeevitamisel, heli- ja pildikandjana. magnetlintidele terase ja klaasi poleerimisvahendina.
Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:
6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)
Fe 2 O 3 + 6HC1 (rasb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)
Fe 2 O 3 + 2NaOH (konts.) → H 2 O+ 2 NaFeO 2 (punane)dioksoferraat (III)
Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (väga puhas, 1050–1100 ° С)
Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)
3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° С)
Kviitung laboris - raua (III) soolade termiline lagunemine õhus:
Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)
4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)
Looduses - raudoksiidi maagid hematiit Fe 2 O 3 ja limoniit Fe 2 O 3 nH 2 O
Raud(II)hüdroksiid F e(OH)2. Amfoteerne hüdroksiid, mille põhiomadused on ülekaalus. Valged (mõnikord roheka varjundiga) Fe-OH sidemed on valdavalt kovalentsed. Termiliselt ebastabiilne. Oksüdeerub kergesti õhu käes, eriti märjana (tumeneb). Vees lahustumatu. Reageerib lahjendatud hapetega, kontsentreeritud leelistega. Tüüpiline restauraator. Vahesaadus raua roostetamisel. Seda kasutatakse raud-nikkelakude aktiivmassi tootmiseks.
Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, atm.N 2)
Fe (OH) 2 + 2HC1 (rasb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (sinakasroheline) (keevad)
4Fe(OH)2 (suspensioon) + O 2 (õhk) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2O (t)
2Fe (OH) 2 (suspensioon) + H 2 O 2 (rasb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + KNO 3 (konts.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)
Kviitung: leelise või ammoniaakhüdraadi lahusest sadestumine inertses atmosfääris:
Fe 2+ + 2OH (rasb.) = Fe(OH) 2 ↓
Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4
Raudmetahüdroksiid F eO(OH). Amfoteerne hüdroksiid, mille põhiomadused on ülekaalus. Helepruunid, Fe-O ja Fe-OH sidemed on valdavalt kovalentsed. Kuumutamisel laguneb see sulamata. Vees lahustumatu. See sadestub lahusest pruuni amorfse polühüdraadi Fe 2 O 3 nH 2 O kujul, mis lahjendatud aluselise lahuse all hoidmisel või kuivatamisel muutub FeO-ks (OH). Reageerib hapetega, tahkete leelistega. Nõrk oksüdeeriv ja redutseeriv aine. Paagutatud Fe(OH)2-ga. Vahesaadus raua roostetamisel. Seda kasutatakse kollaste mineraalvärvide ja emailide alusena, heitgaaside absorbeerijana, orgaanilise sünteesi katalüsaatorina.
Ühenduse koostis Fe(OH) 3 ei ole teada (ei ole saadud).
Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:
Fe2O3. nH 2 O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560–700 °C õhus, -H2O)→ Fe 2 O 3
FeO (OH) + ZNS1 (rasb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-kolloid(NaOH (konts.))
FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH)6]valge, Na5 ja K4 vastavalt; mõlemal juhul sadestub sama koostise ja struktuuriga sinine saadus KFe III. Laboris nimetatakse seda sadet Preisi sinine, või turnbull sinine:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Algreaktiivide ja reaktsioonisaaduste keemilised nimetused:
K 3 Fe III – kaaliumheksatsüanoferraat (III)
K 4 Fe III – kaaliumheksatsüanoferraat (II)
KFe III - heksatsüanoferraat (II) raud (III) kaalium
Lisaks on tiotsüanaadi ioon NCS - hea reagent Fe 3+ ioonidele, raud (III) ühineb sellega ja ilmub helepunane (“verine”) värvus:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Selle reagendiga (näiteks KNCS-i soola kujul) võib kraanivees tuvastada isegi raua (III) jälgi, kui see läbib seestpoolt roostega kaetud raudtorusid.
Raud oli tuntud juba eelajaloolistel aegadel, kuid seda kasutati laialdaselt palju hiljem, kuna vabas olekus on see looduses äärmiselt haruldane ja selle tootmine maakidest sai võimalikuks alles tehnoloogilise arengu teatud tasemel. Tõenäoliselt tutvus inimene esimest korda meteoriidi Rauaga, mida tõendavad selle nimed iidsete rahvaste keeltes: Vana-Egiptuse "beni-pet" tähendab "taevarauda"; vanakreeka sideros on seotud ladina sidusega (perekond case sideris) – täht, taevakeha. Hetiidi tekstides 14. sajandil eKr. e. Rauda mainitakse kui taevast alla kukkunud metalli. Romaani keeltes on säilinud roomlaste antud nimetüvi (näiteks prantsuse fer, itaalia ferro).
Maakidest raua saamise meetod leiutati Aasia lääneosas 2. aastatuhandel eKr. e.; pärast seda levis raua kasutamine Babüloonias, Egiptuses, Kreekas; Pronksiaeg asendus rauaajaga. Homeros (Iliase 23. laulus) jutustab, et Achilleus autasustas kettaheitevõistluse võitjat raudse cry kettaga. Euroopas ja Vana-Venemaa sajandeid saadi rauda juustu valmistamise protsessis. Rauamaaki redutseeriti süvendisse ehitatud ahjus; koldesse pumbati karusnahkadega õhku, redutseerimisprodukt - kritsu eraldati räbust haamrilöökidega ja sepistati sellest erinevaid tooteid. Puhumismeetodite täiustamisel ja kolde kõrguse kasvades tõusis protsessi temperatuur ja osa rauast karboniseerus ehk saadi malm; seda suhteliselt habrast toodet peeti jäätmeks. Sellest ka malmi nimetus "chushka", "malm" - inglise keel. Malm. Hiljem märgati, et kui koldesse panna mitte rauamaaki, vaid malmi, saadakse ka vähese süsinikusisaldusega rauaõis ning selline kaheetapiline protsess osutus toortaignast tulusamaks. 12.-13. sajandil oli karjumise meetod juba laialt levinud.
14. sajandil hakati malmi sulatama mitte ainult pooltootena edasiseks töötlemiseks, vaid ka materjalina erinevate toodete valamisel. Samast ajast pärineb ka kolde ümberehitamine šahtahjuks ("domnitsa") ja seejärel kõrgahjuks. 18. sajandi keskel hakati Euroopas kasutama terase saamise tiigli protsessi, mida Süürias teati keskaja algperioodil, kuid hiljem see unustusse jäeti. Selle meetodi abil saadi teras metallilaengu sulatamisel väikestes anumates (tiiglites) väga tulekindlast massist. 18. sajandi viimasel veerandil hakkas tulise kajaahju koldes arenema malmi rauaks muutmise lombiprotsess. 18. sajandi – 19. sajandi alguse tööstusrevolutsioon, aurumasina leiutamine, ehitus raudteed, suured sillad ja aurulaevastik põhjustasid tohutu nõudluse raua ja selle sulamite järele. Kuid kõik olemasolevad raua tootmismeetodid ei suutnud turu vajadusi rahuldada. Terase masstootmine algas alles 19. sajandi keskpaigas, mil arendati välja Bessemeri, Thomase ja avakolde protsessid. 20. sajandil tekkis elektriline terase valmistamise protsess, mis sai laialt levinud, andes kvaliteetse terase.
Raua levik looduses. Litosfääri sisalduse poolest (4,65 massiprotsenti) on raud metallide seas teisel kohal (alumiinium on esikohal). Ta rändab jõuliselt maakoores, moodustades umbes 300 mineraali (oksiidid, sulfiidid, silikaadid, karbonaadid, titanaadid, fosfaadid jne). Raud osaleb aktiivselt magma-, hüdrotermilistes ja hüpergeensetes protsessides, mis on seotud erinevat tüüpi rauasademete moodustumisega. Raud on maakera sügavuste metall, seda koguneb magma kristalliseerumise algfaasis, ülialuselistes (9,85%) ja aluselistes (8,56%) kivimites (graniitides on seda vaid 2,7%). Biosfääris koguneb raud paljudesse mere- ja mandrisetetesse, moodustades settemaake.
Raua geokeemias mängivad olulist rolli redoksreaktsioonid - 2-valentse raua üleminek 3-valentseks ja vastupidi. Biosfääris taandub Fe 3+ orgaaniliste ainete juuresolekul Fe 2+-ks ja kergesti migreerub ning atmosfäärihapnikuga kokku puutudes Fe 2+ oksüdeerub, moodustades kolmevalentse raudhüdroksiidi akumulatsiooni. Laialt levinud 3-valentse raua ühendid on punased, kollased, pruunid. See määrab paljude settekivimite värvuse ja nende nimetuse – "punase värvusega moodustis" (punased ja pruunid liivsavi ja savid, kollased liivad jne).
Raua füüsikalised omadused. Raua tähtsuse kaasaegses tehnoloogias ei määra mitte ainult selle laialdane levik looduses, vaid ka väga väärtuslike omaduste kombinatsioon. See on plastist, kergesti sepistatud nii külmas kui ka kuumutatud olekus, seda saab rullida, tembeldada ja tõmmata. Süsiniku ja muude elementide lahustamise võime on mitmesuguste rauasulamite saamise aluseks.
Raud võib eksisteerida kahe kristallvõre kujul: α- ja γ-kehakeskne kuup (bcc) ja näokeskne kuup (fcc). Alla 910 °C on bcc-võrega α-Fe stabiilne (a = 2,86645Å temperatuuril 20 °C). Temperatuurivahemikus 910–1400 °C on γ-modifikatsioon fcc võrega stabiilne (a = 3,64Å). Üle 1400°C moodustub uuesti δ-Fe bcc võre (a = 2,94Å), mis on stabiilne kuni sulamistemperatuurini (1539°C). α-Fe on ferromagnetiline kuni 769 °C (Curie punkt). Modifikatsioonid γ-Fe ja δ-Fe on paramagnetilised.
Raua ja terase polümorfsed muundumised kuumutamise ja jahutamise ajal avastas 1868. aastal D. K. Tšernov. Süsinik moodustab rauaga interstitsiaalseid tahkeid lahuseid, milles väikese aatomiraadiusega (0,77 Å) C-aatomid paiknevad suurematest aatomitest koosneva metallikristallvõre (Fe aatomiraadius 1,26 Å) vahekohtades. Tahket süsiniku lahust γ-Fe-s nimetatakse austeniidiks ja α-Fe-s nimetatakse seda ferriidiks. Süsiniku küllastunud tahke lahus γ-Fe-s sisaldab temperatuuril 1130 °C 2,0 massiprotsenti C; α-Fe lahustub temperatuuril 723 °C ainult 0,02–0,04% C ja toatemperatuuril vähem kui 0,01%. Seetõttu moodustub austeniidi kustutamisel martensiit – üleküllastunud tahke süsiniku lahus α-Fe-s, mis on väga kõva ja rabe. Karastamise ja karastamise kombinatsioon (kuumutamine kuni suhteliselt madalad temperatuurid sisepingete vähendamiseks) võimaldab anda terasele vajaliku kõvaduse ja elastsuse kombinatsiooni.
