تبقى المادة الوحيدة سائلة عند درجات حرارة تصل إلى 0 كلفن ، وتتبلور فقط تحت ضغط 25 ضغط جوي. لديه أدنى نقطة غليان. عند درجات حرارة أقل من 2.2 كلفن ، يوجد الهيليوم السائل كمزيج من سائلين ، أحدهما له خصائص شاذة - على وجه الخصوص ، السيولة الفائقة (اللزوجة أقل 10 مليار مرة من الماء).
الهيليوم هو ثاني أكثر العناصر وفرة (بعد الهيدروجين) في الكون. حوالي 10٪ منها هي الشمس (تم اكتشافها عام 1868). على الأرض ، تم العثور على الهيليوم في عام 1895 في غازات التفاعل عندما تم إذابة معدن kleveite في الأحماض. تم عزل الغازات النبيلة المتبقية من الهواء.
النيون هو غاز خفيف: فهو أخف بـ 1.44 مرة من الهواء ، وأخف منه مرتين تقريبًا من الأرجون ، ولكنه أثقل بخمس مرات من الهيليوم. وفقًا لمركب الخصائص ، فهو أقرب إلى الهيليوم منه إلى الأرجون. طيف النيون غني: يتميز فيه بأكثر من 900 خط. تشكل الخطوط الأكثر سطوعًا شعاعًا في الأجزاء الحمراء والبرتقالية والصفراء من الطيف بأطوال موجية من 6599 إلى 5400. هذه الأشعة أقل امتصاصًا وتناثرًا في الهواء والجزيئات المعلقة فيها مقارنة بأشعة الموجات القصيرة - الأزرق والأزرق والبنفسجي.
في عام 1898 ، في العالم القديم ، عند استخدام مطياف لدراسة الأجزاء الأولى من الغاز المتبخر من الهواء السائل ، اكتشف الكيميائي الاسكتلندي ويليام رامزي (رامزي) مع موريس ويليام ترافر غازًا جديدًا ، نيون (ني 6). ) ، وهو غاز خامل موجود في الهواء بكميات مجهرية.
الأرجون هو غاز أحادي الذرة بنقطة غليان (عند الضغط العادي) تبلغ -185.9 درجة مئوية (أقل قليلاً من تلك الخاصة بالأكسجين ، ولكنها أعلى قليلاً من تلك الخاصة بالنيتروجين) ، ونقطة انصهار تبلغ -189.3 درجة مئوية في 100 مل من الماء عند 20 درجة مئوية 3.3 مل من الأرجون يذوب ؛ في بعض المذيبات العضوية ، يذوب الأرجون أفضل بكثير من الماء.
اكتشفها ج. رايلي والفيزيائي الإنجليزي دبليو رامزي عام 1894 من الجو. تميز الغاز بتركيب أحادي الذرة للجزيئات وخمول كيميائي شبه كامل (الأرجون لا يدخل في أي تفاعلات كيميائية). غاز جديد وحصل على اسمه (اليونانية argos inactive).
الكريبتون هو غاز أحادي خامل بدون لون أو طعم أو رائحة. 3 مرات أثقل من الهواء. يساوي 3.74 جم / لتر. تم افتتاحه عام 1898 من قبل دبليو رامزي (إنجلترا). التطبيق: لملء المصابيح المتوهجة. مركبات الكريبتون هي عوامل مؤكسدة وعوامل مفلورة في تفاعلات التخليق الكيميائي.
زينون هو غاز أحادي خامل بدون لون أو طعم أو رائحة. Tm 112 ° C ، Tk t 108 ° C ، يتوهج في التفريغ باللون الأرجواني. في عام 1889 ، عزل العالم الإنجليزي وو رامزي خليطًا من الهواء السائل ، حيث تم اكتشاف غازين بالطريقة الطيفية: الكريبتون ("مخفي" ، "سري") وزينون ("أجنبي" ، "غير عادي").
الرادون هو غاز أحادي الذرات مشع ، عديم اللون والرائحة. الذوبان في الماء 460 مل / لتر ؛ في المذيبات العضوية ، في الأنسجة الدهنية للإنسان ، تكون قابلية ذوبان الرادون أعلى بعشر مرات من ذوبانها في الماء. يتسبب نشاط الرادون الإشعاعي في تألقه. يتألق الرادون الغازي والسائل بضوء أزرق ، ويكون لون التوهج في تصريف غاز الرادون أزرق.
بلورات عديمة اللون ، قابلة للذوبان في الماء. الجزيء خطي. المحلول في الماء هو عامل مؤكسد قوي للغاية ، خاصة في البيئة الحمضية ، حيث يؤكسد البروم والمنغنيز إلى أعلى حالات أكسدة تبلغ +7. في بيئة قلوية ، يتحلل بالماء وفقًا للمعادلة: XeF 2 + 4KOH \ u003d 2Xe + 4KF + O 2 + 2H 2 O
عند التفاعل مع الماء ، لا يتناسب XeF 4: 6XeF H 2 O \ u003d 2XeO HF + 4Xe + 3O 2
يتكون أثناء التحلل المائي لـ XeF 4. هذه مادة بيضاء ، غير متطايرة ، شديدة الانفجار ، عالية الذوبان في الماء ، وللمحلول تفاعل قلوي قليلاً. تحت تأثير الأوزون على مثل هذا المحلول ، يتم تكوين ملح حمض الزينونيك ، حيث يكون للزينون حالة أكسدة +8: XeO 3 + O 3 + 4NaOH \ u003d Na 4 XeO 6 + O H 2 O
يمكن الحصول عليها عن طريق تفاعل بيركسينات الباريوم مع حمض الكبريتيك اللامائي عند درجات حرارة منخفضة: Ba 2 XeO 6 + 2H 2 SO 4 \ u003d 2 BaSO 4 + XeO H 2 O XeO 4 هو غاز عديم اللون شديد الانفجار ويتحلل في درجات حرارة أعلى 0 درجة مئوية: 3XeО 4 = 2XeО 3 + Xe + 3О 2
تتكون المجموعة الفرعية من 9 عناصر وهي فريدة من نوعها في هذا المعنى في الجدول الدوري. خاصية فريدة أخرى لهذه المجموعة هي أن عناصر هذه المجموعة الفرعية لا تصل إلى أعلى حالة أكسدة (باستثناء Ru و Os). من المقبول عمومًا تقسيم 9 عناصر إلى 4 عائلات: ثالوث الحديد والثنائيات Ru-Os و Rh-Ir و Pd-Pt. يتم تبرير هذا التقسيم من خلال التماثل الحركي للمستوى الفرعي ثلاثي الأبعاد للعناصر Fe و Co و Ni ، بالإضافة إلى انكماش اللانثانيد في Os و Ir و Pt.
كيمياء عناصر الثالوث الحديدي. المواد البسيطة
الحديد هو رابع أكثر وفرة على وجه الأرض ، ولكن معظمه في حالة غير مناسبة للاستخدام الصناعي (سيليكات الألمنيوم). فقط الخامات القائمة على أكاسيد الحديد FeO و Fe 2 O 3 لها أهمية صناعية. الكوبالت والنيكل عنصران نادران ، بالرغم من أنهما يشكلان معادن خاصة بهما ، إلا أنهما يُستخرجان صناعياً من الخامات المتعددة الفلزات.
يتم تقليل الحصول على العناصر لاستعادتها من الأكاسيد. تُستخدم مشتقات الكربون (فحم الكوك ، أول أكسيد الكربون) كعامل اختزال ، لذلك يحتوي المعدن الناتج على ما يصل إلى عدة في المائة من الكربون. الحديد الذي يحتوي على أكثر من 2٪ كربون يسمى الحديد الزهر. هذه المادة مناسبة تمامًا لصب المنتجات الضخمة ، لكن قوتها الميكانيكية منخفضة. عن طريق حرق الكربون في أفران أو محولات مفتوحة ، يتم الحصول على الفولاذ ، والذي يمكن من خلاله الحصول على منتجات قوية ميكانيكيًا. إن اعتماد خصائص المواد على طريقة إنتاجها ومعالجتها واضح بشكل خاص بالنسبة للحديد: إن الجمع بين التبريد والتلطيف يجعل من الممكن الحصول على مواد ذات خصائص مختلفة.
يعتبر الحصول على Co و Ni عملية معقدة. في المرحلة النهائية ، يتم تقليل أكاسيد المعادن (CoO ، Co 2 O 3 ، NiO) بالفحم ، ويتم تنقية المعدن الناتج عن طريق التحليل الكهربائي.
تعتمد خصائص المواد البسيطة بشدة على وجود شوائب من العناصر الأخرى فيها. تكون المعادن المدمجة النقية مستقرة في الهواء عند درجات الحرارة العادية بسبب تكوين طبقة أكسيد قوية ، وخاصة النيكل. ومع ذلك ، في حالة التشتت الشديد ، تكون هذه المعادن تلقائية الاشتعال ؛ إشعال ذاتي.
عند تسخينه ، يتفاعل Fe ، Co ، Ni مع غير المعادن الأساسية ، ويكون تفاعل الحديد مع الكلور شديدًا بشكل خاص بسبب تقلب FeCl 3 الناتج ، والذي لا يحمي سطح المعدن من الأكسدة. على العكس من ذلك ، لا يحدث تفاعل النيكل مع الفلور عمليًا بسبب تكوين فيلم فلوريد قوي ؛ لذلك ، يتم استخدام معدات النيكل عند العمل مع الفلور.
لا تشكل Fe ، Co ، Ni مركبات معينة مع الهيدروجين ، لكنها قادرة على امتصاصه بكميات ملحوظة ، خاصة في حالة التشتت الشديد. لذلك ، تعد معادن عائلة الحديد محفزات جيدة لعمليات الهدرجة.
تتفاعل المعادن جيدًا مع الأحماض غير المؤكسدة:
E + 2HCl ECl 2 + H 2
تخمل الأحماض المؤكسدة المعادن ، ولكن مع القلويات ، لا يستمر التفاعل بسبب الطبيعة الأساسية لأكاسيد المعادن.
ه (0) مركبات
حالة الأكسدة هذه هي سمة من سمات الكربونيل. يشكل الحديد كاربونيل من التركيبة Fe (CO) 5 ، ويشكل الكوبالت Co 2 (CO) 8 ، وأشكال النيكل Ni (CO) 4. من السهل بشكل خاص تشكيل كربونيل النيكل (50 درجة مئوية ، الضغط الجوي) ، لذلك يتم استخدامه للحصول على نيكل نقي.
مركبات (+2)
يزيد ثبات المركبات في حالة الأكسدة هذه من الحديد إلى النيكل. هذا يرجع إلى حقيقة أن الزيادة في شحنة النواة بنفس حجم الذرة يقوي الرابطة بين النواة والإلكترونات d ، وبالتالي يصعب فصل الأخير.
يتم الحصول على مركبات E (+2) عن طريق إذابة المعادن في الأحماض. تترسب هيدروكسيدات E (OH) 2 عند إضافة محلول قلوي إلى المحاليل المائية للأملاح:
ECl 2 + 2NaOH \ u003d E (OH) 2 + 2NaCl
من هذا يمكننا أن نستنتج أن أملاح المعادن قيد الدراسة عرضة للتحلل المائي بواسطة الكاتيون. نتيجة للتحلل المائي ، يتم الحصول على العديد من المنتجات ، بما في ذلك المجمعات متعددة النوى ، مثل NiOH + ،.
عن طريق تكليس E (OH) 2 دون الوصول إلى الهواء ، يمكن الحصول على أكاسيد. الأكاسيد والهيدروكسيدات أساسية في الغالب ؛ يتم الحصول على الأسماك الحديدية (+2) والكوبالتات (+2) والنيكلات (+2) فقط في ظل ظروف قاسية ، على سبيل المثال ، عن طريق الاندماج:
Na 2 O + NiO = Na 2 NiO 2
يمكن ترسيب كبريتيدات E (+2) من المحاليل المائية مع Na 2 S أو حتى H 2 S (على عكس MnS ، الذي لا يترسب مع H 2 S) ، ولكن هذه الكبريتيدات تذوب في الأحماض القوية ، والتي تستخدم في التحليل الكيميائي:
E 2+ + S 2– E 2 S، E 2 S + 2H + (على سبيل المثال) E 2+ + H 2 S
من بين مركبات E (+2) ، فقط Fe (+2) تظهر خصائص اختزال ملحوظة. لذلك ، تتأكسد جميع مركبات الحديد (+2) البسيطة (غير المعقدة) بواسطة الأكسجين الجوي وعوامل الأكسدة القوية الأخرى:
4Fe (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 4Fe (OH) 3
10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O
تتأكسد مركبات الكوبالت (+2) والنيكل (+2) فقط بواسطة عوامل مؤكسدة قوية ، مثل NaOCl:
ه (أوه) 2 + كلوريد الصوديوم + x H 2 O E 2 O 3 x H 2 O + NaCl
(+3) مركبات
يتم إنتاج المركبات المستقرة في حالة الأكسدة هذه عن طريق الحديد ، وإلى حد ما ، الكوبالت. من مشتقات Ni (+3) ، تكون المركبات المعقدة فقط مستقرة.
يتم الحصول على هيدروكسيدات E (OH) 3 عن طريق عمل القلويات على المحاليل الملحية أو بأكسدة E (OH) 2:
FeCl 3 + 3NaOH = Fe (OH) 3 ↓ + 3NaCl
2Co (OH) 2 + H 2 O 2 = 2Co (OH) 3
ينتج عن هذا منتجات تحتوي على كمية متغيرة من الماء (ليس لها تركيبة ثابتة). الأكاسيد هي المنتجات النهائية لتجفيف الهيدروكسيدات ، ومع ذلك ، لا يمكن الحصول على Co 2 O 3 و Ni 2 O 3 النقي بسبب تحللها إلى أكسجين وأكسيد أقل. بالنسبة للحديد والكوبالت ، من الممكن الحصول على أكاسيد من التركيبة E 3 O 4 ، والتي يمكن اعتبارها أكاسيد مختلطة EOE 2 O 3. من ناحية أخرى ، فإن E 3 O 4 عبارة عن أملاح مقابلة للوظيفة الحمضية لهيدروكسيدات E (OH) 3.
Fe 2 O 3 + Na 2 O 2NaFeO 2
يتم التعبير عن الوظائف الرئيسية لـ Fe (OH) 3 بشكل أفضل:
Fe (OH) 3 + 3HCl FeCl 3 + 3H 2 O
نظرًا لحقيقة أن Fe (OH) 3 هو إلكتروليت ضعيف ، فإن أملاح Fe (+3) تخضع للتحلل المائي. تقوم منتجات التحلل المائي بتلوين المحلول باللون البني المميز ، وعندما يغلي المحلول ، يترسب Fe (OH) 3:
Fe 3+ + 3H 2 O Fe (OH) 3 + 3H +
لا يمكن الحصول على أملاح بسيطة Co (+3) و Ni (+3) ، والتي تتوافق مع الوظيفة الرئيسية لهيدروكسيد E (OH) 3: في بيئة حمضية ، تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال مع تكوين E (+2 ):
2Co 3 O 4 + 12HCl 6CoCl 2 + O 2 + 6H 2 O
المركبان Co (+3) و Ni (+3) يمكن أن يكونا فقط عوامل مؤكسدة ، وقوية إلى حد ما ، بينما الحديد (+3) ليس من بين العوامل المؤكسدة القوية. ومع ذلك ، ليس من الممكن دائمًا الحصول على أملاح E (+3) بأنيون مختزل (I -، S 2–). على سبيل المثال:
2Fe (OH) 3 + 6HI 2FeI 2 + 6H 2 O + I 2
على عكس الكوبالت والنيكل ، يعطي الحديد مشتقات Fe (+6) ، والتي يتم الحصول عليها عن طريق الأكسدة الصلبة لـ Fe (OH) 3 في وسط قلوي:
2Fe (OH) 3 + 3Br 2 + 10KOH 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O
الفريتس (+6) مؤكسدات أقوى من البرمنجنات.
تم اعتبار عناصر المجموعات الثامنة (الحديد ، الروثينيوم ، الأوزميوم ، الجاسيوم) ، التاسع (الكوبالت ، الروديوم ، الإيريديوم ، الميتريوم) والعاشر (النيكل ، البلاديوم ، البلاتين ، دارمشتاتيوم) معًا فيما يتعلق بتوحيدهم في ثُمن واحد مجموعة من الإصدار قصير المدة من الجدول الدوري. عناصر الفترتين الخامسة والسادسة المتضمنة في تركيبته (الروثينيوم والأوزميوم والروديوم والإيريديوم والبلاديوم والبلاتين) نبيلة ، وغالبًا ما توجد معًا في شكل سبائك يسود فيها البلاتين ، لذلك عادةً ما يتم دمجها في عائلة من معادن البلاتين (بلاتينويد). وبالمثل ، يُعامل الحديد والكوبالت والنيكل أحيانًا على أنه ثالوث منفصل (ثالوث حديدي). مع بعض التشابه غير المشروط لمعادن البلاتين ، تختلف كيمياء العناصر المدرجة في مجموعات مختلفة ، على سبيل المثال ، الأوزميوم والروديوم والبلاديوم ، بشكل كبير ، ولكن في نفس الوقت ، هناك تشابه ملحوظ بين المركبات المتشابهة من العناصر داخل المجموعة ، من أجل على سبيل المثال ، الكوبالت (III) ammoniates ، الروديوم (III) والإيريديوم (III). لذلك ، يتم وصف الخصائص الكيميائية للمركبات المحتوية على الأكسجين والمركبات المعقدة في الكتاب المدرسي حسب المجموعات. عناصر الفترة السابعة من الجاسيوم والميتنريوم والدارمشتاتيوم مشعة ولها عمر نصف قصير ويتم الحصول عليها فقط بكمية عدة عشرات من الذرات.
الحديد هو أحد المعادن السبعة في العصور القديمة ، أي معروفة للبشرية من الفترات المبكرة من تاريخ المجتمع. على الرغم من أن المصريين والفينيقيين كانوا يعرفون بالفعل قدرة مركبات الكوبالت على إعطاء الزجاج لونًا أزرقًا ساطعًا ، فإن العنصر نفسه على شكل مادة بسيطة لم يتم الحصول عليه إلا في عام 1735 من قبل الكيميائي الألماني جي.براندت ، وبعد ذلك ببضع سنوات تم الحصول على العنصر السويدي. علم المعادن AF عزل Cronstedt النيكل من خام النحاس. يعتبر البلاتين تقليديًا معدن هنود الإكوادور ، حيث كان يستخدمه في صناعة المجوهرات والأقنعة قبل وصول الفاتحين. تلقى المعدن غير القابل للنص ، الذي يشبه الفضة ظاهريًا ، من الإسبان اسم بلاتينا ، وهو اختصار لكلمة "الفضة". لفترة طويلة ، لم يجد المعدن أي فائدة بسبب صلابته العالية وحرانته. لأول مرة ، تمكن الكيميائي الإنجليزي دبليو ولاستون من الحصول على بلاتين مرن في عام 1805 ، مما أدى إلى تحسين عملية التطريق على الساخن. يعود الفضل إليه في اكتشاف البلاديوم (الذي سمي على اسم الكويكب بالاس ، الذي اكتشف عام 1802) والروديوم ، الذي سمي على اسم الأملاح باللون الوردي والأحمر. سرعان ما تم عزل الإيريديوم (من اللاتينية القزحية - قوس قزح ، وفقًا للمركبات التي لها ألوان زاهية بألوان مختلفة) والأوزميوم (من الرائحة اليونانية οσμη ، وفقًا للرائحة الكريهة الحادة لرباعي أكسيد المتطاير) من المسحوق المتبقي بعد المعالجة البلاتين الخام مع أكوا ريجيا. في عام 1844 ، عزل كلاوس ، أستاذ الكيمياء في جامعة كازان ، مادة الروثينيوم ، التي أطلق عليها اسم روسيا ، من خام الأورال الذي أرسله إليه لتحليله.
المعادن البلاتينية فائقة الثقل هي الغاز المشع والميتنيريوم والدارمشتاتيوم. تم الحصول على هذه العناصر في الثمانينيات والتسعينيات. في المسرع النووي فائق القوة في دارمشتات (ألمانيا) بشأن التفاعلات
208 Pb + 58 Fe 265 Hs + 1 n τ 1/2 (265 Hs) = 2 × 10 –3 s
209 Bi + 58 Fe 266 Mt + 1 n τ 1/2 (266 Mt) = 3.4 × 10 -3 s
208 Pb + 62 Ni 269 Ds + 1 n τ 1/2 (269 Ds) = 2.7 × 10 -4 ثانية
سمي غازيوم على اسم أرض هيسن ، حيث تقع مدينة دارمشتات ، ميتنريوم - تكريما للعالم الأسترالي ليز مايتنر ، الذي درس تفاعلات انشطار نوى اليورانيوم ، ودارمشاديوم تكريما لدارمشتات. تمت الموافقة على اسم العنصر الأخير من قبل لجنة IUPAC في عام 2003.
عناصر المجموعة الثامنة لها تكوين إلكتروني مشترك في الحالة الأرضية (ن - 1) د 6 نانو ثانية 2ينكسر في الروثينيوم بسبب "زلة الإلكترون". تحدث ظواهر مماثلة في ذرة الروديوم ، وهي جزء من المجموعة التاسعة ، بتكوين إلكتروني مشترك (ن - 1) د 7 نانو ثانية 2.ومن بين عناصر المجموعة العاشرة التكوين (ن - 1) د 8 نانو ثانية 2يتم ملاحظته فقط في ذرة النيكل: في البلاتين في الحالة الأرضية ، يحدث "اختراق" إلكترون واحد ، وفي البلاديوم - اثنان ، مما يؤدي إلى اكتمال الهيكل d (الجدول 6.1).
الجدول 6.1.
بعض خصائص عناصر المجموعة الثامنة - العاشرة.
| مجموعة | ثامن | تاسع | العاشر | ||||||||
| الشحنة الأساسية | 26 ه | 44 رو | 76 Os | 27 كو | 45 ريس | 77 Ir | 28 ني | 46 قرش | 78 نقطة | ||
| عدد النظائر الطبيعية | |||||||||||
| التكوين الإلكترونية | 3د 6 4س 2 | [كرونة] 4د 7 5s 1 | [Xe]4f 14 5د 6 6س 2 | 3د 7 4س 2 | [كرونة]4د 8 5s 1 | [Xe]4f 14 5د 7 6س 2 | 3د 8 4س 2 | [كرونة]4د 10 | [Xe]4f 14 5د 9 6س 1 | ||
| نصف قطر المعدن ، نانومتر | 0.126 | 0.134 | 0.135 | 0.125 | 0.134 | 0.136 | 0.124 | 0.137 | 0.139 | ||
| طاقة التأين ، كيلوجول / مول ، | أنا 1 أنا 2 أنا 3 أنا 4 أنا 5 | (4500) (6100) | (1600) (2400) (3900) (5200) | (4400) (6500) | (1680) (2600) (3800) (5500) | (4700) (6300) | (2800) (3900) (5300) | ||||
| نصف القطر الأيوني ، نانومتر (ن = 6) | E 2 + E 3 + E 4 + E 5 + E 6 + E 7+ | 0.061* 0.065* 0.059 | - 0.068 0.062 0.057 | - - 0.063 0.058 0.055 0.053 | 0.065* 0.054* 0.053 | - 0.067 0.060 0.055 | - 0.068 0.063 0.057 | 0.069 0.056* 0.048 | 0.086 0.076 0.062 | 0.080 ‘ 0.063 0.057 | |
| الكهربية وفقا لبولينج | 1.83 | 2.2 | 2.2 | 1.88 | 2.28 | 2.20 | 1.91 | 2.20 | 2.28 | ||
| الكهربية حسب Allred-Rochow | 1.64 | 1.42 | 1.52 | 1.70 | 1.45 | 1.55 | 1.75 | 1.35 | 1.44 | ||
| الأكسدة | (–2), (–1), 0, +2, +3, (+4), (+5), +6 | (–2), 0, (+2), (+3), +4, (+5), +6, +7, +8 | (–2), 0, (+2), +3, +4, (+5), +6, +7, +8 | (–1), 0, (+1) (+2), (+3), +4, (+5), (+6), (+7), +8 | (–1), 0, +1, +2, +3, (+4), (+5), (+6) | (–1), 0, +1, (+2), +3, +4, (+5), (+6) | (–1), 0, (+1), +2, (+3), (+4) | 0, (+1), +2, (+3), (+4) | 0, (+1), +2, (+3), +4, (+5), (+6) | ||
* في حالة الدوران المنخفض
أنماط التغييرات في خصائص عناصر المجموعات 8-10 عند التحرك على طول فترة وعبر مجموعة تخضع للقوانين العامة التي نوقشت في الفصل 1. تنخفض طاقات التأين الأولى في المجموعتين الثامنة والتاسعة عند الانتقال من معدن ثلاثي الأبعاد إلى 4d (الجدول 6.1) ، والذي يرجع إلى زيادة نصف القطر الذري وإزالة إلكترونات التكافؤ من النواة. يتم تفسير الزيادة الإضافية في E 1 عند الانتقال إلى المعادن d في الفترة السادسة من خلال تأثيرات الفرز المرتبطة بملء المستوى الفرعي 4f. لا ينطبق النمط العام على عناصر المجموعة العاشرة نظرًا للاستقرار الكبير لمدارات d لذرة النيكل ، بسبب "اختراق" مزدوج للإلكترونات.
