Demir oksidin insan vücudu üzerindeki etkisi. E172 - tüm pas renkleri

Demir, sırasıyla II ve III değerliklerini ve (+2) ve (+3) oksidasyon durumlarını sergileyen iki oksit oluşturur.

TANIM

Demir(II) oksit normal koşullar altında, orta derecede ısıtmayla ayrışan ve daha fazla ısıtmayla ayrışma ürünlerinden yeniden oluşan siyah bir tozdur (Şekil 1).

Kalsinasyondan sonra kimyasal olarak aktif değildir. Toz halinde piroforik. Soğuk suyla reaksiyona girmez. Amfoterik özellikler sergiler (temel olanların ağırlıklı olduğu). Oksijenle kolayca oksitlenir. Hidrojen ve karbon tarafından indirgenir.

Pirinç. 1. Demir (II) oksit. Dış görünüş.

TANIM

Trigonal modifikasyon durumunda kırmızı-kahverengi bir katıdır veya en reaktif olan kübik modifikasyon durumunda koyu kahverengidir (Şekil 1).

Termal olarak stabildir. Erime noktası 1562 o C.

Pirinç. 1. Demir (III) oksit.

Suyla, amonyak hidratla reaksiyona girmez. Amfoterik özellikler gösterir, asitler ve alkalilerle reaksiyona girer. Hidrojen, karbon monoksit, demir ile indirgenir.

Demir oksidin kimyasal formülü

Demir (II) oksidin kimyasal formülü FeO'dur ve demir (III) oksidin kimyasal formülü Fe203'tür. Kimyasal formül, molekülün niteliksel ve niceliksel bileşimini (içinde kaç tane ve hangi atomların bulunduğunu) gösterir. Kimyasal formülü kullanarak bir maddenin moleküler kütlesini hesaplayabilirsiniz (Ar(Fe) = 56 amu, Ar(O) = 16 amu):

Bay(FeO) = Ar(Fe) + Ar(O);

Bay(FeO) = 56 + 16 = 72.

Bay(Fe 2 Ö 3) = 2×Ar(Fe) + 3×Ar(O);

Mr(Fe 2 O 3) = 2×56 + 3×16 = 58 + 48 = 160.

Demir oksidin yapısal (grafik) formülü

Bir maddenin yapısal (grafik) formülü daha görseldir. Bir molekül içinde atomların birbirine nasıl bağlandığını gösterir. Aşağıda demir oksitlerin grafik formülleri verilmiştir (a - FeO, b - Fe2O3):

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

Egzersiz yapmak	Maddeyi analiz ettikten sonra, bileşiminin şunları içerdiği bulunmuştur: kütle oranı 0.4207 (veya% 42.07) olan sodyum, kütle oranı 0.189 (veya% 18.91) olan fosfor, kütle oranı 0.3902 (veya 39.00) olan oksijen. %02). Bileşiğin formülünü bulun.
Çözüm	Moleküldeki sodyum atomu sayısını “x”, fosfor atomu sayısını “y” ve oksijen atomu sayısını “z” ile gösterelim. Sodyum, fosfor ve oksijen elementlerinin karşılık gelen bağıl atom kütlelerini bulalım (D.I. Mendeleev'in Periyodik Tablosundan alınan bağıl atom kütlelerinin değerleri tam sayılara yuvarlanmıştır). Ar(Na) = 23; Ar(P) = 31; Ar(O) = 16. Elementlerin yüzde içeriğini karşılık gelen bağıl atom kütlelerine bölüyoruz. Böylece bileşiğin molekülündeki atom sayısı arasındaki ilişkiyi bulacağız: Na:P:O = 42,07/39: 18,91/31: 39,02/16; Na:P:O = 1,829: 0,61: 2,43. En küçük sayıyı bir olarak alalım (yani tüm sayıları en küçük sayı olan 0,61'e bölelim): 1,829/0,61: 0,61/0,61: 2,43/0,61; Sonuç olarak, sodyum, fosfor ve oksijen bileşiğinin en basit formülü Na3P04'tür. Bu sodyum fosfattır.
Cevap	Na3PO4

ÖRNEK 2

Egzersiz yapmak	Azot-hidrojen bileşiğinin molar kütlesi 32 g/mol'dür. Azotun kütle oranı %85,7 olan bir maddenin moleküler formülünü belirleyin.
Çözüm	NX bileşimindeki bir moleküldeki X elementinin kütle oranı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × %100. Bileşikteki hidrojenin kütle fraksiyonunu hesaplayalım: ω(H) = %100 - ω(N) = %100 - %85,7 = %14,3. Bileşikteki elementlerin mol sayısını “x” (azot), “y” (hidrojen) olarak gösterelim. Daha sonra molar oran şu şekilde görünecektir (D.I. Mendeleev'in Periyodik Tablosundan alınan bağıl atom kütlelerinin değerleri tam sayılara yuvarlanır): x:y = ω(N)/Ar(N) : ω(H)/Ar(H); x:y= 85,7/14: 14,3/1; x:y= 6,12: 14,3= 1: 2. Bu, nitrojeni hidrojenle birleştirmenin en basit formülünün NH2 ve molar kütlesinin 16 g/mol olacağı anlamına gelir. Bir organik bileşiğin gerçek formülünü bulmak için ortaya çıkan molar kütlelerin oranını buluruz: M maddesi / M(NH2) = 32/16 = 2. Bu, nitrojen ve hidrojen atomlarının indekslerinin 2 kat daha yüksek olması gerektiği anlamına gelir; maddenin formülü N 2 H 4 olacaktır. Bu hidrazin.
Cevap	N2H4

GİRİİŞ

Bu çalışma demir (III) oksit Fe'nin özelliklerinin incelenmesine ayrılmıştır. 2Ö 3mineraller olarak da bilinir: hematit ( ?-Fe 2Ö 3), limonit (Fe 2Ö 3H2O), manyetitin bir parçasıdır (FeO Fe2 Ö 3).

Ders çalışmasının konusu pratik ve teorik ilgi çekicidir. Proje Fe sentezleyen işletmelere faydalı olacak 2Ö 3endüstriyel ölçekte.

Proje ayrıca demir, demirin bazı oksitleri, özellikle demir (III) oksit ve onu içeren mineraller hakkında bilgi toplama açısından da faydalıdır.

Projenin tamamlanmasının ardından ulaşılması gereken hedefler: demir (III) oksit hakkında en eksiksiz bilgileri toplamak, özelliklerini ve sentez yöntemlerini incelemek.

Proje hedefleri:

Konuyla ilgili eksiksiz ve güncel bilgiler toplayın.

Demir ve onun oksidi (III) Fe'nin özelliklerini inceleyin 2Ö 3, buna dayanarak bu maddelerin kullanımı hakkında bilgi edinebilirsiniz.

Olası tüm sentez yöntemlerini göz önünde bulundurun ve en karlı olanı vurgulayın.

Bu projenin sonunda yapılan iş hakkında bir sonuç çıkarmalı, hangi görevlerin tamamlandığını ve hangilerinin tamamlanmadığını belirtmelisiniz.

Demir çağımızdan önce bile biliniyordu. Eski Mısır ve Kuzey Amerika insanları göktaşı demirinden yapılmış nesneler kullandılar. O dönemde bronzdan sonra en çok kullanılan malzeme demirdi.

Minerallerden demiri ilk elde edenlerin Kafkasya ve Türkistan halkları olduğuna inanılıyor. Demir daha sonra Babil, Mısır, Yunanistan ve Roma'ya yayıldı. İlkel yöntemle (demir cevherinin kil ocaklarında veya fırınlarda kömürle ısıtılmasından oluşan) elde edilen demir, cürufla kirlendi ve uzun dövme yoluyla rafine edildi.

Antik Doğu'da demir eritilirken hava sağlamak için körüklerle donatılmış fırınlar kullanılıyordu. 15. yüzyılda Beslenen hava akışının arttırılmasıyla eritme sıcaklığı arttırıldı. Bu sayede çok kırılgan olan ve çekiçle vurulduğunda kırılan dökme demir elde etmek mümkün oldu. Daha sonra, dökme demirin bir demirhanede hava akımında odun kömürü ile ısıtılmasıyla dövülebilir demir üretildi.

Demir metalurjisinde büyük bir sıçrama, kömürün, bir indirgeyici madde, bir karbon kaynağı ve aynı zamanda yanıcı bir malzeme olan kok ile değiştirilmesidir. Zaten 19. yüzyılda. çelik üretimine yönelik teknolojik süreçler geliştirildi.

1.1 Doğada olmak

Doğada demir pratikte hiçbir zaman serbest halde bulunmaz. Genellikle minerallerde çeşitli bileşikler halinde bulunur. Yer kabuğundaki içeriği ağırlıkça 4,7'dir. %.