Raua füüsikalised omadused sõltuvad selle puhtusest. Tööstuslikes rauamaterjalides on rauaga tavaliselt kaasas süsiniku, lämmastiku, hapniku, vesiniku, väävli ja fosfori lisandid. Isegi väga madalatel kontsentratsioonidel muudavad need lisandid oluliselt metalli omadusi. Niisiis, väävel põhjustab nn punast rabedust, fosfor (isegi 10 -2% P) - külma rabedust; süsinik ja lämmastik vähendavad plastilisust ning vesinik suurendab Raua haprust (nn vesiniku haprust). Lisandite sisalduse vähendamine 10 -7 - 10 -9%-ni toob kaasa olulisi muutusi metalli omadustes, eelkõige plastilisuse suurenemise.
Järgmised on raua füüsikalised omadused, viidates peamiselt metallile üldine sisu lisandid alla 0,01 massiprotsendi:
Aatomi raadius 1,26Å
Ioonraadiused Fe 2+ 0,80Å, Fe 3+ 0,67Å
Tihedus (20°C) 7,874 g/cm3
t palli umbes 3200°С
Temperatuuri lineaarpaisumise koefitsient (20°C) 11,7 10 -6
Soojusjuhtivus (25°C) 74,04 W/(m K)
Raua soojusmahtuvus sõltub selle struktuurist ja muutub kompleksselt koos temperatuuriga; keskmine erisoojusmaht (0-1000°C) 640,57 j/(kg K) .
Elektriline eritakistus (20°C) 9,7 10 -8 oomi m
Elektritakistuse temperatuuritegur (0-100°C) 6,51 10 -3
Youngi moodul 190-210 10 3 MN / m 2 (19-21 10 3 kgf / mm 2)
Youngi mooduli temperatuuritegur 4 10 -6
Nihkemoodul 84,0 10 3 MN/m 2
Lühiajaline tõmbetugevus 170-210 MN/m2
Suhteline pikenemine 45-55%
Brinelli kõvadus 350-450 MN/m2
Voolutugevus 100 MN/m2
Löögitugevus 300 MN/m2
Raua keemilised omadused. Aatomi välise elektronkihi konfiguratsioon on 3d 6 4s 2 . Raud on muutuva valentsiga (kõige stabiilsemad ühendid on 2- ja 3-valentsed raud). Hapnikuga moodustab raud oksiidi (II) FeO, oksiidi (III) Fe 2 O 3 ja oksiidi (II, III) Fe 3 O 4 (FeO ühend Fe 2 O 3-ga, millel on spinellstruktuur). Niiskes õhus tavatemperatuuril kattub raud lahtise roostega (Fe 2 O 3 nH 2 O). Oma poorsuse tõttu ei takista rooste hapniku ja niiskuse ligipääsu metallile ega kaitse seetõttu edasise oksüdeerumise eest. Tulemusena mitmesugused igal aastal läheb kaotsi miljoneid tonne rauda. Kui rauda kuumutatakse kuivas õhus üle 200 °C, kaetakse see väga õhukese oksiidkilega, mis kaitseb metalli tavatemperatuuril korrosiooni eest; see on Raua kaitse tehnilise meetodi – sinistamise – aluseks. Veeaurus kuumutamisel raud oksüdeerub, moodustades Fe 3 O 4 (alla 570 °C) või FeO (üle 570 °C) ja eraldub vesinik.
Hüdroksiid Fe (OH) 2 moodustub valge sademena söövitavate leeliste või ammoniaagi toimel Fe 2+ soolade vesilahustele vesiniku või lämmastiku atmosfääris. Õhuga kokkupuutel muutub Fe(OH) 2 esmalt roheliseks, seejärel mustaks ja lõpuks kiiresti punakaspruuniks Fe(OH) 3 hüdroksiidiks. FeO oksiidil on põhilised omadused. Oksiid Fe 2 O 3 on amfoteerne ja nõrgalt happelise funktsiooniga; reageerides aluselisemate oksiididega (näiteks MgO-ga), moodustab see ferriite - Fe 2 O 3 nMeO tüüpi ühendeid, millel on ferromagnetilised omadused ja mida kasutatakse laialdaselt raadioelektroonikas. Happe omadused väljendatakse ka 6-valentses rauas, mis esineb ferraatide kujul, näiteks K 2 FeO 4, raudhappe soolad, mida ei ole isoleeritud vabas olekus.
Raud reageerib kergesti halogeenide ja vesinikhalogeniididega, moodustades soolad, näiteks kloriidid FeCl 2 ja FeCl 3 . Raua kuumutamisel väävliga tekivad FeS ja FeS 2 sulfiidid. Raudkarbiidid - Fe 3 C (tsementiit) ja Fe 2 C (e-karbiid) - sadestuvad süsiniku tahketest lahustest rauas jahutamisel. Fe 3 C vabaneb ka süsiniku lahustest vedelas rauas kõrge C kontsentratsiooni korral. Lämmastik, nagu süsinik, annab rauaga interstitsiaalseid tahkeid lahuseid; Neist eraldatakse nitriidid Fe 4 N ja Fe 2 N. Vesinikuga annab raud vaid veidi stabiilseid hüdriide, mille koostist pole täpselt kindlaks tehtud. Kuumutamisel reageerib raud jõuliselt räni ja fosforiga, moodustades silitsiide (nt Fe 3 Si ja fosfiide (nt Fe 3 P).
Paljude elementidega (O, S jt) rauaühendid, mis moodustavad kristalse struktuuri, on muutuva koostisega (näiteks väävlisisaldus monosulfiidis võib varieeruda vahemikus 50-53,3 at.%). Selle põhjuseks on kristalli struktuuri defektid. Näiteks raudoksiidis (II) asendatakse osa võrekohtades olevatest Fe 2+ ioonidest Fe 3+ ioonidega; elektrilise neutraalsuse säilitamiseks jäävad mõned Fe 2+ ioonidesse kuuluvad võrekohad tühjaks.
Raua normaalne elektroodi potentsiaal tema soolade vesilahustes reaktsioonil Fe = Fe 2+ + 2e on -0,44 V ja reaktsiooni Fe = Fe 3+ + 3e korral -0,036 V. Seega on tegevuste sarjas raud vesinikust vasakul. Lahustub kergesti lahjendatud hapetes koos H 2 vabanemisega ja Fe 2+ ioonide moodustumisega. Raua koostoime lämmastikhappega on omapärane. Kontsentreeritud HNO 3 (tihedus 1,45 g/cm 3) passiveerib rauda, kuna selle pinnale tekib kaitsva oksiidkile; lahjem HNO 3 lahustab rauda Fe 2+ või Fe 3+ ioonide moodustumisega, redutseerides NH 3 või N 2 ja N 2 O. Kahevalentse raua soolade lahused õhus on ebastabiilsed - Fe 2+ oksüdeerub järk-järgult kuni Fe 3+. Rauasoolade vesilahused on hüdrolüüsi tõttu happelised. Tiotsüanaadi ioonide SCN- lisamine Fe 3+ soolade lahustele annab Fe(SCN) 3 ilmumise tõttu ereda veripunase värvuse, mis võimaldab tuvastada 1 osa Fe 3+ olemasolu umbes 10. 6 osa vett. Rauda iseloomustab kompleksühendite moodustumine.
Raua saamine. Puhast rauda saadakse suhteliselt väikestes kogustes selle soolade vesilahuste elektrolüüsil või selle oksiidide redutseerimisel vesinikuga. Piisavalt puhta raua tootmine suureneb järk-järgult selle otsese redutseerimisega maagikontsentraatidest vesiniku, maagaasi või kivisöega suhteliselt madalatel temperatuuridel.
Raua kasutamine. Raud on kõige olulisem metall moodne tehnoloogia. AT puhtal kujul Rauda selle vähese tugevuse tõttu praktiliselt ei kasutata, kuigi igapäevaelus nimetatakse terasest või malmist tooteid sageli "rauaks". Põhiosa rauast kasutatakse väga erineva koostise ja omadustega sulamite kujul. Rauasulamid moodustavad ligikaudu 95% kõigist metalltoodetest. Süsinikurikkad sulamid (üle 2 massiprotsendi) - malm, sulatatakse kõrgahjudes rauarikastest maakidest. Erinevat sorti terast (süsinikusisaldus alla 2 massiprotsendi) sulatatakse malmist lahtise kolde- ja elektriahjudes ning konverterites liigse süsiniku oksüdeerimise (põletamise) läbi, kahjulike lisandite (peamiselt S, P, O) eemaldamise ja lisamise teel. legeerivad elemendid. Kõrglegeeritud terased (suure nikli, kroomi, volframi ja muude elementide sisaldusega) sulatatakse elektrikaare- ja induktsioonahjudes. Eriti olulistel eesmärkidel kasutatakse terase ja rauasulamite tootmiseks uusi protsesse, nagu vaakum- ja elektriräbu ümbersulatamine, plasma- ja elektronkiirega sulatamine jm. Töötatakse välja meetodid terase sulatamiseks pidevalt töötavates sõlmedes, mis tagavad metalli kõrge kvaliteedi ja protsessi automatiseerimise.
Raua baasil luuakse materjale, mis taluvad kõrgeid ja madalaid temperatuure, vaakumit ja kõrged rõhud, agressiivne keskkond, kõrge vahelduvpinge, tuumakiirgus jne. Raua ja selle sulamite tootmine kasvab pidevalt.
raud nagu kunsti materjal kasutatud juba antiikajast Egiptuses, Mesopotaamias ja Indias. Alates keskajast on Euroopa maades (Inglismaal, Prantsusmaal, Itaalias, Venemaal jt) säilinud arvukalt ülikunstilisi raudtooteid - sepistatud piirdeaiad, uksehinged, seinaklambrid, tuuleliibid, rindkere furnituurid, valgustid. Läbi varrastest sepistatud tooted ja perforeeritud plekist valmistatud tooted (sageli vilgukivist voodriga) eristuvad tasapinnalise kuju, selge lineaargraafilise silueti ja heleda õhu taustal tõhusalt nähtavad. 20. sajandil kasutati rauda võre, piirdeaedade, ažuursete sisevaheseinte, küünlajalgade ja monumentide valmistamiseks.
Raud kehas. Raud on kõigi loomade organismides ja taimedes (keskmiselt umbes 0,02%); see on vajalik peamiselt hapnikuvahetuseks ja oksüdatiivseteks protsessideks. On organisme (nn kontsentraatorid), mis on võimelised seda suurtes kogustes akumuleerima (näiteks rauabakterid - kuni 17-20% rauast). Peaaegu kogu loom- ja taimeorganismides leiduv raud on seotud valkudega. Rauapuudus põhjustab kasvupeetust ja taimede kloroosi, mis on seotud klorofülli tootmise vähenemisega. Liigne rauasisaldus avaldab kahjulikku mõju ka taimede arengule, põhjustades näiteks riisilillede steriilsust ja kloroosi. Leeliselises pinnases tekivad taimejuurtele kättesaamatud rauaühendid, mida taimed ei saa piisavas koguses; happelistes muldades läheb raud üle lahustuvateks ühenditeks. Omastatavate rauaühendite vaeguse või ülejäägi korral mullas võib taimehaigusi täheldada suurtel aladel.