معادن الثالوث الحديدي ، مثل العناصر الأخرى في السلسلة ثلاثية الأبعاد ، التي لها نصف قطر ذري صغير ومدارات d صغيرة نسبيًا بدرجة تداخل غير ملحوظة ، لها نشاط كيميائي أعلى بكثير مقارنة بالمعادن البلاتينية. على عكسهم ، يقوم الحديد والكوبالت والنيكل بإزاحة الهيدروجين من المحاليل الحمضية وتتأكسد في الهواء. وهي لا تتميز بالمركبات العنقودية ، والتي إذا تشكلت ، فغالبًا ما تتحول إلى عدم استقرار في الهواء وفي محلول مائي. بشكل عام ، يمكن اعتبار معادن البلاتين أقل المعادن نشاطًا كيميائيًا ، نظرًا لانخفاض نصف القطر الذري نسبيًا (مقارنة بالعناصر d في بداية الصفوف الانتقالية) والدرجة العالية من تداخل المدارات d. من بين هؤلاء ، الأوزميوم فقط هو القادر على التفاعل مباشرة مع الأكسجين ، والبلاديوم فقط يتفاعل مع حمض النيتريك المركز. بشكل عام ، تتميز معادن البلاتين بمركبات معقدة ، بما في ذلك المجمعات ذات الروابط المستقبلة π (أول أكسيد الكربون ، والألكينات ، والكادين) ، والهيدرات ، والتي غالبًا ما تكون مستقرة حتى في المحلول المائي ، والتكتلات. مثل المعادن الانتقالية الثقيلة الأخرى ، تظهر البلاتينويات حالات أكسدة عالية تصل إلى +8 (OsO 4). يزيد استقرار حالات الأكسدة المرتفعة أسفل المجموعات (حاشية سفلية: لمراجعة كيمياء معادن البلاتين في حالات الأكسدة من +4 إلى +8 ، انظر DJ Gulliver، W. Levason، Coord. Chem. Rev.، 1982، 46 ، 1).
عند التحرك على طول الفترة ، مع زيادة عدد إلكترونات التكافؤ وإقرانها ، يستقر المستوى الفرعي d ، ويقل استقرار حالات الأكسدة الأعلى. لذلك ، يمكن أن يتأكسد الحديد في محلول مائي لفرش الحديد FeO 4 2– ، الذي يحتوي على ذرة معدنية في حالة الأكسدة +6 ، والكوبالت والنيكل في ظل هذه الظروف يكتسبان حالة الأكسدة +3. أعلى حالات الأكسدة هي الأكثر ثباتًا لعناصر المجموعة الثامنة - الحديد (+6) والروثينيوم (+8) والأوزميوم (+8) (حاشية سفلية: توجد معلومات حول الحصول على مركبات الحديد في حالة الأكسدة +8: انظر Kiselev Yu. M.، Kopelev N. S.، Spitsyn V. I.، Martynenko L. I. Doklady AN SSSR، 1987، v.292، no.3، p.628). تُظهر هذه المعادن أقل حالات الأكسدة مع المركبات ذات الروابط المستقبلة لـ π ، على سبيل المثال ، في الكاربونيل: K2 ، K. تنخفض قيمة حالة الأكسدة الأكثر استقرارًا بشكل رتيب عند التحرك على طول الفترة: بالنسبة للحديد ، حالة الأكسدة الأكثر تميزًا هو +3 ، يوجد الكوبالت في المحاليل المائية في الغالب في حالة الأكسدة +2 ، وفي +3 معقدات ، يوجد النيكل حصريًا في حالة الأكسدة +2. يتوافق هذا مع الزيادة في طاقات التأين الثالثة في سلسلة Fe-Co-Ni (الجدول 6.1). Ni 2+ أيونات مقاومة لأكسدة الأكسجين في الهواء عند أي درجة حموضة ، وأملاح الكوبالت (II) مستقرة في الوسط الحمضي والمحايد ، وتتأكسد في وجود أيونات OH ، ويتحول الحديد (II) إلى حديد (III) تحت عمل الأكسجين (E 0 (O 2 / H 2 O) = 1.229 B ، pH = 0 ، و 0.401 B ، pH = 14) عند أي رقم هيدروجيني. يتناقص النشاط المختزل لمعادن الثالوث أيضًا عند التحرك على طول السلسلة ثلاثية الأبعاد (الجدول 6.2.).
الجدول 6.2. جهد القطب القياسي M (III) / M (II) و M (III) / M (0) لعناصر ثلاثية الحديد
يمكن تمثيل التغيير في حالات الأكسدة المستقرة في المحاليل المائية على شكل رسم بياني:
أمثلة لمركبات عناصر من 8-10 مجموعات بدرجات مختلفة من الأكسدة معطاة في الجدول. 6.3 الأيونات ذات التكوينات الإلكترونية d 3 (Ru +5) ، d 5 (Fe +3،) و d 6 (Fe +2 ، Co +3 ، Rh +3 ، Ir +3) تتميز بمجمعات ثماني السطوح ، للتكوينات d 4 (Ru +4، Os +4) و d 7 (Co +2) عبارة عن ثماني السطوح مشوهة رباعي السطوح ، ناشئة عن تأثير Jahn-Teller ، لـ d 8 - ثماني السطوح (Ni +2 مع روابط مجال ضعيفة ومتوسطة) - أو مربع مستو (Pd +2 ، Pt +2 ، وأيضًا Ni +2 مع روابط مجال قوية). تنشأ الجزيئات والأيونات ذات الهندسة رباعية السطوح عندما تتفاعل أيونات المعادن مع الترابطات السائبة (PR3، Cl–، Br–، I–) أو عندما يمتلئ المستوى الفرعي d بالكامل (d10، Pd0، Rh – 1، Ru – 2).
يؤدي الانخفاض المتتالي في نصف القطر الذري والأيوني أثناء تحرك المرء على طول الفترة إلى انخفاض تدريجي في الحد الأقصى لأرقام التنسيق من 10 للحديد (في ferrocene) إلى 8 للكوبالت (في 2–) و 7 للنيكل (في المجمعات ذات الحلقات الكبيرة) يجند). نادرًا ما تزيد نظائر الحديد الثقيلة - الروثينيوم والأوزميوم من رقم التنسيق أكثر من ستة. بالنسبة إلى البلاتين (II) والبلاديوم (II) ، اللذان لهما التكوين الإلكتروني d 8 ، فإن المجمعات المستوية المربعة برقم تنسيق 4 هي الأكثر تميزًا.
نتيجة أخرى لانخفاض نصف القطر الأيوني هو انخفاض معين في قيم منتج قابلية الذوبان للهيدروكسيدات M (OH) 2 ، وبالتالي ، ثوابت قاعدتها عند التحرك على طول السلسلة ثلاثية الأبعاد:
Mn (OH) 2 Fe (OH) 2 Co (OH) 2 Ni (OH) 2
العلاقات العامة ، 20 درجة مئوية 1.9 × 10 –13 7.1 × 10 –16 2.0 × 10 –16 6.3 × 10 –18
تزداد أيضًا درجة التحلل المائي للأملاح مع الأنيونات التي تحمل الاسم نفسه في نفس الاتجاه. يؤدي هذا إلى حقيقة أنه عندما تتعرض أملاح المنغنيز (II) والحديد (II) لمحلول متوسط كربونات الصوديوم ، فإن متوسط رواسب الكربونات ، وتعطي أيونات الكوبالت والنيكل الأملاح الأساسية في ظل هذه الظروف. زيادة ليونة بيرسون للكاتيونات المعدنية ثلاثية الأبعاد أثناء تحركها على طول الفترة حيث يتم ملء المستوى الفرعي d وانخفاض نصف القطر الأيوني يؤدي إلى تقوية رابطة M-S مقارنةً بـ M-O. يوضح هذا بوضوح التغيير الرتيب في نواتج الذوبان للكبريتيدات:
MnS FeS CoS NiS CuS
العلاقات العامة ، 20 درجة مئوية 2.5 × 10 –13 5.0 × 10 –1 8 2.0 × 10 - 25 2.0 × 10 - 26 6.3 × 10 - 36
وهكذا ، يتواجد المنغنيز والحديد في الطبيعة بشكل رئيسي في شكل مركبات أكسجين ، يليها الحديد والكوبالت والنيكل والنحاس في خامات عديد الكبريتيد.
الجدول 6.3. حالات الأكسدة والتكوينات الإلكترونية وأرقام التنسيق (CN) وهندسة الجزيئات والأيونات
| التكوين الإلكترونية | ك. | الهندسة | المجموعة الثامنة | المجموعة التاسعة | المجموعة العاشرة | ||||
| حالة الأكسدة | أمثلة | حالة الأكسدة | أمثلة | حالة الأكسدة | أمثلة | ||||
| د 10 | رباعي الوجوه | –2 | 2– ، M = Fe ، Ru ، Os | –1 | - ، M = Co ، Rh | Ni (CO) 4 ، M (PF 3) 4 ، M = Pd ، Pt | |||
| د 9 | مثلث ثنائي الهرمون | –1 | 2– | – | +1 | – | |||
| – | Co 2 (CO) 8 ، M 4 (CO) 12 ، M = Rh ، Ir | – | |||||||
| المجسم الثماني | |||||||||
| د 8 | المجسم الثماني | – | +1 | – | +2 | 2+ , 3+ | |||
| مثلث ثنائي الهرمون | , | 3– | |||||||
| – | – | 2– | |||||||
| رباعي الوجوه | |||||||||
| – | RhCl (PPh 3) 2 | 2–. 2–، M = Pd، Pt | |||||||
| ميدان | |||||||||
| د 7 | المجسم الثماني | +1 | + | +2 | 2+ ، Rh 2 (CH 3 COO) 4 (H 2 O) 2 | +3 | 3– ، M = ني ، Pd | ||
| رباعي الوجوه | – | 2– | – | ||||||
| د 6 | رباعي الوجوه | +2 | 2– | +3 | 5– | +4 | 2– ، 2– ، M = Pd ، Pt | ||
| المجسم الثماني | 2+ , 4– | 3+ | – | ||||||
| د 5 | رباعي الوجوه | +3 | – | +4 | – | +5 | – | ||
| المجسم الثماني | 3+ , 3– | 2– ، 2– ، M = Co ، Rh | – | ||||||
| د 4 | رباعي الوجوه | +4 | +5 | – | +6 | PTF 6 | |||
| المجسم الثماني | 2– ، م = رو ، نظام التشغيل | -، M = Rh، Ir | – | ||||||
| د 3 | رباعي الوجوه | +5 | 3–، -، M = Ru، Os | +6 | MF 6 ، M = Rh ، Ir | ||||
| د 2 | رباعي الوجوه | +6 | 2– , 2– , | – | |||||
| د 1 | رباعي الوجوه | +7 | - ، م = رو ، نظام التشغيل | – | |||||
| المجسم الثماني | OsOF 5 | – | |||||||
| bipyramid خماسي | OSF 7 | – | |||||||
| د 0 | رباعي الوجوه | +8 | MO 4 ، M = Ru ، Os | – |
إضافة. الكيمياء الحيوية للحديد.
على الرغم من أن جسم الشخص البالغ يحتوي على حوالي 4 جم فقط من الحديد ، إلا أنه يلعب دورًا مهمًا في عمليات نقل الأكسجين إلى الأنسجة والخلايا ، وإزالة ثاني أكسيد الكربون ، والفسفرة المؤكسدة. ثلاثة أرباع ذرات الحديد في الجسم على شكل الهيموجلوبين ، والذي يتكون من مركب بورفيرين من الحديد يسمى الهيم وبروتين غلوبين. يوفر الهيموغلوبين نقل الأكسجين إلى أنسجة الجسم ، ويحدد بروتين الميوغلوبين المرتبط به ، والذي له بنية أبسط ، وعلى عكس الهيموغلوبين ، ليس له بنية رباعية ، قدرة الأنسجة على تخزين الأكسجين. تم العثور على الهيموغلوبين في خلايا الدم الحمراء ويوجد الميوغلوبين في أنسجة العضلات. كلا المركبين لهما لون أحمر بسبب وجود ذرة حديد فيهما في حالة الأكسدة +2 ، وأكسدة الحديد تؤدي إلى فقدان نشاطهما البيولوجي! في بنية البروتين ، يقع الهيم في الفجوة بين حلزونين تشكلهما سلسلة البولي ببتيد. يضمن معقد البورفيرين التنسيق المستوي المربع لذرة الحديد بواسطة ذرات النيتروجين الأربعة لدورة البورفيرين. تكمل ذرة النيتروجين في حلقة الإيميدازول للحمض الأميني الهيستيدين الذي ينتمي إلى أقرب سلسلة بولي ببتيد رقم التنسيق للحديد إلى خمسة. وهكذا ، في الشكل غير المؤكسج من الهيموجلوبين ، يظل الموضع السادس في مجال التنسيق لذرة الحديد شاغراً. هذا هو المكان الذي يأتي فيه جزيء الأكسجين. عند إضافة الأكسجين ، تترك ذرة الحديد مستوى دورة البورفيرين بمقدار 0.02 نانومتر مقارنة بصيغة الديوكسي. هذا يؤدي إلى تغييرات توافقية في ترتيب سلاسل البولي ببتيد. في هذه الحالة ، يصبح المركب مغناطيسيًا بسبب انتقال ذرة الحديد إلى حالة الدوران المنخفض:
يحتوي الدم الشرياني في الغالب على أوكسي هيموغلوبين ، وعندما تنتقل جزيئات الأكسجين الموجودة فيه إلى الميوغلوبين ، يصبح لون الدم أغمق - وهذا يشير إلى عودة الهيم إلى شكله السابق غير المؤكسد. لا ينقل الهيموجلوبين الأكسجين من الرئتين إلى الأنسجة المحيطية فحسب ، بل يسرع أيضًا من نقل ثاني أكسيد الكربون من الأنسجة إلى الرئتين. مباشرة بعد إطلاق الأكسجين ، فإنه يلتصق بحوالي 15٪ من ثاني أكسيد الكربون المذاب في الدم.
جزيء ثاني أكسيد الكربون قادر على تكوين مركب أقوى مع الهيم من جزيء الأكسجين ، وبالتالي يمنع نقله من الرئتين إلى الأنسجة. هذا هو السبب في أن استنشاق أول أكسيد الكربون يؤدي إلى الموت بسبب نقص الأكسجين. يلعب أيون السيانيد أيضًا دورًا مشابهًا ، على الرغم من أن سميته ترجع أساسًا إلى التفاعل مع البروتينات الدموية الأخرى المحتوية على الحديد - السيتوكرومات. تشارك السيتوكرومات في الفسفرة المؤكسدة - أكسدة البيروفات التي تحدث في الميتوكوندريا ، والتي تتشكل أثناء الأكسدة الأولية للكربوهيدرات. يتم تخزين الطاقة المنبعثة في هذه العملية في شكل روابط عالية الطاقة لجزيء ATP. في سلسلة معقدة من الفسفرة المؤكسدة ، تكون السيتوكرومات أ ، ب ، ج حاملة إلكترون من إنزيم إلى آخر ، وفي النهاية ، إلى الأكسجين. في هذه الحالة ، تغير ذرة الحديد باستمرار حالة الأكسدة.
الأكثر دراسة هو السيتوكروم P 450 ، وهو هيم يختلف عن الهيم في الهيموجلوبين بمجموعة من البدائل ويحتوي على الحديد +3 ، منسق بواسطة جزيء ماء وذرة كبريت تنتمي إلى حمض السيستين الأميني (الشكل 6.1) نموذج للمركز النشط للسيتوكروم P 450 محاط بجزء البروتين من الجزيء). يتمثل دورها في هيدروكسيلات المركبات المحبة للدهون الغريبة عن الجسم ، والتي تتشكل كمنتجات ثانوية أو تدخل الجسم من الخارج:
R –H + O 2 + 2e - + 2H + ® ROH + H 2 O
في المرحلة الأولى (الشكل 6.2. الدورة التحفيزية للسيتوكروم P 450). يربط السيتوكروم جزيء الركيزة ، والذي يخضع بعد ذلك (الخطوة 2) للاختزال بواسطة إنزيم آخر. المرحلة الثالثة هي إضافة الأكسجين ، على غرار ما تم وصفه أعلاه للهيموجلوبين. في معقد الحديد منخفض الدوران الناتج ، يتم تقليل جزيء O2 المنسق إلى أيون بيروكسيد (المرحلة 4) ، والذي يؤدي ، نتيجة لنقل الإلكترون داخل الجزيء ، إلى مركب أوكسوفريل يحتوي على الحديد في حالة الأكسدة +5 (المرحلة 5 ). عندما يتم استعادتها ، يتم فصل الركيزة المؤكسدة ، ويمر السيتوكروم إلى حالته الأصلية (المرحلة 6).
يشكل الهيم أيضًا أساس catalases و peroxidases ، وهي الإنزيمات التي تحفز تفاعلات الأكسدة مع بيروكسيد الهيدروجين. جزيء الكاتلاز الواحد في الثانية قادر على التسبب في تحلل 44000 جزيء H 2 O 2.
في الفسفرة المؤكسدة ، جنبًا إلى جنب مع السيتوكرومات ، تشارك الفيروكسينات - بروتينات الحديد والكبريت ، ومركزها النشط عبارة عن كتلة تحتوي على ذرة حديد وجسور كبريتيد وبقايا حمض أميني سيستين (الشكل 6.3. بنية الفيروكسين البكتيري) أ) ، المركز النشط للفيروكسين (ب)). تلعب الفيروكسينات الموجودة في البكتيريا ، التي تحتوي كل منها على ثماني ذرات من الحديد والكبريت ، دورًا رئيسيًا في عمليات تثبيت النيتروجين في الغلاف الجوي. في جزيء الفيروكسين البكتيري ، تم العثور على مجموعتين متطابقتين من Fe 4 S 4 ، لهما شكل مكعب وتقعان على مسافة 1.2 نانومتر من بعضهما البعض. توجد هاتان المجموعتان داخل تجويف يتكون من سلاسل من الأحماض الأمينية مرتبطة ببعضها البعض. يتضمن تكوين النيتروجيناز (انظر ص 169 ، المجلد 2) أيضًا بروتينات بوزن جزيئي يبلغ حوالي 220 ألفًا ، تحتوي على ذرتين من الموليبدينوم وما يصل إلى 32 ذرة حديد. (ر.موراي ، د. جرينر ، بي مايز ، دبليو رودويل ، الكيمياء الحيوية البشرية ، إم ، مير ، 1993).
نهاية الملحق
6.2 التوزيع في الطبيعة وإنتاج واستخدام المواد البسيطة من 8-10 مجموعات.
فيما يتعلق بالانتشار في الطبيعة بين عناصر المجموعات 8-10 ، فإن القائد بلا منازع هو الحديد ، وبصورة أدق ، نظيره 56 Fe ، والتي تحتوي نواتها على أعلى طاقة ربط من البروتونات والنيوترونات ، وبالتالي فهي مستقرة للغاية .
في الواقع ، فإن عدد ذرات الحديد في الكون يتجاوز بشكل كبير عدد ذرات أي من العناصر المجاورة في النظام الدوري وهو قريب من الهيدروجين والهيليوم. على سبيل المثال ، في الشمس ، يُقدر محتوى الهيدروجين بـ 1 × 10 12 وحدة تقليدية ، والهيليوم - 6.31 × 10 10 ، والحديد - عند 3.16 × 10 17. هذا يرجع إلى حقيقة أن نواة النيوكلييد 56 Fe تنتمي إلى عدد السحر ، أي أنها ملأت بالكامل الأصداف النووية. مع زيادة عدد النوكليونات في النواة ، تزداد طاقة الارتباط لكل نواة أولاً بسرعة ، لتصل إلى الحد الأقصى فقط عند نواة الحديد ، ثم تنخفض تدريجياً (الشكل 6.4. طاقة الربط لكل نواة كدالة للعدد الذري للنواة (RJ Theiler، Origin Chemical Elements، M.، Mir، 1975).
وفقًا للمحتوى الموجود في قشرة الأرض ، يحتل الحديد المرتبة الرابعة (4.1٪) ، ويحتل المرتبة الثانية بعد الأكسجين ، والسيليكون والألمنيوم ، والنيكل (8 × 10 -3٪) في المرتبة العشرة الثانية ، والكوبالت (2 × 10 -3) ٪) - في الثالثة ، والمعادن البلاتينية نادرة (Ru 10–7٪ ، Pt 10–7٪ ، Pd 6 × 10–8٪ ، Rh 2 × 10–8٪ ، Os 10–8٪ ، Ir 3 × 10-10٪). في قشرة الأرض ، يتم تمثيل الحديد بشكل أساسي بواسطة الهيماتيت Fe 2 O 3 (خام الحديد الأحمر) ، المغنتيت Fe 3 O 4 (خام الحديد المغناطيسي) ، ليمونيت Fe 2 O 3 × xH 2 O (خام الحديد البني) ، siderite FeCO 3 (الصاري الحديد ، خام الحديد الصاري) ، الإلمنيت FeTiO 3 والمعادن الحاملة للكبريت FeS 2 (بيريت الحديد). بشكل عام ، من المعروف أن أكثر من 300 من المعادن المحتوية على الحديد. كمية كبيرة من الحديد هي جزء من مختلف السيليكات والألومينوسيليكات التي تشكل الصخور. عند التجوية ، تدخل مركبات الحديد ، وخاصة أكسيد الحديد (III) وأكسوهيدروكسيد ، إلى رمل الكوارتز والطين والتربة ، مما يمنحها لونًا ترابيًا بنيًا أصفر. يوجد الحديد من أصل نيزكي في شكل حر على الأرض ، غالبًا في شكل سبيكة مع نيكل. يُعرف الحديد الأصلي أيضًا على شكل رقائق أو أوراق صغيرة تتخللها البازلت. في بعض الأحيان فقط تشكل قطع منفصلة. مثل هذه الاكتشافات نادرة جدًا لدرجة أن الأدوات المصنوعة منها في العصر الحجري والبرونزي كانت تُقدَّر أكثر بكثير من الذهب. يحتوي غلاف الأرض على كميات كبيرة من الحديد في شكل الإسبينيل والسيليكات والأكاسيد. يُعتقد أن الحديد بمزيج من النيكل والكبريت هو الجزء الرئيسي من لب الأرض. يصل محتوى الحديد في الطبقة السطحية للقمر إلى 0.5٪.