En tipik demir mineralleri şunlardır: Siderit, Limonit, Hematit, Manyetit. Başka mineraller de vardır: Wustite, Pirit, Markazit, Löllingit, Mispickel, Melantherite, Vivianite, vb.

Demir mineralleri içeren maden yatakları farklı ülkelerde bulunmaktadır: Rusya, İsveç, Norveç, Fransa, Yunanistan, İtalya, Küba, Türkiye vb.

Minerallerdeki demir yüzdesi %25 ile %70 arasında değişmektedir. %45'ten az demir içeren cevherler fakir kabul edilir ve sanayide kullanılmaz. Cevherler manyetik yöntem kullanılarak zenginleştirilir. Hematit veya limonit ısıl işlemle manyetite dönüştürülür ve manyetik alandan geçirilerek boşluk doğasından ayrılır.

Demir, canlı organizmalardaki kırmızı kan hücrelerinin bir bileşeni olan hemoglobinin bir parçasıdır. Bazı türlerde hemoglobin molekülünde demir yerine bakır bulunur.

1.2 Hazırlama ve kullanma

Saf, hafif oksitlenebilir metalik demir, demir(III) oksit Fe'nin indirgenmesiyle elde edilebilir. 2Ö 3ısıtıldığında hidrojen:

Fe 2Ö 3+3H2 =2Fe+3H 2Ö

Fe'nin Azaltılması 2Ö 3 278-340°C'de hidrojen ile piroforik demir elde edilir, 550-650°C'de demir, 700°C'nin üzerinde sinterlenmiş sünger metal demir kütlesi elde edilir.

Saf demir, demir pentakarbonil Fe(CO)'nun termal ayrışmasıyla elde edilebilir. 5oksijene erişim olmadan ve 140°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ve ayrıca sulu bir FeCl çözeltisinin elektrolizi ile 2·4 saat 2O NH4 eklenmiş 30°C'de Cl.

Kirlenmiş metalik demir, demir (III) oksit Fe'nin alüminyum veya silika termal indirgenmesiyle elde edilebilir 2Ö 3ve demir (II, III) oksitler Fe3 Ö 4.

Fe 2Ö 3+2Al=2Fe+Al2 Ö 3

Fe 3Ö 4+8Al=9Fe+4Al2 Ö 3

Çeşitli ferroalaşımlar (ferrokrom, ferrotungsten, ferromolibden vb.) elde etmek için, bir Fe karışımının alüminyum veya silikon-termal indirgenmesi kullanılır. 2Ö 3 karşılık gelen metallerin oksitleri ile (Cr 2Ö 3, W.O. 3,MoO 3vesaire.). Silikon-termal indirgeme için elemental silikon veya ferrosilikon kullanılır.

Ultra saf demir elde etmek için (10 -6safsızlıklar %) bölge eritme yöntemini kullanın.

Dökme demir veya ham demir (demir ve karbon alaşımları) üretmek için kükürt, arsenik ve fosfor içermeyen mineraller kullanılır: hematit, limonit, manyetit, siderit.

Pik demir, demir cevherlerinin yüksek fırınlarda indirgenmesiyle üretilir. Dökme demirin (ham demir) dövülebilir demire dönüştürülmesi işlemi, oksidasyon ve yabancı maddelerin (S, P, As, Si vb.) kısmen uzaklaştırılması yoluyla gerçekleşir; Puddell, Bessemer, Thomas veya Martin sürecini kullanarak rafine ederek.

Yüksek fırın, tabanlarla birbirine bağlanan iki kesik koni şeklindedir. Yüksekliği 65 m, çapı 5-11 m'dir. Fırının çalışma hacmi - 200-2000 m 3, verimlilik - günde yaklaşık 2000 ton dökme demir. Fırının üst konisine şaft denir. Refrakter tuğlalardan yapılmıştır ve üst kısmında yüksek fırın gazlarını gidermek için otomatik bir cihaz olan "fırın tepesi" adı verilen bir kısım vardır. Alt koni yangına dayanıklı kum-kireç tuğlasından yapılmıştır. Alt kısmında silindirik bir şekle sahip bir demirhane bulunmaktadır. Sobanın kendisi oldukça ağır olduğundan metal yapılarla desteklenmektedir.

Demir eritme işlemi şu şekildedir: Ezilmiş demir cevheri, kok ile katman katman karıştırılan yüksek fırına yukarıdan yüklenir; Önceden ısıtılmış hava, kokun yandığı aşağıdan basınç altında girer. Yanma sırasında oluşan karbon monoksit, demiri oksitlerinden azaltır:

CO+Fe 2O3 =2Fe+3CO 2?

Le Chatelier ilkesine göre reaksiyon tersinir olduğundan, yüksek sıcaklıklarda denge sola kayar. Bu nedenle reaksiyon esas olarak sıcaklığın daha düşük olduğu fırının üst kısmında gerçekleşir. Parça Fe 2Ö 3yalnızca FeO'ya indirgenir:

Fe 2Ö 3+CO=2FeO+CO 2?

Sıcaklığın çok yüksek olduğu fırının alt kısmında indirgeyici madde karbonun kendisidir:

Fırının alt kısmındaki çok yüksek sıcaklık nedeniyle demir erir ve aşağı doğru akar. Bu bağlamda boşalan alan yukarıdan yeni cevher ve kok katmanlarıyla dolduruluyor.

Demir ve alaşımları, 900 °C'ye kadar sıcaklıklarda mekanik ve fizikokimyasal özelliklerini koruyabilmesi nedeniyle tüm endüstrilerde aktif olarak kullanılmaktadır. Demir alaşımlarının çeşitli türleri vardır: manyetik, manyetik olmayan, aside dayanıklı, sert, paslanmaz, ısıya dayanıklı vb.

Çelikler elektrikli lokomotiflerin, arabaların, demiryolu raylarının, traktörlerin, sondaj kulelerinin, vinçlerin üretiminde ve daha birçok endüstride kullanılmaktadır.

Çelik ve dökme demirin yanı sıra pirinç ve bronz gibi %4-6,5 demir içeren alaşımlar da bilinmektedir. Bunlarda demir, mukavemeti, sünekliği, sertliği, işlenebilirliği, eskime hızını ve diğer özellikleri değiştiren bir katkı maddesi görevi görür.

Demir ve alaşımları modern teknoloji için büyük önem taşımaktadır. Demir tüketimi dünya çapında yılda 100 milyon tonu aşmaktadır.

3Fiziksel özellikler ve kimyasal özellikler

Kompakt haldeki saf demir, 7,867 g/cm yoğunluğa sahip, mavimsi bir renk tonuna sahip gümüş grisi bir metaldir. 3, Mohs ölçeğine göre sertlik 4-5, mp. 1536°C, vb. bp. 3250°C. Demir dört allotropik modifikasyon formunda mevcuttur: ?-Fe, 768°C'ye kadar stabil, ?-Fe, 768-906°C aralığında kararlı, ?-Fe, 906-1401°C aralığında stabildir ve ?-Fe, 1401-1536°C aralığında stabildir.

Değişiklik ?, ?, ?kübik cisim merkezli bir kristal yapıya sahiptir ve modifikasyon ?yüz merkezli kübik kafes yapısı. Değişiklik ?Ve ?- ferromanyetik ve ?Ve ?- diyamanyetik. Demir 768°C Curie noktasına kadar ısıtıldığında ferromanyetizma kaybolur.

İnce öğütülmüş halde metalik demir, piroforik özelliklere sahiptir ve demir amalgamının damıtılması veya Fe'nin indirgenmesi sonucu oluşur. 2Ö 3yaklaşık 270° sıcaklıkta hidrojen.

Sıcak piroforik demir havada kendiliğinden tutuşur çünkü ince öğütülmüş olması ve hidrojen içermesi nedeniyle havadaki oksijenle enerjik olarak etkileşime girer.

Demirin çeşitli metallerle (Co, Ni, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Zr, Sb, Ti, Sn, Pb) oluşturduğu çok sayıda alaşım (dökme demir, çelik vb.) bilinmektedir. , Al, Be, Mg, Zn ve Cu) ve metal olmayanlarla - karbon, silikon, nitrojen, fosfor, kükürt, hidrojen.

Alaşımlı çeliklerde demirin katı çözeltiler, ötektik sert alaşımlar ve çok sayıda element içeren intermetalik bileşikler oluşturduğu gözlemlenmiştir. Metallerarası bileşiklerin örnekleri: Fe 3Ay 2, Fe 5Not 3, FeCr, FeZn 7, Fe 5Zn 21, Fe 2Sn, FeSn, FeSn 2, Fe 2W, Fe 3K 2, Fe 3Zr 2, Fe 3Ti, FeAl 3, Fe 2N, Fe 4N, Fe 3P, Fe 3C, Fe 2C, Fe 3Si 2, FeSi, FeSi2 ve Fe 2Si.

