Оглавление 255 256 257 258 259 — — — 270 

Свойства железа. Соединения железа. Чистое железо может быть получено восстановлением окиси железа водородом или электролизом некоторых солей железа. Оно представляет собой серебристо-белый блестящий вязкий металл, по внешнему виду очень похожий на платину. Уд. вес железа 7,87, темп. пл. 1539°. Чистое железо очень быстро намагничивается и размагничивается и потому применяется для сердечников динамомашин и электромоторов.

Обыкновенное железо не изменяется в сухом воздухе, но во влажном быстро ржавеет, т. е. покрывается бурым налетом гидрата окиси железа, который вследствие своей рыхлости не защищает железо от дальнейшего окисления. Долгое время считали, что способность ржаветь есть хотя и неприятное, но неотъемлемое свойство железа. Однако в настоящее время доказано, что химически чистое железо, получаемое электролитическим путем, почти не подвергается коррозии и хорошо сопротивляется действию кислот. О причинах коррозии обыкновенного железа уже говорилось в § 200.

При накаливании в воздухе железо сгорает, превращаясь в закись-окись железа Fе3O4 (или FeO • Fe2O3). Это же вещество образуется при ковке раскаленного железа («железная окалина»). Нормальный потенциал железа равен —0,441 вольта. Поэтому железо легко растворяется в разбавленных кислотах, вытесняя из них водород и образуя ионы Fe••. Холодная концентрированная серная кислота не реагирует с железом. Концентрированная азотная кислота действует на железо так же, как на алюминий и хром, т. е. делает его «пассивным». Щелочи не действуют на железо.

Железо образует два ряда соединений, отвечающих двум окислам: закиси железа FeO и окиси железа Fe2О3. В первом из них железо является двухвалентным, во втором — трехвалентным металлом. Кроме того, известны соли железной кислоты H2FeО4, в которых железо играет роль шестивалентного металлоида.

Соединения двухвалентного железа. Соли двухвалентного железа (соли закиси) получаются при растворении 

валентного железа (соли закиси) получаются при растворении железа в разбавленных кислотах. Самой важной из них является сульфат железа (II), или железный купорос, FeSО4• 7Н2О, образующий светлозеленые кристаллы, легко растворимые в воде. На воздухе железный купорос постепенно выветривается и одновременно окисляется с поверхности, переходя в желто-бурую основную соль трехвалентного железа.

Железный купорос получается путем растворения железных обрезков в 20—30%-ной серной кислоте:

Fe + H24 = FeSО4 + H2

а также в виде отходов при «травлении» железа серной кислотой перед покрытием его цинком.

Железный купорос применяется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, в производстве некоторых минеральных красок, при крашении тканей и т. д.

При нагревании железного купороса выделяется вода и получается белая масса безводной соли FeSО4. При более сильном нагревании безводная соль разлагается с выделением двуокиси серы и серного ангидрида, который во влажном воздухе образует тяжелые белые пары серной кислоты:

2FeSО4 = Fe2О3 + SО2 + SО3

Если к раствору железного купороса прибавить щелочи, то выпадает белый осадок гидрата закиси железа Fe(OH)2, который на воздухе вследствие окисления быстро принимает зеленоватую, а затем бурую окраску, переходя в гидрат окиси железа Fe(ОН)3:

4Fe(ОН)2 + 2О + О2 = 4Fe(ОН)3

Гидрат закиси железа имеет, почти исключительно основной характер и не растворяется в щелочах.

Безводная закись железа FeO может быть получена восстановлением окиси железа окисью углерода при 500° и представляет собой черный, легко окисляющийся порошок:

Fe2О3 + СО = 2FeO + СО2

Карбонаты щелочных металлов осаждают из растворов солей двухвалентного железа белыйкарбонат железа (II) FеСО3. При действии воды, содержащей углекислый газ, карбонат железа, подобно карбонату кальция, частично переходит в более растворимую кислую соль Fе(НСО3)2. В виде этой соли железо содержится в природных железистых водах.