كان تطور الحصول على الحديد من خام الحديد بداية العصر الحديدي. لتقليل أكاسيد الحديد بالفحم ، يلزم الحصول على درجة حرارة تزيد عن 1400 درجة مئوية ، والتي لا يمكن أن يوفرها حريق عادي. لهذا السبب ، في المراحل الأولى من تطور المجتمع ، لم تكن خامات الحديد متوفرة كمواد خام لإنتاج المعادن. كان على الناس أن يقتصروا على الاكتشافات العشوائية للحديد النيزكي. في بداية الألفية الأولى قبل الميلاد. في القرن الثامن عشر ، تم إتقان طريقة العمل الخام لاستعادة الخام ، بناءً على استخدام حدادة - هيكل مصنوع من الحجارة المطلية بالطين. تُركت ثقوب في جدران المسبك ، يُحقن فيها الهواء من خلال أنابيب طينية خاصة - فوهات - بمساعدة أكياس جلدية تسمى الفراء. تم سكب الفحم وخام الحديد في الفرن ، واشتعلت النار في الأعلى. تم لحام المعدن الناتج في kritsa - كتلة مسامية ، يتم الحصول على المنتجات منها بالتزوير. لقد حان إنتاج فرن الانفجار ليحل محل طريقة العجين الخام. حدث هذا نتيجة لزيادة ارتفاع الفرن ، الأمر الذي تطلب أيضًا إدخال التدفقات - وهي إضافات خاصة تشكل خبثًا منخفض الذوبان مع نفايات الصخور الموجودة في الخام. نظرًا لأنه في الفرن العالي ، على عكس الموقد ، يكون المعدن المنصهر على اتصال بالفحم لفترة طويلة ، فإنه يتحول إلى كربونات ، ويتحول إلى حديد زهر. وهذا يتطلب عملية إضافية من أجل "إعادة توزيع" الحديد الزهر إلى صلب وحديد. ظهرت أول أفران الصهر في هولندا في نهاية القرن الرابع عشر - بداية القرن الخامس عشر ، ووصل ارتفاعها في القرن السادس عشر إلى 4-5 أمتار. وفي روسيا ، نشأ إنتاج الأفران العالية في القرن السابع عشر ، وفي القرن المقبل تم تطويره في جبال الأورال.
إضافة. رسم تخطيطي لحالة نظام الكربون الحديدي.
مخطط الحالة لنظام Fe-C في المنطقة حتى 6.5 بالوزن. النسبة المئوية C ، كما هو موضح في الشكل 6.5 أ ، مهمة في علم المعادن للإنتاج المستهدف لمختلف درجات الفولاذ والحديد المصبوب. يتبلور الحديد النقي في ثلاثة تعديلات ، α و و ، كل منها يذيب كمية معينة من الكربون ويكون مستقرًا في نطاق درجة حرارة معينة. تسمى المحاليل الصلبة للكربون في هذه التعديلات ، α-Fe و γ-Fe و δ-Fe-C ، α-ferrite و γ-austenite و-ferrite ، على التوالي. α-Fe و δ-Fe لهما شكل مكعب محوره الجسم و γ-Fe لهما شعرية مكعبة محورها الوجه. تكون قابلية ذوبان الكربون أكبر في الأوستينيت (γ-Fe).
يحتوي على مواد تذوب تصل إلى 1.75 واط. ٪ C ، بعد التبريد السريع إلى 1150 درجة مئوية ، فهي عبارة عن محلول صلب متجانس - الأوستينيت. يصنع الفولاذ من هذه السبائك. في الذوبان المحتوي على أكثر من 1.75٪ C بعد التبريد إلى 1150 درجة مئوية ، بالإضافة إلى الأوستينيت الصلب ، يوجد أيضًا سائل سهل الانصهار لتكوين النقطة A (الشكل 6.5.a) عند تبريده تحت 1150 درجة مئوية ، يتبلور ويتحول إلى يملأ الفراغ بين بلورات الأوستينيت. الأنظمة الصلبة الناتجة هي الحديد الزهر. اعتمادًا على الظروف ، يمكن أن يتبلور سهل الانصهار بطريقتين. عند التبريد السريع ، تتكون المواد الصلبة المتصلبة من بلورات الأوستينيت وبلورات Fe 3 C غير المستقرة التي تسمى السمنتيت. مع التبريد البطيء ، يتكون خليط من بلورات الأوستينيت والجرافيت المستقر. يسمى الحديد الزهر المحتوي على الأسمنت الأبيض ، ويسمى الجرافيت المحتوي على اللون الرمادي. يسمى سهل الانصهار المتصلب من الأوستينيت والأسمنتيت ليدبوريت ، ويتم تحرير ليدبوريت فقط من الذوبان الذي يحتوي على 4.3٪ C.
عندما يتم تبريد الأوستينيت إلى درجة حرارة أقل من 1150 درجة مئوية ، فإنه يتبلور مرة أخرى. من محاليل صلبة تحتوي على أقل من 0.9 بالوزن. يتم تحرير٪ C ، α-Fe Ferrite أولاً (انظر الشكل الداخلي 6.5. أ) ، ومن المحاليل التي تحتوي على أكثر من 0.9 بالوزن. ٪ C ، يتم إطلاق السمنتيت بشكل أساسي ، والذي يسمى السمنتيت الثانوي. في كلتا الحالتين ، تقترب تركيبة المحلول الصلب المتبقي من نقطة eutectoid B. عند هذه النقطة ، تترسب بلورات الفريت والأسمنت في وقت واحد في خليط رقيق متعدد الطبقات يسمى البرليت. يمكن أن يشكل المصهور الذي يحتوي على 0.9٪ C ، عند التبريد ، بيرليت نقيًا لا يحتوي على بلورات كبيرة من الفريت أو Fe 3 C التي ترسبت سابقًا.
من خلال تعديل تكوين الذوبان الأولي ، ومعدل التبريد ، ووقت التسخين في درجات الحرارة المحددة من الرسم التخطيطي ، يمكن الحصول على سبائك ذات بنية مجهرية مختلفة ، وتكوين ، واتجاه ، وضغوط مختلفة في البلورات. إذا تم تبريد النظام الناتج بسرعة كبيرة (إخماد) ، فسيتم منع جميع التحولات الأخرى بشدة ، ويتم الحفاظ على الهيكل الذي تم إنشاؤه ، على الرغم من أنه تبين أنه غير مستقر من الناحية الديناميكية الحرارية. هذه هي الطريقة للحصول على درجات مختلفة من الفولاذ.
أرز. 6.5. مخطط الطور لنظام الحديد والكربون
نهاية الملحق.
حاليًا ، يتم تقليل خام الحديد مع فحم الكوك في أفران الصهر ، بينما يتفاعل الحديد المنصهر جزئيًا مع الكربون ، مكونًا كربيد الحديد Fe 3 C (سمنتيت) ، ويذوبه جزئيًا. عندما يصلب الذوبان ، الحديد الزهر. يسمى الحديد الزهر المستخدم في صناعة الفولاذ بالحديد الزهر. صلبعلى عكس الحديد الزهر ، يحتوي على كمية أقل من الكربون. يجب حرق الكربون الزائد الموجود في الحديد الزهر. يتم تحقيق ذلك عن طريق تمرير الهواء الغني بالأكسجين فوق الحديد المصهور. هناك أيضًا طريقة مباشرة لإنتاج الحديد ، تعتمد على تقليل كريات خام الحديد المغناطيسي بالغاز الطبيعي أو الهيدروجين:
Fe 3 O 4 + CH 4 \ u003d 3Fe + CO 2 + 2H 2 O.
يتم الحصول على الحديد النقي جدًا في صورة مسحوق عن طريق تحلل Fe (CO) 5 carbonyl.
إضافة. سبائك من الحديد.
سبائك الحديد مقسمة إلى الحديد الزهر والفولاذ.
الحديد الزهر- سبيكة من الحديد بالكربون (تحتوي من 2 إلى 6٪ C) ، تحتوي على الكربون على شكل محلول صلب ، وكذلك بلورات من الجرافيت والأسمنتيت Fe 3 C. وهناك عدة أنواع من الحديد الزهر تختلف في الخواص ولون الكسر. يحتوي الحديد الزهر الأبيض على الكربون على شكل سمنتيت. إنه هش للغاية ولا يجد تطبيقًا مباشرًا. يتم تحويل جميع الحديد الزهر الأبيض إلى صلب (حديد خام). يحتوي الحديد الزهر الرمادي على شوائب من الجرافيت - يمكن رؤيتها بوضوح عند الكسر. إنه أقل هشاشة من الأبيض ويستخدم لصنع الحذافات ومشعات تسخين المياه. تؤدي إضافة كمية صغيرة من المغنيسيوم إلى الذوبان إلى ترسب الجرافيت ليس على شكل ألواح ، ولكن في شكل شوائب كروية. هذا الحديد الزهر المعدل له قوة عالية ويستخدم لصنع أعمدة الكرنك للمحرك. يستخدم الحديد الزهر المرآة ، الذي يحتوي على 10-20٪ منجنيز وحوالي 4٪ كربون ، كمزيل للأكسدة في إنتاج الصلب.
الشكل 6.6. الحديد الزهر الرمادي (أ) والحديد الزهر شديد التحمل (ب) تحت المجهر.
يعتبر خام الحديد وفحم الكوك من المواد الخام لإنتاج الحديد. يتم صهر الحديد الزهر في أفران الصهر - أفران كبيرة يصل ارتفاعها إلى 80 مترًا ، ومبطنة بالطوب المقاوم للحرارة من الداخل ، ومغطاة بغلاف فولاذي في الأعلى. يُطلق على الجزء العلوي من الفرن العالي اسم العمود ، ويسمى الجزء السفلي بالجبل ، ويُطلق على الفتحة العلوية ، التي تعمل على تحميل الشحنة ، الجزء العلوي. من الأسفل ، يتم تغذية الفرن بالهواء الساخن المخصب بالأكسجين. في الجزء العلوي من الموقد ، يتم حرق الفحم بتكوين ثاني أكسيد الكربون. الحرارة المنبعثة في هذه الحالة كافية لاستمرار العملية. يتم اختزال ثاني أكسيد الكربون ، الذي يمر عبر طبقات فحم الكوك ، إلى أول أكسيد الكربون (II) CO ، والذي يتفاعل مع خام الحديد ، ويحوله إلى معدن. لإزالة الشوائب الموجودة في الخام ، على سبيل المثال ، رمل الكوارتز SiO2 ، تتم إضافة التدفقات إلى الفرن - الحجر الجيري أو الدولوميت ، والتي تتحلل إلى أكاسيد CaO ، MgO ، الخبث الرابط إلى تدفقات منخفضة الانصهار (CaSiO 3 ، MgSiO 3). بالإضافة إلى الحديد ، يعمل فحم الكوك أيضًا على تقليل الشوائب الموجودة في الخام ، على سبيل المثال ، الفوسفور والكبريت والمنغنيز والسيليكون جزئيًا:
Ca 3 (PO 4) 2 + 5C = 3CaO + 5CO + 2P ،
CaSO 4 + 4C \ u003d CaS + 4CO ،
MnO + C = Mn + CO
SiO2 + 2C = Si + 2CO.
في المعدن المنصهر ، يوجد الكبريت على شكل كبريتيد FeS ، والفوسفور على شكل Fe 3 P فوسفيد ، والسيليكون على شكل SiC silicide ، والكربون الزائد على شكل كربيد Fe 3 C (سمنتيت) . تسمى الغازات الخارجة من الفرن العالي بالفرن العالي أو غازات الفرن العالي. حوالي ثلثها من حيث الحجم تتكون من أول أكسيد الكربون ، لذلك يتم استخدامها كوقود لتسخين الهواء الداخل إلى فرن الانفجار.
أرز. 6.7 مخطط الفرن العالي
صلب- سبيكة من الحديد بالكربون (تحتوي على 0.5 إلى 2٪ C) تحتوي على كربون فقط على شكل محلول صلب. الصلب أصلب من الحديد ، وأصعب في الانحناء ، وأكثر مرونة ، وأسهل في الكسر ، على الرغم من أنه ليس هشًا مثل الحديد الزهر. فكلما زادت كمية الكربون التي يحتوي عليها ، زادت قوته. في درجات الصلب العادية ، لا يُسمح بأكثر من 0.05٪ كبريت و 0.08٪ فوسفور. حتى وجود خليط طفيف من الكبريت يجعل الفولاذ هشًا عند تسخينه ؛ في علم المعادن ، تسمى خاصية الفولاذ هذه الهشاشة الحمراء. يتسبب محتوى الفسفور في الفولاذ في هشاشة باردة - هشاشة عند درجات حرارة منخفضة. يتكون الفولاذ المتصلب أثناء التبريد الحاد للفولاذ المسخن إلى درجة حرارة حمراء. هذا الصلب لديه صلابة عالية ، لكنه هش. أدوات القطع مصنوعة من الفولاذ المقوى. مع التبريد البطيء ، يتم الحصول على الفولاذ المقسى - إنه ناعم ومرن. عن طريق إدخال إضافات صناعة السبائك في المصهور ( منشطات) - الكروم والمنغنيز والفاناديوم وما إلى ذلك ، يحصلون على درجات خاصة من الفولاذ. يفقد الفولاذ المحتوي على أكثر من 13٪ من الكروم قدرته على التآكل في الهواء ويصبح غير قابل للصدأ. يتم استخدامه في الصناعة الكيميائية ، في الحياة اليومية ، في البناء. يتم استخدام الفولاذ القوي بشكل خاص الذي يحتوي على الفاناديوم في صب الدروع.
المادة الخام لإنتاج الفولاذ هي الحديد الزهر ، وجوهر العمليات التي تحدث أثناء الصهر هو إزالة الكربون الزائد من السبيكة. للقيام بذلك ، يتم تمرير الأكسجين عبر الحديد المصهور ، الذي يؤكسد الكربون الموجود في الحديد على شكل الجرافيت أو السمنتيت إلى أول أكسيد الكربون. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يتأكسد جزء من الحديد أيضًا بالأكسجين إلى أكسيد:
2Fe + O 2 \ u003d 2FeO.
من أجل الاختزال العكسي للحديد O إلى الحديد ، يتم إدخال مزيلات الأكسدة في المصهور ، كقاعدة عامة ، هذه معادن نشطة - المنغنيز ، الباريوم ، الكالسيوم ، اللانثانم. تقلل الحديد المؤكسد إلى معدن:
Mn + FeO = MnO + Fe ،
ثم يتم فصلها عن المصهور ، وتطفو على سطحها في شكل خبث قابل للانصهار ، وتتفاعل إما مع بطانة الفرن أو مع إضافة خاصة تدفقات:
MnO + SiO 2 \ u003d MnSiO 3.
يصهر الفولاذ في أفران خاصة. اعتمادًا على نوع الأفران ، هناك عدة طرق لصنع الفولاذ. في فرن الموقد المفتوح ، تكون مساحة الانصهار عبارة عن حمام مغطى بقبو من الطوب الحراري (الشكل 6.8. صناعة الصلب: (أ) فرن الموقد المفتوح ، محول الأكسجين). يتم حقن الوقود في الجزء العلوي من الفرن - إنه غاز طبيعي أو زيت وقود. تسخن الحرارة المنبعثة أثناء الاحتراق الخليط وتؤدي إلى ذوبانه. لمدة 6-8 ساعات ، حيث يكون الحديد المصهور في فرن الموقد المفتوح ، يحترق الكربون تدريجياً فيه. بعد ذلك ، يتم سكب الفولاذ المصهور وبعد فترة يتم تحميل الحديد الزهر مرة أخرى. عملية الموقد المفتوح دورية. ميزتها الرئيسية هي أنه يمكن سكب الفولاذ الناتج في قوالب كبيرة. من حيث الأداء ، تكون عملية المجمرة المفتوحة أدنى من عملية تحويل الأكسجين ، والتي لا يتم تنفيذها في الأفران الكبيرة ، ولكن في المحولات الصغيرة - جهاز على شكل كمثرى ملحوم من الفولاذ ومبطن بالطوب الحراري من الداخل. من الأعلى ، يتم نفخ الهواء الغني بالأكسجين من خلال محول مركب على محور أفقي. تتفاعل أكاسيد المنغنيز والحديد المتكونة مع بطانة سيليكات المحول ، وتشكل الخبث. تستغرق العملية حوالي 40 دقيقة ، وبعد ذلك يتم نقل المحول إلى وضع مائل ويتم سكب الفولاذ المصهور والخبث بالتتابع (الشكل 6.8 ب). المحولات المبطنة بالطوب الرمل والجير ، والتي تسمى محولات بيسمير نسبة للمخترع الإنجليزي هنري بيسيمر ، ليست مناسبة لصنع الفولاذ من مكاوي تحتوي على فوسفات الحديد. لإعادة توزيع الحديد الزهر الغني بالفوسفور ، يتم استخدام محولات توماس ، والتي تصطف بالحجر الجيري أو الدولوميت من الداخل. يتم صهر الفولاذ بوجود الجير الذي يربط الفوسفور الموجود في الحديد الزهر بالفوسفات الذي يشكل الخبث (Thomas slag) الذي يستخدم كسماد. يتم صهر سبائك الفولاذ في أفران كهربائية عند درجات حرارة أعلى من 3000 درجة مئوية. وهذا يجعل من الممكن الحصول على الفولاذ بخصائص خاصة ، بما في ذلك الفولاذ الفائق المقاومة للحرارة.
نهاية الملحق
يحدث الكوبالت في الطبيعة بشكل أساسي في شكل مركبات تحتوي على الزرنيخ وسمالتيت CoAs 2 (بهار الكوبالت) وكوبالتت CoAsS (بريق الكوبالت) ، ومع ذلك ، فإن هذه المعادن نادرة جدًا ولا تشكل رواسب مستقلة. وهو أيضًا جزء من خامات النحاس والكوبالت والنيكل المعقدة وخامات كبريتيد النحاس والكوبالت ؛ توجد بكميات صغيرة في الطين والصخر الزيتي ، والتي تشكلت في ظل ظروف نقص الأكسجين.
النيكل ، مثل الكوبالت ، له قابلية عالية لعناصر ما بعد الانتقال من الفترة الخامسة - الزرنيخ والكبريت ، وبسبب قرب نصف القطر الأيوني ، فإنه غالبًا ما يكون متشابهًا مع مركبات الكوبالت والحديد والنحاس. نتيجة لذلك ، ترتبط كميات كبيرة من النيكل في الغلاف الصخري بخامات النحاس والنيكل متعدد الكبريتيد. من بين معادن الكبريتيد ، تعتبر NiS (نيكل أصفر بيريت) و pentlandite (Fe ، Ni) 9 S 8 ، و chloantite NiAs 2 (بيريت النيكل الأبيض) ذات أهمية قصوى. مادة خام أخرى مهمة من النيكل هي الصخور السربنتينية ، وهي عبارة عن سيليكات أساسية ، على سبيل المثال ، غارنيريت (Ni ، Mg) 6 × 4H 2 O. توجد كميات صغيرة من مركبات النيكل في الفحم الأحفوري والصخر الزيتي.
المواد الخام الرئيسية لإنتاج الكوبالت والنيكل هي خامات عديد الكبريتيد (الحاشية السفلية: يتم تحويل السيليكات وخامات النيكل الأخرى المحتوية على الأكسجين أولاً إلى كبريتيد عن طريق الاندماج مع الجبس المجفف والفحم عند 1500 درجة مئوية: CaSO 4 + 4C = CaS + 4CO ؛ 3NiO + 3CaS = Ni 3 S 2 + 3CaO + S). يتم خلط الخام المتكتل بحمض الكبريتيك ويتم صهره في فرن عمود الدوران إلى ماتي يتكون من الحديد والكوبالت والنيكل وكبريتيدات النحاس. هذا يسمح لك بفصله عن السيليكات التي تشكل الخبث. عندما يتم تبريد ماتي المصهور ، يتم إطلاق الكبريتيدات في شكل بلوري. يتم سحقها ثم تسخينها إلى 1300 درجة مئوية في تيار من الهواء. تقل قدرة الكبريتيدات على الأكسدة في السلسلة FeS> CoS> Ni 3 S 2 ، لذلك يتفاعل كبريتيد الحديد أولاً مع الأكسجين ، والذي يتحول إلى خبث بإضافة السيليكا. تؤدي المزيد من الأكسدة إلى تكوين أكاسيد الكوبالت والنيكل
2Ni 2 S 3 + 7O 2 \ u003d 6NiO + 4SO 2.
يتم إحضارها إلى المحلول عن طريق المعالجة بحمض الكبريتيك أو باللجوء إلى الأكسدة الأنودية. تتم إزالة الشوائب النحاسية عن طريق إدخال مسحوق النيكل الذي يختزله إلى مادة بسيطة. الكوبالت والنيكل لهما خصائص كيميائية متشابهة. لفصلها ، يتم قلوية المحلول ومعالجته بكلورات الصوديوم ، التي تؤكسد أيونات الكوبالت فقط:
2CoSO 4 + Cl 2 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \ u003d 2Co (OH) 3 ¯ + 2NaCl + 3CO 2 + 2Na 2 SO 4.
في بيئة حمضية قليلاً ، يبقى الكوبالت في الراسب على شكل هيدروكسيد ، ويمر النيكل إلى محلول على شكل ملح ، والذي يتحول إلى هيدروكسيد. يتم تقليل الأكاسيد التي يتم الحصول عليها عن طريق تكليس الهيدروكسيدات بالفحم:
Co 3 O 4 + 4C \ u003d 3CO + 4CO ،
NiO + C = Ni + CO.
أثناء الاختزال ، يتم أيضًا تكوين الكربيدات Co 3 C و Ni 3 C ، ولإزالتها ، يؤخذ الأكسيد الزائد:
Ni 3 C + NiO = 4Ni + CO.
يستخدم التكرير بالتحليل الكهربائي للحصول على معادن أنقى. كما أنه يجعل من الممكن عزل المعادن البلاتينية الموجودة في غير اللامع.
يتم إنفاق أكثر من نصف إنتاج الكوبالت والنيكل على إنتاج السبائك. السبائك المغناطيسية القائمة على الكوبالت (Fe-Co-Mo ، Fe-Ni-Co-Al ، Sm-Co) قادرة على الاحتفاظ بالخصائص المغناطيسية في درجات حرارة عالية. تُستخدم سبائك المعدن والسيراميك ، وهي التيتانيوم والتنغستن والموليبدينوم والفاناديوم وكربيدات التنتالوم المُصنَّعة بالكوبالت ، في تصنيع أدوات القطع. لا يتآكل الفولاذ الذي يحتوي على نسبة عالية من النيكل والكروم في الهواء ؛ حيث يتم استخدامه لصنع الأدوات والمعدات الجراحية للصناعة الكيميائية. نيتشروم سبائك النيكل والكروم المقاوم للحرارة ، يحتوي على 20 - 30٪ كروم ، وله مقاومة كهربائية عالية ، ويستخدم لصنع لفائف سخان كهربائي. سبائك النحاس والنيكل كونستانتان (40٪ نيكل ، 60٪ نحاس) والنيكل (30٪ نيكل ، 56٪ نحاس ، 14٪ زنك) ، من مونيل (68٪ نيكل ، 28٪ نحاس ، 2.5٪ حديد ، 1.5٪ مينيسوتا) نعناع عملة.
مهمة السبائك الفائقة- مواد أساسها الحديد أو الكوبالت أو النيكل ، وهي مصممة خصيصًا لخدمة درجات الحرارة العالية. تتميز بمقاومة عالية للتآكل ، وتحتفظ بالقوة في نطاق درجة الحرارة التي تعمل فيها التوربينات الغازية ، وتتميز بمعامل مرونة مرتفع ومعامل تمدد حراري منخفض. إن الجمع بين مقاومة الأكسدة وقوة هذه المواد لا مثيل له. تحتوي العديد من السبائك الفائقة على شبكة شعرية مكعبة متمركزة على الوجه ، والتي ، نظرًا لكونها الأكثر كثافة بين جميع الهياكل البلورية ، توفر خصائص ميكانيكية حرارية استثنائية للمادة. تتكون السبيكة من قاعدة (Fe ، Co ، Ni) ، تحتوي على إضافات معدنية تزيد من مقاومة السطح (Cr) وعناصر (Al) ، والتي تشكل طور مكعب (γ'-Ni 3 Al) ، والذي يحتوي على نسبة عالية القوة ومقاومة الأكسدة. يؤدي إدخال كميات صغيرة من الكربون (0.05 - 0.2٪) في السبائك الفائقة إلى تكوين الكربيدات ، على سبيل المثال ، TiC ، والتي ، أثناء تشغيل السبيكة في درجات حرارة عالية ، تتحول تدريجياً إلى كربيدات من التركيبة M 23 C 6 و M 6 C ، والتي تتأثر بسهولة بالمعالجة الحرارية. يمر الكربون الناتج في شكل محلول صلب. وبالتالي ، يمكن تمثيل هيكل السبائك الفائقة كمحلول صلب مع شوائب بلورية دقيقة من المركبات المعدنية والكربيدات ، والتي توفر صلابتها وقوتها. تساهم المنشطات الإضافية في إبطاء عمليات الانتشار ، مما يزيد من ثبات الهيكل في درجات حرارة عالية. تم تطوير أحد السبائك الفائقة الأولى في عام 1935 ، وهو Rex-78 ، ويتألف من 60٪ حديد ، و 18٪ نيكل ، و 14٪ كروم ، ويحتوي أيضًا على كميات صغيرة من الموليبدينوم والتيتانيوم والنحاس والبورون والكربون. يتم استخدامه لتصنيع شفرات التوربينات وفوهات (Superalloys II. المواد المقاومة للحرارة لمحطات الطاقة الفضائية والصناعية ، M. ، Metallurgy ، 1995)
يحتوي الكوبالت والنيكل المشتت بدقة على نشاط تحفيزي عالٍ. يعمل مسحوق الكوبالت الناعم المودع على الدعامة كمحفز نشط لعملية التحلل الهيدروكربوني فيشر تروبش. غالبًا ما يحل النيكل محل البلاتين في عمليات الهدرجة ، مثل الدهون النباتية. في المختبر ، يتم الحصول على مسحوق النيكل الناعم النشط حفازًا (نيكل هيكلي ، نيكل راني) عن طريق معالجة سبيكة من النيكل والألمنيوم مع قلويات في جو خامل أو مختزل. يذهب النيكل إلى إنتاج البطاريات القلوية.
