Rauaühendid. Raud: füüsikalised ja keemilised omadused

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 17:45

Esimesed rauast ja selle sulamitest valmistatud tooted leiti väljakaevamiste käigus ja pärinevad umbes 4. aastatuhandest eKr. See tähendab, et isegi iidsed egiptlased ja sumerid kasutasid selle aine meteoriidimaardlaid ehete ja majapidamistarvete ning relvade valmistamiseks.

Tänapäeval on kõige levinumad ja kasutatavad ained mitmesugused rauaühendid, aga ka puhas metall. Pole ime, et 20. sajandit peeti raudseks. Lõppude lõpuks oli see ühend enne plasti ja sellega seotud materjalide tulekut ja laialdast kasutamist inimese jaoks määrava tähtsusega. Mis see element on ja milliseid aineid see moodustab, käsitleme selles artiklis.

Keemiline element raud

Kui arvestada aatomi ehitust, siis kõigepe alt tuleks märkida selle asukoht perioodilises süsteemis.

1. Järjearv - 26.
2. Periood on neljas suur.
3. Kaheksas rühm, teisene alarühm.
4. Aatommass on 55 847.
5. Välise elektronkihi struktuuri näitab valem 3d⁶4s^2.
6. Keemilise elemendi sümbol – Fe.
7. Nimi – triikraud, sisselugeminevalem - "ferrum".
8. Looduses on kõnealusel elemendil neli stabiilset isotoopi massinumbritega 54, 56, 57, 58.

Keemilises elemendis raud sisaldab ka umbes 20 erinevat isotoopi, mis ei ole stabiilsed. Selle aatomi võimalikud oksüdatsiooniseisundid:

• 0;
• +2;
• +3;
• +6.

Tähtis pole mitte ainult element ise, vaid ka selle erinevad ühendid ja sulamid.

Füüsikalised omadused

Lihtsa ainena on raual füüsikalised omadused, millel on väljendunud metallilisus. See tähendab, et see on halli tooniga hõbevalge metall, millel on kõrge elastsus ja plastilisus ning kõrge sulamis- ja keemistemperatuur. Kui käsitleme omadusi üksikasjalikum alt, siis:

• sulamistemperatuur - 1539 0С;
• keeda - 2862 0C;
• tegevus – keskmine;
• tulekindel – kõrge;
• näitab väljendunud magnetilisi omadusi.

Sõltuv alt tingimustest ja erinevatest temperatuuridest moodustub raud mitu modifikatsiooni. Nende füüsikalised omadused erinevad sellest, et kristallvõre on erinev.

1. Alfavorm ehk ferriit eksisteerib kuni temperatuurini 769 0C.
2. Alates 769 kuni 917 0C – beetavorm.
3. 917-1394 0С – gammavorm ehk austeniit.
4. Üle 1394 0S – sigma raud.

Kõik muudatused on olemaserinevat tüüpi kristallvõrede struktuur ja erinevad ka magnetiliste omaduste poolest.

Keemilised omadused

Nagu eespool mainitud, on lihtsal ainel raud keskmise keemilise aktiivsusega. Kuid peenelt hajutatud olekus võib see õhu käes iseeneslikult süttida, samas kui metall ise põleb puhtas hapnikus läbi.

Korrosioonivõime on kõrge, seetõttu on selle aine sulamid kaetud legeerivate ühenditega. Raud suudab suhelda:

• happed;
• hapnik (sh õhk);
• hall;
• halogeenid;
• kuumutamisel – lämmastiku, fosfori, süsiniku ja räniga;
• vähem aktiivsete metallide sooladega, redutseerides need lihtsateks aineteks;
• reaalajas auruga;
• oksüdatsiooniastmes rauasooladega +3.

On ilmne, et sellise aktiivsusega metall on võimeline moodustama mitmesuguseid ühendeid, millel on mitmekesised ja polaarsed omadused. Ja nii see juhtub. Raud ja selle ühendid on äärmiselt mitmekesised ning neid kasutatakse erinevates teadusharudes, tehnoloogias, tööstuslikus inimtegevuses.