Raud satub loomade ja inimeste kehasse toiduga (kõige rauarikkamad on maks, liha, munad, kaunviljad, leib, teraviljad, spinat ja peet). Tavaliselt saab inimene toidust 60-110 mg Rauda, mis on palju suurem kui igapäevane vajadus. Raua imendumine toidust toimub ülemises osas peensooled, kust see siseneb valguga seotud kujul verre ja kandub koos verega erinevatesse organitesse ja kudedesse, kus see ladestub raud-valgu kompleksi – ferritiini kujul. Peamine raua depoo kehas on maks ja põrn. Tänu ferritiinile toimub kõigi organismi rauda sisaldavate ühendite süntees: luuüdis sünteesitakse hingamisteede pigmenti hemoglobiin, lihastes sünteesitakse müoglobiini, erinevates kudedes sünteesitakse tsütokroome ja teisi rauda sisaldavaid ensüüme. Raud eritub organismist peamiselt jämesoole seina kaudu (inimesel umbes 6-10 mg ööpäevas) ja vähesel määral neerude kaudu. Keha rauavajadus sõltub vanusest ja füüsilisest seisundist. 1 kg kehakaalu kohta vajavad lapsed - 0,6, täiskasvanud - 0,1 ja rasedad naised - 0,3 mg rauda päevas. Loomadel on raua vajadus ligikaudu (1 kg sööda kuivaine kohta): lüpsilehmadel - vähemalt 50 mg, noorloomadel - 30-50 mg; põrsastele - kuni 200 mg, tiinetele sigadele - 60 mg.
Rauaühendite identsuse kindlakstegemiseks HF-s kirjeldatakse kahte meetodit (A ja B) raudraudioonide (Fe 2+) ja kolme (A, B ja C) raudoksiidi (Fe 3+) iooni tuvastamiseks. Raua avastamine (meetod A) põhineb uuritava aine töötlemisel lahjendatud vesinikkloriidhappega, et viia raud ioniseeritud olekusse, ja sellele järgneval saadud lahuse töötlemisel kaaliumferritsüaniidi (punase vere soola) lahusega. ). See tekitab sinise sademe. See raua avastamise meetod põhineb järgmistel reaktsioonidel:
Ferritsüaniidi ioon oksüdeerib raudrauda oksiidiks ja redutseeritakse ise ferrotsüaniidiks. Pärast seda sadestub muutuva koostisega sinine pigment - Fe43 nK4 mH2O, kus n = 0,3-0,8; m = 12-24; lihtsustatult - KFe (Preisi sinine, turnbull sinine, Pariisi sinine).
Tuleb märkida, et sama sinine pigment saadakse raudoksiidi avamisel vastavalt meetodile A kaaliumferrotsüaniidi (kollase veresoola) lahuse toimel raudoksiidi soola lahusele, nagu on kajastatud ülaltoodud võrrandis. Preisi sinise sade ei lahustu lahjendatud mineraalhapetes, mistõttu selle valmistamine toimub happelises keskkonnas. Huvitav on märkida, et Fe 2+ ioonid koos kaaliumferrotsüaniidiga (K 4 ) moodustavad valge sademe Fe 2 , mis happelises keskkonnas erinevate oksüdeerivate ainete (KBrO 3, K 2 Cr 2 O 7 ) toimel kergesti oksüdeerub ja muutub Preisi sinine. Fe 3+ ioonid kaaliumferritsüaniidiga (K 3 ) ei sadestu, vaid lahus omandab tumepruuni värvuse. Farmakopöa meetodid Fe 2+ ja Fe 3+ ioonide avastamiseks, mis põhinevad Preisi sinise moodustumisel vastavalt K3 ja K4 toimel, võimaldavad neid ioone eristada, kuid nende abil on raske eristada. raudmetalli preparaat, mis sisaldab raudoksiidi lisandit raudoksiidi preparaadist, mis sisaldab raudraudsegu. Sellega seoses on meetod B antud ka raudoksiidi jaoks HF-s, mis põhineb raudtiotsüanaatide moodustumise reaktsioonil, mis värvivad lahuse punaseks. Tiotsüanaatkomplekside stabiilsuskonstandid ei ole kõrged, mistõttu on määramine vajalik kõrge kontsentratsioon ligand. Lahuses moodustub hulk komplekse, mis erinevad neeldumismaksimumi ja selle intensiivsuse poolest.
Sõltuvalt rodoniidiooni kontsentratsioonist tekivad kompleksid erinev koostis Rodaniidiiooni koordinatsiooninumbriga 1 kuni 6:
See on üks spetsiifilisemaid reaktsioone raudoksiidile. Tuleb meeles pidada, et see ei ole alati positiivne, kuna mitmed ained, mis moodustavad Fe 3+-ga tugevamaid komplekse kui rodoniidiioon, segavad värvi väljanägemist. Nende ainete hulka kuuluvad fosfor, oksaalhape, viinhape, sidrunhape ja nende soolad.
Levinud reaktiiv rauaioonide avastamiseks oksüdatsiooniastmetes +2 ja +3 on ammooniumsulfiid. Mõlemal juhul langevad välja mustad raudsulfiidide sademed. Mineraalhapetes lahustamisel võib märgata mõningast erinevust: raudsulfiidi lahustamisel moodustub läbipaistev värvitu lahus ja raudoksiidi lahustamisel hägune lahus väävli moodustumise tõttu. Väävel esineb osaliselt raudoksiidi sulfiidi sades ja tekib osaliselt vesiniksulfiidi oksüdeerimisel Fe 3+ iooniga:
FeS + 2HCl → H2S + FeCl2
Fe2S3 + 4HCl → 2FeCl2 + 2H2S + S↓
Vaadeldavad raua määramise meetodid võimaldavad seda avastada ainult preparaatides, mis sisaldavad lihtsaid vees lahustuvaid rauasooli, näiteks raudraudsulfaat, raudraudlaktaat, feramiid jne. Preparaadid, mis on tugevad raua kompleksühendid (ferroteroon). , naatriumoksüferrisüsinik) või vees lahustumatu (tabletid "Kaferid"), mis on raua lahusesse viimiseks eelmineraliseeritud.
Reaktsioonide elluviimine
Üldine reaktsioon raud- ja rauaoksiididele.
Raua- või rauaoksiidsoola lahusele (umbes 0,02 g rauaiooni) lisatakse ammooniumsulfiidi lahus; tekib must sade, mis lahustub lahjendatud mineraalhapetes.
Musta raua avastamine.
2 ml raudsoola lahusele (umbes 0,02 g rauaiooni) lisatakse 0,5 ml lahjendatud vesinikkloriidhapet ja 1 ml kaaliumferritsüaniidi lahust; moodustub sinine sade.
Raudoksiidi avastamine.
A. 2 ml raudoksiidi soola lahusele (umbes 0,001 g rauaiooni) lisada 0,5 ml lahjendatud vesinikkloriidhapet ja 1-2 tilka kaaliumferrotsüaniidi lahust; moodustub sinine sade.
B. 2 ml raudoksiidi soola lahusele (umbes 0,001 g rauaiooni) lisada 0,5 ml lahjendatud vesinikkloriidhapet ja 1-2 tilka ammooniumtiotsüanaadi lahust; ilmub punane värv.
§2. Tsingiooni, Zn 2+, avastamine
Tsingiioonide tuvastamiseks GPXI-s on esitatud kaks meetodit. Esimene meetod põhineb tsinksulfiidi moodustumisel. Tsinksulfiidi sadestumine toimub lahustest, mille pH on tsoonis 2-9. pH juures<2 сульфид цинка не образуется; при рН >9, moodustub tetrahüdroksosinkaadi ioon 2– Sellega seoses on ebaselge GF nõue tsingisoola alglahuse reaktsiooni kohta (see peab olema neutraalne). Kui tsinksulfaat lahustatakse vees, on lahus soola hüdrolüüsi tõttu loomulikult kergelt happeline.
On mitmeid tsingipreparaate, mis ei lahustu vees, näiteks tsinkoksiid; undetsüleenhappe tsingisool, mis on osa preparaatidest "Undecin", "Zinkundan". Tsingi ülekandmine nendest preparaatidest lahusesse võib toimuda preparaatide töötlemisel kas lahjendatud vesinikkloriidhappe või naatriumhüdroksiidi lahusega, kuid tsinksulfiid ei sadestu saadud lahustest, kuna nende pH on väljaspool lubatud tsooni. Sellised lahused tuleb esmalt neutraliseerida. Pärast seda on võimalik ja vajalik lisada eelnevalt neutraliseeritud lahusele lahjendatud äädikhapet ja seejärel vesiniksulfiidi või naatriumsulfiidi lahust.
Teine meetod põhineb tsingiiooni reaktsioonil kaaliumferrotsüaniidiga, mis moodustab koos sellega tsingi ja kaaliumheksatsüanoferraadi (II) kaksiksoola valge sademe järgmise koostisega:
3Zn 2+ + 2K4 → K2Zn32↓ + 6K+
See meetod on mugav, kuna võimaldab avada tsinki tugevalt happelistes lahustes. Kuid tsink ei sadestu leeliselistest lahustest kaaliumferrotsüaniidi toimel. Söövitavate leeliste lahuste toimel lahustub tsingi ja kaaliumi heksatsüanoferraadi (II) kaksiksoola sade:
K 2 Zn 3 2 + 12OHˉ → 24– + 32– + 2K+
Reaktsioonide elluviimine
A. 2 ml neutraalsele tsingisoola lahusele (0,005-0,02 g tsingiiooni) lisage 0,5 ml naatriumsulfiidi või vesiniksulfiidi lahust; moodustub valge sade, mis ei lahustu lahjendatud äädikhappes ja lahustub hästi lahjendatud vesinikkloriidhappes.
B. 2 ml tsingisoola lahusele (0,005-0,02 g tsingiiooni) lisada 0,5 ml kaaliumferrotsüaniidi lahust; moodustub valge sade, mis ei lahustu lahjendatud vesinikkloriidhappes.
§3. Hõbedaioonide avastamine, Ag+
Vesiniksulfiidi ja ammooniumsulfiidi toimel hõbeioone sisaldavale lahusele sadestub must hõbesulfiid Ag2S. Hõbesulfiid moodustub ka vesiniksulfiidi toimel metallilisele hõbedale atmosfäärihapniku juuresolekul, kuid see reaktsioon kulgeb väga aeglaselt:
4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S ↓ + 2H2O.
Ag2S väga madala lahustuvuse ja Ag2S/2Ag süsteemi madala potentsiaali tõttu võib hõbesulfiid tekkida ka õhuhapniku puudumisel:
2Ag + H2S = Ag2S ↓ + H2.
Hõbesulfiid ei lahustu leelismetallide sulfiidide ja polüsulfiidide lahustes. See ei lahustu mineraalhapete lahustes, välja arvatud lämmastikhape:
3Ag2S + 8HNO3 = 6AgNO3 + 2NO + 3S + 4H2O.
AgSH, Ag(SH)2- ja Ag2S(SH)22- kompleksühendite moodustumise tõttu aga suureneb märgatavalt Ag2S lahustuvus mineraalhapetes. Hõbeda avastamispiir on 1 μg. Hõbeda tuvastamist segavad ioonid Cu2+, Hg2+, Bi3+, Sn (II, IV), mis moodustavad tugevalt happelistes lahustes sulfiide.