تتميز العديد من مركبات الكوبالت بألوان زاهية وقد تم استخدامها منذ العصور القديمة كأصباغ لتحضير الدهانات: الكوبالت ألومينات CoAl 2 O 4 ("الكوبالت الأزرق" ، "Gzhel blue") لها لون أزرق ، ستانات Co 2 SnO 4 (" ceruleum "،" أزرق سماوي ") - أزرق مع لون مزرق ، فوسفات Co 3 (PO 4) 2 (" أرجواني كوبالت داكن ") و CoNH 4 PO 4 × H 2 O (" ضوء أرجواني كوبالت ") - ضارب إلى الحمرة- البنفسجي ، أكسيد مختلط من الكوبالت (II) والزنك CoO × xZnO ("الكوبالت الأخضر") - أخضر زاهي ، سيليكات الكوبالت ("شمالت" ، "زجاج كوبالت") - أزرق داكن (EF Belenky ، IV Riskin ، كيمياء وتكنولوجيا أصباغ ، الكيمياء ، 1974). إضافة أكسيد الكوبالت إلى الزجاج يعطيها اللون الأزرق.
عادة ما تكون أصباغ الحديد صفراء بنية أو حمراء بنية بدرجات مختلفة. من بين الأصباغ الطبيعية ، أشهرها المغرة - أوكسوهيدروكسيد بلوري FeOOH وسيينا المحتوية على الطين. عندما تتكلس ، فإنها تجف ، ويكتسب لونًا أحمر. يتكون اللون البني من تجوية خامات الحديد المحتوية على المنغنيز. الصباغ الأسود هو أكسيد الحديد الأسود.
تحدث المعادن البلاتينية في الطبيعة بشكل رئيسي في شكلها الأصلي - في شكل مواد بسيطة ، وسبائك مع بعضها البعض ومع معادن نبيلة أخرى. بكميات صغيرة جدًا ، فهي جزء من بعض خامات polysulfide ؛ تعد اكتشافات معادن الكبريتيد الخاصة بها ، على سبيل المثال ، RuS 2 laurite ، PtS Cooper ، نادرة للغاية. يبلغ متوسط المحتوى الإجمالي للمعادن البلاتينية في راد كبريتيد الأورال 2-5 جرام لكل طن. في الطبيعة ، غالبًا ما توجد حبيبات البلاتين في نفس الغشاءات مثل الذهب ، لذلك ، في شكل شوائب منفصلة ، تظهر أحيانًا على سطح العناصر الذهبية القديمة ، خاصة من أصل مصري. تتركز احتياطيات كبيرة من البلاتين الأصلي في جبال الأنديز بأمريكا الجنوبية. في الصخور المكونة لها ، غالبًا ما يتم تضمين حبيبات البلاتين ، جنبًا إلى جنب مع جزيئات الذهب ، في البيروكسينات والسيليكات الأساسية الأخرى ، والتي تنتقل منها ، نتيجة للتآكل ، إلى رمال النهر. يحتوي الذهب المغسول منها على بلورات صغيرة من البلاتين ، والتي يصعب للغاية فصلها. في العصور الوسطى ، لم يسعوا لتحقيق ذلك: فخلط الحبوب الثقيلة أدى فقط إلى زيادة كتلة المعدن الثمين. في بعض الأحيان توجد شذرات كبيرة من البلاتين يصل وزنها إلى تسعة كيلوغرامات. تحتوي بالضرورة على شوائب من الحديد والنحاس ويوديد البلاتين وأحيانًا الذهب والفضة. على سبيل المثال ، يحتوي المعدن من رواسب Choco في كولومبيا ، والذي تم تطويره بواسطة الإنكا القديمة ، على تركيبة تقريبية من Pt 86.2٪ ، Pd 0.4٪ ، Rh 2.2٪ ، Ir 1.2٪ ، Os 1.2٪ ، Cu 0 ، 40٪ ، Fe 8.0٪ ، Si 0.5٪. يحتوي الإيريديوم الأصلي على 80-95٪ Ir ، يصل إلى 2.7٪ Ru ، يصل إلى 6.1٪ Pt ؛ الأوزميوم - 82 - 98.9٪ Os، 0.9 - 19.8٪ Ir، up to 10٪ Ru، 0.1 - 3.0٪ Pt، up to 1.3٪ Rh، up to 1٪ Fe.
في روسيا ، تم اكتشاف أول بلاتينيوم في عام 1824 في شمال الأورال ، وسرعان ما بدأ التعدين في منطقة نيجني تاجيل. من ذلك الوقت حتى عام 1934 ، كانت روسيا رائدة في سوق موردي البلاتين العالميين ، مما أفسح المجال أولاً لكندا ، ومن عام 1954 إلى جنوب إفريقيا ، التي تمتلك أكبر رواسب من المعدن.
إضافة. التكرير.
التكرير هو إنتاج معادن ثمينة عالية النقاء. يعتمد تكرير معادن البلاتين على فصل المركبات الكيميائية لهذه العناصر ، بسبب الاختلاف في بعض خواصها - الذوبان ، التقلب ، التفاعل. المادة الخام عبارة عن حمأة مخصبة متبقية من إنتاج النحاس والنيكل ، يتم الحصول عليها عن طريق إذابة خردة المنتجات التقنية التي تحتوي على معادن ثمينة ، بما في ذلك المحفزات المستهلكة. تحتوي الحمأة على معادن بلاتينية وكذلك الذهب والفضة والنحاس والحديد. لإزالة السيليكا والمعادن الأساسية ، تلجأ معظم المخططات التكنولوجية إلى ذوبان الحمأة باستخدام شحنة الرصاص والفحم. في هذه الحالة ، تتأكسد المعادن الأساسية الموجودة في الحمأة عن طريق إشعال الرصاص إلى أكاسيد ، ويركز الرصاص الناتج على معادن مجموعة الفضة والذهب والبلاتين. تتعرض حبة الرصاص الناتجة ، والتي تسمى أيضًا werkble ، للتكوير - ذوبان مؤكسد على قطرة - وعاء مسامي مصنوع من رماد العظام والمغنسيت والأسمنت البورتلاندي. في هذه الحالة ، يتأكسد معظم الرصاص ويمتص بواسطة القطرات. بعد التكوير ، تتم معالجة السبيكة بحمض الكبريتيك لإزالة الفضة. الآن يحتوي على معادن نبيلة. أهم عملية تكرير هي التفاعل مع الريجيا المائية (الشكل 6.9. التكرير المبسط للمعادن النبيلة) ، حيث يتم إذابة معظم الذهب والبلاديوم والبلاتين ، بينما يبقى الروثينيوم والأوزميوم والروديوم والإيريديوم بشكل أساسي في الرواسب. لفصل الذهب عن البلاتين والبلاديوم ، يتم تطبيق كبريتات الحديد على المحلول ، مما يؤدي إلى إطلاق الذهب بشكل حر. يتم فصل البلاديوم والبلاتين ، الموجودان في محلول على شكل معقدات كلوريدات وكلوريد ، بناءً على قابلية ذوبان الأملاح المختلفة. تؤدي ساعات عديدة من غليان الحمأة في ريجيا المائية إلى انتقال جزئي إلى محلول معادن بلاتينية أخرى ، وبالتالي فإن البلاتين الذي يتم الحصول عليه وفقًا لهذا المخطط يحتوي على شوائب من الروديوم والإيريديوم. يتم عزل الروديوم من البقايا غير القابلة للذوبان في أكوا ريجيا عن طريق الاندماج مع هيدروسلفات الصوديوم. عندما يتم ترشيح المادة المنصهرة ، فإنها تتحول إلى محلول على شكل كبريتات معقدة. يتعرض الروثينيوم والأوزميوم والإيريديوم ، المقاومون للهجوم الحمضي ، للانصهار التأكسدي مع القلويات. يحتوي المحلول الذي يتم الحصول عليه عن طريق ترشيح الذوبان على روثينات وأوزمات ، ومعظم رواسب الإيريديوم على شكل ثاني أكسيد. يعتمد فصل الروثينيوم عن الأوزميوم على تسامي أكاسيدهم الأعلى بحبسهم في محلول حمض الهيدروكلوريك. في هذه الحالة ، يتم تقليل أكسيد الروثينيوم ويذهب إلى المحلول ، بينما يدخل أنهيدريد الأوزميوم في الطور الغازي ويهرب جزئيًا إلى الغلاف الجوي. هذا ليس مفاجئًا ، لأن الأوزميوم هو الأقل طلبًا من معادن البلاتين. يتم اختيار مخطط التكرير الدقيق لمادة خام معينة ، اعتمادًا على النسبة المئوية للمعادن المختلفة الموجودة فيها.
نهاية الملحق.
بسبب نقطة انصهاره العالية ، فإن البلاتين ، على عكس الذهب والفضة ، لا يذوب في الفرن ، ولا يمكن تزويره باردًا أو ساخنًا. لذلك ، لم يجد المعدن تطبيقًا عمليًا لفترة طويلة ، فقد كان مطلوبًا فقط بين المزورين ، الذين خلطوه بالذهب لزيادة كتلته. وصلت الأمور إلى النقطة التي أصدر فيها ملك إسبانيا في عام 1755 مرسومًا يقضي بفصل كل البلاتين المستخرج أثناء تطوير الغرينيات الكولومبية في تشوكو بعناية عن الذهب وإغراقه في الأنهار. لمدة 43 عامًا من المرسوم ، تم تدمير ما يصل إلى أربعة أطنان من المعادن الثمينة.
لأول مرة ، تمكن المهندسون الروس من الحصول على سبيكة معدنية في عام 1826. للقيام بذلك ، تم إذابة حبيبات البلاتين الأصلي في أكوا ريجيا ثم ترسبت على شكل كتلة إسفنجية مسامية ، والتي تم تشكيلها تحت ضغط عند 1000 درجة ج. في هذه الحالة ، اكتسب المعدن مرونة وليونة. في روسيا ، من 1828 إلى 1845 ، تم سك العملات المعدنية البلاتينية ، وكذلك الميداليات والمجوهرات. يبدو الترصيع للماس والعديد من الأحجار الكريمة الأخرى المصنوعة من البلاتين أكثر إثارة للإعجاب من الأحجار الفضية. إضافة البلاتين إلى المجوهرات الفضية يجعلها أثقل وأكثر متانة. الاستخدام الشائع في المجوهرات هو "الذهب الأبيض" - سبيكة من الفضة والأبيض من البلاديوم والذهب بنسبة 1: 5. ومن المثير للاهتمام أن الذهب لا يختلط مع البلاتين في شكل صلب ، فهذه السبيكة عبارة عن مزيج من المحاليل الصلبة من البلاتين في الذهب والذهب من البلاتين. مع زيادة نسبة البلاتين ، يتغير لون الذهب إلى الأصفر الرمادي والرمادي الفضي. تم استخدام هذه السبائك من قبل مجوهرات فابرجيه.
يقدر الاستهلاك العالمي السنوي من معادن البلاتين بحوالي 200 طن. البلاتين أغلى قليلاً من الذهب ، في حين أن الروديوم والإيريديوم والروثينيوم والأوزميوم أغلى بعدة مرات من البلاتين. أرخص معادن البلاتين هو البلاديوم. يكلف أقل من 4 دولارات للجرام.
يتم عرض أهم مجالات استخدام معادن البلاتين في الجدول
الجدول 6.4. هيكل استهلاك معادن البلاتين بالنسبة المئوية
لا يشمل الأوزميوم ، الذي يبلغ إنتاج العالم السنوي منه بضعة كيلوغرامات فقط. على الرغم من أن محفزات الهدرجة التي تم تطويرها على أساسها أكثر كفاءة حتى من تلك البلاتينية ، كما أن إضافتها إلى السبائك تزيد بشكل كبير من مقاومة التآكل ، إلا أن الأوزميوم ومركباته لم تجد بعد تطبيقًا عمليًا بسبب تكلفتها العالية.
من بين مستهلكي البلاتين والروديوم والبلاديوم ، تحتل صناعة السيارات المرتبة الأولى ، حيث تقدم على نطاق واسع المحفزات المصنوعة على أساسها والتي تعمل على تحسين الاحتراق اللاحق لغازات العادم. تعتمد كفاءة استخدامها بشكل مباشر على جودة البنزين - فالمحتوى العالي من مركبات الكبريت العضوية فيه يؤدي إلى تسمم سريع للمحفز ويقلل من تأثيره إلى لا شيء. في عمليات الإصلاح ، تُستخدم سبائك البلاتين والرينيوم ، في الهدرجة ، وكذلك في أكسدة الأمونيا إلى أكسيد النيتريك (II) وثاني أكسيد الكبريت إلى أنهيدريد الكبريت - الأسبستوس المبلن ، في إنتاج الأسيتالديهيد الاصطناعي (عملية Wacker) - البلاديوم (الثاني) كلوريد. تستخدم مركبات الروديوم بشكل رئيسي في الحفز المتجانس. من بينها ، يُعرف أفضل ثلاثي فينيل فوسفينيروديوم (I) كلوريد Rh (PPh 3) 3 Cl ، والذي يُشار إليه غالبًا باسم محفز ويلكنسون. في وجودها ، تستمر العديد من عمليات الهدرجة حتى في درجة حرارة الغرفة.
نظرًا لاستقرارها الحراري العالي وقيمها الكهرومغناطيسية الحرارية العالية ، تُستخدم سبائك البلاتين المعدنية في إنتاج المزدوجات الحرارية لقياس درجات الحرارة المرتفعة: تعمل المزدوجات الحرارية البلاتينية والروديوم في درجات حرارة تصل إلى 1300 درجة مئوية ، والروديوم إيريديوم - 2300 درجة مئوية.
يجعل الخمول الكيميائي والحرارية مواد البلاتين والبلاتينويد مناسبة لتصنيع الأقطاب الكهربائية ، والأواني الزجاجية للمختبرات ، والمفاعلات الكيميائية ، على سبيل المثال ، مصهور الزجاج. البلاديوم هو المادة الرئيسية لمكثفات السيراميك متعددة الطبقات المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة. في الهندسة الكهربائية ، يستخدم البلاتين والبلاديوم في طلاء الواقية على التلامس والمقاومة الكهربائية ، بحيث يمكن إزالتها من الأجهزة الكهربائية المستعملة. تستخدم مستحضرات البلاتين في العلاج الكيميائي لأمراض الأورام السرطانية.
تقع في الفترة الرابعة.
الوزن الذري للحديد 55.84 ، الشحنة النووية +26. توزيع الإلكترونات حسب مستويات الطاقة (+26): 2 ، 8 ، 14 ، 2. التكوين الإلكتروني للطبقة الحديدية الخارجية وقبل الخارجية 3s23p63d64s2.
وهكذا لذرة حديد إضافة إلى ذرتين س- إلكترونات الطبقة الخارجية الرابعة ، وهناك ستة أخرى د- إلكترونات الطبقة الخارجية الثالثة. من هؤلاء د- الإلكترونات هي الأكثر نشاطًا 4 غير متزاوجة. وبالتالي ، تشارك 6 إلكترونات بشكل خاص في تكوين روابط تكافؤ الحديد - 2 من الخارج و 4 من الطبقات السابقة الخارجية. أكثر حالات أكسدة الحديد شيوعًا هي Fe +2 و Fe +3. الحديد هو أحد العناصر الأكثر شيوعًا في الطبيعة. من حيث الانتشار بين العناصر الأخرى ، فهي تحتل المرتبة الرابعة.
■ 57. بناءً على بنية ذرة الحديد ، وكذلك توزيع الإلكترونات في المدارات ، تشير إلى حالات الأكسدة المحتملة لهذا العنصر.
الحديد في الحالة الحرة هو معدن فضي لامع بكثافة 7.87 ونقطة انصهار تبلغ 1535 درجة ونقطة غليان تبلغ 2740 درجة. لقد أظهر الحديد خصائص مغناطيسية حديدية ، أي أنه تحت تأثير المجال المغناطيسي ، يصبح ممغنطًا ، وعندما يتوقف المجال ، يحتفظ بخصائصه المغناطيسية ، ليصبح نفسه مغناطيسًا. جميع عناصر المجموعة الحديدية لها هذه الخصائص.
وفقًا لخصائصه الكيميائية ، يعد الحديد معدنًا نشطًا للغاية. في حالة عدم وجود رطوبة ، لا يتغير الحديد في الهواء ، ولكن عند تعرضه للرطوبة والأكسجين في الهواء ، يتعرض للتآكل الشديد ويصبح مغطى بغشاء فضفاض من الصدأ وهو الحديد الذي لا يحميه من المزيد من الأكسدة ، ويتأكسد الحديد تدريجيًا بكامل كتلته:
4Fe + 2Н2О + 3О2 = 2Fe2O3 2H2O
تم تطوير عدد من الطرق لحماية هذا المعدن الأكثر قيمة من التآكل.
في سلسلة الفولتية ، يقع الحديد على يسار الهيدروجين. في هذا الصدد ، فإنه يتعرض بسهولة لعمل الأحماض المخففة ، فتتحول إلى ملح حديدي ، على سبيل المثال:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
لا يتفاعل الحديد مع أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة. تخلق هذه الأحماض طبقة أكسيد قوية وكثيفة على سطح المعدن بحيث يصبح المعدن سلبيًا تمامًا ولم يعد يدخل في تفاعلات أخرى. في الوقت نفسه ، في التفاعل المباشر مع عوامل مؤكسدة قوية مثل الحديد يظهر دائمًا حالة أكسدة +3:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
يتفاعل الحديد مع بخار شديد السخونة ؛ في الوقت نفسه ، يتم إزاحته من الماء ، ويتحول الحديد الملتهب إلى أكسيد ، ويكون دائمًا إما أكسيد الحديدوز FeO أو أكسيد الحديدوز Fe3O4 (Fe2O3 FeO):
Fe + H2O = FeO + H2
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
الحديد المسخن في الأكسجين النقي يحترق بقوة مع تكوين مقياس الحديد (انظر الشكل 40).
3Fe + 2O2 = Fe3O4
عند المكلس ، يشكل الحديد سبيكة مع الكربون وفي نفس الوقت كربيد الحديد Fe3C.
■ 58. اذكر الخصائص الفيزيائية للحديد.
59. ما هي الخواص الكيميائية للحديد؟ أعط إجابة منطقية.
مركبات الحديد
يشكل الحديد سلسلتين من المركبات - المركبات Fe +2 و Fe +3. يتميز الحديد بوجود أكاسيد - أكسيد FeO وأكسيد Fe2O3. صحيح ، من المعروف أن أكسيد مختلط Fe3O4 ، جزيءه عبارة عن اثنين من الحديد والحديد: Fe2O3 · FeO. يسمى هذا الأكسيد أيضًا بأكسيد الحديد أو أكسيد الحديدوز.
مركبات الحديدوز أقل ثباتًا من أكسيد- o ، وفي وجود عامل مؤكسد ، حتى لو كان الهواء فقط ، فإنها تتحول عادةً إلى مركبات حديد حديديك. على سبيل المثال ، الحديد (II) هيدروكسيد Fe (OH) 2 هو مادة صلبة بيضاء ، ولكن يمكن الحصول عليها في صورة نقية فقط عندما لا تحتوي محاليل المواد المتفاعلة على أكسجين مذاب وإذا تم إجراء التفاعل في حالة عدم وجود الأكسجين الجوي:
FeSO4 + 2NaOH = Fe (OH) 2 + Na2SO4
بالطبع ، يجب ألا يحتوي الملح الذي يتم الحصول منه على هيدروكسيد الحديد (II) على أدنى شوائب من المركبات المؤكسدة. نظرًا لأنه من الصعب جدًا إنشاء مثل هذه الظروف في مختبر تعليمي عادي ، يتم الحصول على هيدروكسيد الحديد (II) في شكل ترسبات هلامية خضراء داكنة إلى حد ما ، مما يشير إلى استمرار أكسدة المركبات الحديدية إلى الحديديك. إذا ظل هيدروكسيد الحديد (II) في الهواء لفترة طويلة ، فإنه يتحول تدريجياً إلى حديد (III) هيدروكسيد Fe (OH) 3:
4Fe (OH) 2 + O2 + 2H2O = 4Fe (OH) 3
الحديد عبارة عن هيدروكسيدات نموذجية غير قابلة للذوبان. يحتوي هيدروكسيد الحديد (II) على خصائص أساسية ، في حين أن Fe (OH) 3 له خصائص مذبذبة ضعيفة جدًا.
■ 60. قائمة خصائص أكسيد الحديد كأكسيد قاعدي نموذجي. أعط إجابة منطقية. اكتب كل معادلات التفاعل بأشكال أيونية كاملة ومختصرة.
61. اذكر خصائص هيدروكسيد الحديد (II). ادعم إجابتك مع معادلات التفاعل.
من بين أملاح الحديد (II) ، تعتبر كبريتات الحديد FeSO4 7H2O ، التي تحتوي على 7 جزيئات من ماء التبلور ، ذات أهمية قصوى. كبريتات الحديد عالية الذوبان في الماء. يتم استخدامه لمكافحة الآفات في الزراعة وكذلك في صناعة الأصباغ.
من أهم أملاح الحديديك هو كلوريد الحديديك FeCl3 ، وهو عبارة عن بلورات برتقالية رطبة للغاية تمتص الماء أثناء التخزين وتنتشر في ملاط بني.
يمكن أن تتحول أملاح الحديد (II) بسهولة إلى أملاح حديد (III) ، على سبيل المثال ، عند تسخينها بحمض النيتريك أو برمنجنات البوتاسيوم في وجود حامض الكبريتيك:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2 (SO4) 3 + 2NO + 4H2O
يمكن أن تحدث أكسدة أملاح الحديد +2 في أملاح الحديد +3 أيضًا تحت تأثير الأكسجين الجوي أثناء تخزين هذه المركبات ، ولكن هذه العملية فقط أطول. للتعرف على كاتيونات Fe 2+ و Fe 3+ ، يتم استخدام كواشف خاصة مميزة للغاية. على سبيل المثال ، للتعرف على الحديدوز ، يأخذون ملح الدم الأحمر K3 ، والذي ، في وجود الأيونات الحديدية ، يمنحهم ترسبًا أزرقًا كثيفًا مميزًا من اللون الأزرق:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
أو في شكل أيوني
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
للتعرف على أملاح Fe3 + ، يتم استخدام تفاعل مع ملح الدم الأصفر K4:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl
4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
في هذه الحالة ، تترسب رواسب زرقاء كثيفة من الأزرق البروسي. يتم استخدام اللون الأزرق البروسي والأزرق الداكن كصبغات.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن التعرف على حديد الحديديك باستخدام أملاح قابلة للذوبان - ثيوسيانات البوتاسيوم KCNS أو ثيوسيانات الأمونيوم NH4CNS. عندما تتفاعل هذه المواد مع أملاح الحديد (III) ، يكتسب المحلول لونًا أحمر الدم.
■ 62. اذكر خصائص الأملاح Fe +3 و Fe +2. ما هي حالة الأكسدة الأكثر استقرارًا؟
63. كيف يتم تحويل Fe +2 ملح إلى ملح Fe +3 والعكس صحيح؟ أعط أمثلة.