Demirin ana alaşım elementi karbondur. Nispeten küçük miktarlarda eklenen karbon, demirin doğasını ve özelliklerini önemli ölçüde değiştirir. Daha önce %0-1,7 karbon içeren diğer elementlerle demir alaşımlarının çelik, %1,7-6,7 karbon içerenlerin ise dökme demir olarak sınıflandırıldığı söylenmişti. Karbon, demirde grafit (elementel karbon) veya sementit formunda bulunabilir.

Teknolojide yalnızca yaklaşık %5'e kadar karbon içeren alaşımlar kullanıldığından, karbon içeriği %6,67'den fazla olan demir-karbon sistemleri dikkate alınmaz. Karbon, mukavemeti, sertliği, direnci artırmaya ve sünekliği azaltmaya yardımcı olur.

Demirin mekanik özellikleri saflık derecesine bağlıdır. Saf haliyle demir oldukça yumuşaktır, dövülebilir, şekillendirilebilir, viskozdur ve ısıyı ve elektriği iyi iletir. Demir çeşitli ametaller veya metallerle kirlendiğinde mekanik özellikleri önemli ölçüde değişir.

Saf demir, kompakt halinde kuru havada stabildir ve nemli havada paslanarak Fe'ye dönüşür. 2Ö 3nN 2O (burada n bire yakın bir değere sahiptir) - pas; ikincisi, demiri oksijenin etkisinden korumayan gözenekli, gevşek bir film oluşturur.

Kirlenmiş demir atmosferdeki nem ve karbondioksitle temas ettiğinde metalin yüzeyinde negatif bir element olan demirin yok edildiği galvanik çiftler oluşur. Elektrokimyasal korozyon nedeniyle nemli havadaki kirlenmiş demirin yüzeyi kısa sürede pasla kaplanır. Fe iyonları 2+OH anyonları ile -(sudan) veya CO 32-(CO'nun çözünmesi sırasında oluşur 2suda) Fe(OH) oluşturur 2veya FeCO 3sulu bir ortamda ve oksijen varlığında Fe(OH)'ye dönüştürülür 3(veya Fe'de 2O3 3 saat 2Ö).

Demiri aşındırıcı maddelerin etkisinden korumak için yağlı boya, emaye veya başka bir metal tabakasıyla kaplanır: Zn (çinko kaplama), Sn (kalaylama), Cr (krom kaplama), Ni (nikel kaplama), Cd ( kadmiyum kaplama), Pb (kurşun kaplama) - veya erimiş NaNO ile yüzey oksidasyonu 3 veya KNO 3.

Su buharı, tersinir denkleme göre 700°'nin üzerinde kızgın demir tarafından ayrıştırılır:

Fe+4H 2O=Fe 3O4 +4 saat 2?

Oda sıcaklığında demir yaklaşık %0,005 oranında hidrojeni çözer. Bu durumda demirin sertliğini arttırmaya yardımcı olan hidrit FeH oluşur:

Fe+4H2 O=2FeH

Bir gram demir 1530°C'de 0,272 cm3 çözünür. 3 hidrojen, 1550° -0,279 cm'de 3hidrojen ve 1650° -0,310 cm3'te hidrojen.

Hidrojenle doyurulmuş demir, havada 900°C'ye ısıtıldığında bu gazın önemli bir kısmını kaybeder.

Normal sıcaklıklarda kuru oksijen demirle etkileşime girmez. Cilalı bir demir plaka oksijende 150°'nin üzerinde ısıtıldığında yüzeyinde kararma gözlenir ve beyaz ısıya ısıtıldığında manyetit oluşur:

Fe+2O 2=Fe 3Ö 4

1900° sıcaklıkta oksijen varlığında demir tamamen oksitlere dönüşür.

Ne zaman? Oksijenin 900° çözünürlüğü ?-Fe %0,18'dir ve ?-Fe ve ?-Fe o daha büyük. Oksijen içeriği küçük olan demir, sert ve kırılgan alaşımlar oluşturur.

Demir ısıtıldığında klor gazıyla reaksiyona girerek Fe'ye dönüşür 2Cl 6ancak sıvı klor ile reaksiyona girmez. Brom veya iyot buharı toz kristal demire etki ettiğinde Fe elde edilir 3kardeşim 8(veya 2FeBr 3FeBr 2) ve Fe 3BEN 8(veya 2FeI3· FeI 2):

Fe+3Cl 2=Fe 2Cl 6

Fe+4Br 2=Fe 3kardeşim 8

Toz halindeki metalik demirin brom buharında 190°'de ısıtılmasıyla Fe2 elde edilir kardeşim 6:

Fe+3Br 2=Fe 2kardeşim 6

İnce öğütülmüş demir ısıtıldığında kükürt ile reaksiyona girerek FeS, FeS2 sülfürlerini oluşturur. :

Fe+S (elmas) = ​​FeS Fe+2S (elmas) = ​​FeS2

Kükürt demirde az çözünür, ancak demir sülfür FeS (demir-kükürt sisteminin alaşımlarından),% 30 kükürt içeren demir ile bir ötektik oluşturur, 985 ° 'de erir, kırmızı ısıda kırılgandır ve demirin kalitesini bozar ( dökme demir veya çelik).

Demir tozu amonyak akışında ısıtıldığında Fe2 nitrürler oluşur N, Fe 4N:

Fosfor, arsenik ve silikon ısıtıldığında demirle intermetalik bileşikler oluşturur, örneğin Fe 3P, Fe 2P, FeP, Fe 3Gibi 2, Fe 2As, Fe 3Gibi 4, Fe 3Si 2, FeSi, FeSi2 , Fe 2Si.

Fe/Fe sisteminin normal potansiyelinden beri 2+-0,44 V'a eşittir, demir kolayca oksitlenen bir metaldir. Seyreltik inorganik asitlerin (HCl, H) etkisi altında 2BU YÜZDEN 4vb.) hidrojen salınımıyla karşılık gelen demir (II) tuzlarına dönüşür:

Fe+2HCl - FeCl 2+H 2 Fe+H 2BU YÜZDEN 4= FeSO4 +H 2

Fazla miktarda alınan seyreltik nitrik asit, aşağıdaki denkleme göre demir ile reaksiyona girer:

4Fe+10HNO 3= 4Fe(HAYIR 3)2+NH 4NUMARA 3 +3 saat 2Ö

HNO gibi konsantre asitler 3ve H 2BU YÜZDEN 4, aşağıdaki denklemlere göre ısıtıldığında demir ile etkileşime girer:

Fe + 4HNO 3= Fe(HAYIR 3)3 + HAYIR + 2H 2Ö

2Fe + 6H 2BU YÜZDEN 4=Fe 2(BU YÜZDEN 4)3+ 3SO2 + 6 saat 2Ö

Fe/Fe sisteminin normal potansiyeli 3+ -0,036 V'ye eşittir.

Konsantre asitlerin etkisi altında HNO 3, H 2BU YÜZDEN 4, N 2СгО 4demir, metal yüzeyinde yoğun bir koruyucu film oluşması nedeniyle pasif hale gelir ve elektrokimyasal potansiyelin değeri değişir.

Demir konsantre alkali çözeltilere maruz bırakılır. Alkalilerin seyreltik çözeltileri demire yalnızca karbondioksit varlığında etki eder.

Demir, Bi, Sb, Pb, Sn, Cu, Ag, Hg ve Au metallerini tuzlarının çözeltilerinden uzaklaştırır.

Fizyolojik açıdan demir, solunum sürecinin katalizörü olduğundan insan vücudu ve hayvanlar için özel bir öneme sahiptir. Daha önce de belirtildiği gibi demir, hemoglobin molekülünün bir parçasıdır. Hemoglobin molekülü, iki değerlikli demir içeren döngüler arası bileşik hem ve globin proteininden oluşur. İnsan akciğerlerinde hemoglobin oksijeni bağlayarak kanla taşınan ve vücudun tüm hücrelerine oksijen sağlayan oksihemoglobine dönüşür.

2. MİNERALLER

Manyetit, Fe 3Ö 4%72'ye kadar demir içerir ve zayıf metalik parlaklığa sahip, yoğunluğu 4,9-5,2 g/cm olan siyah kübik kristallerdir. 3, Mohs ölçeğine göre sertlik 5.6-6 ve manyetik özellikler.

Hematit, ?-Fe 2Ö 3(Yunanca "kanlı" anlamına gelen hematikos kelimesinden gelir), %65'e kadar demir içerir ve yoğunluğu 5-5,3 g/cm olan kırmızı-siyah eşkenar dörtgen kristaldir. 3, Mohs ölçeğine göre sertlik 5,5-6. ?-Fe 2Ö 3H'nin etkisi altında ısıtıldığında kolayca onarılır 2, C, CO, A1, Si, vb.