Levike looduses

Looduslikud rauaühendid on üsna tavalised, sest see on alumiiniumi järel meie planeedi sisalduselt teine element. Samal ajal on metall puhtal kujul meteoriitide osana äärmiselt haruldane, mis näitab selle suurt kogunemist ruumis. Peamine mass sisaldub maakide, kivimite ja mineraalide koostises.

Kuiet rääkida kõnealuse elemendi protsendist looduses, siis võib tuua järgmised arvud.

1. Maapealsete planeetide tuumad – 90%.
2. Maapõues - 5%.
3. Maa vahevöös – 12%.
4. Maa tuumas - 86%.
5. Jõevees - 2 mg/l.
6. Meres ja ookeanis - 0,02 mg/l.

Kõige tavalisemad rauaühendid moodustavad järgmisi mineraale:

• magnetiit;
• limoniit või pruun raudkivi;
• vivianite;
• pürrotiit;
• püriit;
• siderite;
• marcasite;
• lellingite;
• Mispicel;
• milanteriit ja teised.

See pole kaugeltki täielik loetelu, sest neid on tõesti palju. Lisaks on lai alt levinud mitmesugused inimese loodud sulamid. Need on ka sellised rauaühendid, ilma milleta on inimeste tänapäevast elu raske ette kujutada. Need hõlmavad kahte peamist tüüpi:

• malm;
• teras.

See on ka raud, mis on väärtuslik lisand paljudele niklisulamitele.

Raua(II)ühendid

Nende hulka kuuluvad need, mille moodustava elemendi oksüdatsiooniaste on +2. Neid on üsna palju, sest nende hulka kuuluvad:

• oksiid;
• hüdroksiid;
• binaarühendid;
• komplekssoolad;
• keerulised ühendid.

Keemiliste ühendite valemid, milles raual on näidatud oksüdatsiooniaste, on iga klassi puhul individuaalsed. Mõelge neist kõige olulisematele ja levinuimatele.

1. Raudoksiid (II). Must pulber, vees lahustumatu. Ühenduse olemus on põhiline. See on võimeline kiiresti oksüdeeruma, kuid seda saab kergesti redutseerida ka lihtsaks aineks. See lahustub hapetes, moodustades vastavad soolad. Valem – FeO.
2. Raud(II)hüdroksiid. See on valge amorfne sade. Moodustub soolade reaktsioonil alustega (leelised). Sellel on nõrgad põhiomadused, on võimeline õhus kiiresti oksüdeeruma rauaühenditeks +3. Valem – Fe(OH)_2.
3. Elemendi soolad määratud oksüdatsiooniastmes. Reeglina on need lahuse kahvaturohelise värvusega, oksüdeeruvad hästi isegi õhu käes, omandades tumepruuni värvuse ja muutudes rauasooladeks 3. Need lahustuvad vees. Liitnäited: FeCL₂, FeSO₄, Fe(NO₃)_2.

Praktiline väärtus määratud ainete hulgas on mitu ühendit. Esiteks raud(II)kloriid. See on aneemiaga inimkeha peamine ioonide tarnija. Kui patsiendil selline vaevus diagnoositakse, määratakse talle komplekspreparaadid, mis põhinevad kõnealusel ühendil. Nii taastub rauapuudus organismis.

Teiseks kasutatakse raudsulfaati ehk raud(II)sulfaati koos vasega põllukultuuride kahjurite hävitamiseks. Meetod on oma tõhusust tõestanud juba üle kümne aasta, seetõttu hindavad seda väga aednikud ja aednikud.

Mora sool

See ühendusmis on hüdraatunud raud ja ammooniumsulfaat. Selle valem on kirjutatud järgmiselt: FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 6H_{2O. Üks raua (II) ühenditest, mida praktikas kasutatakse laialdaselt. Peamised inimkasutuse valdkonnad on järgmised.}

1. Pharmaceuticals.
2. Teadusuuringud ja laboratoorsed titrimeetrilised analüüsid (kroomi, kaaliumpermanganaadi, vanaadiumi määramiseks).
3. Meditsiin – lisandina toidule, kui patsiendi organismis on rauapuudus.
4. Puittoodete immutamiseks, kuna Mora sool kaitseb lagunemisprotsesside eest.