يسير التفاعل وفقًا للمعادلة:
FeCl3 + 3KCNS = Fe (CNS) 3 + 3KCl
أو في شكل أيوني
Fe 3+ + 3CNS - \ u003d Fe (CNS) ،
تلعب مركبات الحديد دورًا مهمًا في حياة الكائنات الحية. على سبيل المثال ، هو جزء من بروتين الدم الرئيسي - الهيموجلوبين ، وكذلك النباتات الخضراء - الكلوروفيل. يدخل الحديد الجسم بشكل رئيسي في المواد العضوية للمنتجات الغذائية. يحتوي الكثير من الحديد على التفاح والبيض والسبانخ والبنجر. كأدوية ، يستخدم الحديد في شكل أملاح الأحماض العضوية. يعمل كلوريد الحديديك كعامل مرقئ.
■ 64. ثلاثة أنابيب اختبار تحتوي على: أ) كبريتات الحديد (II) ، ب) كبريتات الحديد (III) ، ج) كلوريد الحديد (III). كيفية تحديد أنبوب الاختبار الذي يحتوي على الملح؟
65. كيفية القيام بسلسلة من التحولات:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2 (SO4) 3 → Fe (OH) 3 → Fe2O3.
66- يرد ما يلي: حديد ، صودا كاوية. كيف باستخدام هذه المواد فقط للحصول على هيدروكسيد الحديد (II) وهيدروكسيد الحديد (III)؟
67. تمت معالجة محلول يحتوي على كلوريد الكروم (III) وكلوريد الحديد (III) مع فائض من القلويات. تم ترشيح الراسب الناتج. ما الذي يبقى على المرشح وما الذي يمر في المرشح؟ أعط إجابة مستنيرة باستخدام معادلات التفاعل في الأشكال الجزيئية والأيونية الكاملة والأيونية المختصرة.
سبائك الحديد
الحديد هو أساس علم المعادن الحديدية ، لذلك يتم تعدينه بكميات ضخمة. يوفر البرنامج الجديد للبناء الشامل للشيوعية إنتاج 250 مليون طن من الفولاذ في عام 1980. هذا هو 3.8 مرة أكثر من عام 1960.
يكاد لا يتم استخدام الحديد أبدًا في شكله النقي ، ولكن فقط في شكل سبائك. أهم سبائك الحديد هي الكربون - أنواع مختلفة من الحديد الزهر والفولاذ. الفرق الرئيسي بين الحديد الزهر والصلب هو محتوى الكربون: يحتوي الحديد الزهر على أكثر من 1.7٪ كربون ، بينما يحتوي الفولاذ على أقل من 1.7٪.
تعتبر السبائك الحديدية (سبيكة من الحديد مع السيليكون) ذات أهمية عملية كبيرة ، والفيروكروم (سبيكة من الحديد مع الكروم) ، والمنغنيز الحديدي (سبيكة من الحديد مع المنغنيز). السبائك الحديدية عبارة عن حديد مصبوب يحتوي على أكثر من 10٪ حديد وما لا يقل عن 10٪ من المكون المقابل. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تحتوي على نفس العناصر الموجودة في الحديد الزهر. تستخدم السبائك الحديدية بشكل رئيسي في "إزالة الأكسدة" من الفولاذ وكشوائب في صناعة السبائك.
من بين الحديد المصبوب ، يتم تمييز الحديد الخطي والخنازير. يتم استخدام حديد الصب في صب الأجزاء المختلفة ، ويتم صهر الحديد الزهر إلى الفولاذ ، حيث إنه يتمتع بصلابة عالية جدًا ولا يمكن معالجته. الحديد الزهر أبيض ، وحديد المسبك رمادي. يحتوي الحديد الزهر على المزيد من المنجنيز.
الفولاذ من الكربون وسبائك. عادةً ما يكون الفولاذ الكربوني عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون ، بينما يحتوي الفولاذ السبائكي على مواد مضافة للسبائك ، أي شوائب من معادن أخرى تمنح الفولاذ خصائص أكثر قيمة. يعطي مرونة الفولاذ ، والمرونة ، والاستقرار أثناء التصلب ، و- الصلابة ومقاومة الحرارة. الفولاذ مع إضافات الزركونيوم مرن للغاية وقابل للدهن ؛ يتم استخدامها لصنع لوحات الدروع. شوائب المنغنيز تجعل الفولاذ مقاومًا للصدمات والاحتكاك. يعمل البورون على تحسين خصائص القطع للفولاذ في صناعة الأدوات الفولاذية.
في بعض الأحيان ، حتى الشوائب الصغيرة من المعادن النادرة تعطي الفولاذ خصائص جديدة. إذا تم الاحتفاظ بجزء من الصلب في مسحوق البريليوم عند درجة حرارة 900-1000 درجة ، فإن صلابة الفولاذ ومقاومته للتآكل تزداد بشكل كبير.
الكروم والنيكل أو الفولاذ المقاوم للصدأ ، كما يطلق عليهما أيضًا ، مقاومان للتآكل. شوائب الكبريت والفوسفور ضارة جدًا بالصلب - تجعل المعدن هشًا.
■ 68. ما هي أهم أنواع الحديد التي تعرفها؟
69. ما هو الفرق الرئيسي بين الصلب والحديد الزهر؟
70. ما هي خواص الزهر وماهي انواع الحديد الزهر هل تعرف؟
71. ما هي سبائك الفولاذ ومضافات السبائك؟
عملية المجال
يتم إنتاج الحديد الزهر عن طريق الصهر في أفران الصهر. هذه هياكل ضخمة يبلغ ارتفاعها ثلاثين مترًا ، وتنتج أكثر من 2000 طن من الحديد الزهر يوميًا. يظهر مخطط جهاز الفرن العالي في الشكل. 83.
يُطلق على الجزء العلوي من الفرن العالي ، الذي يتم من خلاله تحميل الشحنة ، الجزء العلوي. من خلال الجزء العلوي من الشحنة
أرز. 83. مخطط جهاز الفرن العالي.
يقع في عمود طويل للفرن ، يمتد من أعلى إلى أسفل ، مما يسهل حركة المواد المحملة من الأعلى إلى الأسفل. عندما تنتقل الشحنة إلى أكبر جزء من الفرن - البخار - تحدث سلسلة من التحولات معها ، ونتيجة لذلك يتشكل الحديد الزهر ، ويتدفق إلى الموقد - الجزء الأكثر سخونة من الفرن. هذا هو المكان الذي يتجمع فيه الخبث. يتم إطلاق الحديد الزهر والخبث من الفرن من خلال ثقوب خاصة في الموقد تسمى الثقوب. من خلال الجزء العلوي من الفرن ، يتم نفخ الهواء في الفرن العالي ، والذي يدعم احتراق الوقود في الفرن.
ضع في اعتبارك العمليات الكيميائية التي تحدث أثناء صهر الحديد. تتكون شحنة الفرن العالي ، أي معقد المواد المحملة فيه ، من خام الحديد والوقود والتدفق أو التدفقات. هناك العديد من خامات الحديد. الخامات الرئيسية هي خام الحديد المغناطيسي Fe3O4 ، خام الحديد الأحمر Fe2O3 ، خام الحديد البني 2Fe2O8 3H2O. في عملية فرن الصهر ، يتم استخدام الحديديت FeCO3 ، وأحيانًا FeS2 ، كخام حديد ، والذي يتحول بعد إطلاقه في أفران البيريت إلى رماد Fe2O3 ، والذي يمكن استخدامه في علم المعادن. هذا الخام غير مرغوب فيه بسبب الاختلاط الكبير للكبريت. لا يتم صهر الحديد الزهر فحسب ، بل أيضًا السبائك الحديدية في فرن الصهر. يعمل الوقود المحمّل في الفرن في نفس الوقت على الحفاظ على درجة حرارة عالية في الفرن واستعادة الحديد من الركاز ، كما يشارك في تكوين سبيكة بالكربون. عادة ما يكون الوقود فحم الكوك.
في عملية صهر الحديد ، يتحول فحم الكوك إلى غاز ، ويتحول ، كما في مولد الغاز ، أولاً إلى ثاني أكسيد ثم إلى أول أكسيد الكربون:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
أول أكسيد الكربون الناتج هو عامل اختزال غازي جيد. بمساعدتها ، يتم استعادة خام الحديد:
Fe2O3 + 3CO = 3CO2 + 2Fe
جنبًا إلى جنب مع الخام المحتوي على الحديد ، من المؤكد أن شوائب الصخور المتبقية تدخل الفرن. إنها شديدة المقاومة للحرارة ويمكن أن تسد الفرن الذي يعمل بشكل مستمر لسنوات عديدة. من أجل إزالة صخور النفايات بسهولة من الفرن ، يتم تحويلها إلى مركب قابل للانصهار ، وتحويله إلى خبث مع تدفقات (تدفقات). لنقل الصخور الأساسية المحتوية على خبث ، على سبيل المثال ، الحجر الجيري ، الذي يتحلل في فرن وفقًا للمعادلة
CaCO3 = CaO + CO2
أضف الرمل. الاندماج مع أكسيد الكالسيوم ، يشكل الرمل سيليكات:
CaO + SiO3 = CaSiO3
هذه مادة ذات درجة انصهار أقل بشكل لا يضاهى. في حالة سائلة ، يمكن إطلاقه من الفرن.
إذا كانت الصخور حمضية ، وتحتوي على كمية كبيرة من ثاني أكسيد السيليكون ، فعلى العكس من ذلك ، يتم تحميل الحجر الجيري في الفرن ، مما يحول ثاني أكسيد السيليكون إلى سيليكات ، ونتيجة لذلك يتم الحصول على نفس الخبث. في السابق ، كان الخبث نفايات ، ولكن الآن يتم تبريده بالماء واستخدامه كمواد بناء.
للحفاظ على احتراق الوقود ، يتم توفير الهواء الساخن الغني بالأكسجين باستمرار إلى الفرن العالي. يتم تسخينه في سخانات هواء خاصة - كيوبر. كاوبر هو برج مرتفع مبني من الطوب المقاوم للحرارة ، حيث يتم تصريف الغازات الساخنة من الفرن العالي. تحتوي غازات أفران الانفجار على ثاني أكسيد الكربون CO2 و N2 وأول أكسيد الكربون CO. يحترق أول أكسيد الكربون في الكاوبر ، مما يرفع درجة حرارته. ثم يتم إرسال غازات فرن الانفجار تلقائيًا إلى راعي آخر ، ومن خلال الغاز الأول ، يبدأ نفخ الهواء الموجه إلى فرن الانفجار. في الكوبرى الساخن ، يتم تسخين الهواء ، وبالتالي يتم توفير الوقود ، والذي سيتم إنفاقه بكميات كبيرة على تسخين الهواء الداخل إلى فرن الانفجار. يحتوي كل فرن صهر على العديد من الرعاة.
■ 72. ما هو تكوين شحنة الفرن العالي؟
73- ضع قائمة بالعمليات الكيميائية الرئيسية التي تحدث أثناء صهر الحديد.
74. ما هو تكوين غاز الفرن العالي وكيف يتم استخدامه في رعاة البقر؟
75. ما هي كمية الحديد الزهر المحتوية على 4٪ كربون والتي يمكن الحصول عليها من 519.1 كجم من خام الحديد المغناطيسي المحتوي على 10٪ شوائب؟
76. ما هي كمية فحم الكوك التي تعطي حجمًا من أول أكسيد الكربون كافٍ لتقليل 320 كجم من أكسيد الحديد إذا كان الكوك يحتوي على 97٪ كربون نقي؟
77. كيف يجب معالجة السديريت بحيث يمكن الحصول على الحديد منها؟
صهر الصلب
يُصهر الفولاذ في ثلاثة أنواع من الأفران - أفران التجديد ذات الموقد المفتوح ومحولات بيسمر والأفران الكهربائية.
فرن الموقد المفتوح هو أحدث فرن مصمم لصهر الكتلة الرئيسية من الفولاذ (الشكل 84). فرن الموقد المفتوح ، على عكس الفرن العالي ، ليس فرنًا يعمل باستمرار.
أرز. 84. مخطط الجهاز من موقد الفرن
الجزء الرئيسي منه هو الحمام ، حيث يتم تحميل المواد اللازمة من خلال النوافذ بواسطة آلة خاصة. يتم توصيل الحمام بواسطة ممرات خاصة بالمولدات التي تعمل على تسخين الغازات القابلة للاحتراق والهواء الذي يتم توفيره للفرن. يحدث التسخين بسبب حرارة نواتج الاحتراق ، والتي تمر عبر المولدات من وقت لآخر. نظرًا لوجود العديد منهم ، فإنهم يعملون بدورهم ويتم تسخينهم بدورهم. يمكن أن ينتج فرن الموقد المفتوح ما يصل إلى 500 طن من الفولاذ لكل ذوبان.
إن شحنة فرن الموقد المفتوح متنوعة للغاية: تشتمل تركيبة الشحنة على الحديد الخام ، والخردة المعدنية ، والخام ، والتدفق (التدفقات) من نفس الطبيعة كما في عملية الفرن العالي. كما هو الحال في عملية الفرن العالي ، أثناء صناعة الفولاذ ، يتم تسخين الهواء والغازات القابلة للاحتراق في المجددات بسبب حرارة غازات العادم. يتم رش الوقود في أفران المجمرة المفتوحة إما بزيت الوقود بواسطة فوهات أو غازات قابلة للاحتراق ، والتي تستخدم حاليًا على نطاق واسع بشكل خاص. يعمل الوقود هنا فقط للحفاظ على درجة حرارة عالية في الفرن.
تختلف عملية صهر الفولاذ اختلافًا جوهريًا عن عملية الفرن العالي ، نظرًا لأن عملية الفرن العالي هي عملية اختزال ، وصهر الفولاذ هو عملية مؤكسدة ، والغرض منها هو تقليل محتوى الكربون عن طريق أكسدة كتلة فلز. العمليات التي ينطوي عليها هذا معقدة للغاية.
يتم احتوائه في الخام وإمداده بالهواء إلى الفرن لحرق الوقود الغازي ، ويتأكسد ، بالإضافة إلى كمية كبيرة من الحديد ، مما يحوله بشكل أساسي إلى أكسيد الحديد (II): 2Fe + O2 \ u003d 2FeO
يحتوي الحديد الزهر ، أو أي شوائب من معادن أخرى عند درجة حرارة عالية ، على تقليل أكسيد الحديد (II) الناتج مرة أخرى إلى حديد معدني وفقًا للمعادلة: Si + 2FeO \ u003d SiO2 + 2Fe Mn + FeO \ u003d MnO + Fe
يتفاعل بشكل مشابه مع أكسيد الحديد (II) و: C + FeO = Fe + CO
في نهاية العملية ، لاستعادة ما تبقى من أكسيد الحديد (II) (أو ، كما يقولون ، "لإزالة الأكسدة") ، تتم إضافة "مزيلات الأكسدة" - السبائك الحديدية -. تعمل إضافات المنغنيز والسيليكون الموجودة فيها على تقليل أكسيد الحديد المتبقي (II) وفقًا للمعادلات أعلاه. بعد ذلك ، ينتهي الذوبان. يستغرق الصهر في أفران الموقد المفتوح من 8 إلى 10 ساعات.
أرز. 85. مخطط جهاز محول بيسمير
محول Bessemer (الشكل 85) - فرن من النوع الأقدم ، ولكن بأداء عالٍ جدًا. نظرًا لأن المحول يعمل بدون استهلاك الوقود ، فإن طريقة إنتاج الفولاذ هذه تحتل مكانًا مهمًا في علم المعادن. المحول عبارة عن وعاء فولاذي على شكل كمثرى بسعة 20-30 طن ، مبطن من الداخل بآجر مقاوم للصهر. كل حرارة في المحول تستمر من 12 إلى 15 دقيقة. يحتوي المحول على عدد من العيوب: يمكنه العمل فقط على الحديد السائل. هذا يرجع إلى حقيقة أن أكسدة الكربون تتم عن طريق مرور الهواء من الأسفل عبر الكتلة الكاملة للحديد السائل ، مما يسرع الذوبان بشكل كبير ويزيد من شدة الأكسدة. بطبيعة الحال ، فإن "نفايات" الحديد في هذه الحالة كبيرة بشكل خاص. في الوقت نفسه ، لا يسمح وقت الذوبان القصير بتنظيمه ، وإضافة شوائب صناعة السبائك ، وبالتالي ، يتم صهر الفولاذ الكربوني بشكل أساسي في المحولات. في نهاية الذوبان ، يتم إيقاف إمداد الهواء ، وكما هو الحال في عملية الموقد المفتوح ، تتم إضافة "مزيلات الأكسدة".
في الأفران الكهربائية (الشكل 86) ، يتم صهر سبائك الصلب ذات الدرجات الخاصة ، بشكل أساسي بدرجة حرارة انصهار عالية ، وتحتوي على مواد مضافة أخرى. يتم إرسال الفولاذ النهائي إلى المتداول. هناك ، في مصانع الدرفلة الضخمة - الزهرات والألواح - يقومون بضغط سبائك الصلب الساخنة بمساعدة البكرات ، مما يجعل من الممكن إنتاج أشكال مختلفة من سبيكة فولاذية.
الشكل 86. مخطط فرن القوس الكهربائي. 1 - أقطاب كهربائية ، 2 - نافذة تحميل ، 3 - شلال للصلب ، 4 - آلية دوارة
يستخدم الحديد على شكل سبائك على نطاق واسع في الاقتصاد الوطني. لا يمكن لأي فرع من فروع الاقتصاد الوطني الاستغناء عنه. من أجل الحفاظ على المعادن الحديدية ، في الوقت الحاضر ، قدر الإمكان ، يحاولون استبدالها بمواد اصطناعية.
يتم تصنيع الأدوات الآلية والسيارات والطائرات والأدوات والتجهيزات للهياكل الخرسانية المسلحة وصناديق القصدير وألواح الأسقف والسفن والجسور والآلات والعوارض الزراعية والأنابيب ومجموعة كاملة من المنتجات المنزلية من معادن حديدية.
■ 78. ما هو الفرق الأساسي بين عملية صناعة الصلب وعملية الفرن العالي؟
79. ما هي الأفران المستخدمة في صهر الفولاذ؟
80. ما هي المولدات في فرن الموقد المكشوف؟
81. حدد تركيبة شحنة فرن الموقد المفتوح واختلافها عن تكوين شحنة الفرن العالي؟
82. ما هي "مزيلات التأكسد"؟
83. لماذا يسمى صهر الفولاذ بالصهر التأكسدي؟
84. ما هي كمية الصلب المحتوي على 1٪ كربون والتي يمكن الحصول عليها من 116.7 كجم من الحديد الزهر المحتوي على 4٪ كربون؟
85. ما هي كمية المنغنيز الحديدي المحتوية على 80٪ منجنيز التي ستكون مطلوبة "لإزالة أكسدة" 36 كجم من أكسيد الحديدوز؟
مقال عن موضوع الحديد ، مجموعة فرعية ثانوية من المجموعة الثامنة
الحديد والكهرباء تتنوع خصائص الفولاذ. يوجد فولاذ مصمم لإقامة طويلة في مياه البحر ، فولاذ يمكنه تحمل درجات الحرارة المرتفعة و ...
إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه
سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.
نشر على http://www.allbest.ru//
نشر على http://www.allbest.ru//
وزارة الصحة والتنمية الاجتماعية لروسيا الاتحادية
مؤسسة تعليمية حكومية للتعليم المهني العالي
أول جامعة موسكو الحكومية الطبية
سميت على اسم IM Sechenov
قسم الكيمياء العامة
الموضوع: "كيمياء عناصر المجموعة VIII B للنظام الدوري لـ D.I. مندليف "
أكمله الطالب
كيريلوفا أناستازيا أليكساندروفنا
2 دورات كلية طب الأطفال
المحاضر: Garnova N.Yu.
موسكو 2015
الخصائص العامة للعناصر الكيميائية للمجموعة VIIIB
تضم المجموعة الثامنة من المجموعة الفرعية الثانوية عناصر من ثلاثيات من الحديد (الحديد والكوبالت والنيكل) والروثينيوم (الروثينيوم والروديوم والبلاديوم) والأوزميوم (الأوزميوم والإيريديوم والبلاتين). تحتوي معظم عناصر المجموعة الفرعية قيد الدراسة على إلكترونين في الطبقة الإلكترونية الخارجية للذرة ؛ كلهم معادن. بالإضافة إلى الإلكترونات الخارجية ، تشارك الإلكترونات من الطبقة السابقة غير المكتملة أيضًا في تكوين الروابط الكيميائية. تتميز هذه العناصر بحالات أكسدة تساوي 2 ، 3 ، 4. حالات الأكسدة الأعلى أقل شيوعًا.
تظهر مقارنة الخواص الفيزيائية والكيميائية لعناصر المجموعة الثامنة أن الحديد والكوبالت والنيكل ، التي كانت في الفترة الأولى الكبيرة ، متشابهة جدًا مع بعضها البعض وفي نفس الوقت مختلفة تمامًا عن عناصر ثلاثيات أخرى. لذلك ، عادة ما يتم عزلهم في عائلة الحديد. يتم دمج العناصر الستة المتبقية من المجموعة الثامنة تحت الاسم العام للمعادن البلاتينية.
تحتوي ذرات الثالوث الحديدي في المستوى الأخير على إلكترونين ، ومع ذلك ، يختلف عدد الإلكترونات في المستوى الفرعي ثلاثي الأبعاد بالنسبة لهم. Fe - ثلاثي الأبعاد 6.4 ثانية 2 ؛ Co-3d 7.4s 2 ؛ ني -3d 8.4 ثانية 2. لا تحتوي ذرات عناصر عائلة الحديد ، على عكس ذرات معادن البلاتين ، على مستوى فرعي حر ، لذلك تختلف خصائصها تمامًا عن خصائص عناصر الثلاثيات الأخرى (Ru و Rh و Pd و Os ، Ir ، Pt) في مركباتهم ، Fe ، Co ، Ni تظهر درجة +2 و +3 أكسدة. يمكن أن يُظهر الحديد أيضًا حالة أكسدة +6 ، كوبالت +5 ، نيكل +4. جميع عناصر الثلاثيات الثلاثة هي عوامل معقدة قوية.
تاريخ اكتشاف العناصر الكيميائية للمجموعة VIIIB
مجموعة فرعية من الحديد.
عرف الحديد كمواد أداة منذ العصور القديمة. يعود تاريخ إنتاج واستخدام الحديد إلى عصور ما قبل التاريخ ، على الأرجح مع استخدام الحديد النيزكي. تم استخدام الصهر في فرن صهر الجبن في القرن الثاني عشر قبل الميلاد. ه. في الهند والأناضول والقوقاز. كما لوحظ استخدام الحديد في صهر وتصنيع الأدوات والأدوات في عام 1200 قبل الميلاد. ه. في إفريقيا جنوب الصحراء.
تم اكتشاف الروثينيوم من قبل الأستاذ بجامعة كازان كارل كلاوس في عام 1844. عزله كلاوس عن خام بلاتين الأورال بشكله النقي وأشار إلى التشابه بين ثلاثيات الروثينيوم - الروديوم - البلاديوم والأوزميوم - الإيريديوم - البلاتين. أطلق على العنصر الجديد اسم الروثينيوم تكريما لروسيا (روثينيا هو الاسم اللاتيني لروسيا).
تم اكتشاف الأوزميوم في عام 1804 من قبل الكيميائي الإنجليزي سميثسون تينانت في الرواسب المتبقية بعد إذابة البلاتين في أكوا ريجيا.
مجموعة فرعية من الكوبالت.
مركبات الكوبالت معروفة للإنسان منذ العصور القديمة ، تم العثور على أكواب الكوبالت الأزرق والمينا والدهانات في مقابر مصر القديمة. في عام 1735 ، تمكن عالم المعادن السويدي جورج براند من عزل معدن غير معروف سابقًا عن هذا المعدن ، والذي سماه الكوبالت. اكتشف أيضًا أن مركبات هذا العنصر المحدد تتحول إلى اللون الأزرق الزجاجي - وقد تم استخدام هذه الخاصية حتى في بلاد آشور القديمة وبابل.
تم اكتشاف الروديوم في إنجلترا عام 1803 بواسطة William Hyde Wollaston. يأتي الاسم من اليونانية القديمة - الورد ، المركبات النموذجية من الروديوم لها لون أحمر غامق عميق.
تم اكتشاف الإيريديوم في عام 1803 من قبل الكيميائي الإنجليزي S. Tennant بالتزامن مع الأوزميوم ، والذي كان موجودًا كشوائب في البلاتين الطبيعي المستورد من أمريكا الجنوبية. وكان الاسم (اليوناني القديم - قوس قزح) يرجع إلى ألوان أملاحه المختلفة.