Leelismetallide kloriidid, bromiidid ja jodiidid. Hõbeda ioonidega suhtlemisel moodustavad nad valge, kahvatukollase ja juustulise sademe AgCl, AgBr ja Agl. kollast värvi vastavalt. Cl-, Br- ja I- ioonide kontsentratsiooni tõusuga suureneb hõbehalogeniidide lahustuvus kompleksühendite tekke tõttu.AgX 2– ja AgX 4 3– tekivad valdavalt väikestes kogustes, AgX 3 2– samuti moodustub. Hõbekloriid lahustub ammoniaagi ja ammooniumkarbonaadi lahuses, kuna happe-aluse reaktsioonide tulemusena sisaldab see piisavas koguses ammoniaaki:
AgCl + 2NH 3 \u003d Ag (NH 3) 2 Cl
NH4+ + H2O = NH3 + H3O+,
CO 3 2– + H 2 O \u003d HCO 3 - + OH-.
Hõbejodiid ei lahustu NH3-s, hõbebromiid lahustub osaliselt, mis on kooskõlas lahustuvusproduktide väärtustega. Kõik hõbehalogeniidid lahustuvad kergesti kaaliumtsüaniidi või naatriumtiosulfaadi lahustes, kuna tekkivad tsüaniidi ja hõbetiosulfaadi kompleksid on palju stabiilsemad kui ammoniaagi omad.
Joonis 1. Ag(NH3)2Cl kristallid
Aeglase kristalliseerumise käigus sadestub ammoniaagi lahustest Ag(NH 3) 2 Cl väikeste iseloomulike kristallidena - kuusnurkade, kolmnurkade ja tähtedena (joonis 1). Hõbeda avastamispiir mikrokristalloskoopilise reaktsiooniga on 5 μg. Plii ja elavhõbe segavad. Reaktsiooni läbiviimisel katseklaasis on hõbeda avastamispiir 10 µg.
Reaktsiooni läbiviimine.
1. 1-2 tilgale hõbeioone sisaldavale lahusele lisage 1-2 tilka 30% lahust äädikhape ja 1-2 tilka ammooniumsulfiidi lahust. Moodustub must hõbesulfiidi sade.
2. 2-3 tilgale lämmastikhappega hapestatud uuritavale lahusele lisatakse 2-3 tilka 2 M HCl lahust. Moodustub amorfne valge sade. Seda tsentrifuugitakse, pestakse veega ja töödeldakse 2-3 tilga kontsentreeritud NH3 lahusega. Saadud lahuse tilk asetatakse slaidile. Mõni aeg pärast lahusti aurustumist moodustuvad iseloomulikud Ag(NH3)2Cl kristallid.
Elavhõbeda (I), Hg 1+ katioonide tuvastamine. Elavhõbe oksüdatsiooniastmes + 1 eksisteerib Hg22+ ioonina.
Sulfiidiooni lisamisel Hg 2 2+ ioone sisaldavale lahusele moodustub must sade, mis koosneb HgS-st ja Hg-st: Elavhõbe oksüdatsiooniastmes + 1 eksisteerib Hg22+ ioonina.
Kuna Hg 2+ ioonid moodustavad enamiku ligandidega halvasti lahustuvaid ja halvasti dissotsieerunud ühendeid, on võimalik Hg 2 2+ disproportsioon, nagu on täheldatud interaktsioonis sulfiidioonidega. Elavhõbeda avastamispiir on 5 μg.
Ammoniaagi toimel Hg 2 Cl 2-le moodustub must sade, mis koosneb Hg-st ja HgNH2Cl-st või selle segust Hg 2 NH 2 Cl H2O-ga:
Elavhõbeda avastamispiir on 20 μg.
Hg 2 2+ tuvastamiseks võite kasutada Hg 2 Cl 2 kalomeli moodustumise reaktsiooni, mis võib ultraviolettvalguses helendama oranžikaspunast valgust. Elavhõbeda avastamispiir on 0,005 μg. Reaktsioone ei sega Cu, Pb, Ag, Sn (II), Bi 200-kordsed kogused. Hg (II), metallilise elavhõbeda ja lämmastikoksiidi (IV) juuresolekul väheneb kalomeli hõõgumise intensiivsus oluliselt.
Reaktsiooni läbiviimine
1. 3-4 tilgale Hg 2 (NO 3) 2 lahusele lisada 2-3 tilka ammooniumsulfiidi lahust. Tekib must sade.
2. 3-4 tilgale Hg 2 (NO 3) 2 lahusele lisada 3-4 tilka 2M vesinikkloriidhapet. Tekib valge sade Hg 2 Cl 2. Pärast sademe tsentrifuugimist töödeldakse seda 3-4 tilga 25% NH3 lahusega. Sade muutub koheselt mustaks, moodustub Hg ja HgNH 2 Cl segu.
3. Luminestsentsreaktsioon. Objektiklaasile kantakse tilk elavhõbeda (I) ioone sisaldavat lahust ja tilk 2M HCl lahust. Jälgige kalomeli oranžikaspunast sära ultraviolettvalguses.
§ neli. Elavhõbeda iooni avastamine, Hg 2+
Elavhõbeda katiooni (II) Hg 2+ tuvastamine. Elavhõbeda (II) 2+ ioonid on vesilahustes värvitud. Kõik elavhõbeda (II) ühendid on väga mürgised, seega tuleb nendega töötamisel järgida ettevaatusabinõusid!
Kuna meditsiinipraktikas kasutatakse ainult oksiid-elavhõbeda preparaate (Hg2+), kirjeldab Global Fund meetodeid ainult elavhõbedaoksiidi tuvastamiseks. Vaadeldavad meetodid põhinevad elavhõbedaoksiidile iseloomulikel reaktsioonidel. Vees lahustumatuid elavhõbedapreparaate töödeldakse eelnevalt lahjendatud vesinikkloriidhappega, et viia elavhõbe ioniseeritud olekusse. Saadud lahuse leelistamisel sadestub kollane elavhõbeoksiidi (II) sade:
Kaaliumjodiidi lahuse järkjärgulise lisamisega elavhõbedaoksiidi soola lahusele sadestub kõigepealt elavhõbe(II)jodiidi punane sade, mis reaktiivi liia lisamisel lahustub, moodustades kahvatukollase, peaaegu värvitu sade. kaaliumtetrajodomerkuroaadi komplekssoola lahus:
Mõlemad meetodid on väga spetsiifilised, lihtsad ja töökindlad. Elavhõbedat sisaldavad lahused valatakse pärast tööd spetsiaalselt ettevalmistatud pudelitesse.
Happelistes lahustes (6-7 M HCl) moodustavad nad HgS-sulfiidi musta sademe. Elavhõbesulfiidil on kolm modifikatsiooni: punane vorm, millel on moonutatud naatriumkloriidvõre koos siksakiliste Hg-S-Hg ahelatega, mis on identsed mineraalse kinaveriga; must vorm, mis esineb tsingi segustruktuuriga metatsinnobariidina; kinaver, mis tekib naatriumtiosulfaadi toimel elavhõbe(II)kloriidi neutraalsele lahusele.
Kui H2S juhitakse aeglaselt elavhõbedasoolade happelistesse lahustesse, võib täheldada vaheproduktide moodustumist; kompositsiooni HgmClnSx (Hg3Cl2S2) valged, hallid, kollased või pruunikad värvid. Tavaliselt sadestub HgS-sulfiid elavhõbedasoolade happelistest lahustest musta sademena. HgS(must) lahustuvuskorrutis on 1,5 10-52, kuid selle lahustuvus on tegelikult palju suurem, kuna lahuses toimuvad kõrvalreaktsioonid H2S, HS-, ühendite moodustumisega. Hg(OH)+ ja Hg(OH)2. Must sulfiid muutub kuumutamisel või polüsulfiidide aluseliste lahuste toimel punaseks.
Elavhõbeda sulfiid on vees lahustuv; vesinikkloriidhappes lahustub see ainult oksüdeerivate ainete (näiteks vesinikperoksiidi) või kompleksi moodustavate ioonide juuresolekul. Elavhõbeda sulfiidiooniga tuvastamise tundlikkus sõltub analüüsitava lahuse happesusest. Näiteks elavhõbeda avastamispiir tugevalt happelistes lahustes on 10 μg. Arseen (V) ja vask (II) sulfiidid sadestuvad koos elavhõbedaga lahustest, mille kontsentratsioon on 6-7 M HCl.
Kaaliumjodiid sadestub elavhõbeda (II) ioonidega suhtlemisel punase HgI2 sademe. Elavhõbe(II)jodiidil on kaks modifikatsiooni: punane ja kollane. Punane modifikatsioon muutub 150 °C-ni kuumutamisel kollaseks. Elavhõbejodiid kristalliseerub kihilistes võres. HgI 2 sade lahustub kaaliumjodiidi liias, tiosulfaadi või tsüaniidi lahustes, moodustades stabiilsed kompleksioonid. Vesilahustes moodustavad Hg 2+ ioonid halogeniidi, tsüaniidi, tiosulfaadi ja teiste anioonidega komplekse nagu HgX+, HgX2, HgX3-, HgX42-,. Suurema elavhõbedasisalduse korral lahuses tekivad polünukleaarsed kompleksühendid. Kui lahuses on samaaegselt mitu erineva iseloomuga aniooni, siis tekivad segaligandikompleksid HgXnYi, näiteks HgClBr, HgBr 2 I-, HgI 2 Br 2 2– jne.
NH3 või ammooniumiioonide ja kontsentreeritud leeliselahuse toimel HgI 4 2– kompleksioone sisaldavale lahusele tekib iseloomulik punakaspruun sade:
Seda reaktsiooni, mida nimetatakse Nessleri reaktsiooniks, kasutatakse Hg 2+ ja NH 4 + tuvastamiseks. Elavhõbeda avastamispiir on 5 μg.
Reaktsioon leelistega Hg 2+ + 2 OH - \u003d HgO (kollane) + H 2 O. HgO sade lahustub lämmastikhappes, leelismetallide kloriidide ja jodiidide lahustes, moodustades vastavalt Hg (NO 3) 2 , HgCl 2 ja kompleks 2–:
HgO + 2 HNO 3 - Hg (NO 3) 2 + H 2 O
HgO +2 Cl - + H 2 O - HgCl, + 2 OH -
HgO +4 I - + H2O - 2- + 2 OH -
Reaktsiooni läbiviimine.
1. 2-3 tilgale elavhõbeda(II)ioone sisaldavale lahusele lisada 3-4 tilka kontsentreeritud HCl ja 3-4 tilka ammooniumsulfiidi lahust. Saadud lahust kuumutatakse veevannis. Moodustub must HgS sade. Sade tsentrifuugitakse, osa sellest viiakse teise katseklaasi ja lahustatakse aqua regia. Ülejäänud sade lahustatakse HCl ja KI segus.
2. Lisage 1-2 tilgale elavhõbeda (II) ioone sisaldavale lahusele tilkhaaval KI lahust, kuni moodustub HgI2 sade ja liig, kuni sade lahustub ja tekib HgI 4 2–. Saadud lahusele lisatakse 1-2 tilka NH 4 Cl lahust ja 1-2 tilka 30% KOH lahust. Tekib punakaspruun sade.
3. 4 tilgale elavhõbedaoksiidi soolalahusele lisage 1 tilk seebikivi. Tekib kollane sade.