Seda ainet kasutatakse ka muudes valdkondades. See sai oma nime saksa keemiku auks, kes avastas esmakordselt ilmnevad omadused.

Raua (III) oksüdatsiooniastmega ained

Rauaühendite omadused, mille oksüdatsiooniaste on +3, erinevad mõnevõrra eespool käsitletutest. Seega ei ole vastava oksiidi ja hüdroksiidi olemus enam aluseline, vaid selgelt amfoteerne. Kirjeldame peamisi aineid.

1. Raudoksiid (III). Pulber on peenkristalliline, punakaspruuni värvusega. See ei lahustu vees, sellel on kergelt happelised, amfoteersemad omadused. Valem: Fe₂O_3.
2. Raud(III)hüdroksiid. Aine, mis sadestub leeliste reageerimisel vastavate rauasooladega. Selle iseloom on selgelt amfoteerne, värvus on pruunikaspruun. Valem: Fe(OH)_3.
3. Soolad, mis sisaldavad katiooni Fe³⁺. Paljud neist on isoleeritud, välja arvatud karbonaat, kuna toimub hüdrolüüs ja vabaneb süsinikdioksiid. Mõnede soolade valemite näited: Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO4₎3_{, FeCL}3, _FeBr3 _{ja teised.}

Ül altoodud näidete hulgas on praktilisest vaatenurgast selline kristalne hüdraat nagu FeCL₃6H_{2O või raudkloriidheksahüdraat on oluline (III). Seda kasutatakse meditsiinis verejooksu peatamiseks ja raua ioonide taastamiseks kehas aneemia korral.}

Raud(III)sulfaat 9-hüdraati kasutatakse joogivee puhastamiseks, kuna see toimib koagulandina.

Raua(VI)ühendid

Raua keemiliste ühendite valemid, kus raua eriline oksüdatsiooniaste on +6, võib kirjutada järgmiselt:

• K₂FeO_4;
• Na₂FeO_4;
• MgFeO_{4 ja teised.}

Neil kõigil on ühine nimetus – ferraadid – ja sarnased omadused (tugevad redutseerivad ained). Samuti on nad võimelised desinfitseerima ja neil on bakteritsiidne toime. See võimaldab neid kasutada joogivee töötlemiseks tööstuslikus mastaabis.

Keerulised ühendid

Eriained on analüütilises keemias väga olulised ja mitte ainult. Need, mis moodustuvad soolade vesilahustes. Need on raua kompleksühendid. Kõige populaarsemad ja põhjalikum alt uuritud on järgmised.

1. Kaaliumheksatsüanoferraat (II)K₄[Fe(CN)₆]. Ühendi teine nimi on kollane veresool. Seda kasutatakse Fe³⁺ raua ioonide kvalitatiivseks määramiseks lahuses. Särituse tulemusel omandab lahus kauni erksinise värvi, kuna moodustub veel üks kompleks - Preisi sinine KFe³⁺[Fe²⁺ (CN) _{6]. Iidsetest aegadest saadik on seda kasutatud kangavärvina.}
2. Kaaliumheksatsüanoferraat (III) K₃[Fe(CN)₆]. Teine nimi on punane veresool. Kasutatakse kvalitatiivse reagendina raua ioonide Fe^{2+ määramisel. Selle tulemusena moodustub sinine sade, mida nimetatakse Turnbulli siniseks. Kasutatakse ka kangavärvina.}

Raud orgaanilises aines

Raual ja selle ühenditel, nagu nägime, on inimese majanduselus suur praktiline tähtsus. Kuid lisaks sellele ei ole selle bioloogiline roll organismis vähem suur, vastupidi.

Seal on üks väga oluline orgaaniline ühend, valk, mis sisaldab seda elementi. See on hemoglobiin. Tänu temale transporditakse hapnikku ning viiakse läbi ühtlane ja õigeaegne gaasivahetus. Seetõttu on raua roll elutähtsas protsessis – hingamises – lihts alt tohutu.

Kokku sisaldab inimkeha umbes 4 grammi rauda, mida tuleb tarbitava toiduga pidev alt täiendada.