مجموعة فرعية من النيكل.
تم اكتشاف النيكل في عام 1751. ومع ذلك ، قبل ذلك بوقت طويل ، كان عمال المناجم السكسونيون على دراية جيدة بالخام ، والذي يشبه ظاهريًا خام النحاس وكان يستخدم في صناعة الزجاج لتلوين الزجاج باللون الأخضر.
اكتشف الكيميائي الإنجليزي ويليام ولاستون البلاديوم في عام 1803. عزله ولاستون من خام البلاتين الذي تم جلبه من أمريكا الجنوبية.
لم يكن البلاتين معروفًا في أوروبا حتى القرن الثامن عشر. لأول مرة ، تم الحصول على البلاتين في صورة نقية من الخامات بواسطة الكيميائي الإنجليزي دبليو ولاستون في عام 1803. في روسيا ، في عام 1819 ، تم اكتشاف "معدن سيبيريا جديد" في الذهب الغريني المستخرج من جبال الأورال. في البداية كان يطلق عليه الذهب الأبيض ، تم العثور على البلاتين في Verkh-Isetsky ، ثم في مناجم Nevyansk و Bilimbaevsky. تم اكتشاف الغرينيات الغنية بالبلاتين في النصف الثاني من عام 1824 ، وفي العام التالي ، بدأ التعدين في روسيا.
التوزيع في الطبيعة
مجموعة فرعية من الحديد.
الحديد هو أكثر المعادن شيوعًا في العالم بعد الألمنيوم: فهو يشكل 4٪ (كتلة) من قشرة الأرض. يوجد الحديد على شكل مركبات مختلفة: أكاسيد ، كبريتيدات ، سيليكات. يوجد الحديد في الحالة الحرة فقط في النيازك.
أهم خامات الحديد تشمل خام الحديد المغناطيسي FeO · Fe2O3 ، خام الحديد الأحمر Fe2O3 ، خام الحديد البني 2Fe2O3 * 3H2O وخام الحديد الصافي FeCO3.
يوجد بكميات كبيرة ، ونادرًا ما يستخدم البيريت ، أو الحديد البايريت FeS2 ، في علم المعادن ، حيث يتم الحصول على الحديد الزهر منه بجودة منخفضة للغاية بسبب ارتفاع نسبة الكبريت فيه. ومع ذلك ، فإن الاستخدام الأكثر أهمية لبيريت الحديد - فهو بمثابة مادة وسيطة لإنتاج حامض الكبريتيك.
الروثينيوم هو أكثر المعادن البلاتينية شيوعًا في البشر ، ولكنه نادرًا ما يكون على الإطلاق. لا تلعب دورًا بيولوجيًا. يتركز بشكل رئيسي في الأنسجة العضلية. يعتبر أكسيد الروثينيوم العالي شديد السمية ، وكونه عامل مؤكسد قوي ، يمكن أن يشعل المواد القابلة للاشتعال. قد يوجد الأوزميوم أيضًا في البشر بكميات صغيرة بشكل غير محسوس.
يحدث الأوزميوم في حالته الأصلية في شكل محاليل صلبة مع الإيريديوم ، والتي تحتوي على 10 إلى 50٪ أوزميوم. يوجد الأوزميوم في الخامات المتعددة الفلزات التي تحتوي أيضًا على البلاتين والبلاديوم (خامات كبريتيد النحاس والنيكل والنحاس والموليبدينوم) ، وفي معادن البلاتين والنفايات الناتجة عن معالجة الخامات الحاملة للذهب. المعادن الرئيسية للأوزميوم هي سبائك طبيعية من الأوزميوم والإيريديوم (nevyanskite و sysertskite) تنتمي إلى فئة الحلول الصلبة. تشكل نيفيانسكيت بلورات كثيفة (c = 17000-22000 كجم / م 3) بيضاء أو رمادية فاتحة سداسية الشكل بلورات سداسية مع صلابة 6-7 نقاط على مقياس موس. يمكن أن يصل محتوى الأوزميوم في نيفيانسكيت إلى 21-49.3٪.
مجموعة فرعية من الكوبالت.
نسبة كتلة الكوبالت في القشرة الأرضية هي 4 · 10؟ 3٪. في المجموع ، هناك حوالي 30 من المعادن المحتوية على الكوبالت معروفة. المحتوى في مياه البحر حوالي (1.7) 10-10٪. يوجد الروديوم في خامات البلاتين ، في بعض الرمال الذهبية لأمريكا الجنوبية ودول أخرى. محتوى الروديوم والإيريديوم في قشرة الأرض هو 10-11٪.
الكوبالت هو أحد العناصر النزرة الحيوية للجسم. وهو جزء من فيتامين ب 12 (كوبالامين). يشارك الكوبالت في تكوين الدم ووظائف الجهاز العصبي والكبد والتفاعلات الأنزيمية. احتياج الإنسان للكوبالت هو 0.007-0.015 مجم يومياً. يحتوي جسم الإنسان على 0.2 ملغ من الكوبالت لكل كيلوغرام من وزن الإنسان. في حالة عدم وجود الكوبالت ، يتطور مرض الكوبالت.
الكوبالت الزائد ضار أيضًا بالبشر.
ربما يكون الروديوم والإيريديوم من أندر العناصر في جسم الإنسان (حتى يثبت تمامًا وجودهما هناك على الإطلاق).
الروديوم عنصر نادر جدًا ونادر جدًا. فقط النظير 103Rh يحدث في الطبيعة. متوسط محتوى الروديوم في القشرة الأرضية هو 1 · 10-7٪ بالكتلة ، في النيازك الصخرية 4.8 · 10-5٪. محتوى الروديوم مرتفع في الصخور النارية فوق المافية. ليس لديها معادنها الخاصة. وجدت في بعض الرمال الذهبية بأمريكا الجنوبية. يوجد في خامات النيكل والبلاتين كمركب بسيط. ما يصل إلى 43٪ من الروديوم يأتي من رواسب الذهب المكسيكية. يوجد أيضًا في خليط متماثل من معادن مجموعة الإيريديوم الأسمولية (تصل إلى 3.3 ٪) ، في خامات النحاس والنيكل. مجموعة نادرة من الإيريديوم الأسمنتي ، الروديوم نيفيانسكيت ، هي أغنى معدن في الروديوم (تصل إلى 11.3٪).
الإيريديوم شائع نسبيًا في النيازك. من الممكن أن يكون المحتوى الفعلي للمعدن على الكوكب أعلى من ذلك بكثير: حيث أن كثافته العالية وتقاربه العالي مع الحديد (محبة العصارة) يمكن أن يؤدي إلى إزاحة الإيريديوم في عمق الأرض ، في قلب الكوكب ، في هذه العملية من تكوينه من قرص الكواكب الأولية. تم العثور على كمية صغيرة من الإريديوم في الغلاف الضوئي الشمسي.
مجموعة فرعية من النيكل.
النيكل شائع جدًا في الطبيعة - محتواه في القشرة الأرضية تقريبًا. 0.01٪ (وزن). تم العثور عليها في قشرة الأرض فقط في شكل مقيد ؛ تحتوي النيازك الحديدية على نيكل أصلي (يصل إلى 8 ٪). محتواه في الصخور فوق القاعدية أعلى بحوالي 200 مرة منه في الصخور الحمضية (1.2 كجم / طن و 8 جم / طن). في الصخور المافية للغاية ، ترتبط الكمية السائدة من النيكل بالزيتون الذي يحتوي على 0.13-0.41٪ نيكل. يستبدل الحديد والمغنيسيوم بشكل متماثل. يوجد جزء صغير من النيكل على شكل كبريتيد. يعرض النيكل خصائص محبة للحديدية و chalcophilic. مع زيادة محتوى الكبريت في الصهارة ، تظهر كبريتيدات النيكل جنبًا إلى جنب مع النحاس والكوبالت والحديد والبلاتينويد. في عملية مائية حرارية ، جنبًا إلى جنب مع الكوبالت والزرنيخ والكبريت ، وأحيانًا مع البزموت واليورانيوم والفضة ، يشكل النيكل تركيزات مرتفعة في شكل زرنيخيدات النيكل والكبريتيدات. يوجد النيكل بشكل شائع في خامات النحاس والنيكل الحاملة للزرنيخ والكبريتيد.
النيكل (بيريت النيكل الأحمر ، كوبفيرنيكل) NiAs
كلوانتيت (بيريت نيكل أبيض) (ني ، كو ، حديد) As2
غارنيريت (Mg ، Ni) 6 (Si4O11) (OH) 6 * H2O وسيليكات أخرى
البيريتات المغناطيسية (Fe ، Ni ، Cu) S
لمعان الزرنيخ والنيكل (gersdorfite) NiAsS ،
البنتلانديت (Fe ، Ni) 9S8
في النباتات ، في المتوسط ، 5 × 10؟ 5 في المائة من وزن النيكل ، في الحيوانات البحرية - 1.6 × 10؟ 4 ، في الحيوانات الأرضية - 1 × 10؟ 6 ، في جسم الإنسان - 1 ... 2 × 10؟ 6 . يعرف الكثير عن النيكل في الكائنات الحية. لقد ثبت ، على سبيل المثال ، أن محتواه في دم الإنسان يتغير مع تقدم العمر ، وأن كمية النيكل في الجسم تزداد في الحيوانات ، وأخيراً ، هناك بعض النباتات والكائنات الحية الدقيقة - "مركّزات" النيكل ، التي تحتوي على الآلاف وحتى مئات الآلاف من المرات من النيكل أكثر من البيئة.
يوجد البلاديوم والبلاتين بكميات صغيرة بشكل غير محسوس وبدون أداء أي دور ، وفقًا لبعض المصادر ، في الكائنات الحية.
يحدث البلاتين الطبيعي كمزيج من ستة نظائر: 190Pt (0.014٪) ، 192Pt (0.782٪) ، 194Pt (32.967٪) ، 195Pt (33.832٪) ، 196Pt (25.242٪) ، 198Pt (7.163٪). واحد منهم ضعيف النشاط الإشعاعي. من المتوقع وجود نشاط إشعاعي ضعيف للغاية لنظرين طبيعيين إضافيين من البلاتين: اضمحلال ألفا البالغ 192Pt-188Os واضمحلال بيتا المزدوج لـ 198Pt؟ لقد ثبت فقط أن نصف العمر يتجاوز 4.7 × 1016 سنة و 3.2 × 1014 سنة ، على التوالي.
الخصائص العامة للمجموعة الفرعية للحديد.
تغيير حجم نصف قطر الذرات والأيونات.
نصف القطر الذري Fe = 0.126 نانومتر ، نصف قطر Fe2 + أيونات = 0.80E ، Fe3 + = 0.67E
Ru = 0.134nm Ru = 0.68E
Os = 0.135nm Os = 0.63E
نصف القطر الذري Co = 0.125nm نصف قطر الأيونات Co2 + = 0.78E و Co3 + = 0.64E
Rh = 0.1342nm Rh = 0.68E
Ir = 0.136nm Ir = 0.625E
نصف القطر الذري Ni = 0.124nm نصف القطر الأيوني Ni = 0.69E
Pd = 0.137nm Pd = 0.86E
Pt = 0.138 نانومتر Pt = 0.625E
التغيير في إمكانية التأين.
في فترات ، كقاعدة عامة ، تزداد إمكانات التأين من اليسار إلى اليمين.
إمكانية التأين على التوالي. الانتقال من Fe0 إلى Fe5 + = 7.893 ؛ 16.183 ؛ 30.65 ؛ 57.79 فولت على التوالي
إمكانية التأين لـ Ru0: Ru1 +: Ru2 +: Ru3 + resp. = 7.366 ؛ 16.763 و 28.46 فولت
احتمال التأين Os0 إلى Os2 + = 8.5 فولت ، 17 فولت
الأخير المحتمل. تأين ذرة الكوبالت 7.865 و 17.06 و 33.50 و 53.2 و 82.2 فولت
إمكانية التأين Rh0: Rh +: Rh2 +: Rh3 + resp. 7.46 و 18.077 و 31.04 فولت
إمكانية التأين أخيرًا. الانتقال من Ir0 إلى Ir5 + متساويان على التوالي. 9.1 ، 17.0 ، (27) ، (39) ، (57) فولت
إمكانية تأين النيكل 7.635 ؛ 18.15 ؛ 35.17 ؛ 56.0 و 79 فولت
إمكانية التأين للبلاديوم Pd0؟ PD +؟ PD2 +؟ PD3 + Resp. يساوي 8.336 و 19.428 و 32.92 فولت
إمكانية التأين من البلاتين Pt0؟ نقطة +؟ Pt2 +؟ Pt3 + Resp. يساوي 9.0 و 18.56 و 23.6 فولت
العنصر الكيميائي للمجموعة الثامنة من النظام الدوري ، العدد الذري 26 ، الكتلة الذرية 55.847. تكوين الطبقتين الإلكترونيتين الخارجيتين هو 3s2p6d64s2. يُظهر الحديد تكافؤًا متغيرًا (أكثر المركبات ثباتًا هي 2 و 3 تكافؤ الحديد). مع الأكسجين ، يشكل الحديد أكسيد (II) FeO ، وأكسيد (III) Fe2O3 ، وأكسيد (II ، III) Fe3O4.
في درجات حرارة عالية (700-900) يتفاعل مع بخار الماء:
3Fe + 4H2O؟ Fe3O4 + 4H2
يتفاعل مع الأحماض المخففة HCl و H2SO4 لتكوين ملح الحديد 2 والهيدروجين:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 (razb.) = FeSO4 + H2
في الأحماض المؤكسدة المركزة ، يذوب الحديد فقط عند تسخينه ويمر على الفور في Fe3 + الكاتيون:
2Fe + 6H2SO4 (conc) = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3 (conc) = Fe (NO3) 3 + 3NO2 + 3H2O
(في البرد ، حامض النيتريك والكبريتيك يخمد الحديد)
في الرازب. مع حمض النيتريك ، يتأكسد الحديد في البرد وعند تسخينه ، مما يقلله بشدة.
10Fe + 36HNO3 = 10Fe (NO3) 3 + 3N2 + 18H20
في الهواء بوجود الماء يتأكسد بسهولة (الصدأ)
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe (OH) 3
يتفاعل الحديد مع الهالوجينات عند تسخينه. عندما يتفاعل الحديد واليود 1 ، يتشكل يوديد Fe3I8.
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 عند تسخينها
عند تسخينه ، يتفاعل الحديد مع النيتروجين ، مكونًا نيتريد الحديد Fe3N ، مع الفوسفور ، مكونًا الفوسفيدات FeP ، Fe2P و Fe3P ، مع الكربون ، مكونًا كربيد Fe3C ، مع السيليكون ، مكونًا العديد من مبيدات السيليكون ، على سبيل المثال ، FeSi.
التفاعل النوعي لأيون الحديد (II) - التفاعل مع ملح الدم الأحمر.
في وجود أيونات الحديد (II) ، يتكون راسب أزرق غامق. إنه ملح الحديد المركب Turnbull الأزرق KFe).
2 K3 + 3 Fe SO4 \ u003d KFe)؟ + 3K2SO4
التفاعل النوعي لأيون الحديد (II) هو تفاعل مع القلويات.
أشكال مترسبة رمادية وخضراء.
FeSO4 + 2 NaOH = Fe (OH) 2؟ + Na2SO4
التفاعل النوعي لأيون الحديد (III) هو تفاعل مع القلويات.
يشير الراسب البني إلى وجود أيونات الحديد (III) في المحلول الأولي.
FeCl3 + 3 NaOH = Fe (OH) 3؟ + 3 كلوريد الصوديوم
التفاعل النوعي لأيون الحديد (III) - التفاعل مع ملح الدم الأصفر.
ملح الدم الأصفر عبارة عن سداسي فرات البوتاسيوم K4.
3K4 +4 FeCl3 \ u003d KFe)؟ + 12 بوكل
التفاعل النوعي لأيون الحديد (III) هو تفاعل مع ثيوسيانات البوتاسيوم.
تتكون مادة حمراء. إنه الحديد (III) ثيوسيانات.
FeCl3 + 3 KCNS = Fe (CNS) 3 + 3KCl
عند تفاعل الأيونات 4؟ باستخدام Fe3 + الكاتيونات ، يتكون راسب أزرق غامق - الأزرق البروسي:
3Fe (CN) 6] 4؟ + 4Fe3 + = Fe43؟
خصائص أكسدة مركبات الحديد (III)
1. 2FeCl3 + H2S = 2FeCl2 + S + 2HCl
2. CuS + Fe2 (SO4) 3 = CuSO4 + 2FeSO4 + S.
3. 2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl
4. 2FeCl3 + Na2SO3 + H2O = Na2SO4 + 2HCl + 2FeCl2
5. 2CuI + 2Fe2 (SO4) 3 = I2 + 2CuSO4 + 4FeSO4
6. SnCl2 + 2FeCl3 = SnCl4 + 2FeCl2
7. 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 8. Cu2S + 2Fe2 (SO4) 3 = 4FeSO4 + 2CuSO4 + S
مركبات الحديد.
خماسي الكربونيل الحديد هو مركب غير عضوي ، مركب كربونيل الحديد لتكوين Fe (CO) 5. سائل أصفر فاتح ، غير قابل للامتزاج بالماء. عند الضغط المرتفع ، يتفاعل الحديد المعدني مع أول أكسيد الكربون CO ، ويتشكل سائل ، في ظل الظروف العادية ، من الحديد المتطاير بسهولة pentacarbonyl Fe (CO) 5. من المعروف أيضًا أن مركبات الكربونيل الحديدية Fe2 (CO) 9 و Fe3 (CO) 12. تعمل كربونيل الحديد كمواد أولية في تخليق مركبات الحديد العضوي ، بما في ذلك تكوين الفيروسين.
إيصال:
تأثير أول أكسيد الكربون المضغوط على مسحوق الحديد:
عمل أول أكسيد الكربون تحت الضغط على الحديد (II) ويوديد النحاس:
التحلل عند تسخين الحديد غير الكربوني:
يتحلل عند التسخين:
يتفاعل مع الماء الساخن:
يتفاعل مع الأحماض (في ثنائي إيثيل الأثير):
يتأكسد بالأكسجين:
يتفاعل مع حمض الهيدرويوديك:
عندما يتم تشعيع محلول في حمض الأسيتيك بالأشعة فوق البنفسجية ، يتم تكوين كربونات أعلى:
تحت تأثير محفز كحول الصوديوم على محلول في الإيثانول ، تتشكل كربونات أعلى:
يتفاعل مع القواعد الموجودة في الميثانول:
يتفاعل مع الصوديوم في الأمونيا السائلة:
يتفاعل مع أول أكسيد النيتروجين تحت الضغط:
أكسيد الحديد (II) FeO له خصائص أساسية ، فهو يتوافق مع القاعدة Fe (OH) 2. أكسيد الحديد (III) Fe2O3 مذبذب ضعيف ، وهو يتوافق مع قاعدة أضعف من Fe (OH) 2 Fe (OH) 3 ، والتي تتفاعل مع الأحماض:
2Fe (OH) 3+ 3H2SO4 = Fe2 (SO4) 3 + 6H2O
يظهر هيدروكسيد الحديد (III) Fe (OH) 3 خصائص مذبذبة قليلاً ؛ إنه قادر على التفاعل فقط مع المحاليل القلوية المركزة:
Fe (OH) 3 + KOH = K.
تكون مركبات هيدروكسوكوبلكس الحديد (III) الناتجة مستقرة في المحاليل القلوية القوية. عندما يتم تخفيف المحاليل بالماء ، يتم إتلافها ، ويترسب الحديد (III) Fe (OH) 3 هيدروكسيد.
من أملاح الحديد (II) في المحاليل المائية ، يكون ملح Mohr مستقرًا - كبريتات الأمونيوم المزدوجة والحديد (II) (NH4) 2Fe (SO4) 2 6H2O.
الحديد (III) قادر على تكوين كبريتات مزدوجة مع كاتيونات من نوع الشب أحادي الشحنة ، على سبيل المثال ، Kfe (SO4) 2 - شب الحديد والبوتاسيوم ، (NH4) Fe (SO4) 2 - شب الحديد والأمونيوم ، إلخ.
يتم الحصول عليها عن طريق تبريد خليط محمض من المحاليل المشبعة من كبريتات الحديدوز والأمونيوم:
في الطب ، يتم استخدامها كعامل قابض ، كي ، مرقئ. كمضاد للعرق.
المركبات الحديدية.
أكسيد الحديد (II) FeO. مسحوق بلوري أسود مغناطيسي غير مستقر. يتحول عند تسخينه في الهواء. قليل الذوبان في الماء والقلويات. قابل للذوبان في الأحماض. يحلل الماء عند تسخينه. يتم الحصول عليها عن طريق أكسدة الحديد المعدني ، اختزال أكسيد الحديد (III) مع CO أو الهيدروجين ، تكليس خليط من Fe2O3 ومسحوق الحديد.
هيدروكسيد الحديد (II) Fe (OH) 2. يتشكل على شكل ترسيب أبيض مائل للصفرة قشاري عندما يتم معالجة محاليل أملاح الحديد (II) بالقلويات دون دخول الهواء. قليل الذوبان في القلويات. قابل للذوبان في الأحماض. يظهر الخصائص الأساسية. في وجود عوامل مؤكسدة ، يتحول على الفور إلى Fe (OH) 3.
كبريتات الحديد (II) FeSO4. بلورات سامة ، شديدة الرطوبة ، شبه مغناطيسية ، بيضاء ، معظمة. عند تسخينه في الهواء ، يتحول إلى Fe2O3. يتم الحصول عليها عن طريق تكليس البيريت ، وتسخين PbSO4 بالحديد ، وتجفيف FeSO4.7H2O هيدرات بلورية.
في الطب ، يتم استخدامه كدواء لعلاج والوقاية من فقر الدم الناجم عن نقص الحديد.
الحديد (II) أورثوفوسفات Fe3 (PO4) 2.8H2O. يحدث بشكل طبيعي مثل معدن فيفيانيت. بلورات أحادية اللون بيضاء مزرقة. قابل للذوبان في الأحماض المعدنية.
الحديد (II) كربونات FeCO3. يحدث بشكل طبيعي مثل معدن السيديريت أو الصاري الحديد. قابل للذوبان في الماء قليلاً ، قابل للذوبان في الأحماض المعدنية ومحاليل بيكربونات الصوديوم. يتأكسد في الهواء الرطب. يتحلل عند التسخين إلى FeO و CO2. يتم تقليله بواسطة الهيدروجين عند تسخينه. يتم الحصول عليها عن طريق معالجة أملاح الحديد (II) بمحلول كربونات الصوديوم أو بيكربونات.
سداسي فرات الحديد (II) K4.3H2O. بلورات أحادية الميل صفراء مغنطيسية ، غير سامة ، طعم مالح ومر. قابل للذوبان في الماء ، إيثيل أمين ، أسيتون. تم الحصول عليها من خلال عمل KCN على Fe (CN) 2. يتم استخدامه لتصنيع ورق التصوير ، ككاشف كيميائي لتقدير الحديد ، والزنك ، والنحاس ، واليورانيوم ، والميثيلين الأزرق ، وفي إنتاج الأصباغ المعدنية.
مركبات الحديد (III)
أكسيد الحديد (III) - Fe2O3 - مادة بنية حمراء ضعيفة الذوبان ، تعرض خصائص مذبذبة. يتفاعل مع الأحماض والصمامات مع القلويات والكربونات لتشكيل الفريت. تتمتع الفريتات بخصائص مغناطيسية قوية وتستخدم في المغناطيسات الكهربائية.
Fe2O3 + 6HCl = FeCl 3 + 3H2O ؛
Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H 2 O ؛
Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2:
Fe2 O 3 + CaCO3 \ u003d Ca (FeO2) 2 + CO2
يتم الحصول على أكسيد الحديد (III) عن طريق تكليس هيدروكسيد الحديد أو الأملاح.
2Fe (OH) 3 = Fe2O3 + 3H2O
4Fe (NO3) 3 = 2Fe2O3 + 8NO2 + O2
4FeCO3 + O2 = 2Fe2O3 + 4CO2
هيدروكسيد الحديد (III) - Fe (OH) 3 - مادة بنية قابلة للذوبان قليلاً ، يتم الحصول عليها عن طريق عمل القلويات أو الكربونات على أملاح الحديد (III) ، لأن Fe2O3 لا يتفاعل مع الماء. بشكل عام ، هذا الهيدروكسيد مركب بوليمري ذو تركيبة متغيرة Fe2O3 .nH2O
FeCl3 + 3KOH = Fe (OH) 3 + 3KCl
Fe (OH) 3 مركب غير مستقر ويفقد الماء تدريجيًا ، ويتحول إلى Fe2O3. له خصائص مذبذبة ضعيفة (يتفاعل مع الأحماض ، يتفاعل مع القلويات في المحاليل أو أثناء الاندماج).