§5. Mangaani (II), Mn 2+ katioonide tuvastamine
Naatriumvismut, plii (IV) oksiid, ammooniumpersulfaat lämmastikhappekeskkonnas oksüdeerivad kuumutamisel mangaani (II) ioonid kiiresti mangaanhappeks HMnO4, millel on iseloomulik punakasvioletne värvus:
Oksüdeerimine ammooniumpersulfaadiga viiakse läbi hõbe(I)ioonide katalüsaatori juuresolekul, mis ammooniumpersulfaadiga oksüdeeritakse hõbe(II)ioonideks
Naatriumvismutaat oksüdeerib erinevalt teistest oksüdeerijatest mangaani (II) ioone ilma kuumutamata. Mangaani tuvastamist segavad redutseerivad ained, sealhulgas kloriidioonid ja suured kogused mangaani(II)iooni. Mangaani avastamispiir on 2 μg.
Reaktsiooni läbiviimine
1) Mangaannitraadi või sulfaadi lahusele lisatakse tilk kontsentreeritud lämmastikhapet, 3-4 tilka vett ja veidi tahket naatriumvismutaati. Lahus muutub lillaks.
2) 5-6 tilgale (NH4)2S2O8 lahusele lisada tilk 2M H2SO4 lahust, 1-2 tilka kontsentreeritud H3PO4 (fosforhape stabiliseerib MnO-4 ioone ja takistab nende lagunemist), 1-2 tilka AgNO3 lahust ja soojust. Kuumutatud oksüdeerivale segule lisatakse klaaspulgaga minimaalne kogus Mn 2+ ioone sisaldavat ja kloriidioone mittesisaldavat lahust, segatakse ja vaadeldakse lahuse punakasvioletset värvi.
§6. Vase (II) Cu 2+ katioonide tuvastamine
GF kasutab vase (II) ioonide tuvastamiseks järgmisi meetodeid.
Vase (II) redutseerimise reaktsioon metallidega metalliliseks vaseks - Reaktsiooni annavad metallid, mis asuvad metallide pingereas vasest vasakul.
Cu 2+ + Zn \u003d Cu + Zn 2+
Сu 2+ + Fe = Сu + Fe 2+
3 Cu 2+ +2 A1 \u003d 3 Cu +2 A1 3+
Kaaliumheksatsüanoferraat (II) pH ≤ 7 juures sadestab vase ioonid punakaspruuni sademe Cu 2 Fe(CN) 6 kujul, mis lahustub ammoniaagis, moodustades vasamiini. Vase avastamispiir on 10 μg. Reaktsiooni takistavad Fe 3+, Ni 2+, Co 2+ ioonid, mis moodustavad koos reagendiga värvilisi sademeid. Seetõttu eraldatakse need ioonid eelnevalt või seotakse stabiilseteks lahustuvateks kompleksühenditeks. Väga väikese vase kontsentratsiooni korral sade ei sade, kuid lahus värvub sisse roosa värv.
Ammoniaak sadestub vaseoonidega interakteerudes esmalt rohelise värvi muutuva koostisega aluselised soolad, mis lahustuvad kergesti reagendi liias. pH >9 juures tekivad intensiivsed sinised ammoniaagikompleksid vasest: Cu(NH 3)(H 2 O) 5 2+ ; Cu(NH3)4(H20)22+. Vase avastamispiir on 40 μg.
Ammooniumtetrarodanoelavkuriaat (II) moodustab äädikhappekeskkonnas koos vaseoonidega tsingiioonide juuresolekul isomorfsed kristallid lilla CuHg(SCN)4 ja ZnHg(SCN)4 (joonis 2). Selle reaktsiooni õnnestumiseks on vaja võtta väga lahjendatud vasesoola lahust, vastasel juhul sadestub violetse asemel kollakasroheline CuHg (SCN) 4 sade.
Joonis 2. . CuHg(SCN)4 kristallid (a), CuIIg(SCN)4 ja ZnHg(SCN)4 isomorfsed kristallid (b)
Vase avastamispiir on 2 μg. Ioonid Fe3+, Co2+, Ni2+ peaksid puuduma, kuna need moodustavad reagendiga värvilisi ühendeid. Vase reaktsiooni võib läbi viia in vitro või mikrokristalloskoopiliselt. Joonisel fig. Näidatud on ühendi CuHg(SCN)4 kristallid. Kui vase tuvastamine toimub mikrokristalloskoopilise meetodiga, kasutades ühendit CuHg(SCN)4, saab tuvastada ainult 5 μg.
Vesinikkloriidhape püridiini ja 2-pikoliini juuresolekul koos Cu(I) ioonidega moodustab kompleksid koostisest CuPyCl ja Cu(Py)3Cl, kus Py on püridiin või pikoliin. See ühend luminestseerib miinus 196 °C juures intensiivselt kollaselt. Cu (I) ioone, nagu Ag+ ja Au+ (elektrooniline konfiguratsioon nd10), iseloomustab oma luminestsents. See on tingitud elektroonilistest üleminekutest metalliiooni enda energiatasemete vahel.
Vase tuvastamise reaktsiooni selle luminestsentsi järgi saab läbi viia tilkmeetodil filterpaberil. Vase avastamispiir on 0,06 μg. Cd, Co, Zn, Ni, Fe(II, III), Mn, Cr 100-kordsed kogused ei sega vase tuvastamist. Teised katioonid, välja arvatud Pb2+, Bi3+, Sb(III), ei sega vase tuvastamist üheski koguses.
Reaktsiooni läbiviimine
1. 2-3 tilgale vase(II)ioone sisaldavale lahusele (pH ≤ 7) lisage 1-2 tilka reaktiivilahust. Tekib punakaspruun sade.
2. 2-3 tilgale vase ioone (I I) sisaldavale lahusele lisada suur liig ammoniaagilahust pH>9-ni. Lahuse intensiivse sinise värvuse ilmumine näitab vase olemasolu.
3. A) 1-2 tilgale vaseioone (I I) sisaldavale lahusele klaasklaasil (või katseklaasis) lisada 2-3 tilka 1% tsinkatsetaadi või sulfaadi lahust ja 1-2 tilka. reaktiivi lahusest. Segu segatakse klaaspulgaga. Vase juuresolekul tekib lillakas sade.
B) Klaasklaasil olevale vasesoola lahuse tilgale lisatakse tilk 30% CH3COOH lahust ja tilk reaktiivilahust. Tekivad iseloomulikud (nõeltähtede kujul) kollakasrohelised CuHg(SCN)4 kristallid, mida uuritakse mikroskoobi all.
4. Luminestsentsreaktsioon. Filterpaberile kantakse tilk vase(II)ioone sisaldavat lahust, tilk 0,06 M askorbiinhappe lahust NaCl või KCl küllastunud lahuses ja tilk 0,01 M püridiini (pikoliini) lahust lisatakse etanool. Märja kohaga paber asetatakse pintsettidega 20–30 sekundiks vedela lämmastikuga Dewari anumasse. Ultraviolettvalguses täheldatakse külmunud koha erekollast luminestsentsi.
5. Asetage üks tilk vasksulfaadi lahust raua- või tsingiplaadile. Jälgige vaba vase punase ladestumise moodustumist.
§7. Kaadmiumi katiooni tuvastamine, Cd 2+.
Vesiniksulfiid või leelismetallide sulfiidid pH ~ 0,5 juures moodustavad kaadmiumiioonidega kollase kaadmiumsulfiidi sademe. Sade ei lahustu naatriumsulfiidis ja naatriumhüdroksiidis, kuid lahustub kontsentreeritud vesinikkloriid- ja lämmastikhappes:
Kaadmiumi avastamispiir on 100 μg. Metalliioonid segavad, moodustades neis tingimustes lahustumatuid sulfiide Сu2+, Hg2+, Bi3+, Sn(I, IV), Sb(III, V) jne.
Difenüülkarbasiid I neutraalsetes ja kergelt happelistes lahustes moodustab kaadmiumiioonidega sinakasvioletse värvuse või punakasvioletse sademe; sel juhul moodustub ilmselt kompleksühend koostisega II difenüülkarbasooniga, mis on dnfenüülkarbasiidi oksüdatsiooniprodukt:
Kaadmiumi avastamispiir on 100 μg. Vaseoonide (I I), elavhõbeda (I I), plii segav toime kõrvaldatakse jodiidi või tiotsüanaadiga.
8-(benseensulfonüülamino)kinoliin I või 8-(p-tolueensulfonüülamino)kinoliin II koos kaadmiumiioonidega pH väärtusel ~ 8 moodustab kompleksühendi III, mis fluorestseerub erkroheliselt:
Sära intensiivsus on maksimaalne 1-2 minuti pärast.
Kaadmiumi luminestsentsreaktsiooni saab läbi viia katseklaasis või filterpaberil. I (0,03 µg) tuvastamise piir on madalam kui II (0,05 µg) puhul. Vähendage Fe (II, III), Co, Ni, Mn, Cu sära intensiivsust. Nende katioonide mõju kõrvaldatakse kaadmiumiühendi ekstraheerimisel kloroformiga. Tsink moodustab kaadmiumi tuvastamise tingimustes fluorestseeruvaid ühendeid, kuid luminestsentsi intensiivsus on 10 korda väiksem kaadmiumiühendite omast.
Ammoonium (kaalium)tiotsüanaat äädikhappe lahuses pH 4-5 juures koos koobalti (II) ioonidega moodustab värvuse Sinine värv mitmesuguse koostisega kompleksühendid üldvalemiga Co (N CS) n (2-n) +, kus n \u003d 1, 2, 3, 4. Hapnikku sisaldavad lahustid (eeter, atsetoon, isoamüülalkohol) ekstrakt tumesinine madal -stabiilsed koobaltikompleksid, vastavalt ilmselt koostisele Co(NCS)42-. Kompleksühendite dissotsiatsiooni vähendamiseks on vaja sisse viia suur liig tiotsüanaati. Koobalti avastamispiir on 3 μg.
Koobalti tuvastamist segavad raud(III) ioonid, mis moodustavad punase värvusega kompleksühendeid NCS-ga; erinev koostis. Fe(NCS)3 kompleksi ekstraheeritakse samade orgaaniliste lahustitega nagu koobalti komplekse. Raua (III) ioonide segav toime kõrvaldatakse fluoriidioonide lisamisega, mis moodustavad raua (III) ioonidega värvitu stabiilse kompleksühendi.
Kaaliumnitrit äädikhappe lahuses pH 4-5 juures moodustab kollase sademe koos koobalti (III) ioonidega:
Co(CH3COO)2+7KNO2+2CH3COOH=K3Co(NO2)6+NO+H2O+4CH3COOK.
Lahjendatud lahustes tekib kuumutamisel ja seismisel sade. Seda reaktsiooni kasutatakse sageli koobalti eraldamiseks segavatest ioonidest. Koobalti avastamispiir on 0,4 μg.
Mikrokristalloskoopiline reaktsioon põhineb halvasti lahustuva ühendi CoHg (SCN) 4 helesiniste kristallide moodustumisel (~ 0,5 M HCl) ammooniumtetrarodanomerkuriaadi (II) lahuse toimel koobalti (II) soolalahusega (joonis 1). ). Koobalti avastamispiir väheneb tsingiioonide juuresolekul ZnH g(SCN)4 ja CoHg(SCN)4 omorfsete kristallide moodustumise tõttu. Koobalti avastamispiir on 0,1 µg. Paljud ioonid Ag +, Pb 2+, Cd 2+, Zn 2+, Fe 2+, Ni 2+, Cu 2+, Sn(II) sadestuvad reagendi toimel, kuid koobaltiühendi kristallide sinised rosetid või nõelad sadestuvad. mikroskoobi all eristatav isegi märkimisväärse koguse võõrioonide juuresolekul. Raua (III) ioonid on maskeeritud fluoriidioonidega.