Limonit (götit), Fe 2Ö 3H 2O veya HFeO 2% 60'a kadar demir içerir ve kristaller, granüller, oolitler veya siyah-kahverengi nodüller halinde görünür. Limonitin yoğunluğu 3,3-4 g/cm 3, Mohs ölçeğine göre sertlik 1-4. Götit yoğunluğu 4-4,4 g/cm 3, Mohs ölçeğine göre sertlik 4,5-5,5. Diğer demir içeren cevherlerden farklı olarak limonit ve götit, metalik demire indirgenmesi en kolay olanlardır.

Siderit, FeCO 3, yaklaşık %35 demir içerir, sarımsı beyaz (kirliyse gri veya kahverengi bir tonla) renktedir, yoğunluğu 3,9 g/cm 3ve Mohs ölçeğine göre sertlik 3,5-4,5.

Pirit, FeS 2%46,6 demir içerir ve pirinç gibi sarı, metalik parlaklığa (sarımsı-kahverengi renk tonu) sahip, yoğunluğu 4,9-5,2 g/cm olan kübik kristaller formunda oluşur. 3, Mohs ölçeğine göre sertlik 6-6,5. Az miktarda Co, Ni, As, Sb ve bazen de Cu, Ag, Au içerir.

Markazit, FeS 2, ayrıca %46,6 demir içerir, ancak 4,6-4,9 g/cm3 yoğunluğa sahip pirinç sarısı iki piramidal eşkenar dörtgen kristaller halinde oluşur 3ve Mohs ölçeğine göre sertlik 5-6. 450° sıcaklıkta pirite dönüşür.

Löllingit, FeAs 2%27,2 demir içerir ve yoğunluğu 7,0 - 7,40 g/cm olan gümüşi beyaz bipiramidal ortorombik kristaller formunda oluşur 3ve Mohs ölçeğine göre sertlik 5 - 5,5.

Mispickel, FeAsS, %34,3 demir içerir ve yoğunluğu 5,6-6,2 g/cm olan beyaz monoklinik prizmalar şeklinde oluşur 3ve Mohs ölçeğine göre sertlik 5,5-6.

Melanterit, FeSO 47 saat 2O, doğada daha az yaygındır ve camsı parlaklığa sahip, kırılgan, 1.8-1.9 g/cm3 yoğunluğa sahip yeşil (veya safsızlıklar nedeniyle gri) monoklinik kristallerdir. .

Vivianit, Fe 3(P.Ö. 4)28 saat 2O, 2,95 g/cm yoğunluğa sahip mavi-gri veya yeşil-gri monoklinik kristaller halinde oluşur 3ve Mohs ölçeğine göre sertlik 1,5-2.

Açıklananlara ek olarak başka mineraller de bilinmektedir, örneğin: ilmenit FeTiO 3, manyetit (Fe, Mg), fibroferrit FeSO 4(AH) 4,5K 2O, jarosit KFe 3(BU YÜZDEN 4)2(AH) 6, kokimbit Fe 2(BU YÜZDEN 4)39N 2O, roemerit Fe 2+Fe 3/2+(BU YÜZDEN 4)414 saat 2O, graftonit (Fe, Mn) 3(PO 4)2, skorodit Fe 3+AsO 42 saat 2O, FePO'yu güçlendir 42 saat 2Ey fayalit Fe 2SiO 4, almandit Fe 3Al 23, andradit Ca 3Fe 23, hipersten (Fe, Mg) 2, hedenbergit (Ca, Fe), aegirin (Na, Fe), şamosit Fe 42+Al(OH)2 nH 2Ö.

Bu minerallere ek olarak kil gibi birçok alüminosilikat demir bileşikleri ile kirlenmiştir.

3. DEMİR OKSİTLER

Demir (II) oksit, FeO, FeC'nin termal ayrışması olan metalik demirin oksidasyonu ile elde edilir. 2Ö 42 saat 2O hava erişimi olmadan, demir (III) oksit Fe'nin indirgenmesi 2Ö 3 500°'de karbon monoksit veya 700-800°'de hidrojen, stokiyometrik olarak gerekli miktarlarda Fe karışımının kalsinasyonu (hava yokluğunda 650-700°) 2Ö 3ve FeCO3'ün ısıtılmasıyla metalik demir tozu 490-581°'de:

FeO bileşiği diyamanyetik siyah kararsız kristal bir tozdur (NaCl tipi yapı). Fe'ye dönüşüyor 2Ö 3havada 200-250°'ye ısıtıldığında Fe ile orantısız hale gelir 3Ö 4 ve 570°'de metalik demir, yaklaşık 1360°'de erir; su ve alkalilerde az çözünür, asitlerde kolayca çözünerek demir (II) tuzları oluşturur; H'nin etkisiyle metalik demire indirgenir 2veya ısıtıldığında CO; Fe oluşturmak için ısıtıldığında suyu ayrıştırır 2Ö 3ve H2'nin serbest bırakılması :

FeO+H 2O=Fe 2Ö 3+H 2?

Demir (II) oksit, çok sayıda metal oksit içeren spinel tipi Fe bileşikleri oluşturur 2+veya Fe perovskit 2+Me4+ Ö 3.

Demir(III) oksit, Fe 2Ö 3hematit veya kırmızı demir taşı mineralleri formunda oluşan, doğal olarak oluşan, oksijen içeren en kararlı demir bileşiğidir.

Demir (III) oksidin üç modifikasyonu bilinmektedir: ?-Fe 2Ö 3, ?-Fe 2Ö 3Ve ?-Fe 2Ö 3. Değişiklik ?-Fe 2Ö 3 (hematite karşılık gelir) paramanyetiktir ve demirin 200°'nin üzerindeki sıcaklıklarda havadaki oksidasyonunun yanı sıra ısıtılmasıyla oluşur. ?-Fe 2Ö 3110°'de 3 saat süreyle veya piroforik demirin oda sıcaklığında ve 760 mm Hg'den düşük basınçta havada yakılmasıyla. Sanat. Değişiklik ?-Fe 2Ö 3ferromanyetiktir ve demirin 200°'nin altındaki sıcaklıklarda havada oksidasyonu ve ayrıca Fe'nin oksidasyonu ile oluşur. 3Ö 4veya ısıtılarak ?-Fe 2Ö 3300°'de. Değişiklik ?-Fe 2Ö 3ferromanyetiktir ve alkalilerdeki demir (II) tuzlarının çözeltilerinin oksidasyonu ile oluşur.

Demir(III) oksidin modifikasyonları aynı zamanda demir(III) hidroksit, Fe(OH)'nin kalsinasyonuyla da elde edilebilir. 3700°'de nitrat Fe(NO 3)36 saat 2600-800°'de O, karbonat FeCO 3500° havada, FeSO sülfat 4veya pirit FeS2 havada:

Toz halindeki demirin veya demir triklorürün buharda ısıtılması da Fe2 üretir Ö 3.

Birleştirmek ?-Fe 2Ö 3yoğunluğu 5,24 g/cm olan kırmızı bir tozdur 3Yaklaşık 1550°'de eriyen, suda az çözünür ve Fe'ye indirgenebilir. 3Ö 4, FeO veya demir metali hidrojen, karbon, karbon monoksit, alüminyum metali veya elemental silikon ile. İyileştiğinde ?-, ?-, ?-Fe 2Ö 3hidrojen (280-340°) piroforik metalik demir üretir ve modifikasyonların alüminyum veya silikon termal indirgenmesiyle ?-, ?-, ?-Fe 2Ö 3kirlenmiş metalik demir oluşur.

çözünürlük ?-, ?-, ?-Fe 2Ö 3Asitlerdeki değişiklikler, çözünmeden önce oksidin sıcaklığına ve kalsinasyon süresine bağlıdır. Demir oksit hafifçe kalsine edilmişse asitlerde çözünür.

Kırmızı kurşun, aşı boyası, mumya adı verilen demir oksit, boyaların hazırlanmasında pigment olarak kullanılır.

Demir(II, III) oksit, Fe 3Ö 4Fe spinel yapılı 2+doğal olarak manyetit minerali olarak oluşur.

Fe bileşiği 3Ö 4 diğer demir oksitlerin kalsinasyonu veya Fe'nin indirgenmesi yoluyla hazırlanabilir 2Ö 3(400-500°) su buharı veya karbon monoksit (800°) ile doyurulmuş hidrojen ile. 3Ö 4ferromanyetik, kırılgan (Mohs ölçeğinde sertlik 5.6-6.5) metalik parlaklığa sahip siyah kübik kristallerdir; su ve asitlerde az çözünürler ve bir erime noktasına sahiptirler. 1538°'de ve 1787°'de ayrışır.