Fe (OH) 3 = FeO (OH) + H2O ؛
2FeO (OH) = Fe2O3 + H2O
Fe (OH) 3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O ؛
Fe (OH) 3 + NaOH = NaFeO2 + 2H2O ؛
Fe (OH) 3 + NaOH = Na - رباعي هيدروكسي فريت الصوديوم
أملاح الحديد (III)
FeCl3 .6H2O - حفر لوحات الدوائر اللاسلكية ، معالجة المياه Fe2 (SO4) 3 * 9H2O - تخثر في معالجة المياه
Fe (NO3) 3 - لاذع لصباغة الأقمشة
الفوسفات وكبريتيدات الحديد (III) غير قابلة للذوبان في الماء. يتم تحلل أملاح الحديد (III) وتكون محاليلها حمضية:
FeCl3 + Na2HPO4 + CH3COONa = FePO4 + 2NaCl + CH3COOH
2FeCl3 + 3 (NH4) 2S \ u003d Fe2S3 + 6NH4Cl (يتم إطلاق عنصر الكبريت عند تسخينه أو تحمضه)
FeCl3 + H2O = Fe (OH) Cl2 + Hcl ؛
Fe (OH) Cl2 + H2O = Fe (OH) 2Cl + هيدروكلورايد
Fe (OH) 2Cl + H2O = Fe (OH) 3 + Hcl ؛
2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe (OH) 3 + 6NaCl + 3CO2
مركبات الحديد (السادس)
يتم الحصول على أملاح حمض الحديد - الفرات عن طريق أكسدة مركبات الحديد (III).
2Fe (OH) 3 + 10 KOH + Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O
Fe2O3 + 3KNO3 + 2K2CO3 = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2CO2
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O
Fe2O3 + KClO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + KCl + 2H2O
الفرات مؤكسد قوي: CrCl3 + K2FeO4 = K2CrO4 + FeCl3
2NH4OH + 2K2FeO4 = N2 + 2Fe (أوه) 3 + 4KOH
يتم تضمين الحديد أيضًا في هيكل الهيم. Heme عبارة عن مجموعة صناعية من العديد من البروتينات: الهيموغلوبين ، الميوغلوبين ، السيتوكروم في الميتوكوندريا CPE ، السيتوكروم P450 المتورط في أكسدة الميكروسومات. تحتوي إنزيمات الكاتلاز ، البيروكسيديز ، السيتوكروم أوكسيديز على الهيم باعتباره أنزيم.
يتكون الهيم من أيون الحديدوز والبورفيرين. يعتمد تكوين البورفيرينات على البورفين. يتكون البورفين من أربع حلقات بيرول مرتبطة بجسور الميثين. اعتمادًا على بنية البدائل في حلقات البيرول ، يتم تمييز عدة أنواع من البورفيرينات: البروتوبورفيرينات ، والإيتوبورفيرينات ، والميزوبورفيرينات ، والكوبروبورفيرينات. البروتوبورفيرينات هي سلائف لجميع الأنواع الأخرى من البورفيرينات.
يمكن أن تحتوي نصفي البروتينات المختلفة على أنواع مختلفة من البورفيرينات. يكون الحديد الموجود في الهيم في حالة مخفضة (Fe + 2) ومرتبط برابطة تساهمية واثنتين من الروابط التنسيقية مع ذرات النيتروجين في حلقات البيرول. عندما يتأكسد الحديد ، يتحول الهيم إلى الهيماتين (Fe3 +). توجد أكبر كمية من الهيم في كريات الدم الحمراء المليئة بالهيموغلوبين وخلايا العضلات مع الميوغلوبين وخلايا الكبد بسبب المحتوى العالي من السيتوكروم P450 فيها.
هيكل البورفين (أ) ، البروتوبورفيرين التاسع (ب) ، والهيموغلوبين الهيم (ج). البورفين هو هيكل دوري يتكون من أربع حلقات بيرول مرتبطة بجسور الميثان.
الميوغلوبين هو بروتين مرتبط بالأكسجين في عضلات الهيكل العظمي والقلب. يحتوي الميوغلوبين على جزء غير بروتيني (هيم) وجزء بروتين (أبوميوغلوبين).
الأبوميوغلوبين هو جزء البروتين من الميوجلوبين. يتم تمثيل الهيكل الأساسي بتسلسل من 153 حمض أميني ، مرتبة في 8 حلزونات ألفا في الهيكل الثانوي. ؟ - يتم تحديد الحلقات بأحرف لاتينية من A إلى H ، بدءًا من الطرف N لسلسلة polypeptide ، وتحتوي على 7 إلى 23 من الأحماض الأمينية. لتعيين الأحماض الأمينية الفردية في الهيكل الأساسي للأبوميوغلوبين ، إما كتابة رقمها التسلسلي من الطرف N (على سبيل المثال ، His64 ، Phen138) ، أو الحرف؟ -helix والرقم التسلسلي لهذا الحمض الأميني في هذا اللولب ، بدءًا من الطرف N (على سبيل المثال ، صاحب F8).
يحتوي الهيكل الثلاثي على شكل كرة مضغوطة (لا توجد مساحة خالية في الداخل عمليًا) ، تتشكل بسبب الحلقات والانعطافات في منطقة الأجزاء غير الملفوفة من البروتين. يتكون الجزء الداخلي من الجزيء بالكامل تقريبًا من جذور كارهة للماء ، باستثناء اثنين من بقاياه الموجودة في المركز النشط.
تحفز أحاديات الأكسدة الأحادية المعتمدة على السيتوكروم P450 تحلل المواد المختلفة من خلال الهيدروكسيل الذي يتضمن مانح الإلكترون NADH والأكسجين الجزيئي. في هذا التفاعل ، يتم ربط ذرة أكسجين بالركيزة ، ويتم تقليل الثانية إلى الماء.
إن إنزيمات عائلة السيتوكروم P450 ، على عكس البروتينات الدموية الأخرى ، كقاعدة عامة ، لها نوع واحد من النشاط ووظيفة محددة بدقة ، فهي متنوعة تمامًا في الوظائف وأنواع النشاط الأنزيمي وغالبًا ما يكون لها خصوصية ركيزة منخفضة. يمكن أن تظهر P450s نشاط أحادي أوكسيجيناز وأكسجيناز ، وبالتالي يشار إليها أحيانًا باسم أوكسيديازات مختلطة الوظائف.
* وظيفية (كجزء من الهيموجلوبين والميوغلوبين والإنزيمات والإنزيمات المساعدة) ؛
* النقل (ترانسفيرين ، لاكتوفيرين ، موبيلفيرين) ؛
* ترسب (فيريتين ، هيموسيديرين) ؛
* الحديد يشكل بركة حرة.
الصيغة الإلكترونية 4s24p64d75s1
حالة الأكسدة: +2 ، +3 ، +4 ، +5 ، +6 ، +7 ، +8 ؛ التكافؤ: 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7 ، 8
الخواص الفيزيائية: معدن هش أبيض فضي ، صهر = 2250 درجة مئوية ، غليان = 4200 درجة مئوية ، كثافة 12.4 جم / سم 3
الانتشار في الطبيعة: المحتوى في القشرة الأرضية 5.0.10-6٪ (الكتلة.)
المعادن الرئيسية: Laurite RuS2
الحصول: نتيجة للمعالجة المعقدة للخامات ، يتم الحصول على RuO4 ، والذي يتم تقليله باستخدام الهيدروجين
الخواص الكيميائية: معدن خامل. في سلسلة الفولتية يكون بعد الهيدروجين. لا تتفاعل مع الأحماض. يتفاعل عند تسخينه بالهالوجينات. يتفاعل مع الخلائط المؤكسدة والقلوية.
مركبات ثنائي التكافؤ من الروثينيوم.
هيدروكسيد الروثينيوم (II) Ru (OH) 2. راسب بني يتشكل عند معالجة محلول من كلوريد الروثينيوم (II) بالقلويات. إنه ليس مستقرًا جدًا ويمكن أن يتأكسد بسهولة ، ويتحول إلى Ru (OH) 3.
كلوريد الروثينيوم (II) RuCl2. مسحوق بني ، قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء البارد والأحماض والقلويات وقابل للذوبان في الكحول. يتم الحصول عليها عن طريق عمل الكلور على مسحوق معدن الروثينيوم المسخن إلى 250 درجة مئوية.
مركبات الروثينيوم ثلاثي التكافؤ.
هيدروكسيد الروثينيوم (III) Ru (OH) 3. يتشكل على شكل راسب أسود أثناء معالجة محاليل أملاح الروثينيوم بالقلويات أو أكسدة هيدروكسيد الروثينيوم (II).
كلوريد الروثينيوم (III) RuCl3. مسحوق بلوري أسود لامع. قليل الذوبان في الماء والأحماض.
RuCl3 + 2KCl (conc.) + H2O = K2
مع حمض الهيدروكلوريك المركز يشكل مركبات الكلورو كومبلكس:
مع المحاليل المركزة لكلوريدات الفلزات القلوية تشكل أملاح معقدة:
عند تسخينه ، يتأكسد بالأكسجين الجوي:
تعافى مع الهيدروجين:
روثينيوم (III) بروميد RuBr3. مسحوق بلوري أسود يتم الحصول عليه عن طريق التفاعل المباشر للعناصر أو عن طريق معالجة هيدروكسيد الروثينيوم (III) مع بروميد الهيدروجين.
الروثينيوم (III) يوديد RuI3. مسحوق بلوري أسود يتحلل إلى عناصره عند تسخينه إلى 127 درجة مئوية. يتم الحصول عليها عن طريق التفاعل المباشر للعناصر عند تسخينها أو بمعالجة هيدروكسيد الروثينيوم (III) مع يوديد الهيدروجين.
تفاعل كلوريد الروثينيوم (III) ويوديد البوتاسيوم:
مركبات الروثينيوم رباعي التكافؤ.
أكسيد الروثينيوم (IV) RuO2 ثابت جدا. قليل الذوبان في الماء والكحول. قابل للذوبان في الأحماض. يتم الحصول عليه عن طريق تسخين مسحوق الروثينيوم في الأكسجين أو عن طريق تكليس كبريتيد الروثينيوم (IV) في تيار من الأكسجين.
التحلل عند تسخين أكسيد الروثينيوم (الثامن):
تفاعل أكسيد الروثينيوم (الثامن) وبيروكسيد الهيدروجين:
كبريتيد الروثينيوم (الرابع) RuS2. يحدث بشكل طبيعي مثل معدن اللوريت. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين خليط من مسحوق الروثينيوم مع الكبريت أو عن طريق عمل كبريتيد الهيدروجين على محاليل أملاح الروثينيوم (IV).
مركبات الروثينيوم الخماسي التكافؤ.
روثينيوم (V) فلوريد RuF5. بلورات شفافة ذات لون أخضر غامق ، ويؤدي إلى تآكل الزجاج. يتحلل بالماء ويختزل باليود إلى فلوريد الروثينيوم (III). يتم الحصول عليها عن طريق عمل الفلور على معدن الروثينيوم المسخن إلى 300 درجة مئوية.
4RuF5 + 10H2O = 3RuO2 + RuO4 + 20HF
مركبات الروثينيوم سداسي التكافؤ.
روثينات البوتاسيوم K2RuO4. بلورات رباعية السطوح خضراء داكنة. اختزل بالهيدروجين إلى أكسيد الروثينيوم (IV) أو معدن الروثينيوم. يتم الحصول عليها عن طريق عمل مزيج قلوي مؤكسد على مسحوق معدن الروثينيوم.
يتفاعل مع الأحماض المخففة:
يتفاعل مع الأحماض المركزة:
يتفاعل مع الكلور:
مركبات الروثينيوم سباعي التكافؤ.
البوتاسيوم perruthenate KruO4. بلورات رباعي الزوايا السوداء يتم الحصول عليها عن طريق أكسدة روثينات البوتاسيوم مع الكلور الغازي أو البروم السائل.
مركبات الروثينيوم الثماني التكافؤ.
أكسيد الروثينيوم (VIII) RuO4 يتحلل بشكل متفجر إلى أكسيد الروثينيوم (IV) والأكسجين عند تسخينه تحت درجة الغليان. يتحول إلى روثينات تحت تأثير القلويات. الأبخرة لها رائحة قوية للأوزون وهي سامة. له خصائص مؤكسدة. يتم الحصول عليها عن طريق تكليس الروثينيوم في الأكسجين عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية.
تحويلة التكوين الإلكترونية. قذائف الإلكترون 5s25p65d66s2
يتم عزل الأوزميوم من المواد الخام المخصبة من معادن البلاتين عن طريق تكليس هذا المركز في الهواء عند درجات حرارة 800-900 درجة مئوية. في هذه الحالة ، تتصاعد أبخرة رابع أكسيد الأوزميوم عالي التطاير OsO4 من الناحية الكمية ، والتي يتم امتصاصها بعد ذلك بواسطة محلول هيدروكسيد الصوديوم.
عن طريق تبخير المحلول ، يتم عزل الملح - بيروسمات الصوديوم ، والذي يتم بعد ذلك اختزاله بالهيدروجين عند 120 درجة مئوية إلى الأوزميوم:
مركبات الأوزميوم ثنائي التكافؤ.
أكسيد الأوزميوم الثنائي OsO. مسحوق أسود رمادي ، قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء والأحماض. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين خليط من الأوزميوم وكبريتيت الأوزميوم (II) وكربونات الصوديوم في تيار من ثاني أكسيد الكربون.
Osmium (II) كلوريد OsCl2. قابل للذوبان في الكحول والأثير وحمض النيتريك. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين كلوريد الأوزميوم (III) عند 500 درجة مئوية وضغط مخفض. عنصر كيميائي نيكل الكوبالت الحديد
الأوزميوم (II) يوديد OsI2. مادة صلبة خضراء تتشكل عند معالجة المحاليل الحمضية لأملاح الأوزميوم (IV) باستخدام يوديد البوتاسيوم.
مركبات الأوزميوم الثلاثية.
أكسيد الأوزميوم الثلاثي Os2O3. مسحوق بني غامق (أو رقائق نحاسية حمراء) ، قابل للذوبان في الماء قليلاً. يتم الحصول عليها عن طريق اختزال OsO4 بالأوزميوم المعدني عن طريق التسخين أو عن طريق تسخين أملاح الأوزميوم (III) مع كربونات الصوديوم في تيار من ثاني أكسيد الكربون.
كلوريد الأوزميوم (III) OsCl3. بلورات مكعبة بنية اللون. سهل الذوبان في الماء والكحول. يتحلل إلى OsCl2 و Cl2 فوق 500 درجة مئوية ، والهيدرات البلورية OsCl3.3H2O معروف.
مركبات الأوزميوم رباعي التكافؤ.
أكسيد الأوزميوم (الرابع) OsO2. قليل الذوبان في الماء والأحماض. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين الأوزميوم المعدني المشتت بدقة في بخار OsO4.
Osmium (IV) فلوريد OsF4. مسحوق بني يتحلل بالماء أو الحرارة. يتم الحصول عليها عن طريق تمرير الفلور فوق الأوزميوم المعدني المسخن إلى 280 درجة مئوية.
كلوريد الأوزميوم (IV) OsCl4. الإبر ذات اللون البني والأحمر ، والتي يتم تحويلها ببطء إلى OsO2.2H2O بواسطة الماء. يتم الحصول عليها عن طريق معالجة OsO4 مع حمض الهيدروكلوريك المركز أو عن طريق تبريد الأبخرة ذات اللون البني والأصفر المتكونة عن طريق تمرير الكلور فوق الأوزميوم المعدني المسخن إلى 650-700 درجة مئوية.
الأوزميوم (الرابع) كبريتيد OsS2. بلورات مكعبة سوداء. قليل الذوبان في الماء والكحول. عند تسخينه في الهواء ، يتحول إلى OsO4. ينخفض مع الهيدروجين إلى معدن.
مركبات التكافؤ الأوزميوم.
الأوزميوم (السادس) فلوريد OsF6. يتآكل الزجاج. يتحلل بالماء. أبخرة فلوريد الأوزميوم (VI) عديمة اللون وسامة. يتم الحصول عليها مع OsF4 و OsF8 عن طريق تسخين الأوزميوم في بيئة الفلور.
أوسمات البوتاسيوم K2OsO 4. بلورات ثماني السطوح البنفسجي. عند تسخينه ، يتحول إلى OsO4. تتحلل بواسطة الأحماض. يتم الحصول عليها عن طريق الاختزال باستخدام نتريت البوتاسيوم أو كحول OsO4 في محلول من البوتاس الكاوي.
مركبات الأوزميوم الثماني.
أكسيد الأوزميوم (VIII) OsO4 له رائحة نفاذة. قابل للذوبان في الماء والكحول والأثير. الأبخرة شديدة السمية. يظهر خصائص مؤكسدة. تستخدم في العديد من التفاعلات كعامل مساعد.
الأوزميوم (الثامن) فلوريد OsF8. بلورات صفراء. يتحلل عند تسخينه فوق 225 درجة مئوية. له خصائص مؤكسدة. يسبب حروق عند ملامسته للجلد. يتفاعل مع الماء ليشكل OsO4 وحمض الهيدروفلوريك.
الأوزميوم (الثامن) كبريتيد OsS4. مسحوق بني غامق. يتم الحصول عليها عن طريق تمرير كبريتيد الهيدروجين من خلال محلول محمض من OsO4 أو عن طريق عمل الأمونيوم أو كبريتيد الصوديوم على المحاليل القلوية لـ OsO4.
الكوبالت (lat. Сobaltum، Co) هو عنصر كيميائي برقم ذري 27 ، كتلته الذرية 58.9332. تكوين طبقتين من الإلكترون الخارجيين لذرة الكوبالت هو 3s2 3p6 3d7 4s2. غالبًا ما يشكل الكوبالت مركبات في حالة الأكسدة +2 (التكافؤ II) ، وغالبًا ما تكون في حالة الأكسدة +3 (التكافؤ III) ونادرًا جدًا في حالات الأكسدة +1 و +4 و +5 (التكافؤات ، على التوالي ، I ، الرابع ، الخامس).
تظهر المواد البسيطة من Co في شكل مسحوق نشاطًا مرتفعًا إلى حد ما فيما يتعلق بالأحماض. نتيجة لتفاعلهم مع الأحماض ، تتشكل الأملاح مع حالة الأكسدة +2. يتم تلوين أملاح الكوبالت باللون الوردي بسبب تكوين المركب المائي 2.
Co + 2HCl = CoCl2 + H2؟
Co + H2SO4 = CoSO4 + H2؟
3 Co + 8HNO3 (sc.) = 3Co (NO3) 2 + 2NO + 4H2O
شركة حامض النيتريك المركز على البارد عند تسخينه ، يتم تدمير الفيلم الواقي ويتفاعل المعدن مع حمض النيتريك المركز:
Co + 4HNO3 (conc.) = Co (NO3) 2 + 2NO2؟ + 2H2O
مع الأكسجين ، يشكل الكوبالت أكاسيد EO ذات الخصائص الأساسية. لا تذوب هذه الأكاسيد في الماء ، ولا تتفاعل مع القلويات ، ولكنها تتفاعل بسهولة مع الأحماض لتكوين أملاح Co (II). غالبًا ما تستخدم أملاح Co (II) لتخليق الهيدروكسيدات المقابلة ، على سبيل المثال: CoCl2 + NaOH = Co (OH) 2؟ + كلوريد الصوديوم
عند استلام هيدروكسيد الكوبالت (II) من الأملاح ، وهو راسب أزرق من الأملاح الأساسية ضعيفة الذوبان Co (OH) nX2-n؟ xH2O ثم هيدروكسيد الوردي (OH) 2. يمكن أيضًا تفسير ظهور اللون الأزرق من خلال تكوين هيدروكسيد الكوبالت مع التركيبة 3Co (OH) 2 - 2H2O ، والتي تتشكل مع الأملاح الأساسية. مع إضافة المزيد من القلويات نتيجة الجفاف والشيخوخة ، يتغير لونها من الأزرق إلى الوردي. يظهر هيدروكسيد الكوبالت (II) القليل من الأدلة على التذبذب بخصائص أساسية في الغالب. يذوب بسهولة في الأحماض (مع تكوين أملاح Co (II)) ، والذوبان في القلويات أمر صعب للغاية ، ومع ذلك ، فإن وجود الخواص الحمضية لـ Co (OH) 2 يتم تأكيده من خلال وجود مركب 2- hydroxo. يتأكسد هيدروكسيد Co (II) ببطء شديد بواسطة الأكسجين الجوي ويتحول إلى Co (III) hydroxide ، بلون بني: 4Co (OH) 2 + O2 + 2H2O = 4Co (OH) 3
في حالة وجود عوامل مؤكسدة أقوى ، مثل بيروكسيد الهيدروجين ، تكون عملية أكسدة Co (II) أسرع بكثير: 2Co (OH) 2 + H2O2 = 2Co (OH) 3
رد الفعل النوعي على أيون Co (II) هو تكوين مركب النيترو الأصفر الخاص به.
CoCl2 + 7KNO2 + 2CH3COOH = K3؟ + NO + 2CH3COOK + 2KCl
رد فعل نوعي لكوبالت (II) كاتيونات Co2 +
تتمثل خصوصية هذه الكاتيونات في تكوين أملاح معقدة مع جزيئات الأمونيا - الأمونيا: Co2 + + 4NH3 \ u003d 2+ حلول ألوان Ammonias بألوان زاهية. يتأكسد الكوبالت الأصفر البني (II) تدريجيًا بواسطة الأكسجين الجوي إلى أمونيا الكوبالت الأحمر الكرزي (III). في وجود عوامل مؤكسدة ، يستمر هذا التفاعل على الفور.
حالة الأكسدة (III) غير مستقرة للكوبالت ، لذلك يُظهر هيدروكسيد Co (III) خصائص مؤكسدة ، حتى تحت تأثير عامل الاختزال الضعيف مثل Cl- أيون: 2Co (OH) 3 + 6HCl = 2CoCl2 + Cl2؟ + 6H2O
يشكل الكوبالت عددًا كبيرًا من الأملاح غير القابلة للذوبان ، والتي يمكن تصنيع العديد منها ، مثل الفوسفات ، باستخدام تفاعلات التبادل في المحاليل المائية:
3 CoCl2 + 4Na2HPO4 = 2 Co3 (PO) 4 + 8NaCl + حمض الهيدروكلوريك
لا يمكن الحصول على كربونات ثاني أكسيد الكربون المتوسطة عن طريق إضافة كربونات الفلزات القلوية إلى محاليل أملاحها. بسبب زيادة التحلل المائي في وجود أيونات الكربونات ، يحدث تكوين كربونات قاعدية ضعيفة الذوبان بدلاً من الكربونات الوسيطة:
2CoCl2 + Na2CO3 + 2H2O؟ (CoOH) 2CO3؟ + 2NaCl + 2HCl
في منتصف القرن العشرين ، تم عزل الكوبالامين وفيتامين ب 12 من كبد الحيوانات ، وهذا الفيتامين فقط يحتوي على الكوبالت - فهو يحتوي على 4٪ فقط ، وهو موجود بشكل نشط.
يشارك الكوبالت في العديد من العمليات في الجسم: فهو ينشط عملية تكون الدم - بفضله ، يتم إنتاج خلايا الدم الحمراء في نخاع العظام ، ويتم امتصاص الحديد بشكل أفضل ، ويظل تكوين الدم طبيعيًا باستمرار. تحتاج البكتيريا المعوية ، "المسؤولة" عن امتصاص الحديد ، إلى الكوبالت - فهذه البكتيريا هي طعام ، لذلك ، إذا لم يكن الكوبالت كافياً ، فغالبًا ما تتطور أنواع مختلفة من فقر الدم ؛ عملية الدورة الدموية مع نقص الكوبالت لا يمكن أن تستمر بشكل طبيعي.
من خلال المشاركة في عمليات التمثيل الغذائي ، يعمل الكوبالت على تطبيع نشاط نظام الغدد الصماء ، وينشط إنتاج الإنزيمات ، ويشارك في تخليق البروتينات والكربوهيدرات والدهون. بالتفاعل مع المواد الأخرى ، يبدأ الكوبالت في عملية تجديد جميع خلايا الجسم ، كما يشارك في تخليق الحمض النووي الريبي والحمض النووي.
من أجل التطور الطبيعي لهيكل أنسجة العظام والحفاظ عليها ، من المهم أيضًا وجود كمية كافية من الكوبالت في الجسم ، لذا فإن المنتجات التي تحتوي على الكوبالت ضرورية بشكل خاص للأطفال والنساء وكبار السن.
يعتبر الكوبالت مهمًا للحفاظ على حالة الأوعية الدموية الصحية - فهو يمنع تطور تصلب الشرايين ، لأنه لا يقلل فقط من كمية الكوليسترول "الضار" في الدم ، ولكنه يساعد الجسم أيضًا على إزالته ، لذلك ليس لديه وقت ليتم إيداعها في السفن.
يتجلى تأثير التحفيز المناعي للكوبالت في قدرته على زيادة نشاط البلعمة للكريات البيض - وهذا يعني أن الكريات البيض تعمل بشكل أكثر نشاطًا على ربط وامتصاص وهضم مسببات الأمراض التي تدخل الجسم. يعتمد نشاط البنكرياس أيضًا على كمية الكوبالت في الجسم - إذا كان غير موجود ، فلا يمكن لهذا العضو العمل بشكل طبيعي.
يساعد الكوبالت ، مع مواد أخرى ، الجسم على الحفاظ على الشباب - على سبيل المثال ، مع النحاس والمنغنيز ، يمنع ظهور الشيب المبكر للشعر ويسرع الشفاء بعد الأمراض الخطيرة.
الصيغة الإلكترونية هي 4s24p64d85s1.
حالة الأكسدة: +1 ، +2 ، +3 ، +4 ، +6 ؛ التكافؤ: 1، 2، 3، 4، 6
الخواص الكيميائية: معدن خامل. يذوب في أكوا ريجيا وفي أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك المركزة في وجود الأكسجين. يتأكسد بمخاليط قلوية مؤكسدة.
أكسيد الروديوم الثنائي RhO. مادة سوداء بنية ، قابلة للذوبان بشكل طفيف في الماء والأحماض.
كلوريد الروديوم (II) RhCl2. مسحوق يمكن صبغه بألوان مختلفة - من البني الداكن إلى الأحمر الأرجواني. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين كلوريد الروديوم (III) عند 950 درجة مئوية.
كبريتيد الروديوم (II) RhS. بلورات رمادية داكنة. قابل للذوبان قليلا في الماء وأكوا ريجيا. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين الروديوم المعدني إلى حرارة حمراء في بخار الكبريت.
مركبات الروديوم الثلاثية.
أكسيد الروديوم الثلاثي Rh2O3. قابل للذوبان قليلا في الماء والأحماض وأكوا ريجيا. يتحول إلى روديوم معدني بواسطة الهيدروجين عند تسخينه. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين مسحوق الروديوم أو نترات الروديوم (III) أو كلوريد الروديوم (III) في الهواء عند 800 درجة مئوية.
هيدروكسيد الروديوم (III) Rh (OH) 3. الراسب الجيلاتيني الأصفر الذي يتم الحصول عليه بمعالجة أملاح الروديوم (III) بالقلويات أو كربونات الفلزات القلوية. قابل للذوبان في الأحماض أو القلويات الزائدة. عندما يجف ، يتحول إلى Rh2O3.
فلوريد الروديوم (III) RhF3. بلورات معينية حمراء. يتم الحصول عليها عن طريق تمرير الفلور فوق الروديوم المعدني المسخن إلى 500-600 درجة مئوية.
Rhodium (III) chloride RhCl3 مسحوق بني محمر يميل في الهواء. ضعيف الذوبان في الماء والأحماض. فوق 948 درجة مئوية يتحلل إلى عناصر. المعروف هيدرات الكريستال RhCl3.4H2O. يتم الحصول عليها عن طريق عمل الكلور على الروديوم الذي يتم تسخينه إلى 250-300 درجة مئوية أو عن طريق تجفيف RhCl3.4H2O.
يوديد الروديوم (III) RhI3. مادة سوداء ، ضعيفة الذوبان في الماء. يتحلل عند 327 درجة مئوية. يتم الحصول عليها عن طريق عمل يوديد البوتاسيوم على محاليل أملاح الروديوم (III) أثناء الغليان.
كبريتيد الروديوم (III) Rh2S3. مسحوق أسود رمادي ، ثابت حتى 500 درجة مئوية. فوق هذه الدرجة ، في الهواء أو الأكسجين ، تشتعل وتحترق لتشكيل معدن الروديوم. تم الحصول عليها عن طريق عمل كبريتيد الهيدروجين على كلوريد الروديوم (III).
مركبات رباعي التكافؤ من الروديوم.
أكسيد الروديوم (IV) RhO2. مادة سوداء صلبة. يتم الحصول عليها عن طريق دمج الروديوم المعدني مع هيدروكسيد ونترات البوتاسيوم.
أكسيد مائي من الروديوم (IV) RhO2.nH2O. زيتون أخضر صلب. قابل للذوبان في الأحماض. يتحول إلى Rh2O3 عند تسخينه. يتم الحصول عليها عن طريق الأكسدة الإلكتروليتية لـ Rh (OH) 3 الزائدة عن القلويات أو عن طريق أكسدة محاليل أملاح الروديوم (III) بالكلور في وسط قلوي.
بروميد الروديوم (IV) RhBr4. مسحوق بني. تتحلل إلى عناصر عند تسخينها إلى 527 درجة مئوية. يتم الحصول عليها عن طريق التفاعل المباشر للعناصر عند تسخينها.
الصيغة الإلكترونية 5s25p65d76s2
حالة الأكسدة: +1 ، +2 ، +3 ، +4 ، +5 ، +6 ؛ التكافؤ: 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6
الخصائص الفيزيائية: معدن صلب أبيض فضي
الحصول: نتيجة للمعالجة المعقدة للخامات ، يتم الحصول على (NH4) 2 ، أثناء التحلل الحراري الذي يتم الحصول على الإيريديوم منه.
الخواص الكيميائية: معدن خامل. لا تتفاعل مع الأحماض. لا يتفاعل حتى مع أكوا ريجيا. يتفاعل مع الخلائط المؤكسدة والقلوية. عند تسخينها تتفاعل مع الهالوجينات.
مركبات الإيريديوم ثنائي التكافؤ.
إيريديوم (II) كلوريد IrCl2. بلورات خضراء داكنة رائعة. قابل للذوبان بشكل سيئ في الأحماض والقلويات. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين الإيريديوم المعدني أو IrCl3 في تيار من الكلور عند 763 درجة مئوية.
إيريديوم (II) كبريتيد IrS. لامع أزرق غامق صلبة. قابل للذوبان في كبريتيد البوتاسيوم. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين الإيريديوم المعدني في بخار الكبريت.
مركبات الإيريديوم ثلاثي التكافؤ.
أكسيد إيريديوم (III) Ir2O3. صلبة زرقاء داكنة. قليل الذوبان في الماء والكحول. يذوب في حامض الكبريتيك. تم الحصول عليها عن طريق التكليس الخفيف لكبريتيد الإيريديوم (III).
إيريديوم (III) كلوريد IrCl3. المركب المتطاير لونه أخضر زيتوني. قليل الذوبان في الماء والقلويات والأحماض. يتم الحصول عليها عن طريق عمل الكلور على إيريديوم يسخن إلى 600 درجة مئوية.
إيريديوم (III) بروميد IrBr3. بلورات الزيتون الأخضر. قابل للذوبان في الماء ، قليل الذوبان في الكحول. تم الحصول عليها عن طريق تفاعل IrO2 مع حمض الهيدروبروميك.
إيريديوم (III) كبريتيد Ir2S3. صلبة بنية اللون. قليل الذوبان في الماء. قابل للذوبان في حامض النيتريك ومحلول كبريتيد البوتاسيوم. تم الحصول عليها عن طريق عمل كبريتيد الهيدروجين على كلوريد الإيريديوم (III).
مركبات الإيريديوم رباعي التكافؤ.
أكسيد إيريديوم (IV) IrO2. بلورات رباعي الزوايا سوداء مع شعرية روتيل. قليل الذوبان في الماء والكحول والأحماض. يتم اختزاله إلى معدن بهيدروجين. يتفكك حرارياً إلى عناصر عند تسخينه. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين مسحوق الإيريديوم في الهواء أو الأكسجين عند 700 درجة مئوية ، وتسخين IrO2.nH2O.
فلوريد إيريديوم (IV) IrF4. سائل زيتي أصفر يتحلل في الهواء ويتحلل بالماء. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين IrF6 مع مسحوق إيريديوم عند 150 درجة مئوية.
إيريديوم (IV) كلوريد IrCl4. مسترطب بني صلب. يذوب في الماء البارد ويتحلل في الماء الدافئ. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين (600-700 درجة مئوية) الإيريديوم المعدني بالكلور عند ضغط مرتفع.
إيريديوم (IV) بروميد IrBr4. مادة زرقاء تطفو في الهواء. قابل للذوبان في الكحول. يتم الحصول عليها عن طريق تفاعل IrO2 مع حمض الهيدروبروميك عند درجة حرارة منخفضة.
إيريديوم (IV) كبريتيد IrS2. صلبة بنية اللون. قليل الذوبان في الماء. يتم الحصول عليها عن طريق تمرير كبريتيد الهيدروجين عبر محاليل أملاح الإيريديوم (IV).
مركبات الايريديوم سداسي التكافؤ.
فلوريد إيريديوم (السادس) IrF6. بلورات رباعي الزوايا صفراء. تحت تأثير الإيريديوم المعدني ، يتحول إلى IrF4 ، ويتم تقليله بواسطة الهيدروجين إلى الإيريديوم المعدني. يتآكل الزجاج الرطب. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين الإيريديوم في جو فلور في أنبوب الفلوريت.
إيريديوم (السادس) كبريتيد IrS3. مسحوق رمادي ، قليل الذوبان في الماء. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين مسحوق الإيريديوم المعدني مع الكبريت الزائد في فراغ.
الصيغة الإلكترونية 3s23p63d84s2
حالة الأكسدة: (+1) ، +2 ، (+3 ، +4) ؛ التكافؤ: (1) ، 2 ، (3 ، 4)
الخصائص الفيزيائية: معدن صلب رمادي
المعادن الأساسية: بيريت الحديد والنيكل (Fe ، Ni) 9S8 ، نيكل النيكل
الخواص الكيميائية: معدن خامل. مقاوم للماء والهواء الرطب. يتفاعل ببطء مع الأحماض المخففة. عند تسخينه ، يتفاعل مع الأكسجين والهالوجينات والنيتروجين والكبريت وغيرها من المعادن غير المعدنية. مقاومة في درجات الحرارة العادية لعمل الفلور المخزن في اسطوانات مصنوعة من النيكل.
التفاعل النوعي للنيكل هو تفاعل النيكل مع ثنائي ميثيل الجليوكسيم.تم اقتراح ثنائي ميثيل الجليوكسيم في عام 1905 من قبل L.A. Chugaev ، لذلك يسمى ثنائي ميثيل الجليوكسيم أحيانًا "كاشف Chugaev".
عند التفاعل مع أيونات النيكل ، يشكل ثنائي ميثيل الجليوكسيم مركبًا أحمر اللون ، والذي يمكن ترسبه بسهولة وتحديده بقياس الجاذبية.
تظهر مواد Ni البسيطة في شكل مسحوق نشاطًا مرتفعًا إلى حد ما فيما يتعلق بالأحماض. نتيجة لتفاعلهم مع الأحماض ، تتشكل الأملاح مع حالة الأكسدة +2. يتم تلوين المحاليل المائية لأملاح النيكل باللون الأخضر بسبب وجود 2- أيون.
Ni + 2HCl = NiСl2 + H2؟
Ni + H2SO4 = NiSO4 + H2؟
3Ni + 8HNO3 (فرق) = 3Ni (NO3) 2 + 2NO + 4H2O
يخمد حمض النيتريك المركز على البارد ني. عند تسخينه ، يتم تدمير الفيلم الواقي ويتفاعل المعدن مع حمض النيتريك المركز:
Ni + 4HNO3 (conc.) = Ni (NO3) 2 + 2NO2؟ + 2H2O
مع الأكسجين ، يشكل النيكل أكاسيد EO ذات الخصائص الأساسية. لا تذوب هذه الأكاسيد في الماء ، ولا تتفاعل مع القلويات ، ولكنها تتفاعل بسهولة مع الأحماض لتكوين أملاح Ni (II). غالبًا ما تستخدم أملاح Ni (II) لتخليق الهيدروكسيدات المقابلة ، على سبيل المثال:
NiCl2 + NaOH = Ni (OH) 2؟ + كلوريد الصوديوم
هيدروكسيد النيكل (II) ، أخضر اللون ، يشبه في خصائصه الحمضية القاعدية هيدروكسيد Co (II). قابل للذوبان بسهولة في الأحماض وغير قابل للذوبان عمليا في القلويات. يؤدي التعرض المطول للقلويات إلى راسب Ni (OH) 2 إلى تكوين مركب هيدروكسي لتكوين غير محدد مع الصيغة الشرطية 2؟ . لا يتأكسد هيدروكسيد النيكل (II) إلى Ni (OH) 3 لا بالأكسجين الجوي ولا بواسطة بيروكسيد الهيدروجين. لأكسدته ، هناك حاجة إلى عامل مؤكسد أقوى ، على سبيل المثال ، البروم:
2Ni (OH) 2 + 2NaOH + Br2 = 2Ni (OH) 3 + 2NaBr
يشكل النيكل في حالات الأكسدة +2 و +3 عددًا كبيرًا من المركبات المعقدة. أكثر المجمعات الكاتيونية استقرارًا هي المجمعات المائية والأمونيا ، وكذلك المجمعات حيث تكون الروابط عبارة عن جزيئات عضوية متعددة الكتل ، على سبيل المثال ، ثنائي ميثيل جليوكسيمات. يشكل النيكل عددًا كبيرًا من الأملاح غير القابلة للذوبان ، والتي يمكن تصنيع العديد منها ، مثل الفوسفات ، باستخدام تفاعلات التبادل في المحاليل المائية:
3NiCl2 + 4Na2HPO4 = 2Ni3 (PO) 4 + 8NaCl + HCl
لا يمكن الحصول على كربونات نيكل (II) المتوسطة بإضافة كربونات فلزية قلوية إلى محاليل أملاحها. بسبب زيادة التحلل المائي في وجود أيونات الكربونات ، يحدث تكوين كربونات قاعدية ضعيفة الذوبان بدلاً من الكربونات الوسيطة:
2NiCl2 + Na2CO3 + 2H2O؟ (NiOH) 2CO3؟ + 2NaCl + 2HCl
النيكل هو عنصر نادر يؤثر على عمليات تكون الدم ويشارك في العديد من عمليات الأكسدة والاختزال في الجسم.
يحتوي جسم الشخص البالغ فقط على حوالي 5-14 مل من النيكل. يتراكم العنصر في أنسجة العضلات والكبد والرئتين والكلى والبنكرياس والغدة الدرقية والغدة النخامية والدماغ والظهارة. ويلاحظ أنه مع تقدم العمر يزداد تركيز النيكل في الرئتين. يُفرز النيكل من الجسم بشكل أساسي مع البراز (حتى 95٪).
بالاشتراك مع الكوبالت والحديد والنحاس يشارك في عمليات تكون الدم (يؤثر على نضوج خلايا الدم الحمراء الشابة ويزيد من مستوى الهيموجلوبين)
يزيد من نشاط سكر الدم (يزيد من فعالية الأنسولين)
يشارك في التنظيم الهيكلي وعمل DNA و RNA والبروتينات
يعزز مرور عمليات الأكسدة والاختزال في الأنسجة (يزود الخلايا بالأكسجين)
يعزز العمل المضاد لإدرار البول من الغدة النخامية
ينشط عددًا من الإنزيمات (بما في ذلك الأرجيناز)
مهم للتنظيم الهرموني للجسم
تشارك في التمثيل الغذائي للدهون
يؤكسد فيتامين سي
يخفض ضغط الدم
المتطلبات اليومية
الاحتياجات اليومية من النيكل ، حسب العمر والجنس والوزن ، حوالي 100-300 ميكروغرام.
أعراض النقص والجرعة الزائدة
الجرعة الزائدة من النيكل هي ظاهرة نادرة ، وهذا ما يفسر ارتفاع مستوى سمية العنصر - حوالي 20-40 مجم في اليوم. مع فائضه ، يتم ملاحظة الأعراض التالية:
عدم انتظام دقات القلب
التهاب الجلد
انخفاض مقاومة الأمراض المعدية
تهيج الأغشية المخاطية في الجهاز التنفسي العلوي
زيادة استثارة الجهاز العصبي
انخفاض المناعة
نقص المغنيسيوم في الجسم
تراكم الحديد أو الزنك
تأخر نمو العظام
وذمة في الرئتين والدماغ
خطر الاصابة بالسرطان
البلاديوم.
الصيغة الإلكترونية 4s24p64d10
حالة الأكسدة: +1 ، +2 ، +3 ، +4 ؛ التكافؤ: 1، 2، 3، 4
الخصائص الفيزيائية: معدن ناعم أبيض فضي
المعادن الرئيسية: البلاديت PdO ؛ وجدت أيضًا في الشكل الأصلي
الخواص الكيميائية: معدن خامل. مستقر في الهواء الجاف والرطب في درجات الحرارة العادية. قابل للذوبان في حامض النيتريك المركز وأكوا ريجيا. عند تسخينه يذوب في حامض الكبريتيك المركز. عند تسخينها ، تتفاعل مع اللافلزات.
مركبات البلاديوم أحادية التكافؤ.
البلاديوم (I) كبريتيد Pd2S. مادة غير متبلورة رمادية مخضرة. قابل للذوبان قليلا في الماء والأحماض وأكوا ريجيا. يتم الحصول عليها عن طريق تسخين Cl2 بالكبريت تحت طبقة من البورق.
مركبات البلاديوم ثنائي التكافؤ.
أكسيد البلاديوم الثنائي PdO. أكثر أكسيد البلاديوم استقرارًا. مسحوق أسود. قليل الذوبان في الماء والأحماض. له خصائص مؤكسدة. يتم الحصول عليها عن طريق التسخين القوي للبلاديوم المعدني في الأكسجين أو عن طريق تكليس نترات البلاديوم (II).
هيدروكسيد البلاديوم (II) Pd (OH) 2. مسحوق بني-أحمر. قليل الذوبان في الماء. قابل للذوبان في الأحماض. يمتلك خصائص مؤكسدة ضعيفة. يتم الحصول عليها عن طريق التحلل المائي لنترات البلاديوم (II) بالماء الساخن أو عن طريق عمل القلويات على أملاح البلاديوم (II).
Palladium (II) فلوريد PdF2. بلورات بنية. قابل للذوبان في الماء بشكل سيئ. يذوب في حمض الهيدروفلوريك لتشكيل حمض رباعي فلورو البلاديك H2. يتم الحصول عليها عن طريق التفاعل المباشر للعناصر أو عن طريق تسخين PdF3 بالبلاديوم.
بروميد البلاديوم (II) PdBr2. مادة بني-أحمر. قليل الذوبان في الماء. يذوب في محلول مائي من بروميد الهيدروجين (مع تكوين حمض رباعي البروموبالاديك H2) أو بروميدات الفلزات القلوية. يتم الحصول عليها عن طريق تأثير ماء البروم على معدن البلاديوم أو عن طريق عمل بروميد البوتاسيوم على PdCl2.
البلاديوم (II) يوديد PdI2. مسحوق أحمر غامق. قليل الذوبان في الماء والكحول. يذوب في حمض الهيدرويودك (مع تكوين حمض رباعي اليودوبالاديك H2) أو محاليل اليود الفلزي القلوي. يتم الحصول عليها عن طريق معالجة محلول كلوريد البلاديوم (II) مع يوديد البوتاسيوم.
البلاديوم (II) كبريتيد PdS. مادة صلبة تشبه المعدن البني الداكن. قابل للذوبان في الماء قليلاً ، حمض الهيدروكلوريك ، كبريتيد الأمونيوم. قابل للذوبان في حامض النيتريك وأكوا ريجيا. يتم الحصول عليها عن طريق تفاعل العناصر أثناء التسخين ، أو التحلل الحراري لـ PdS2 ، أو عن طريق تمرير كبريتيد الهيدروجين عبر محلول مائي من أملاح البلاديوم (II).
...وثائق مماثلة
المعادن الانتقالية هي عناصر من مجموعات فرعية ثانوية من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية. عناصر المجموعة VIIB و VIIIB: الخصائص الكيميائية والفيزيائية. مركبات المنجنيز. استخدام برمنجنات البوتاسيوم. مركبات الكوبالت والنيكل وخصائصها.
عرض تقديمي ، تمت الإضافة في 05/02/2013
الخصائص العامة للعناصر الكيميائية للمجموعة الرابعة من الجدول الدوري ووجودها في الطبيعة ومركباتها مع غير المعادن الأخرى. الحصول على الجرمانيوم والقصدير والرصاص. الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمعادن مجموعة التيتانيوم الفرعية. نطاقات الزركونيوم.
عرض تقديمي ، تمت إضافة 2014/04/23
الفئات الرئيسية للمركبات غير العضوية. انتشار العناصر الكيميائية. القوانين العامة لكيمياء عناصر المجموعات الأولى والثانية والثالثة للنظام الدوري D.I. مندليف: الخصائص الفيزيائية والكيميائية وطرق الإنتاج والدور البيولوجي.
البرنامج التعليمي ، تمت إضافة 02/03/2011
الخصائص والمعلومات حول تاريخ اكتشاف العناصر وانتشارها في الطبيعة. التغيير في مجموعة أنصاف أقطار الذرات والأيونات ، إمكانات التأين. خواص مركبات النيتروجين في حالات الأكسدة السالبة: النيتريد ، هيدروكسيل أمين.
الملخص ، تمت الإضافة بتاريخ 04/28/2016
دراسة شاملة لعناصر النظام الدوري لمندليف ، وتاريخ الاكتشاف وأشكال العثور على الذهب في الطبيعة. دراسة الترسبات الأولية والخواص الفيزيائية والكيميائية للذهب ومركباته وطرق الحصول عليها ومجالات التطبيق.
ورقة مصطلح ، تمت إضافتها في 11/17/2011
تطور القانون الدوري في القرن العشرين. الخواص الدورية للعناصر الكيميائية: التغير في طاقة التأين ، الكهربية ، تأثيرات الفرز والاختراق. تغير في قيم نصف القطر الذري والأيوني. معلومات عامة عن اللافلزات.
عرض تقديمي ، تمت الإضافة في 08/07/2015
وصف حقائق مثيرة للاهتمام لاكتشاف عدد من عناصر الجدول الدوري. خصائص العناصر الكيميائية ، أصل أسمائها. تاريخ الاكتشاف ، في بعض الحالات ، الحصول على العناصر ، وأهميتها في الاقتصاد الوطني ، والنطاق ، والسلامة.
الملخص ، تمت الإضافة في 11/10/2009
تاريخ الاكتشاف والمكان في النظام الدوري للعناصر الكيميائية D.I. الهالوجينات منديليف: الفلور والكلور والبروم واليود والأستاتين. الخصائص الكيميائية والفيزيائية للعناصر وتطبيقاتها. وفرة العناصر وإنتاج المواد البسيطة.
عرض تقديمي ، تمت إضافة 2014/03/13
دراسة الخواص الفيزيائية والكيميائية للكروم والتنجستن والموليبدينوم. أكسيد الكروم هو أكثر مركبات الكروم استقرارًا. هيدروكسيدات وأملاح الأحماض المحتوية على الأكسجين لعناصر المجموعة السادسة ب. البيروكسيدات ، الكربيدات ، النتريدات ، بوريدات عناصر المجموعة السادسة B.
محاضرة تمت إضافة 2011/06/29
السيليكون هو عنصر من المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الرابعة من الفترة الثالثة من D.I. منديليف. التوزيع في الطبيعة. أنواع مختلفة من المعادن على أساس أكسيد السيليكون. نطاقات مركبات السيليكون. زجاج.