Joonis 3. CoHg(SCN)4 kristallid
Oktaeedrilise struktuuriga koobalt(II)-veeioonid [Co(H 2 O) 6 ] 2+ on roosad, seega on ka koobalt(II)soolade lahjendatud vesilahused roosat värvi. Kui aga Co 2 vesilahused aurustatakse, muutub nende värvus siniseks, mis on iseloomulik tetraeedrilistele koobalti (II) kompleksidele. Co(II)-ühendid oksüdeeritakse kergesti Co(III)-ühenditeks ja mõnel juhul juba õhuhapniku toimel (lahustunud vees), mida tuleb koobalt(II) kvalitatiivsete reaktsioonide läbiviimisel arvestada. Vesilahustes esinevad koobalt (II) ja koobalt (III) eranditult kompleksühendite kujul. Co(III) kompleksid on stabiilsemad kui Co(II) kompleksid.
Reaktsiooni läbiviimine.
1. 1-2 tilgale kaadmiumiioone sisaldavale lahusele lisatakse tilk naatriumsulfiidi lahust, tekib kollane sade.
2. Tilk difenüülkarbasiidi küllastunud lahust, tilk uuritavat lahust kantakse filterpaberile ja hoitakse 2-3 minutit kontsentreeritud ammoniaagilahusega pudeli kohal, ilmub sinakasvioletne värvus. Segavate ioonide juuresolekul lisatakse esmalt reaktiivi küllastunud etanoolilahusele kuni küllastumiseni kristalne KNCS ja KI. Leotage selles lahuses filterpaberit ja kuivatage. Seejärel viiakse reaktsioon läbi ülalkirjeldatud viisil.
3. Luminestsentsreaktsioon.
1) Katseklaasis lisage 2-3 tilka kaadmiumiioone sisaldavale lahusele 2-3 tilka 25% ammoniaagi lahust (pH ~ 8), 3-5 tilka 0,01% etanooli (atsetooni) lahust. reaktiiv I või II. 1-3 minuti pärast täheldatakse ultraviolettvalguses rohelist fluorestsentsi. Vajadusel ekstraheeritakse pH ~ 8 juures, lisades analüüsitavale lahusele 1 ml kloroformi. Ekstraheerige 1-2 minutit ja jälgige ekstrakti rohelist sära.
2) Filterpaberile kantakse tilk uuritavat lahust, tilk 25% ammoniaagi lahust ja tilk reaktiivi 0,01% etanooli (atsetooni) lahust. Ultraviolettvalguses täheldatakse moodustunud laigu rohelist fluorestsentsi.
4. 2-3 tilgale koobalti (II) ioone sisaldavale lahusele lisage tahke ammoonium(kaalium)tiotsüanaat, tahke ammooniumfluoriid, 5-7 tilka isoamüülalkoholi ja loksutage. Isoamüülalkoholi kiht muutub siniseks.
5. 2-3 tilgale koobalti (II) ioone sisaldavale lahusele lisada 2 tilka 2 M CH3COOH lahust, 2 tilka naatriumatsetaadi ja tahke kaaliumnitriti lahust. Segu kuumutatakse mitu minutit veevannis. Tekib kollane sade.
§ kaheksa. Nikli (II) katiooni Ni 2+ tuvastamine
Dimetüülglüoksiim moodustab nikli (II) ioonidega pH vahemikus 5-10 iseloomuliku alo-punase värvusega kompleksühendi struktuuriga II, mis lahustub vees vähe:
Nikli avastamispiir on 3,2 μg.
Dimetüülglüoksiimiga moodustavad kompleksühendeid ka vase (II) ioonid (oranžikaskollased), raua (II) (punakad), koobalti (II) (pruun-punased) ioonid. Nende kompleksühendite stabiilsus varieerub Fe seerias Nikli (II) 2+ vesikompleksid on rohelised, seetõttu on nikli (II) soolade vesilahused rohelised. Nikkel(II) esineb lahuses ainult kompleksühendite kujul. Reaktsiooni läbiviimine. 1) Lisage 1-2 tilka nikli (II) ioone sisaldavale lahusele 1-2 tilka dimetüülglüoksiimi 1% etanoolilahust ja 1-2 tilka 2 M ammoniaagi lahust. Tekib iseloomulik helepunane sade. 2) Tuvastamine Fe 3+, Co 2+ ja Cu 2+ ioonide juuresolekul. Dimetüülglüoksiimiga immutatud paberile kantakse järjestikku tilk uuritavat lahust ja tilk naatriumtartraadi küllastunud lahust. Seejärel kastetakse paber lahjendatud ammoniaagilahusesse, kus see pannakse õrnalt liikuma. Värviline koobalt ja vaskdimetüülglüoksimaadid lahustuvad, jättes paberile punase nikkeldimetüülglüoksimaadi laigu. §9. Kroomi (III), Cr 3+ ioonide tuvastamine Vesinikperoksiid leeliselises keskkonnas oksüdeerib Cr(III) Cr(VI-ks): Moodustub kollane naatriumkromaadi lahus. Vesinikperoksiidi toimel kromaatide lahustele tekivad olenevalt katse tingimustest erinevad kroomperoksokompleksid, näiteks sinine CrO (O2) 2X (I) (X - vee või hapnikku sisaldava orgaanilise aine molekulid lahusti) ja violetne, tõenäoliselt koostisega CrO (O2) 2OH - ( II). Need kompleksid on kujundatud viisnurkse püramiidi kujul, mille ülaosas on hapnikuaatom. Sinine CrO(O2)2X saadakse happelise dikromaadi lahuse töötlemisel vesinikperoksiidiga: CrO(O2)2OH-derivaadid tekivad H2O2 toimel dikromaatide neutraalsetele lahustele: Kroomperoksiidi ühendid on vesilahustes ebastabiilsed; need on stabiilsed orgaanilistes lahustites (dietüüleeter, amüülalkohol jne): Kroomi avastamispiir on 10 μg. Reaktsioon on kroomi suhtes selektiivne. Vanaadium segab kroomi tuvastamist suhtega V:Cr =5:l. Naatriumetüleendiamiintetraatsetaat (EDTA) I koos kroom (III) ioonidega pH 4-5 juures moodustab violetse kompleksühendi koostisega CrY - , kus Y 4 - on EDTA anioon, struktuuriga II Toatemperatuuril kulgeb reaktsioon väga aeglaselt, kuna kroomi akvakompleksid Cr(H2O)6 on inertsed. Veemolekulide τ1/2 vahetuse poolaeg kroomheksaakvakompleksides on 50 h. Kuumutamisel suureneb kroomi komplekside moodustumise kiirus EDTA-ga. pH 7-9 juures tekivad kompleksid koostisega Cr(OH)Y 2– ja CrY kompleksi violetne värvus muutub lahuse leelistamisel siniseks: EDTA moodustab värvilisi kompleksühendeid katioonidega, millel on kromofoorsed omadused (Fe 3+, Cu 2+, Co 2+, Ni 2+), mistõttu need võivad segada kroomi (III) tuvastamist. Seega takistavad Fe 2+ ioonide kõrged kontsentratsioonid kroomi tuvastamist, kuna need moodustavad EDTA-ga stabiilsema helekollase kompleksühendi ja selle tulemusena on kroomiühendi violetne värvus lokoidne. Co 2+ ja Ni 2+ suurte liialduste korral võib tekkida violetne värvus, mis sarnaneb kroomi kompleksühendi värviga. Oksalaadi ja tsitraadi ioonid segavad kroomi tuvastamist. Reaktsiooni läbiviimine 2-3 tilgale kroom(III)ioone sisaldavale lahusele lisatakse tilkhaaval 2M NaOH lahust, kuni moodustub kroomhüdroksiidi sade ja seejärel kuni see lahustub ja moodustab hüdroksokomplekse. Seejärel lisage 1 tilk 30% või 6-8 tilka 3% vesinikperoksiidi lahust ja kuumutage. Tekib kollase kromaadi lahus. Pärast jahutamist lisage osale saadud lahusest 1 tilk 3% vesinikperoksiidi lahust, paar tilka eetrit ja tilkhaaval loksutades väävelhapet (1:4). Saadud kroomperoksiidi ühend ekstraheeritakse eetriga, eetrikiht muutub siniseks. 2. 3-4 tilgale kroomi (III) ioone sisaldavale lahusele lisada 3-5 tilka 30% äädikhappe lahust, 12-15 tilka 5% EDTA lahust (vajalik on EDTA liig). , kontrollige lahuse pH-d (pH 4-5) ja kuumutage veevannis. Kroomi (III) juuresolekul ilmub violetne värvus. Labor 12 1. Millistele nõuetele peavad vastama üldised reaktsioonid ravimainete ehtsusele? 2. Aluseline vismutnitraat lahustub kergesti kontsentreeritud lämmastikhappes. Kas selles lahuses on võimalik vismutit vesiniksulfiidiga reageerides avada? 3. Must vismutjodiid lahustub kergesti kaaliumjodiidi lahuses, moodustades kollakasoranži lahuse. Selgitage seda nähtust. 4. Raud(II)sulfaadi preparaadid võivad sisaldada raud(III)sulfaadi segu, mis imendub seedetraktist palju halvemini kui raud(II)sulfaat, mis vähendab ravimi efektiivsust. Pakkuge välja meetod raud(III)sulfaadi lisandi määramiseks raud(II)sulfaadi preparaatides. 5. Üldine autentsuse reaktsioon rauale ei saa seda "Reduced Iron" preparaadis avada ilma preparaadi eelneva mineraliseerimiseta. Pakkuge välja preparaadi mineraliseerimismeetod ja sobiv raua autentsuse üldine reaktsioon, mis on vastuvõetav selle hilisemaks avastamiseks. 6. Mis eesmärk on kaaliumiooni avamisel reaktsioonisegule alkoholi lisamine? 7. Soovitage meetodit kaltsiumi avastamiseks Bepaskis. 8. Mis eesmärk on lisada reaktsioonisegule ammooniumkloriidi magneesiumi avastamisel? Kas ammooniumkloriidi asemel võib kasutada ammooniumsulfaati? 9. Soovitage meetodit elavhõbeda avastamiseks "kollase elavhõbedaoksiidi" preparaadis. 10. Elavhõbeoksiidkollane on vees praktiliselt lahustumatu, kuid kaaliumjodiidi lahuses lahustub kergesti. Selgitage seda nähtust. 11. Tsinksulfaat moodustab kollase veresoolaga sademe, kuid ei reageeri punase veresoolaga. Kui aga tsinksulfaati ja punast veresoola sisaldavale lahusele lisada kaaliumjodiidi, tekib samasugune sade ja jood. Selgitage seda nähtust. 12. Milline meetod eristab arsenaate arseniitidest? 13. Kirjutage kaaliumbromiidi ja klooramiini reaktsiooni võrrand, mis on bromiidioonide autentsuse üldise reaktsiooni aluseks. 14. Kas ülaltoodud reaktsiooni saab kasutada broomi avastamiseks bromkampooris? 15. Kuidas eristada hõbekloriidi hõbebromiidist? 16. Kirjutage kaaliumjodiidi ja naatriumnitriti reaktsiooni võrrand lahjendatud väävelhappe juuresolekul. 17. Kuidas eristada keemiliselt naatriumkarbonaati naatriumvesinikkarbonaadist? 18. Kas on võimalik tuvastada naatriumnitritit ja naatriumnitraati nende ühisel olemasolul? 19. Millised ühendid segavad lämmastikhappes sisalduva ammooniummolübdaadiga reageerides fosfaadiooni avanemist? 20. Soovitage meetodeid kaaliumkloriidi ja kaaliumbromiidi eristamiseks Raud RAUD-a; vrd. 1.