Соли двухвалентного железа легко могут быть переведены в соли трехвалентного железа действием различных окислителей: азотной кислоты, перманганата калия, хлора и др.; например: 1) 6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O

2) 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4= 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

Ввиду способности легко окисляться соли двухвалентного железа часто применяются как восстановители.

Соединения трехвалентного железа. Из солей трехвалентного железа (солей окиси) больше всего применяется хлорное железо FeCl3. Безводная соль получается в виде темно-зеленых чешуек при пропускании хлора над нагретым железом. Обыкновенное хлорное железо — темножелтое кристаллическое легко расплывающееся вещество состава FeCl32О.

Сульфат железа (III) Fe2(SO4)3 получается окислением FeSO4 азотной кислотой в сернокислом растворе. С сульфатом аммония он образует железоаммониевые квасцы,NH4Fe(SO4)212Н20, кристаллизующиеся в виде красивых бледнолиловых кристаллов, изоморфных с кристаллами алюминиевых и хромовых квасцов.

При действии на растворы солей трехвалентного железа аммиака или щелочи выпадает красно-бурый гидрат окиси железа Fe(OH)3, нерастворимый в избытке щелочи.

Гидрат окиси железа — более слабое основание, чем гидрат закиси железа; это выражается в том, что соли окиси железа сильно гидролизуются, а со слабыми кислотами (например, с угольной, сероводородной) Fe(OH)3 совсем не образует солей. Гидролизом же объясняется цвет растворов солей трехвалентного железа; несмотря на то, что ион Fe••• почти бесцветен, растворы окрашены в желто-бурый цвет, что объясняется присутствием в растворе ионов основных солей или Fe(OH)3, которые образуются благодаря гидролизу:

Fe••• + Н2O ⇄ Fe(OH)•• + Н

Fe••• + 2O Fe(OH)2 +

Fe••• + 3H2O ⇄ Fe(OH)3 + 3Н

От нагревания окраска темнеет, а от прибавления кислот становится более светлой вследствие обратного хода реакции.

При прокаливании гидрат окиси железа, теряя воду, переходит в окись железа Fe2O3. Окись железа применяется как коричневая краска — железный сурик, или мумия.

Наряду с чисто основными свойствами окись железа и ее гидрат обнаруживают также некоторые, хотя и очень слабо выраженные кислотные свойства. Так, например, при сплавлении окиси железа с содой или поташом получаются соли — ферриты, аналогичные хромитам или алюминатам и являющиеся производными метажелезистой кислоты HFeO2:

 Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2

Горячая вода полностью гидролизует ферриты с образовавшем окиси железа и соответствующей щелочи:

2NaFeO2 + Н2O = 2NaOH + Fe2O3

На образовании феррита натрия и его последующем разложении водой основан один из технических способов получения едкого натра из соды.

Характерной реакцией, отличающей окисные соли железа от закисных, является действие роданистого калия KCNS или роданистого аммония NH4CNS на железные соли. Роданистый калий содержит в растворе бесцветные ионы CNS’, которые соединяются с ионами Fe••• образуя кроваво-красный, слабо диссоциированный роданид железа Fe(CNS)3. Ионы двухвалентного железа не дают этой реакции.

Цианистые соединения железа. При действии на растворы солей двухвалентного железа цианистого калия получается белый осадок цианистого железа (II):

Fe•• + 2CN’ = ↓ Fe(CN)2

В избытке цианистого калия осадок растворяется вследствие образования комплексной соли K4[Fe(CN)6], называемой ферро-цианидом калия:

Fe(CN)2 + 4KCN = K4[Fe(CN)6] или

Fe(CN)3 + 4CN’ = Fe(CN)6]»»

Ферроцианид калия, или железистосинеродистый калий, K4[Fe(CN)6] • 3Н2O кристаллизуется в виде больших светложел-тых призм. Эта соль называется также желтой кровяной солью, так как прежде приготовлялась накаливанием высушенной крови с поташом и железом. При растворении в воде соль диссоциирует на ионы К и чрезвычайно устойчивые комплексные ионы [Fe(CN)6]»». Практически такой раствор совершенно не содержит ионов Fe•• и не дает ни одной реакции, характерной для двухвалентного железа.