Demir(II, III) oksit kuru havada stabildir ve iyi bir elektrik akımı iletkeni olduğundan ve kimyasal reaktiflere karşı dayanıklı olduğundan elektrot üretiminde kullanılır.

4. DEMİR(III) OKSİT

1 Başvuru

Yüksek fırın prosesinde dökme demirin eritilmesinde hammadde olarak, amonyak üretiminde katalizör olarak, seramik bileşeni, renkli çimentolar ve mineral boyalarda, çelik yapıların termit kaynağında, analog taşıyıcı olarak kullanılır. ve manyetik bantlar (ferromanyetik) üzerindeki dijital bilgiler (örneğin ses ve görüntü) ?-Fe 2Ö 3), çelik ve cam için cila (kırmızı çiğdem) olarak.

Gıda endüstrisinde gıda boyası (E172) olarak kullanılır.

Roket modellemede, yanma oranı geleneksel yakıttan %80 daha yüksek olan katalize edilmiş karamel yakıtı üretmek için kullanılır.

Kırmızı kurşunun (kolkotar) ana bileşenidir.

2 Kalkotar

Kolkotar - kahverengi mineral boya. Diğer isimler: Paris veya İngiliz kırmızı boyası, caput mortuum vitrioli, çiğdem, kırmızı kurşun; simyada - kırmızı aslan.

Kolkotarın bileşimi az çok saf susuz demir oksittir. Susuz demir oksit doğada çok büyük miktarlarda bulunmasına rağmen (kırmızı demir cevheri, demir cilası), bu boyanın değerli çeşitleri yapay olarak üretilir veya Nordhausen asidinin demir sülfattan çıkarılması ve ayrıca kalsine edilmesi sırasında bir yan ürün olarak elde edilir. vitriol taşından demir sülfat hazırlanırken çözeltiden çıkan ana demir sülfit tuzları.

4.3 Hazırlık ve sentez

Fe 2Ö 3Demirin tüm hidratlarının ve oksijen bileşiklerinin yanı sıra Fe(NO)'nun havada kalsinasyonu sonucu oluşur. 3)3ve FeSO 4. Yani örneğin 2 saat kalsine edilirler. Bunsen bekinin tam alevinde Fe(OH) 3, G. Güttig ve G. Garside yöntemiyle elde edilmiştir.

Fe(OH) 3=Fe 2O3 + 3 saat 2Ö

D.N. Finkelshtein'in yönettiği gibi, 100 g Fe(NO 3)39 saat 2O, elektrikli bir ocak üzerinde büyük bir porselen potada ısıtılır. İlk başta tuz sessizce erir ve yavaş yavaş buharlaşan kahverengi bir sıvı oluşturur. 121°'de sıvı kaynamaya başlar ve sürekli kaynayan %68 HNO3 açığa çıkar. .

Yavaş yavaş sıvı kalınlaşmaya başlar ve şokları ve sıçramaları önlemek için sık sık karıştırmak gerekir. Sıvı, 130°'den başlayarak porselen bir spatula ile sürekli olarak karıştırılır ve koyulaşarak bir macun oluşturur (sıvı, karıştırılmadan aniden sertleşerek katı bir kütleye dönüşür). 132°'de macun hemen toz haline gelir ve HNO3 buharları salmaya devam eder. .

Karıştırmayı bırakmadan tamamen kuruyana kadar ısıtmaya devam edin; tüm süreç 20-25 dakika sürer. Kuru kütle öğütülür, bir potaya aktarılır ve bir mufla içinde 600-700°'de 8-10 saat süreyle kalsine edilir. Başlangıçtaki demir nitrat yeterli saflıktaysa, ortaya çıkan ürün x yeterliliğini karşılar. h. Verim teorik olarak %95-98, yani yaklaşık 19 g.

Saf bir preparat hazırlamak için, sıcak oksalik asit çözeltisinin hesaplanan miktarı kaynama noktasına kadar ısıtılan demir tuzu çözeltisine eklenir ve demir oksalik asit çöker. Süzülür, suyla iyice yıkanır, kurutulur ve hava varlığında sürekli karıştırılarak kalsine edilir. Verim teorik olarak %90-93'tür. Ortaya çıkan preparat %99,79-99,96 Fe2 içerir Ö 3.

500 g Fe(NO) çözeltisi 3)3 9N 2Yaklaşık 2 litre su. Tencerenin dibine kadar uzanan bir tüpten çok güçlü olmayan bir NH akımı geçirilir. 3, alkali ve su ile yıkandı. Gaz çıkış borusunu kullanarak sıvıyı zaman zaman karıştırın.

Çökelme tamamlandıktan sonra sıvının çökelmesine izin verilir, çözelti boşaltılır ve çökelti, NO giderilinceye kadar sıcak su ile yıkanır. 3yıkama sularında. Yıkanmış Fe(OH) 3porselen kaplarda kurutulduktan sonra 5-6 saat kalsine edilir. 550-600°'de. Verim 96 g (%96-97 teorik).

Fe aldıktan sonra 2Ö 3Yüksek saflıkta Fe'nin hazırlanmasında hammadde görevi gören başlangıç ​​demir nitratının son derece saf olması gerekir. Fe(NO)'nun tekrar tekrar kristalleştirilmesiyle 3)39N 2O Cleaves ve Thompson yalnızca %0,005 Si ve %0,001'den az diğer yabancı maddeleri içeren bir preparat elde etti.

Brandt'a göre kimyasal açıdan saf demirden başlamak en çok tavsiye edilendir. İkincisi HCl içinde çözülür, çözelti ısıtıldığında hidrojen sülfit ile işlenir, filtrelenir ve süzüntüdeki iki değerlikli demir, az miktarda HNO3 ile kaynatılarak ferrik demire oksitlenir. 3. Karışım, konsantre HC1 ile iki kez buharlaştırılır ve kalıntının fazla miktarda seyreltik HC1 çözülmesinden sonra, çözelti, büyük bir ayırma hunisinde eter ile birkaç kez çalkalanır.

Başlangıç ​​malzemesi Co içeriyorsa, huninin içeriğinin çökelmesine izin verilir, alt (sulu) katman musluktan boşaltılır ve HCl'nin (spec. 1.104) eter ile çalkalanmasıyla elde edilen karışımın hacimce bir kısmı, hunide kalan eter ekstraktına eklendi. Kuvvetli bir şekilde çalkalayın, alt tabakayı tekrar dökün ve işlemi tekrarlayın.

Saflaştırılmış eter ekstraktı filtrelenir, eter damıtılır (veya basitçe bir su banyosunda ısıtılarak çıkarılır) ve geri kalan FeCl çözeltisi 3HNO ile birkaç kez buharlaştırılır 3. Son buharlaştırma NH4 ilavesiyle gerçekleştirilir. HAYIR 3.

Buharlaştırmanın düz bir porselen kapta yapılması tavsiye edilir.

Buharlaşmanın ardından, fincandan kolayca ayrılan, kırılgan bir tuz kütlesi kalır. Bir havanda öğütülür ve bir platin kapta 40-50 g'lık porsiyonlar halinde orta derecede kalsine edilir. Tortu birkaç kez kuru amonyum karbonatla karıştırılır ve sık sık karıştırılarak tekrar düşük kırmızı ısıda ısıtılır.

Bu işlem yaklaşık olarak sabit bir ağırlığa ulaşıncaya kadar tekrarlanır (az miktarda Fe olduğundan tam olarak sabit bir ağırlığa ulaşılamaz). 2Ö 3çiftler halinde götürüldü (NH 4)2CO 3).

demir metal oksit minerali

ÇÖZÜM

Araştırma çalışmasının başında belirlenen hedeflere tam olarak ulaşıldı:

)Demir, oksitleri ve mineralleri hakkında bilgi toplanmıştır:

Demir, yüksek reaktiviteye sahip, dövülebilir, gümüşi beyaz bir metaldir. Bileşik +2, +3, +6 oksidasyon durumlarını sergiler. Oksitleri vardır: Fe +2O, Fe 2+3Ö 3, Fe 3Ö 4 (Fe +2O Fe +32Ö 3). Demir(III) oksit Fe 2Ö 3Sentetik olarak elde edilmesinin yanı sıra doğal cevher yataklarında da bulunabilmektedir. Hematit, limonit, manyetit gibi bazı minerallerin bir parçasıdır.

)Fe'nin özellikleri incelendi 2Ö 3ve uygulamasına ilişkin sonuçlar çıkarılmaktadır:

Madde Fe 2Ö 3Gıda endüstrisinde çelik ve cam için parlatma maddesi (kırmızı çiğdem) olarak ve ayrıca elektronik depolama ortamlarında (manyetizma nedeniyle) hidrojenle indirgeme yoluyla saf, hafif oksitlenebilir demir elde etmek için kullanılır ve kolkotarın ana bileşenidir. (bileşik renklendirici olduğundan) .