Keemiline element (Fe), tempermalmist hõbedane metall, mis ühineb süsinikuga, moodustades terase ja malmi. 2.
Leebe terase, hõbedase metalli üldnimetus. Sepis Tuul ragistab katuserauda. 3.
Sellest, mis on tugev, kindel, tugev (välistest füüsilistest omadustest). Sul on oma käed! //
Sellest, mis on sitke, paindumatu (sisemiste moraalsete omaduste kohta). Tema iseloom on. 4.
Razg. Ravim, mis sisaldab näärmete aineid. Organismis on rauapuudus. Joo hästi. Õunad sisaldavad 5.
Razg. tehnika. Arvuti riistvara (erinevalt tarkvarast). Osta puuduv raud. ◊
Põletada kuuma rauaga. Midagi välja juurida, hävitada, kasutades äärmuslikke erakorralisi meetmeid. Löö, kuni triikraud on kuum (vt Sepikoda). ◁
raud; Nääre; rauatükk; Raud (vt). (lat. Ferrum), perioodilisuse süsteemi VIII rühma keemiline element. Läikiv hõbevalge metall. Moodustab polümorfseid modifikatsioone; tavatemperatuuril on α-Fe stabiilne (kristallvõre - kuupkehakeskne) tihedusega 7,874 g / cm3. α-Fe kuni 769°C (Curie punkt) ferromagnetiline; t pl 1535°C. Oksüdeerub õhu käes – kaetud lahtise roostega. Elementide levimuse järgi looduses on raud 4. kohal; moodustab umbes 300 mineraali. Süsiniku ja muude elementidega rauasulamid moodustavad ligikaudu 95% kõigist metalltoodetest (malm, teras, ferrosulamid). Puhtal kujul seda praktiliselt ei kasutata (igapäevaelus nimetatakse terasest või malmist tooteid sageli rauaks). Vajalik loomorganismide eluks; on osa hemoglobiinist. RAUD RAUD (lat. Ferrum), Fe (loe "ferrum"), keemiline element, aatomnumber 26, aatommass 55,847. Elemendi nii ladina- kui ka venekeelse nime päritolu pole üheselt kindlaks tehtud. Looduslik raud on nelja nukliidi segu (cm. NUKLIID) massinumbritega 54 (sisaldus looduslikus segus 5,82 massiprotsenti), 56 (91,66%), 57 (2,19%) ja 58 (0,33%). Kahe välise elektronkihi konfiguratsioon 3 s 2
lk 6
d 6
4s 2
. Tavaliselt moodustab ühendeid oksüdatsiooniastmetes +3 (valentsus III) ja +2 (valentsus II). Tuntud on ka ühendeid, mille rauaaatomid on oksüdatsiooniastmetes +4, +6 ja mõned teised. entsüklopeediline sõnaraamat.
2009
.
Raud – hankige Akademikast töötav Auchani sooduskupong või ostke Auchani müügist tulusat triikrauda tasuta kohaletoimetamisega kolmap saal (s) zo lõuna., lääs. metall, purusti, sulatatud maagist malmi kujul ja sepistatud sellest viimasest õitseva haamri all. Koos süsinikuga moodustab see terase. Raud tuleb müügile kujul: riba või kvaliteetne; esimene sirge... Dahli seletav sõnaraamat RAUD- RAUD, Ferrum (Fe), raskemetall, mis kuulub Mendelejevi perioodilise süsteemi VIII rühma. Kell. sisse. 55,84 (0=16) ja kaks isotoopi at. sisse. aastal 56 ja 54. Pure Zh. on hõbevalge värvusega; lööb sisse. 7,88; see on pehmem ja rohkem ... ... Suur meditsiiniline entsüklopeedia Ferro; raud, nutma; riistvara Vene sünonüümide sõnaraamat. raud n., sünonüümide arv: 18 autot (369) ... Sünonüümide sõnastik RAUD- vt RAUD (Fe). Pinnavetes on rauasisaldus väga erinev. Maa-alustes veeallikates ja soovetes ulatub selle kontsentratsioon kümnetesse mg/l. Rauasisalduse järsk tõus veekogudes toimub siis, kui need on reoveega reostunud ... ... Kalahaigused: käsiraamat
Lõplik kontrolltöö nr 2
Mendelejevi perioodilises süsteemis kuulub raud VIIIB rühma. Neljandas perioodis, kuhu raud kuulub, kuulub sellesse rühma ka koobalt. (cm. COBALT) ja nikkel (cm. NIKKEL). Need kolm elementi moodustavad triaadi ja neil on sarnased omadused.
Neutraalse raua aatomi raadius on 0,126 nm, Fe 2+ iooni raadius on 0,080 nm ja Fe 3+ ioonil 0,067 nm. Raua aatomi järjestikuse ionisatsiooni energiad on 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Elektronide afiinsus 0,58 eV. Paulingi skaalal on raua elektronegatiivsus umbes 1,8.
Kõrge puhtusastmega raud on läikiv, hõbehall kõrgtugev metall, mis sobib hästi erinevatele töötlemismeetoditele.
Looduses olemine
Maakoores on raud laialt levinud – see moodustab umbes 4,1% maakoore massist (4. koht kõigi elementide, 2. metallide seas). On teada suur hulk rauda sisaldavaid maake ja mineraale. Punane rauamaak (maagi hematiit (cm. HEMATIIT), Fe203; sisaldab kuni 70% Fe), magnetilist rauamaaki (magnetiidimaak (cm. MAGNETIIT), Fe304; sisaldab 72,4% Fe), pruuni rauamaaki (maagi hüdrogoetiit HFeO 2 n H 2 O), samuti rauamaak (sideriidi maak (cm. SIDERITE), raudkarbonaat, FeСО 3 ; sisaldab umbes 48% Fe). Looduses leidub ka suuri püriidimaardlaid. (cm. PÜRIIT) FeS 2 (teised nimetused on väävelpüriidid, raudpüriidid, rauddisulfiid jt), kuid suure väävlisisaldusega maagid ei oma veel praktilist tähtsust. Rauamaagi varude poolest on Venemaa maailmas esikohal. Merevees 1 10 -5 -1 10 -8% rauda.
Raua tootmise ajalugu
Raud on mänginud ja mängib inimkonna materiaalses ajaloos erakordset rolli. Esimene metallist raud, mis inimese kätte sattus, oli tõenäoliselt meteoriitset päritolu. Rauamaagid on laialt levinud ja neid leidub sageli isegi Maa pinnal, kuid looduslikku rauda leidub pinnal äärmiselt harva. Tõenäoliselt märkas inimene mõni tuhat aastat tagasi, et pärast lõkkepõletamist täheldatakse mõnel juhul raua teket nendest maagitükkidest, mis juhuslikult põlema sattusid. Tule põletamisel toimub raua redutseerimine maagist tänu maagi reaktsioonile nii vahetult kivisöega kui ka põlemisel tekkiva süsinikmonooksiidi (II) CO-ga. Maagidest raua saamise võimalus hõlbustas oluliselt asjaolu avastamist, et maagi kuumutamisel kivisöega tekib metall, mida saab seejärel sepistamise käigus täiendavalt rafineerida. Raua saamine maagist juustu valmistamise protsessi abil leiutati Lääne-Aasias 2. aastatuhandel eKr. e. Ajavahemik 9.-7. eKr nt kui rauametallurgia arenes paljude Euroopa ja Aasia hõimude seas, nimetati seda rauaajaks, (cm. RAUAAEG) pronksiöö järel (cm. PRONKSIAEG). Puhumismeetodite täiustamine (loodusliku tõmbe asemel karusnahad) ja kolde kõrguse tõus (ilmusid madala šahtiga ahjud) tõi kaasa malmi tootmise, mida hakati Lääne-Euroopas laialdaselt sulatama alates 14. sajandist. Saadud malm muudeti teraseks. Alates 18. sajandi keskpaigast hakati kõrgahjus söe asemel kasutama kivisöekoksi. (cm. COKE). Tulevikus täiustati oluliselt maakidest raua tootmise meetodeid ja praegu kasutatakse selleks spetsiaalseid seadmeid - kõrgahjud, hapnikumuundurid, elektrikaareahjud.
Füüsilised ja keemilised omadused
Temperatuuridel toatemperatuurist kuni 917 °C, samuti temperatuurivahemikus 1394–1535 °C eksisteerib a-Fe kuubikujulise kehakeskse võrega; toatemperatuuril võre parameeter a = 0,286645 nm. Temperatuuridel 917–1394 °C on b-Fe stabiilne kuuppinnakeskse võrega T (a = 0,36468 nm). Temperatuuridel toatemperatuurist kuni 769 °C (nn Curie punkt (cm. CURIE POINT)) raual on tugevad magnetilised omadused (öeldakse, et see on ferromagnetiline), kõrgemal temperatuuril käitub raud nagu paramagnet. Mõnikord peetakse paramagnetilist a-Fe kuupkehakeskse võrega, mis on stabiilne temperatuuril 769–917 ° C, raua g-modifikatsiooniks ja b-Fe, mis on stabiilne kõrgetel temperatuuridel (1394–1535 ° C), Traditsiooniliselt nimetatakse seda d-Fe-ks (idee raua nelja modifikatsiooni - a, b, g ja d - olemasolust tekkis siis, kui röntgendifraktsioonianalüüsi veel ei eksisteerinud ja puudus objektiivne teave raua sisemise struktuuri kohta. raud). Sulamistemperatuur 1535 ° C, keemistemperatuur 2750 ° C, tihedus 7,87 g / cm3. Fe 2+ /Fe 0 paari standardpotentsiaal on -0,447V, Fe 3+ /Fe 2+ paaril +0,771V.
Säilitamisel õhus temperatuuril kuni 200 °C kattub raud järk-järgult tiheda oksiidikilega, mis takistab metalli edasist oksüdeerumist. Niiskes õhus on raud kaetud lahtise roostekihiga, mis ei takista hapniku ja niiskuse ligipääsu metallile ning selle hävimist. Roostel ei ole püsivat keemilist koostist, ligikaudu selle keemilise valemi saab kirjutada kujul Fe 2 O 3 xH 2 O.
Raud reageerib kuumutamisel hapnikuga. Raua põletamisel õhus tekib Fe 2 O 3 oksiid, puhtas hapnikus põletamisel Fe 3 O 4 oksiid. Kui hapnik või õhk juhitakse läbi sularaua, moodustub FeO oksiid. Väävli ja rauapulbri kuumutamisel tekib sulfiid, mille ligikaudse valemi saab kirjutada kui FeS.