Ферроидшниду калия соответствует железистосинеродистая кислота H4[Fe(CN)6]— белое твердое вещество, образующее, кроме калийной соли, много других солей.

Замечательно. что ферроцианид калия, несмотря на содержание в нем железа, может служить чувствительным реактивом на ионы трёх валентного железа, так как ионы [Fe (CN)6]»»,встречаясь в растворе с ионами Fe•••, соединяются с ними и образуют нерастворимую в воде железную соль железистосинеродистой кислоты — ферроцианид железа Fe4[Fe(CN)6]3, характерного синего цвета; эта соль получила название берлинской лазури:

4Fe••• + 3[Fe(CN)6]»» = |↓Fe4[Fe(CN)6]3

Берлинская лазурь применяется в качестве краски. Щелочи разлагают ее с образованием гидрата окиси железа и освобождением ионов [Fe(CN)6]»»:

Fe4[Fe(CN)6]3 + 12OН’=↓4Fe(OH)3 + 3[Fe(CN)6]»»

При действии хлора или брома на раствор желтой кровяной соли анион ее окисляется, переходя из четырехвалентного в трехвалентный:

2[Fe(CN)6]»» + Сl2 = 2[Fe(CN)6]'» + 2Сl’

Соответствующая этому аниону калийная соль К3[Fе(СN)6] называется феррицианидом калияили железосинеродистым калием, а также красной кровяной солью. Она кристаллизуется в тёмнокрасных безводных кристаллах. Раствор ее со—держит анионы [Fe(CN)6]»’ такого же состава, как и анионы желтой соли, но несущие не четыре, а три отрицательных заряда и поэтому обладающие иными свойствами, чем ионы

[Fe(CN)6]»»

Если подействовать красной кровяной солью на раствор двухвалентного железа, то получается синий осадок так называемой турнбулевой сини, внешне очень похожей на берлинскуюлазурь, но имеющей иной состав:

3Fe•• + 2[Fe(CN)6]'» = ↓Fe3[Fe(CN)6]2

С солями трехвалентного железа К3[Fе(СN)6] дает бурый раствор.

Реакция образования турнбулевой сини широко используется при печатании копий с чертежей, сделанных на кальке. Печатание основано на том, что некоторые соли трехвалентного железа и органических кислот восстанавливаются под действием света в соли двухвалентного железа. Бумага, служащая для печатания, покрывается обычно смесью К3[Fе(СN)6] с аммонневожелезной солью лимонной кислоты. Если наложить на такую бумагу чертеж, сделанный на кальке, и подвергнуть его интенсивному освещению, то трехвалентное железо восстанавливается в двухвалентное во всех местах, кроме закрытых линиями чертежа. После этого бумагу опускают в воду. На освещенных местах в порах бумаги осаждается турнбулева синь; места же, защищенные от света, остаются белыми. В результате получается белый чертеж на синем фоне. 

Соединения шестивалентного железа. Если нагревать железные опилки или окись железа с селитрой и едким кали, то образуется

сплав, содержащий калиевую соль железной кислоты Н2FeO4 так называемый феррат калия К2FeO4:

Fe2О3 + 4КОН + 3KNO3 = 2KiFeО4 + 3KNO2 + 2Н2О

При растворении сплава в воде получается красно-фиолетовый раствор, из которого действием хлористого бария можно осадить нерастворимый в воде феррат бария BaFeО4.

Все ферраты — очень сильные окислители, превосходящие в этом отношении перманганаты. Соответствующая ферратам железная кислота H2FeО4 и ее ангидрид FeО3 в свободном состоянии не получены.

Карбонилы железа. Железо образует чрезвычайно своеобразные летучие соединения с окисью углерода, называемые карбонилами железа. Пентакарбонил железа Fе(СО)5 представляет собой бледножелтую жидкость удельного веса 1,5, сильно преломляющую лучи света и кипящую при 100°. Он получается при пропускании окиси углерода над мелко раздробленным железом под давлением и при повышенной температуре. Пентакарбонил железа нерастворим в воде, но растворяется во многих органических растворителях. При 250° он разлагается на окись углерода и совершенно чистое железо.

256 257 258

Вы читаете, статья на тему Свойства железа