)Maddeyi sentezlemek için çeşitli yöntemler incelenmiştir. En yüksek ürün verimi teorik olanın %98'idir. Bu sonuç D.N. yöntemi kullanılarak elde edilebilir. Finkelstein, Fe'yi ısıtarak (NO 3)39 saat 2O, sürekli karıştırılarak elektrikli ocak üzerinde büyük bir porselen potada.

KAYNAKÇA

1) Ripan R. İnorganik kimya: 2 cilt/R. Ripan, I. Ceteanu; Çeviri odadan D.G. Batyra, Kh.M. Khariton; Ed. VE. Spitsyna, I.D. Collie. - M .: "Mir" Yayınevi 1972. - 2 cilt.

)Knunyants I.L. Kısa kimya ansiklopedisi: 5 ciltte / Ed. saymak I.L. Knunyants (ed.), vb. - M .: "Sovyet Ansiklopedisi" Yayınevi, 1967 - 5 cilt.

)Lidin, R.A. İnorganik maddelerin kimyasal özellikleri: ders kitabı. üniversiteler için el kitabı / R.A. Lidin, Molochko, L.L. Andreeva. Ed. R.A. Lidina.- M.: Kimya, 2000 - 480 s.

)Nekrasov B.V. Genel Kimyanın Temelleri T. I. ed. 3. rev. ve ek Yayınevi "Kimya", 1973 - 656 s.

)Remy G. 2 ciltlik inorganik kimya dersi / G. Remy; A.P. Grigorieva, A.G. Rykov; Ed. AV. Novoselova. - M .: "Mir" Yayınevi, 1966 - 2 cilt.

)Paffengoltz K.N. Jeolojik Sözlük: 2 ciltte / Ed. com. K.N. Paffengoltz (baş editör), L.I. Borovikov, A.I. Zhamaida, I.I. Krasnov ve diğerleri-M.: Nedra Yayınevi, 1978 - 2 cilt.

)Efimov A.I. İnorganik bileşiklerin özellikleri. Dizin / A.I. Efimov ve diğerleri - L.: Kimya, 1983 - 392 s.

)Brauer G. İnorganik sentez kılavuzu: 6 ciltte.Çeviri. Almanca/Ed'den. G Brower. - M .: "Mir" Yayınevi, 1985 - 6 cilt.

)Karyakin Yu.V. Saf kimyasal reaktifler / Yu.V. Karyakin, I.I. Angelov. - M .: Kimya Literatürünün Devlet Bilimsel ve Teknik Yayınevi, 1955 - 585 s.

)Klyuchnikov N.G. İnorganik sentez üzerine çalıştay. - M .: "Prosveshchenie" yayınevi, 1979 - 271 s.

)Terentyeva E.A. İnorganik sentezler: 2 ciltte / Çev. İngilizceden E.A. Terentyeva, ed. DI. Ryabchikova, - M .: Yabancı Edebiyat Yayınevi, 1951 - 2 cilt.

)Glinka N.L. Genel kimya: Üniversiteler için ders kitabı. - 23. baskı, gözden geçirilmiş / Ed. V.A. Robinovich. - L.: Kimya 1983-704 s.: hasta.

)Zakharov L.N. Laboratuvar tekniklerinin başlangıcı. - L.: Kimya, 1981 - 192 s.

)Spitsyn V.I. İnorganik kimya. Bölüm I: Ders Kitabı - M.: Moskova Devlet Üniversitesi Yayınevi, 1991 - 480 s.: hasta.

) Rabinoviç V.A. Kısa kimyasal referans kitabı. - L.: Kimya, 1977.

) Ahmetov N.S. Genel ve inorganik kimya. - M.: Yüksekokul, 2004.

)Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Genel ve inorganik kimya. - M.: Kimya, 1981.

)Genel ve inorganik kimya çalıştayı / Ed. Vorobyova A.A., Drakina S.I. - M.: Kimya, 1984.

)Zharsky I.M., Novikov G.I. Anorganik kimyada fiziksel araştırma yöntemleri. - M.: Yüksekokul, 1988.

)Krasnov K.S. Moleküller ve kimyasal bağlar. - M.: Yüksekokul, 1974.

)Cotton F., Wilkinson J. İnorganik kimyanın temelleri. - M .: "Mir" Yayınevi, 1979.

)Isidorov V.A. Çevre Kimyası. - St.Petersburg: Khimizdat, 2001.

)Cotton F., Wilkinson J. Modern inorganik kimya. Bölüm 1 M.: Mir, 1969.

)Karaciğer E. İnorganik bileşiklerin elektronik spektroskopisi, M.: Mir, 1987, 2 cilt.

)Lidin R.A. ve diğerleri İnorganik maddelerin kimyasal özellikleri. - 3. baskı, rev. - M.: Kimya, 2000 - 480 s.

)Trifonov D.N., Trifonov V.D. Kimyasal elementler nasıl keşfedildi - M .: Eğitim, 1980.

)Kimya: Referans. ed. / W. Schröter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak ve diğerleri: Çev. onunla. 2. baskı, stereotip. - M.: Kimya, 2000.

E 172 kod sınıflandırma numarası altındaki katkı maddesi kırmızı toz halinde bir maddedir. Kimyasal anlamda bu katkı maddesi oksijen ve demirden oluşan bir bileşiktir.

Bu maddenin doğal kaynakları hematit ve manyetit mineralleridir ancak katkı maddesinin gıdada kullanılması için sentetik olarak elde edilir. Ya demir ve su buharının yüksek sıcaklıklarda etkileşimi yoluyla ya da demir oksitlerin kalsinasyonu yoluyla.

Menşei: 2-sentetik;

Tehlike:son derece düşük seviye;

Eşanlamlı isimler:E 172, E-172, demir oksit, Demir Oksitler ve Hidroksitler.

​Genel bilgi

Bu tür gıda üretiminde katkı maddesi, gıda ürünlerine belirli bir renk kazandırmak amacıyla kullanılır. Bu madde gıdalara turuncu, sarı ve kahverengi dahil olmak üzere kırmızıdan siyaha kadar çeşitli tonlar verebilir.

Toplamda 16 çeşit demir oksit vardır. Ancak gıda üretiminde yalnızca üçü kullanılıyor:

• Kompleks bir oksit olan demir (II, III) oksit, demir (II) ve (III) iyonlarını birleştirir ve kimyasal moleküler formül formunda şuna benzer: Fe3O4. Canlı doğada olabilir Manyetik bir mineral formunda bulunur. E 172(i) olarak işaretlenmiştir.
• Moleküler formül formunda şuna benzeyen demir (III) oksit: Fe2O3 ve canlı doğada hematit minerali formunda bulunabilir (ve günlük yaşamda buna sıradan pas denir). E 172(ii) olarak işaretlenmiştir.
• Moleküler formül formundaki demir (II) oksit şuna benzer: FeO. Ve canlı doğada wustit minerali formunda bulunabilir. E 172(iii) olarak işaretlenmiştir.

Vücut üzerindeki etkisi

Zarar

E 172 katkı maddesinin kendisinin zararsız olduğu ve hatta bazı durumlarda insan vücudu için faydalı olduğu düşünülmektedir. Ancak vücutta fazlalığı olduğunda, çok belirgin olumsuz sonuçlarla doludur. Yüksek düzeyde demir konsantrasyonu olduğunda vücutta serbest radikaller üretilir ve bu her zaman miyokard enfarktüsü veya gibi hastalıklara yol açar.

Demir karaciğerde birikirse, bu, bu organın tümör hastalıklarıyla ve kötü huylu bir formla doludur. Doğru, bu tür bir patoloji yalnızca genetik hastalığı olan kişilerin karakteristik özelliğidir.

Fayda

Son derece izin verilen küçük dozajlarda demir, insan vücuduna önemli faydalar sağlar. Her şeyden önce kandaki hemoglobin seviyesi doğrudan buna bağlıdır.

Ve vücuttaki metabolik süreçlerin normal olması koşuluyla, demir oksit (makul tüketimle)% 100 işlenir ve idrar ve dışkıyla birlikte atılır.

Kullanım

Gıda üretiminde bu renklendirici katkı maddesi şekerleme, çikolata, draje ve diğer ürünlerde kullanılmaktadır.

Gıda endüstrisinin yanı sıra metalurjide de çeşitli metallerin üretiminde hammadde olarak kullanılır; boya ve vernik endüstrisinde (renk pigmenti olarak); kimya endüstrisinde (katalizör olarak); kozmetolojide (esas olarak dekoratif kozmetikler için); Farmakolojide (kandaki hemoglobin seviyesini artıran ilaçlar için).

Mevzuat

Dünyanın hemen hemen tüm ülkelerinde E 172 kodu altındaki gıda boyalarının gıda üretiminde kullanılması onaylanmıştır.

Demir oksitler demir ve oksijenden oluşan bileşiklerdir.

En ünlüsü üç demir oksittir: demir oksit (II) - FeO, demir (III) oksit – Fe203 ve demir (II, III) oksit – Fe3O4.

Demir(II) oksit

Demir oksidin kimyasal formülü FeO . Bu bağlantı siyah renktedir.

FeO Seyreltik hidroklorik asit ve konsantre nitrik asitle kolaylıkla reaksiyona girer.

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

FeO + 4HNO 3 → Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

Su ve tuzlarla reaksiyona girmez.

350 o C sıcaklıkta hidrojen ve 1000 o C üzerinde kok ile etkileşime girdiğinde saf demire indirgenir.

FeO +H 2 → Fe + H 2 O

FeO +C → Fe + CO

Demir (II) oksit farklı şekillerde elde edilir:

1. Ferrik oksidin karbon monoksit ile indirgenme reaksiyonunun bir sonucu olarak.

Fe 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2

2. Düşük oksijen basıncı ile ütü ısıtma

2Fe + O 2 → 2 FeO

3. Demirli oksalatın vakumda ayrıştırılması

FeC 2 O 4 → FeO +CO + CO 2

4. 900-1000 o sıcaklıkta demirin demir oksitlerle etkileşimi

Fe + Fe 2 O 3 → 3 FeO

Fe + Fe 3 O 4 → 4 FeO

Doğada demir oksit, wustit minerali olarak bulunur.

Endüstride yüksek fırınlarda dökme demirin eritilmesinde, çeliğin karartılması (mavileştirilmesi) sürecinde kullanılır. Boyalarda ve seramiklerde bulunur.

Demir(III) oksit

Kimyasal formül Fe2O3 . Bu ferrik demirin oksijenle birleşimidir. Kırmızı-kahverengi bir tozdur. Hematit doğada mineral olarak bulunur.

Fe2O3 başka isimleri de vardır: demir oksit, kırmızı kurşun, çiğdem, pigment kırmızı 101, gıda boyasıE172 .

Su ile reaksiyona girmez. Hem asitlerle hem de alkalilerle etkileşime girebilir.

Fe203 + 6HCl → 2 FeCl3 + 3H20

Fe203 + 2NaOH → 2NaFeO2 + H20

Demir (III) oksit, yapı malzemelerinin boyanmasında kullanılır: tuğla, çimento, seramik, beton, kaldırım levhaları, linolyum. Boyalara, emayelere ve matbaa mürekkeplerine boya olarak eklenir. Amonyak üretiminde katalizör olarak demir oksit kullanılır. Gıda sektöründe E172 olarak bilinir.

Demir (II, III) oksit

Kimyasal formül Fe3O4 . Bu formül başka bir şekilde yazılabilir: FeO Fe 2 O 3.

Doğada mineral manyetit veya manyetik demir cevheri olarak bulunur. İyi bir elektrik akımı iletkenidir ve manyetik özelliklere sahiptir. Demir yandığında ve aşırı ısınmış buhar demire etki ettiğinde oluşur.

3Fe + 2 Ö 2 → Fe 3 Ö 4

3Fe + 4H 2 Ö → Fe 3 Ö 4 + 4H 2

1538 o C sıcaklıkta ısıtılması parçalanmasına neden olur

2Fe 3 Ö 4 → 6 FeO + Ö 2

Asitlerle reaksiyona girer

Fe304 + 8HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H20

Fe 3 O 4 + 10HNO 3 → 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

Füzyon üzerine alkalilerle reaksiyona girer

Fe3O4 + 14NaOH → Na3 FeO3 + 2Na5 FeO4 + 7H2O

Havadaki oksijenle reaksiyona girer

4 Fe 3 Ö 4 + Ö 2 → 6 Fe 2 Ö 3

İndirgeme, hidrojen ve karbon monoksit ile reaksiyona girerek meydana gelir

Fe 3 Ö 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 Ö

Fe 3 O 4 + 4CO → 3Fe +4CO 2

Fe3O4 oksidin manyetik nanopartikülleri manyetik rezonans görüntülemede uygulama alanı bulmuştur. Ayrıca manyetik medya üretiminde de kullanılırlar. Demir oksit Fe3O4, özellikle savaş gemileri, denizaltılar ve diğer ekipmanlar için üretilen boyalara dahildir. Bazı elektrokimyasal işlemler için elektrotlar erimiş manyetitten yapılır.

Demir, atom numarası 26 olan D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik sisteminin dördüncü periyodunun sekizinci grubunun yan alt grubunun bir elementidir. Fe (lat. Ferrum) sembolü ile gösterilir. Yer kabuğunda en yaygın metallerden biri (alüminyumdan sonra ikinci sırada). Orta aktiviteli metal, indirgeyici ajan.

Ana oksidasyon durumları - +2, +3

Basit demir maddesi, yüksek kimyasal reaktiviteye sahip, dövülebilir gümüş-beyaz bir metaldir: demir, yüksek sıcaklıklarda veya havadaki yüksek nemde hızla paslanır. Demir saf oksijende yanar ve ince bir şekilde dağılmış halde havada kendiliğinden tutuşur.

Basit bir maddenin kimyasal özellikleri - demir:

Oksijende paslanma ve yanma

1) Havada demir, nem varlığında kolayca oksitlenir (paslanma):

4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3

Sıcak demir tel oksijende yanar, kireç oluşturur - demir oksit (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)

2) Yüksek sıcaklıklarda (700–900°C) demir, su buharıyla reaksiyona girer:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Demir ısıtıldığında metal olmayanlarla reaksiyona girer:

2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)

4) Gerilim serisinde hidrojenin solundadır, seyreltik asitler HCl ve H2SO4 ile reaksiyona girer ve demir(II) tuzları oluşur ve hidrojen açığa çıkar:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaksiyonlar hava erişimi olmadan gerçekleştirilir, aksi takdirde Fe +2, oksijen tarafından yavaş yavaş Fe +3'e dönüştürülür)

Fe + H 2 SO 4 (seyreltilmiş) → FeSO 4 + H 2

Konsantre oksitleyici asitlerde demir yalnızca ısıtıldığında çözünür, hemen Fe3+ katyonuna dönüşür:

2Fe + 6H 2 SO 4 (kons.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (kons.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(soğuk, konsantre nitrik ve sülfürik asitlerde pasifleştirmek

Mavimsi bir bakır sülfat çözeltisine batırılan bir demir çivi, yavaş yavaş kırmızı metalik bakırla kaplanır.

5) Demir, sağında bulunan metalleri tuzlarının çözeltilerinden uzaklaştırır.

Fe + CuS04 → FeS04 + Cu

Demirin amfoterik özellikleri yalnızca kaynama sırasında konsantre alkalilerde görülür:

Fe + 2NaOH (%50) + 2H20= Na2 ↓+ H2

ve bir sodyum tetrahidroksoferrat(II) çökeltisi oluşur.

Teknik donanım- demir ve karbon alaşımları: dökme demir %2,06-6,67 C içerir, çelik% 0,02-2,06 C, diğer doğal safsızlıklar (S, P, Si) ve yapay olarak eklenen özel katkı maddeleri (Mn, Ni, Cr) sıklıkla mevcuttur; bu, demir alaşımlarına teknik olarak yararlı özellikler verir - sertlik, termal ve korozyon direnci, işlenebilirlik, vb. . .

Yüksek fırın demir üretim süreci

Dökme demir üretimi için yüksek fırın prosesi aşağıdaki aşamalardan oluşur:

a) sülfit ve karbonat cevherlerinin hazırlanması (kavurulması) - oksit cevherine dönüştürülmesi:

FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2.800°C, -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2.500-600°C, -CO 2)

b) kokun sıcak hava ile yakılması:

C (kok) + O 2 (hava) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (kok) ⇌ 2 CO (700-1000 ° C)

c) oksit cevherinin karbon monoksit CO ile sırayla indirgenmesi:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) demirin karbürizasyonu (%6,67 C'ye kadar) ve dökme demirin eritilmesi:

Fe (t ) →(C(kola)900-1200°C) Fe (sıvı) (dökme demir, erime noktası 1145°C)

Dökme demir her zaman sementit Fe 2 C ve tane şeklinde grafit içerir.

Çelik üretimi

Dökme demirin çeliğe dönüştürülmesi, ısıtma yönteminde farklılık gösteren özel fırınlarda (konvertör, açık ocak, elektrikli) gerçekleştirilir; proses sıcaklığı 1700-2000 °C. Oksijenle zenginleştirilmiş havanın üflenmesi, fazla karbonun yanı sıra dökme demirden oksit formundaki kükürt, fosfor ve silikonun yanmasına yol açar. Bu durumda, oksitler ya egzoz gazları (CO2, SO2) şeklinde yakalanır ya da kolayca ayrılan bir cürufa - Ca3 (PO4)2 ve CaSi03 karışımına bağlanır. Özel çelikler üretmek için fırına diğer metallerin alaşım katkı maddeleri eklenir.

Fiş endüstride saf demir - örneğin bir demir tuzu çözeltisinin elektrolizi:

FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90°С) (elektroliz)

(Demir oksitlerin hidrojenle indirgenmesi dahil başka özel yöntemler de vardır).

Saf demir, özel alaşımların üretiminde, elektromıknatısların ve transformatörlerin çekirdeklerinin imalatında, dökme demir - döküm ve çelik üretiminde, çelik - aşınmaya, ısıya ve korozyona dayanıklı olanlar da dahil olmak üzere yapısal ve alet malzemeleri olarak kullanılır. olanlar.

Demir(II) oksit F EO . Temel özelliklerin yüksek oranda baskın olduğu bir amfoterik oksit. Siyah, Fe 2+ O 2- iyonik bir yapıya sahiptir. Isıtıldığında önce ayrışır, sonra yeniden oluşur. Demirin havada yanması sonucu oluşmaz. Su ile reaksiyona girmez. Asitlerle ayrışır, alkalilerle birleşir. Nemli havada yavaşça oksitlenir. Hidrojen ve kok ile indirgenir. Yüksek fırın demir eritme işlemine katılır. Seramik ve mineral boyaların bileşeni olarak kullanılır. En önemli reaksiyonların denklemleri:

4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)

FeO + 2HC1 (seyreltilmiş) = FeC12 + H2O

FeO + 4HNO3 (kons.) = Fe(NO3)3 +NO2 + 2H2O

FeO + 4NaOH = 2H20 + N4FeÖ3(kırmızı.) trioksoferrat(II)(400-500°C)

FeO + H 2 =H 2 O + Fe (ekstra saf) (350°C)

FeO + C (kok) = Fe + CO (1000 °C'nin üstünde)

FeO + CO = Fe + CO2 (900°C)

4FeO + 2H2O (nem) + O2 (hava) →4FeO(OH) (t)

6FeO + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)

Fiş V laboratuvarlar: demir (II) bileşiklerinin hava erişimi olmadan termal ayrışması:

Fe(OH)2 = FeO + H20 (150-200 °C)

FeCO3 = FeO + CO2 (490-550 °C)

Diiron(III) oksit - demir( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Çift oksit. Siyah, Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 iyonik yapısına sahiptir. Yüksek sıcaklıklara kadar termal olarak stabildir. Su ile reaksiyona girmez. Asitlerle ayrışır. Hidrojen ve sıcak demir ile indirgenir. Dökme demir üretiminde yüksek fırın prosesine katılır. Mineral boyaların bir bileşeni olarak kullanılır ( kırmızı kurşun), seramikler, renkli çimento. Çelik ürünlerin yüzeyinin özel oksidasyon ürünü ( kararma, mavileşme). Bileşimi demir üzerindeki kahverengi pas ve koyu pula karşılık gelir. Brüt Fe3O4 formülünün kullanılması önerilmez. En önemli reaksiyonların denklemleri:

2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (1538 °C'nin üstünde)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8НС1 (dil.) = FeС1 2 + 2FeС1 3 + 4Н 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (kons.) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (hava) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 ° C)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (ekstra saf, 1000 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800°C)

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 °C, 560-700 °C)

Fiş: demirin havada yanması (bkz.).

manyetit.

Demir(III) oksit F e203 . Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik oksit. Kırmızı-kahverengi, iyonik bir yapıya sahiptir (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Yüksek sıcaklıklara kadar termal olarak stabildir. Demirin havada yanması sonucu oluşmaz. Su ile reaksiyona girmez, çözeltiden kahverengi amorf hidrat Fe2O3 nH2O çöker, asitler ve alkalilerle yavaş reaksiyona girer. Karbon monoksit ve erimiş demir ile azaltılır. Diğer metallerin oksitleriyle birleşerek çift oksitler oluşturur - spineller(teknik ürünlere ferrit denir). Yüksek fırın prosesinde dökme demirin eritilmesinde hammadde olarak, amonyak üretiminde katalizör olarak, seramik bileşeni, renkli çimentolar ve mineral boyalarda, çelik yapıların termit kaynağında, ses taşıyıcı olarak kullanılır. ve çelik ve cam için parlatma maddesi olarak manyetik bantlar üzerindeki görüntü.

En önemli reaksiyonların denklemleri:

6Fe 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °C)

Fe 2 O 3 + 6НС1 (dil.) →2FeС1 3 + ЗН 2 O (t) (600°С,р)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (kons.) →H 2 O+ 2 NAFeÖ 2 (kırmızı)dioksoferrat(III)

Fe 2 O 3 + MO=(M II Fe 2 II I)O 4 (M=Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (ekstra saf, 1050-1100 °C)

Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)

3Fe 2 O 3 + CO = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400-600 °C)

Fiş laboratuvarda - demir (III) tuzlarının havada termal ayrışması:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)

4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)

Doğada - demir oksit cevherleri hematit Fe 2 O 3 ve limonit Fe 2 O 3 nH 2 O

Demir(II) hidroksit F e(OH)2 . Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik hidroksit. Beyaz (bazen yeşilimsi bir renk tonu ile), Fe-OH bağları ağırlıklı olarak kovalenttir. Termal olarak kararsız. Özellikle ıslandığında havada kolayca oksitlenir (kararır). Suda çözünmez. Seyreltik asitler ve konsantre alkalilerle reaksiyona girer. Tipik redüktör. Demirin paslanmasında bir ara üründür. Demir-nikel pillerin aktif kütlesinin üretiminde kullanılır.

En önemli reaksiyonların denklemleri:

Fe(OH)2 = FeO + H20 (150-200 °C, atm.N2)

Fe(OH)2 + 2HC1 (dil.) = FeC12 + 2H20

Fe(OH)2 + 2NaOH (> %50) = Na2 ↓ (mavi-yeşil) (kaynama)

4Fe(OH)2 (süspansiyon) + O2 (hava) →4FeO(OH)↓ + 2H2O (t)

2Fe(OH)2 (süspansiyon) +H202 (seyreltilmiş) = 2FeO(OH)↓ + 2H2O

Fe(OH)2 + KNO3 (kons.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)

Fiş: İnert bir atmosferde alkaliler veya amonyak hidratlı çözeltiden çökeltme:

Fe 2+ + 2OH (dil.) = Fe(OH)2 ↓

Fe 2+ + 2(NH3H2O) = Fe(OH)2 ↓+ 2NH4

Demir metahidroksit F eO(OH). Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik hidroksit. Açık kahverengi, Fe - O ve Fe - OH bağları ağırlıklı olarak kovalenttir. Isıtıldığında erimeden ayrışır. Suda çözünmez. Seyreltik bir alkalin çözelti altında tutulduğunda veya kurutulduğunda FeO(OH)'a dönüşen kahverengi amorf polihidrat Fe203 nH20 biçiminde çözeltiden çökelir. Asitlerle ve katı alkalilerle reaksiyona girer. Zayıf oksitleyici ve indirgeyici ajan. Fe(OH)2 ile sinterlendi. Demirin paslanmasında bir ara üründür. Sarı mineral boyalar ve emayeler için baz, atık gazlar için emici ve organik sentezde katalizör olarak kullanılır.

Fe(OH)3 bileşiminin bileşiği bilinmemektedir (elde edilmemiştir).

En önemli reaksiyonların denklemleri:

Fe203. nH 2 O→( 200-250 °C, —H 2 Ö) FeO(OH)→( Havada 560-700°C, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO(OH) + ZNS1 (dil.) = FeC13 + 2H20

FeO(OH)→ Fe 2 Ö 3 . nH 2 Ö-kolloid(NaOH (kons.))

FeO(OH)→ Nbir 3 [Fe(OH)6]beyaz, sırasıyla Na5 ve K4; her iki durumda da aynı bileşim ve yapıya sahip mavi bir ürün olan KFe III çöker. Laboratuvarda bu çökeltiye denir Prusya mavisi, veya Turnbull mavisi:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Başlangıç ​​reaktiflerinin ve reaksiyon ürünlerinin kimyasal isimleri:

K3 Fe III - potasyum hekzasiyanoferrat (III)

K 4 Fe III - potasyum hekzasiyanoferrat (II)

КFe III - demir (III) potasyum hekzasiyanoferrat (II)

Ek olarak, Fe3+ iyonları için iyi bir reaktif, tiyosiyanat iyonu NСS -'dir, demir (III) onunla birleşir ve parlak kırmızı ("kanlı") bir renk ortaya çıkar:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Bu reaktif (örneğin KNCS tuzu formunda), içi pasla kaplanmış demir borulardan geçerse musluk suyundaki demir (III) izlerini bile tespit edebilir.