Raud reageerib kuumutamisel halogeenidega (cm. HALOGEENID). Kuna FeF 3 on mittelenduv, on raud fluorikindel kuni temperatuurini 200-300°C. Raua kloorimisel (temperatuuril umbes 200°C) tekib lenduv FeCl3. Kui raua ja broomi interaktsioon toimub toatemperatuuril või kuumutamisel ja kõrgendatud broomiaururõhul, tekib FeBr 3. Kuumutamisel lõhestavad FeCl 3 ja eriti FeBr 3 halogeeni ja muutuvad raud(II) halogeniidideks. Raua ja joodi koosmõjul moodustub Fe 3 I 8 jodiid.
Kuumutamisel reageerib raud lämmastikuga, moodustades raudnitriidi Fe 3 N, fosforiga, moodustades fosfiidid FeP, Fe 2 P ja Fe 3 P, süsinikuga, moodustades Fe 3 C karbiidi, räniga, moodustades mitu silitsiid, näiteks FeSi .
Kõrgendatud rõhul reageerib metalliline raud süsinikmonooksiidiga CO ja vedel, normaalsetes tingimustes moodustub kergesti lenduv raud pentakarbonüül Fe (CO) 5. Tuntud on ka raudkarbonüülid koostisega Fe2(CO)9 ja Fe3(CO)12. Raudkarbonüülid toimivad lähteainetena rauaorgaaniliste ühendite, sealhulgas ferrotseeni sünteesil (cm. FERROTSEEN) koostis.
Puhas metalliline raud on vees ja lahjendatud leeliselahustes stabiilne. Kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhapetes raud ei lahustu, kuna tugev oksiidkile passiveerib selle pinna.
Raud reageerib soolhappe ja lahjendatud (ligikaudu 20%) väävelhappega, moodustades raud(II) soolad:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2
Kui raud interakteerub ligikaudu 70% väävelhappega, tekib reaktsioon raud(III)sulfaadi moodustumisega:
2Fe + 4H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O
Raudoksiid (II) FeO on aluseliste omadustega, see vastab alusele Fe (OH) 2. Raudoksiid (III) Fe 2 O 3 on nõrgalt amfoteerne, see vastab isegi nõrgemale kui Fe (OH) 2 alus Fe (OH) 3, mis reageerib hapetega:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O
Raudhüdroksiidil (III) Fe(OH) 3 on nõrgalt amfoteersed omadused; see on võimeline reageerima ainult kontsentreeritud leeliselahustega:
Fe (OH) 3 + KOH \u003d K
Nii moodustunud raua (III) hüdroksokompleksid on tugevalt aluselistes lahustes stabiilsed. Kui lahused lahjendatakse veega, need hävivad ja raud (III) Fe (OH) 3 hüdroksiid sadestub.
Raua (III) ühendid lahustes redutseeritakse metallilise rauaga:
Fe + 2FeCl 3 \u003d 3FeCl 2
Raua (II) soolade vesilahuste säilitamisel täheldatakse raua (II) oksüdeerumist rauaks (III):
4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4Fe (OH) Cl 2
Vesilahustes olevatest raua (II) sooladest on Mohri sool stabiilne - topeltammooniumsulfaat ja raud (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.
Raud (III) on võimeline moodustama topeltsulfaate ühe laetud maarja-tüüpi katioonidega, näiteks KFe (SO 4) 2 - kaaliumraudmaarjas, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - raudammooniummaarjas jne.
Gaasilise kloori või osooni toimel raua (III) ühendite leeliselistele lahustele tekivad raua (VI) ühendid - ferraadid, näiteks kaaliumferraat (VI) K 2 FeO 4. On teateid raua (VIII) ühendite tekkest tugevate oksüdeerivate ainete toimel.
Raua (III) ühendite tuvastamiseks lahuses kasutatakse Fe 3+ ioonide kvalitatiivset reaktsiooni tiotsüanaadi ioonidega KNS -. Kui Fe 3+ ioonid interakteeruvad kesknärvisüsteemi anioonidega, moodustub helepunane raudtiotsüanaat Fe(CNS) 3. Teine Fe 3+ ioonide reagent on kaaliumheksatsüanoferraat (II) K 4 (varem nimetati seda ainet kollaseks veresoolaks). Kui Fe 3+ ja 4- ioonid interakteeruvad, sadestub helesinine sade.
Kaaliumheksatsüanoferraat (III) K 3 lahus, mida varem nimetati punaseks veresoolaks, võib toimida lahuses olevate Fe 2+ ioonide reagendina. Fe 3+ ja 3- ioonide interaktsiooni käigus sadestub sama koostisega helesinine sade, mis Fe 3+ ja 4- ioonide interaktsiooni korral.
Raua ja süsiniku sulamid
Rauda kasutatakse peamiselt sulamites, peamiselt süsinikuga sulamites – mitmesugused malmid ja terased. Malmis on süsinikusisaldus suurem kui 2,14 massiprotsenti (tavaliselt tasemel 3,5-4%), terases on süsinikusisaldus väiksem (tavaliselt 0,8-1% tasemel).
Malmi saadakse kõrgahjudes. Kõrgahi on hiiglaslik (kuni 30-40 m kõrgune) tüvikoonus, seest õõnes. Kõrgahju seinad on seestpoolt vooderdatud tulekindlate tellistega, müüritise paksus on mitu meetrit. Ülevalt rikastatud (jääkkividest vabastatud) rauamaak, koksi redutseeriv aine (koksitatava kivisöe eriklassid - kuumutatud ilma õhuta temperatuuril umbes 1000 ° C), samuti sulamismaterjalid (lubjakivi ja muud), mis aitavad kaasa sulatatud metallide lisandite - räbu - eraldamisele. Altpoolt juhitakse kõrgahju puhur (puhas hapnik või hapnikuga rikastatud õhk). Kõrgahju laaditud materjalide laskumisel tõuseb nende temperatuur 1200-1300 °C-ni. Peamiselt koksi C ja CO osalusel toimuvate redutseerimisreaktsioonide tulemusena:
Fe 2 O 3 + 3C \u003d 2Fe + 3CO;
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2
tekib metalliline raud, mis küllastub süsinikuga ja voolab alla.
See sulatis lastakse perioodiliselt kõrgahjust välja spetsiaalse ava - kraaniava - kaudu ja sulatil lastakse erivormides tahkuda. Malm on valge, nn malm (kasutatakse terase tootmiseks) ja hall, ehk malm. Valge malm on süsiniku tahke lahus rauas. Hallmalmi mikrostruktuuris saab eristada grafiidi mikrokristalle. Grafiidi olemasolu tõttu jätab hallmalm valgele paberile jälje.
Malm on rabe, lööb torki, mistõttu ei saa sellest valmistada vedrusid, vedrusid ega muid tooteid, mis peavad painutamisel töötama.
Tahke malm on kergem kui sulamalm, nii et tahkumisel ei tõmbu kokku (nagu metallide ja sulamite tahkumisel tavaliselt), vaid paisub. See funktsioon võimaldab teha malmist erinevaid valandeid, sealhulgas kasutada seda kunstilise valu materjalina.
Kui malmi süsinikusisaldust vähendada 1,0-1,5% -ni, tekib teras. Terased on süsinik (sellistes terastes pole muid komponente peale Fe ja C) ja legeeritud (sellised terased sisaldavad kroomi, nikli, molübdeeni, koobalti ja muude metallide lisandeid, mis parandavad terase mehaanilisi ja muid omadusi).
Terast saadakse malmi ja vanametalli töötlemisel hapnikukonverteris, elektrikaares või avatud koldeahjus. Sellise töötlemisega vähendatakse sulami süsinikusisaldust vajaliku tasemeni, nagu öeldakse, liigne süsinik põleb ära.
Terase füüsikalised omadused erinevad oluliselt malmi omadustest: teras on elastne, seda saab sepistada, valtsida. Kuna teras, erinevalt malmist, tõmbub tahkumise ajal kokku, surutakse saadud terasvalu valtspinkides kokku. Pärast valtsimist kaovad metalli mahust tühimikud ja kestad, mis tekkisid sulandite tahkumisel.
Terase tootmisel Venemaal on pikad sügavad traditsioonid ning meie metallurgide hangitud terased on kvaliteetsed.
Raua, selle sulamite ja ühendite kasutamine
Puhtal raual on üsna piiratud kasutusala. Seda kasutatakse elektromagnetsüdamike valmistamisel, keemiliste protsesside katalüsaatorina ja mõnel muul otstarbel. Kuid rauasulamid - malm ja teras - moodustavad kaasaegse tehnoloogia aluse. Laialdaselt kasutatakse ka paljusid rauaühendeid. Niisiis kasutatakse raud(III)sulfaati veepuhastuses, raudoksiide ja tsüaniid toimivad pigmentidena värvainete valmistamisel jne.
rauda kehas
Raud on mikroelemendina kõigis taimedes ja loomades. (cm. MIKROELEMENTID) see tähendab väga väikestes kogustes (keskmiselt umbes 0,02%). Rauabakterid aga (cm. RAUDBAKTERID), kasutades kemosünteesiks raua (II) oksüdatsiooni energiat rauaks (III) (cm. KEMOSÜNTEES), võivad oma rakkudesse koguneda kuni 17-20% rauda. Raua peamine bioloogiline funktsioon on osalemine hapniku transpordis ja oksüdatiivsetes protsessides. Raud täidab seda funktsiooni komplekssete valkude - hemoproteiinide - osana. (cm. HEMOPROTEIDID), mille proteesrühmaks on raudporfüriini kompleks – heem (cm. GEM). Kõige olulisemate hemoproteiinide hulgas on hingamisteede pigmendid hemoglobiin. (cm. HEMOGLOBIN) ja müoglobiin (cm. MÜOGLOBIIN) universaalsed elektronikandjad rakuhingamise, oksüdatsiooni ja tsütokroomi fotosünteesi reaktsioonides, (cm. TÜTOKROOMI) kataloosi ja peroksiidi ensüümid ja teised. Mõnedel selgrootutel on rauda sisaldavad hingamisteede pigmendid heloerütriin ja klorokruoriin hemoglobiinidest erineva struktuuriga. Hemoproteiinide biosünteesi käigus läheb raud nendeni valgu ferritiinist (cm. ferritiin) mis ladustab ja transpordib rauda. See valk, mille üks molekul sisaldab umbes 4500 rauaaatomit, on kontsentreeritud imetajate ja inimeste maksas, põrnas, luuüdis ja soole limaskestas. Inimese päevane rauavajadus (6-20 mg) kaetakse liigselt toiduga (rauarikkad on liha, maks, munad, leib, spinat, peet jt). Keskmise inimese (kehakaal 70 kg) keha sisaldab 4,2 g rauda, 1 liiter verd sisaldab umbes 450 mg. Rauapuudusega organismis tekib näärmeaneemia, mida ravitakse rauda sisaldavate ravimitega. Rauapreparaate kasutatakse ka üldtugevdajana. Liigne rauaannus (200 mg või rohkem) võib olla mürgine. Raud on vajalik ka taimede normaalseks arenguks, seega on olemas rauapreparaatidel põhinevad mikroväetised.Vaadake, mis on "raud" teistes sõnaraamatutes:
