تنها ماده تا دمای 0 کلوین به صورت مایع باقی می ماند. فقط در فشار 25 اتمسفر متبلور می شود. کمترین نقطه جوش را دارد. در دماهای کمتر از 2.2 کلوین، هلیوم مایع به صورت مخلوطی از دو مایع وجود دارد که یکی از آنها دارای خواص غیرعادی است - به ویژه، فوق سیالیت (ویسکوزیته 10 میلیارد بار کمتر از آب).
هلیم دومین عنصر فراوان (پس از هیدروژن) در جهان است. حدود 10 درصد آن خورشید است (کشف در سال 1868). روی زمین، هلیوم در سال 1895 در گازهای واکنش یافت شد، زمانی که ماده معدنی کلویت در اسیدها حل شد. گازهای نجیب باقی مانده از هوا جدا شدند.
نئون یک گاز سبک است: 1.44 برابر سبک تر از هوا، تقریبا 2 برابر سبک تر از آرگون، اما 5 برابر سنگین تر از هلیوم. با توجه به مجموعه خواص، به هلیوم نزدیکتر از آرگون است. طیف نئون غنی است: بیش از 900 خط در آن متمایز است. درخشان ترین خطوط یک پرتو در قسمت های قرمز، نارنجی و زرد طیف در طول موج های 6599 تا 5400 Ǻ تشکیل می دهند. این پرتوها در مقایسه با پرتوهای امواج کوتاه - آبی، آبی، بنفش، توسط هوا و ذرات معلق در آن بسیار کمتر جذب و پراکنده می شوند.
در سال 1898، در دنیای قدیم، هنگام استفاده از طیف‌سنجی برای مطالعه اولین بخش‌های گاز تبخیر شده از هوای مایع، شیمیدان اسکاتلندی ویلیام رمزی (رمزی) به همراه موریس ویلیام تراور، گاز جدیدی به نام نئون (Ne 6) در آنها کشف کردند. ، یک گاز بی اثر موجود در هوا در مقادیر میکروسکوپی است.
آرگون گازی تک اتمی با نقطه جوش (در فشار معمولی) 185.9- درجه سانتیگراد (کمی کمتر از اکسیژن، اما کمی بالاتر از نیتروژن)، نقطه ذوب 189.3- درجه سانتیگراد در 100 میلی لیتر آب در دمای 20 است. درجه سانتی گراد 3.3 میلی لیتر آرگون حل می شود؛ در برخی از حلال های آلی، آرگون بسیار بهتر از آب حل می شود.
توسط J. Rayleigh و فیزیکدان انگلیسی W. Ramsay در سال 1894 از هوا کشف شد. گاز با ترکیب تک اتمی مولکول ها و عدم فعالیت شیمیایی تقریباً کامل متمایز شد (آرگون وارد هیچ واکنش شیمیایی نمی شود). گاز جدید و نام خود را (به یونانی argos غیر فعال) گرفت.
کریپتون یک گاز تک اتمی خنثی بدون رنگ، طعم و بو است. 3 برابر سنگین تر از هوا برابر با 3.74 گرم در لیتر. در سال 1898 توسط W. Ramsay (انگلیس) افتتاح شد. کاربرد: برای پر کردن لامپ های رشته ای. ترکیبات کریپتون اکسید کننده و عوامل فلوئور کننده در واکنش های سنتز شیمیایی هستند.
زنون یک گاز تک اتمی خنثی بدون رنگ، طعم و بو است. Tm 112 درجه سانتیگراد، Tk t 108 درجه سانتیگراد، در ترشحات به رنگ بنفش می درخشد. در سال 1889، دانشمند انگلیسی وو رمزی، مخلوطی را از هوای مایع جدا کرد که در آن دو گاز با روش طیفی کشف شد: کریپتون ("پنهان"، "راز") و زنون ("بیگانه"، "غیر معمول").
رادون یک گاز تک اتمی رادیواکتیو، بی رنگ و بی بو است. حلالیت در آب 460 میلی لیتر در لیتر; در حلال های آلی، در بافت چربی انسان، حلالیت رادون ده برابر بیشتر از آب است. رادیواکتیویته خود رادون باعث فلورسانس آن می شود. رادون گازی و مایع با نور آبی فلورسانس می شود رنگ درخشش در تخلیه گاز رادون آبی است.
کریستال های بی رنگ، محلول در آب. مولکول خطی است. محلول در آب یک عامل اکسید کننده بسیار قوی است، به ویژه در محیط اسیدی، جایی که برم و منگنز را به بالاترین حالت اکسیداسیون +7 اکسید می کند. در یک محیط قلیایی، طبق معادله هیدرولیز می شود: XeF 2 + 4KOH \u003d 2Xe + 4KF + O 2 + 2H 2 O
هنگام تعامل با آب، XeF 4 نامتناسب است: 6XeF H 2 O \u003d 2XeO HF + 4Xe + 3O 2
این ماده در طول هیدرولیز XeF 4 تشکیل می شود. این ماده سفید، غیر فرار، بسیار انفجاری است، به شدت در آب محلول است و محلول واکنش کمی قلیایی دارد. تحت تأثیر ازن بر روی چنین محلولی، نمکی از اسید زنونیک تشکیل می شود که در آن زنون حالت اکسیداسیون +8 دارد: XeO 3 + O 3 + 4NaOH \u003d Na 4 XeO 6 + O H 2 O
می توان آن را با واکنش پرکسنات باریم با اسید سولفوریک بی آب در دماهای پایین به دست آورد: Ba 2 XeO 6 + 2H 2 SO 4 \u003d 2 BaSO 4 + XeO H 2 O XeO 4 یک گاز بی رنگ است که بسیار انفجاری است و در دماهای بالاتر تجزیه می شود. 0 درجه سانتی گراد: 3XeО 4 = 2XeО 3 + Xe + 3О 2
این زیر گروه از 9 عنصر تشکیل شده است و از این نظر در جدول تناوبی منحصر به فرد است. یکی دیگر از ویژگی های منحصر به فرد این گروه این است که عناصر این زیر گروه به بالاترین حالت اکسیداسیون (به استثنای Ru و Os) نمی رسند. به طور کلی پذیرفته شده است که 9 عنصر را به 4 خانواده تقسیم کنیم: سه گانه آهن و دوتایی Ru-Os، Rh-Ir، Pd-Pt. این تقسیم‌بندی با تقارن لایه‌های فرعی 3 بعدی عناصر Fe، Co و Ni و همچنین با انقباض لانتانید Os، Ir و Pt توجیه می‌شود.
شیمی عناصر سه گانه آهن مواد ساده
آهن چهارمین فراوانی روی زمین است، اما بیشتر آن در حالت نامناسب برای مصارف صنعتی (آلومینوسیلیکات ها) قرار دارد. فقط سنگ معدن های مبتنی بر اکسیدهای آهن FeO و Fe 2 O 3 از اهمیت صنعتی برخوردار هستند. کبالت و نیکل عناصر کمیاب هستند که اگرچه کانی های خود را تشکیل می دهند، اما به صورت صنعتی از سنگ معدن های چند فلزی استخراج می شوند.
به دست آوردن عناصر به بازیابی آنها از اکسیدها کاهش می یابد. از مشتقات کربن (کک، CO) به عنوان یک عامل کاهنده استفاده می شود، بنابراین فلز حاصل تا چند درصد کربن دارد. آهنی که بیش از ۲ درصد کربن دارد، چدن نامیده می شود. این ماده برای ریخته گری محصولات عظیم مناسب است، اما مقاومت مکانیکی آن کم است. با سوزاندن کربن در کوره ها یا مبدل های اجاق باز، فولادی به دست می آید که از آن می توان محصولات محکم مکانیکی به دست آورد. وابستگی خواص مواد به روش تولید و فرآوری آن به ویژه در مورد آهن واضح است: ترکیبی از کوئنچ و تلطیف به دست آوردن مواد با خواص مختلف امکان پذیر است.
به دست آوردن Co و Ni یک فرآیند پیچیده است. در مرحله نهایی، اکسیدهای فلزی (CoO، Co 2 O 3، NiO) با زغال سنگ احیا می شوند و فلز حاصل با الکترولیز خالص می شود.
خواص مواد ساده به شدت به وجود ناخالصی عناصر دیگر در آنها بستگی دارد. فلزات فشرده خالص به دلیل تشکیل یک لایه اکسید قوی، به ویژه نیکل، در هوا در دمای معمولی پایدار هستند. با این حال، در حالت بسیار پراکنده، این فلزات pyrophoric هستند. خودسوزی
هنگام گرم شدن، Fe، Co، Ni با غیر فلزات اساسی واکنش می دهند و برهمکنش آهن با کلر به ویژه به دلیل فرار FeCl 3 حاصل که از سطح فلز در برابر اکسیداسیون محافظت نمی کند شدید است. برعکس، برهمکنش نیکل با فلوئور عملاً به دلیل تشکیل یک فیلم فلوراید قوی رخ نمی دهد؛ بنابراین هنگام کار با فلوئور از تجهیزات نیکل استفاده می شود.
آهن، کبالت، نیکل ترکیبات خاصی را با هیدروژن تشکیل نمی دهند، اما می توانند آن را به مقدار قابل توجهی جذب کنند، به خصوص در حالت بسیار پراکنده. بنابراین، فلزات خانواده آهن کاتالیزورهای خوبی برای فرآیندهای هیدروژناسیون هستند.
فلزات به خوبی با اسیدهای غیر اکسید کننده واکنش نشان می دهند:
E + 2HCl ECl 2 + H 2
اسیدهای اکسید کننده فلزات را غیرفعال می کنند، اما با قلیاها، واکنش به دلیل ماهیت بازی اکسیدهای فلزی انجام نمی شود.
e(0) ترکیبات
این حالت اکسیداسیون مشخصه کربونیل ها است. آهن یک کربونیل با ترکیب Fe(CO) 5، کبالت Co 2 (CO) 8 و نیکل Ni(CO) 4 را تشکیل می دهد. نیکل کربونیل به ویژه آسان است (50 درجه سانتیگراد، فشار اتمسفر)، بنابراین برای به دست آوردن نیکل خالص استفاده می شود.
ترکیبات E(+2).
پایداری ترکیبات در این حالت اکسیداسیون از آهن به نیکل افزایش می یابد. این به این دلیل است که افزایش بار هسته با همان اندازه اتم پیوند بین هسته و الکترون‌های d را تقویت می‌کند، بنابراین شکستن دومی دشوارتر است.
ترکیبات E(+2) از حل کردن فلزات در اسیدها به دست می آیند. هنگامی که یک محلول قلیایی به محلول های آبی نمک اضافه می شود، هیدروکسید E (OH) 2 رسوب می کند:
ECl 2 + 2 NaOH \u003d E (OH) 2 + 2 NaCl
از این نتیجه می‌توان نتیجه گرفت که نمکهای فلزات مورد بررسی در معرض هیدرولیز توسط کاتیون هستند. در نتیجه هیدرولیز محصولات مختلفی از جمله کمپلکس های چند هسته ای مانند NiOH + , بدست می آید.
با کلسینه کردن E (OH) 2 بدون دسترسی به هوا، می توان اکسیدها را به دست آورد. اکسیدها و هیدروکسیدها عمدتاً بازی هستند. فرات ها (+2)، کبالات ها (+2) و نیکلات ها (+2) فقط در شرایط سخت به دست می آیند، به عنوان مثال، از طریق همجوشی:
Na 2 O + NiO = Na 2 NiO 2
سولفیدهای E(+2) را می توان از محلول های آبی با Na2S یا حتی H2S رسوب داد (بر خلاف MnS که با H2S رسوب نمی کند)، اما این سولفیدها در اسیدهای قوی حل می شوند که در تجزیه و تحلیل شیمیایی استفاده می شود:
E 2 + + S 2– E 2 S، E 2 S + 2H + (مثلا) E 2+ + H 2 S
از ترکیبات E(+2)، تنها Fe(+2) خواص کاهشی قابل توجهی از خود نشان می دهد. بنابراین، تمام ترکیبات ساده (غیر پیچیده) Fe(+2) توسط اکسیژن اتمسفر و سایر عوامل اکسید کننده قوی اکسید می شوند:
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
ترکیبات کبالت (+2) و نیکل (+2) فقط توسط عوامل اکسید کننده قوی مانند NaOCl اکسید می شوند:
E(OH) 2 + NaOCl + ایکس H 2 O E 2 O 3 ایکس H 2 O + NaCl
E(+3) ترکیبات
ترکیبات پایدار در این حالت اکسیداسیون توسط آهن و تا حدودی کبالت تولید می شود. از مشتقات Ni(+3)، تنها ترکیبات پیچیده پایدار هستند.
هیدروکسیدهای E (OH) 3 از اثر قلیایی بر روی محلول های نمکی یا با اکسیداسیون E (OH) 2 به دست می آیند:
FeCl 3 + 3 NaOH = Fe(OH) 3 ↓ + 3 NaCl
2Co(OH) 2 + H 2 O 2 = 2Co(OH) 3
این باعث می شود محصولات حاوی مقدار متغیر آب (ترکیب ثابت نیستند). اکسیدها محصولات نهایی آبگیری هیدروکسیدها هستند، اما به دلیل تجزیه آنها به اکسیژن و اکسید کمتر، امکان بدست آوردن Co 2 O 3 و Ni 2 O 3 خالص وجود ندارد. برای آهن و کبالت می توان اکسیدهایی با ترکیب E 3 O 4 به دست آورد که می توان آنها را اکسیدهای مخلوط EOE 2 O 3 در نظر گرفت. از سوی دیگر، E 3 O 4 نمک های مربوط به عملکرد اسیدی هیدروکسیدهای E(OH) 3 هستند.
Fe 2 O 3 + Na 2 O 2NaFeO 2
توابع اصلی Fe (OH) 3 بسیار بهتر بیان شده است:
Fe(OH) 3 + 3HCl FeCl 3 + 3H 2 O
با توجه به اینکه Fe (OH) 3 یک الکترولیت ضعیف است، نمک های Fe (3+) در معرض هیدرولیز هستند. محصولات هیدرولیز محلول را به رنگ قهوه ای مشخص رنگ می کنند و هنگامی که محلول به جوش می آید، Fe (OH) 3 رسوب می کند:
Fe 3 + + 3H 2 O Fe (OH) 3 + 3H +
به دست آوردن نمک های ساده Co (+3) و Ni (+3) که با عملکرد اصلی هیدروکسید E (OH) 3 مطابقت دارند ممکن نیست: در یک محیط اسیدی، واکنش های ردوکس با تشکیل E (+2) رخ می دهد. ):
2Co 3 O 4 + 12HCl 6CoCl 2 + O 2 + 6H 2 O
ترکیبات Co(+3) و Ni(+3) فقط می توانند عامل اکسید کننده و نسبتاً قوی باشند، در حالی که آهن (+3) جزو عوامل اکسید کننده قوی نیست. با این وجود، همیشه نمی توان نمک های E(+3) را با یک آنیون احیا کننده (I - , S 2-) بدست آورد. برای مثال:
2Fe(OH) 3 + 6HI 2FeI 2 + 6H 2 O + I 2
برخلاف کبالت و نیکل، آهن مشتقات Fe (6+) می دهد که از اکسیداسیون سخت Fe (OH) 3 در یک محیط قلیایی به دست می آید:
2Fe(OH) 3 + 3Br 2 + 10KOH 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O
فرات ها (+6) اکسید کننده های قوی تری نسبت به پرمنگنات ها هستند.
عناصر گروه هشتم (آهن، روتنیوم، اسمیم، گازسیم)، نهم (کبالت، رودیوم، ایریدیم، میتنریوم) و دهم (نیکل، پالادیوم، پلاتین، دارمستادتیوم) از نظر تاریخی در ارتباط با اتحاد آنها به یک هشتم واحد در نظر گرفته شده اند. گروه از نسخه کوتاه دوره ای جدول تناوبی . عناصر دوره پنجم و ششم که در آن گنجانده شده است (روتنیوم، اسمیم، رودیم، ایریدیم، پالادیوم، پلاتین) نجیب هستند که اغلب به شکل آلیاژهایی که پلاتین در آن غالب است، با هم یافت می‌شوند، بنابراین معمولاً در خانواده‌ای از پلاتین ترکیب می‌شوند. فلزات (پلاتینوئیدها). به همین ترتیب، آهن، کبالت و نیکل گاهی اوقات به عنوان یک سه گانه جداگانه در نظر گرفته می شوند (سه گانه آهن). با برخی شباهت های بی قید و شرط فلزات پلاتین، شیمی عناصر موجود در گروه های مختلف، به عنوان مثال، اسمیم، رودیوم و پالادیوم، به طور قابل توجهی متفاوت است، اما در عین حال، شباهت قابل توجهی بین ترکیبات مشابه عناصر درون گروه وجود دارد. به عنوان مثال، کبالت (III) آمونیات، رودیوم (III) و ایریدیوم (III). بنابراین، خواص شیمیایی ترکیبات اکسیژن دار و پیچیده در کتاب درسی به تفکیک گروه ها شرح داده شده است. عناصر دوره هفتم، گازسیم، میتنریوم و دارمستادیم رادیواکتیو با نیمه عمر کوتاه هستند و تنها به مقدار چند ده اتم به دست می آیند.
آهن یکی از هفت فلز دوران باستان است، یعنی از اولین دوره های تاریخ جامعه برای بشر شناخته شده است. اگرچه مصریان و فنیقی ها از توانایی ترکیبات کبالت برای دادن رنگ آبی روشن به شیشه ها می دانستند، خود عنصر به شکل یک ماده ساده تنها در سال 1735 توسط شیمیدان آلمانی G. Brandt و چند سال بعد سوئدی به دست آمد. متالورژیست AF کرونستد نیکل را از سنگ معدن مس جدا کرد. پلاتین به طور سنتی فلز سرخپوستان اکوادور در نظر گرفته می شود، زیرا قبل از ورود فاتحان توسط آنها برای ساخت جواهرات و ماسک های آیینی استفاده می شد. این فلز غیر قابل ذوب، که ظاهراً شبیه نقره است، نام پلاتینا را از اسپانیایی ها دریافت کرده است که مخفف کلمه "نقره" است. تا مدت ها این فلز به دلیل سختی و نسوز بالا هیچ کاربردی پیدا نکرد. برای اولین بار، شیمیدان انگلیسی W. Wollaston موفق به بدست آوردن پلاتین چکش خوار در سال 1805 شد که فرآیند آهنگری داغ را بهبود بخشید. کشف پالادیوم (نام سیارک پالاس، کشف شده در سال 1802) و رودیوم به دلیل رنگ صورتی مایل به قرمز نمک ها به او نسبت داده می شود. ایریدیوم (از لاتین iris - رنگین کمان، با توجه به ترکیباتی که دارای رنگ روشن با رنگ های مختلف هستند) و اوسمیوم (از یونانی osμη - بو، با توجه به بوی نامطبوع تتروکسید فرار) به زودی از پودر باقی مانده پس از پردازش جدا شدند. پلاتین خام با رنگ آبی. در سال 1844، کلاوس، استاد شیمی در دانشگاه کازان، روتنیوم را که به نام روسیه نامگذاری کرد، از سنگ معدن اورال که برای تجزیه و تحلیل برای او فرستاده بود، جدا کرد.
فلزات پلاتین فوق سنگین عبارتند از: گاز رادیواکتیو، میتنریوم و دارمستادیم. این عناصر در دهه 1980-1990 به دست آمدند. در شتاب دهنده هسته ای فوق قدرتمند در دارمشتات (آلمان) در مورد واکنش ها
208 Pb + 58 Fe 265 Hs + 1 n τ 1/2 (265 Hs) = 2×10 –3 ثانیه
209 Bi + 58 Fe 266 Mt + 1 n τ 1/2 (266 Mt) = 3.4 × 10 -3 ثانیه
208 Pb + 62 Ni 269 Ds + 1 n τ 1/2 (269 Ds) = 2.7 × 10 -4 ثانیه
نام گاسیم از سرزمین هسن، جایی که شهر دارمشتات در آن قرار دارد، میتنریوم - به افتخار دانشمند استرالیایی لیز مایتنر، که واکنش‌های شکافت هسته‌های اورانیوم را مطالعه کرد، و دارمشادیوم به افتخار دارمشتات نامگذاری شد. نام آخرین عنصر در سال 2003 توسط کمیسیون IUPAC تایید شد.
عناصر گروه هشتم دارای یک پیکربندی الکترونیکی مشترک در حالت پایه هستند (n – 1)d 6 ns 2به دلیل "لغزش الکترون" در روتنیم شکسته می شود. پدیده های مشابهی در اتم رودیوم، که بخشی از گروه نهم است، با آرایش الکترونی مشترک رخ می دهد. (n – 1)d 7 ns 2 .در میان عناصر گروه دهم، پیکربندی (n – 1)d 8 ns 2فقط در اتم نیکل مشاهده می شود: در پلاتین در حالت پایه، یک الکترون "شکست" رخ می دهد، و در پالادیوم - دو، که منجر به تکمیل کامل پوسته d می شود (جدول 6.1).
جدول 6.1.
برخی از خواص عناصر گروه هشتم - دهم.
| گروه | هشتم | نهم | دهم | ||||||||
| شارژ اصلی | 26 Fe | 44 Ru | 76 Os | 27 شرکت | 45 Rh | 77 Ir | 28 نی | 46 Pd | 78 امتیاز | ||
| تعداد ایزوتوپ های طبیعی | |||||||||||
| پیکربندی الکترونیکی | 3د 6 4س 2 | [kr] 4د 7 5s 1 | [Xe]4f 14 5د 6 6س 2 | 3د 7 4س 2 | [kr]4د 8 5s 1 | [Xe]4f 14 5د 7 6س 2 | 3د 8 4س 2 | [kr]4د 10 | [Xe]4f 14 5د 9 6س 1 | ||
| شعاع فلزی، نانومتر | 0.126 | 0.134 | 0.135 | 0.125 | 0.134 | 0.136 | 0.124 | 0.137 | 0.139 | ||
| انرژی یونیزاسیون، kJ/mol، | I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 | (4500) (6100) | (1600) (2400) (3900) (5200) | (4400) (6500) | (1680) (2600) (3800) (5500) | (4700) (6300) | (2800) (3900) (5300) | ||||
| شعاع یونی، نانومتر (cn = 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 | |
| الکترونگاتیوی از نظر پاولینگ | 1.83 | 2.2 | 2.2 | 1.88 | 2.28 | 2.20 | 1.91 | 2.20 | 2.28 | ||
| الکترونگاتیوی با توجه به آلرد-روچو | 1.64 | 1.42 | 1.52 | 1.70 | 1.45 | 1.55 | 1.75 | 1.35 | 1.44 | ||
| حالت های اکسیداسیون | (–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) | ||
* در حالت چرخش کم
الگوهای تغییر در خواص عناصر گروه 8 تا 10 هنگام حرکت در طول یک دوره و در یک گروه از قوانین کلی بحث شده در فصل 1 پیروی می کند. اولین انرژی های یونیزاسیون در گروه های هشتم و نهم هنگام حرکت از فلز سه بعدی به 4 بعدی کاهش می یابد. (جدول 6.1.)، که با افزایش شعاع اتمی و حذف الکترون های ظرفیت از هسته است. افزایش بیشتر در E 1 در رفتن به فلزات d دوره ششم با اثرات غربالگری مرتبط با پر شدن سطح فرعی 4f توضیح داده می شود. الگوی کلی به دلیل تثبیت قابل توجه اوربیتال های d اتم نیکل که به دلیل "شکست" مضاعف الکترون ها ایجاد می شود، برای عناصر گروه دهم اعمال نمی شود.
فلزات سه گانه آهن، مانند سایر عناصر سری 3d، با شعاع اتمی کوچک و اوربیتال های نسبتا کوچک d با درجه همپوشانی ناچیز، فعالیت شیمیایی بسیار بالاتری در مقایسه با فلزات پلاتین دارند. برخلاف آنها، آهن، کبالت و نیکل هیدروژن را از محلول های اسیدی جابجا می کنند و در هوا اکسید می شوند. آنها با ترکیبات خوشه ای مشخص نمی شوند، که اگر تشکیل شوند، اغلب در هوا و محلول آبی ناپایدار هستند. به طور کلی، فلزات پلاتین را می توان به دلیل شعاع اتمی نسبتا کم (در مقایسه با عناصر d در ابتدای ردیف های انتقالی) و درجه بالای همپوشانی d-اوربیتال ها، کم فعال ترین فلزات شیمیایی در نظر گرفت. از این میان، تنها اسمیم قادر به تعامل مستقیم با اکسیژن است و تنها پالادیوم با اسید نیتریک غلیظ واکنش می دهد. به طور کلی، فلزات پلاتین با ترکیبات پیچیده مشخص می شوند، از جمله کمپلکس هایی با لیگاندهای گیرنده π (مونوکسید کربن، آلکن ها، آلکادین ها)، هیدریدها، که اغلب حتی در محلول های آبی پایدار هستند، و خوشه ها. مانند سایر فلزات انتقالی سنگین، پلاتینوئیدها حالت های اکسیداسیون بالایی را تا 8+ (OsO 4) نشان می دهند. پایداری حالت‌های اکسیداسیون بالاتر در گروه‌ها افزایش می‌یابد (پانوشت: برای بررسی شیمی فلزات پلاتین در حالت‌های اکسیداسیون از +4 تا +8، رجوع کنید به DJ Gulliver, W. Levason, Coord. Chem. Rev., 1982, 46 ، 1).
هنگام حرکت در طول دوره، با افزایش تعداد الکترون های ظرفیت و جفت شدن آنها، سطح فرعی d تثبیت می شود و پایداری حالت های اکسیداسیون بالاتر کاهش می یابد. بنابراین، آهن را می توان در یک محلول آبی اکسید کرد تا FeO 4 2- حاوی یک اتم فلز در حالت اکسیداسیون +6، کبالت و نیکل در این شرایط حالت اکسیداسیون +3 را به دست آورد. بیشترین حالت اکسیداسیون در عناصر گروه هشتم - آهن (6+)، روتنیم (8+) و اسمیم (8+) پایدارترین است (پاورقی: اطلاعاتی در مورد تهیه ترکیبات آهن در حالت اکسیداسیون +8 وجود دارد. : رجوع کنید به Kiselev Yu. Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Doklady AN SSSR, 1987, v. 292, no. 3, p. 628). این فلزات کمترین حالت اکسیداسیون را با ترکیباتی با لیگاندهای گیرنده π نشان می دهند، به عنوان مثال، در کربونیل ها: K 2، K. با حرکت در طول دوره، مقدار پایدارترین حالت اکسیداسیون به طور یکنواخت کاهش می یابد: برای آهن، مشخصه ترین اکسیداسیون. حالت 3+ است، کبالت در محلول های آبی عمدتاً در حالت اکسیداسیون +2 و در کمپلکس های +3، نیکل منحصراً در حالت اکسیداسیون +2 وجود دارد. این با افزایش انرژی های یونیزاسیون سوم در سری Fe - Co - Ni (جدول 6.1.) مطابقت دارد. یونهای Ni 2+ در برابر اکسیداسیون اکسیژن هوا در هر pH مقاوم هستند، نمکهای کبالت (II) در محیط‌های اسیدی و خنثی پایدار هستند و در حضور یونهای OH اکسید می‌شوند، آهن (II) به آهن (III) تبدیل می‌شود. عملکرد اکسیژن (E 0 (O 2 / H 2 O) = 1.229 B، pH = 0، و 0.401 B، pH = 14) در هر pH. فعالیت کاهشی فلزات سه گانه نیز هنگام حرکت در امتداد سری 3d کاهش می یابد (جدول 6.2.).
جدول 6.2. پتانسیل الکترود استاندارد M(III)/M(II) و M(III)/M(0) برای عناصر سه گانه آهنی
تغییر در حالت های اکسیداسیون که در محلول های آبی پایدار هستند را می توان به صورت نمودار نشان داد:
نمونه هایی از ترکیبات عناصر 8 تا 10 گروهی با درجات مختلف اکسیداسیون در جدول آورده شده است. 6.3. برای یونهای با پیکربندی الکترونیکی d 3 (Ru +5)، d 5 (Fe +3،) و d6 (Fe +2، Co +3، Rh +3، Ir +3)، مجتمع‌های هشت وجهی مشخص هستند، برای پیکربندی‌های d 4 (Ru +4، Os +4) و d7 (Co +2) هشت وجهی تحریف شده چهارضلعی هستند که به دلیل اثر Jahn-Teller به وجود می آیند، برای d 8 - هشت وجهی (Ni +2 با لیگاندهای میدان ضعیف و متوسط) - یا مسطح مربع (Pd +2، Pt +2، و همچنین Ni +2 با لیگاندهای میدان قوی). مولکول‌ها و یونهای با هندسه چهار وجهی زمانی به وجود می‌آیند که یونهای فلزی با لیگاندهای حجیم (PR3، Cl–، Br–، I–) یا زمانی که سطح فرعی d به طور کامل پر شود (d10، Pd0، Rh–1، Ru–2) ایجاد می‌شوند.
کاهش پی در پی در شعاع اتمی و یونی با حرکت در طول دوره منجر به کاهش تدریجی حداکثر اعداد هماهنگی از 10 برای آهن (در فروسن) به 8 برای کبالت (در 2–) و 7 برای نیکل (در کمپلکس‌های ماکروسیکلیک) می‌شود. لیگاندها). آنالوگ های سنگین آهن - روتنیوم و اسمیم نیز به ندرت تعداد هماهنگی را بیش از شش افزایش می دهند. برای پلاتین (II) و پالادیوم (II)، که دارای پیکربندی الکترونیکی d 8 هستند، مجتمع‌های مسطح مربعی با عدد هماهنگی 4 مشخصه‌ترین هستند.
یکی دیگر از پیامدهای کاهش شعاع یونی، کاهش معینی در مقادیر محصول حلالیت هیدروکسیدهای M(OH) 2، و در نتیجه، ثابت بازی آنها هنگام حرکت در امتداد سری 3d است:
Mn(OH) 2 Fe(OH) 2 Co(OH) 2 Ni(OH) 2
PR، 20 درجه سانتی گراد 1.9×10 –13 7.1×10 –16 2.0×10 –16 6.3×10 –18
درجه هیدرولیز نمک ها با آنیون های همنام نیز در همین جهت افزایش می یابد. این امر منجر به این واقعیت می شود که وقتی نمک های منگنز (II) و آهن (II) با محلول متوسط کربنات سدیم تیمار می شوند، کربنات های متوسط رسوب می کنند و یون های کبالت و نیکل در این شرایط نمک های اساسی می دهند. افزایش نرمی پیرسون کاتیون‌های 3d-فلز در طول دوره پر شدن زیرسطح d و کاهش شعاع یونی باعث تقویت پیوند M-S در مقایسه با M-O می‌شود. این به وضوح تغییر یکنواخت در محصولات حلالیت سولفیدها را نشان می دهد:
MnS FeS CoS NiS CuS
PR، 20 °C 2.5×10 –13 5.0×10 –1 8 2.0×10 – 25 2.0×10 – 26 6.3×10 – 36
بنابراین، منگنز و آهن در طبیعت عمدتاً به شکل ترکیبات اکسیژن و به دنبال آن آهن، کبالت، نیکل و مس در سنگ معدن پلی سولفید در طبیعت وجود دارند.
جدول 6.3. حالت های اکسیداسیون، پیکربندی های الکترونیکی، اعداد هماهنگی (C.N.) و هندسه مولکول ها و یون ها
| پیکربندی الکترونیکی | ک.چ. | هندسه | گروه هشتم | گروه نهم | گروه دهم | ||||
| حالت اکسیداسیون | مثال ها | حالت اکسیداسیون | مثال ها | حالت اکسیداسیون | مثال ها | ||||
| د 10 | چهار وجهی | –2 | 2-، M = Fe، Ru، Os | –1 | -، M = Co، Rh | Ni(CO) 4، M(PF 3) 4، M = Pd، Pt | |||
| d9 | دو هرمی مثلثی | –1 | 2– | – | +1 | – | |||
| – | Co 2 (CO) 8، M 4 (CO) 12، M = Rh، Ir | – | |||||||
| هشت وجهی | |||||||||
| d8 | هشت وجهی | – | +1 | – | +2 | 2+ , 3+ | |||
| دو هرمی مثلثی | , | 3– | |||||||
| – | – | 2– | |||||||
| چهار وجهی | |||||||||
| – | RhCl (PPh 3) 2 | 2-. 2-، M = Pd، Pt | |||||||
| مربع | |||||||||
| d7 | هشت وجهی | +1 | + | +2 | 2+، Rh 2 (CH 3 COO) 4 (H 2 O) 2 | +3 | 3-، M = Ni، Pd | ||
| چهار وجهی | – | 2– | – | ||||||
| d6 | چهار وجهی | +2 | 2– | +3 | 5– | +4 | 2-، 2-، M = Pd، Pt | ||
| هشت وجهی | 2+ , 4– | 3+ | – | ||||||
| d5 | چهار وجهی | +3 | – | +4 | – | +5 | – | ||
| هشت وجهی | 3+ , 3– | 2-، 2-، M = Co، Rh | – | ||||||
| d4 | چهار وجهی | +4 | +5 | – | +6 | PTF 6 | |||
| هشت وجهی | 2–، M = Ru، Os | -، M = Rh، Ir | – | ||||||
| d3 | چهار وجهی | +5 | 3–، –، M = Ru، Os | +6 | MF 6، M = Rh، Ir | ||||
| d2 | چهار وجهی | +6 | 2– , 2– , | – | |||||
| d1 | چهار وجهی | +7 | –، M = Ru، Os | – | |||||
| هشت وجهی | OsOF 5 | – | |||||||
| دو هرم پنج ضلعی | OSF 7 | – | |||||||
| d0 | چهار وجهی | +8 | MO 4، M = Ru، Os | – |
اضافه کردن. بیوشیمی آهن.
اگرچه بدن یک فرد بالغ تنها حاوی حدود 4 گرم آهن است، اما نقش مهمی در فرآیندهای انتقال اکسیژن به بافت ها و سلول ها، حذف دی اکسید کربن و فسفوریلاسیون اکسیداتیو ایفا می کند. سه چهارم اتم های آهن در بدن به شکل هموگلوبین هستند که از مجموعه پورفیرین آهن به نام هم و پروتئین گلوبین تشکیل شده است. هموگلوبین انتقال اکسیژن به بافت های بدن را فراهم می کند و پروتئین مربوط به میوگلوبین که ساختار ساده تری دارد و برخلاف هموگلوبین ساختار چهارتایی ندارد، توانایی بافت ها را برای ذخیره اکسیژن تعیین می کند. هموگلوبین در گلبول های قرمز و میوگلوبین در بافت ماهیچه ای یافت می شود. هر دو ترکیب به دلیل وجود اتم آهن در حالت اکسیداسیون +2 رنگ قرمز دارند و اکسید شدن آهن منجر به از بین رفتن فعالیت بیولوژیکی آنها می شود! در ساختار پروتئین، هم در شکاف بین دو مارپیچ تشکیل شده توسط زنجیره پلی پپتیدی قرار دارد. کمپلکس پورفیرین هماهنگی مسطح مربع اتم آهن را توسط چهار اتم نیتروژن چرخه پورفیرین تضمین می کند. اتم نیتروژن حلقه ایمیدازول اسید آمینه هیستیدین متعلق به نزدیکترین زنجیره پلی پپتیدی، عدد هماهنگی آهن را تا پنج تکمیل می کند. بنابراین، در شکل غیر اکسیژنه هموگلوبین، جایگاه ششم در کره هماهنگی اتم آهن خالی می ماند. اینجاست که مولکول اکسیژن وارد می شود. هنگامی که اکسیژن اضافه می شود، اتم آهن از صفحه چرخه پورفیرین 0.02 نانومتر در مقایسه با شکل دی اکسیدی خارج می شود. این منجر به تغییرات ساختاری در آرایش زنجیره های پلی پپتیدی می شود. در این حالت، به دلیل انتقال اتم آهن به حالت اسپین کم، کمپلکس دیامغناطیس می شود:
خون شریانی عمدتاً حاوی اکسی هموگلوبین است و با عبور مولکول‌های اکسیژن موجود در آن به میوگلوبین، رنگ خون تیره‌تر می‌شود - این نشان‌دهنده بازگشت هم به شکل دی‌اکسی قبلی‌اش است. هموگلوبین نه تنها اکسیژن را از ریه ها به بافت های محیطی حمل می کند، بلکه انتقال دی اکسید کربن را از بافت ها به ریه ها نیز تسریع می کند. بلافاصله پس از آزاد شدن اکسیژن، تقریباً 15 درصد از CO 2 محلول در خون را متصل می کند.
مولکول CO می تواند با هم کمپلکس قوی تری نسبت به مولکول اکسیژن تشکیل دهد و در نتیجه از انتقال آن از ریه ها به بافت ها جلوگیری کند. به همین دلیل است که استنشاق مونوکسید کربن منجر به مرگ در اثر کمبود اکسیژن می شود. یون سیانید نیز نقش مشابهی ایفا می کند، اگرچه سمیت آن عمدتاً به دلیل تعامل با سایر هموپروتئین های حاوی آهن - سیتوکروم ها است. سیتوکروم ها در فسفوریلاسیون اکسیداتیو دخیل هستند - اکسیداسیون پیروات که در میتوکندری اتفاق می افتد، که در طی اکسیداسیون اولیه کربوهیدرات ها تشکیل می شود. انرژی آزاد شده در این فرآیند به شکل پیوندهای پرانرژی مولکول ATP ذخیره می شود. در زنجیره پیچیده ای از فسفوریلاسیون اکسیداتیو، سیتوکروم های a، b و c حامل الکترون از یک آنزیم به آنزیم دیگر و در نهایت به اکسیژن هستند. در این حالت اتم آهن دائماً حالت اکسیداسیون خود را تغییر می دهد.
بیشترین مورد مطالعه سیتوکروم P 450 است که همی است که با مجموعه ای از جانشین ها با هموگلوبین هموگلوبین متفاوت است و حاوی آهن +3 است که توسط یک مولکول آب و یک اتم گوگرد متعلق به اسید آمینه سیستئین هماهنگ می شود (شکل 6.1). مدل مرکز فعال سیتوکروم P 450 که توسط بخش پروتئینی مولکول احاطه شده است). نقش آن هیدروکسیله کردن ترکیبات چربی دوست بیگانه برای بدن است که به عنوان محصولات جانبی تشکیل می شوند یا از خارج وارد بدن می شوند:
R–H + O 2 + 2e – + 2H + ¾® ROH + H 2 O
در مرحله اول (شکل 6.2. چرخه کاتالیزوری سیتوکروم P 450). سیتوکروم یک مولکول سوبسترا را متصل می کند، که سپس (مرحله 2) توسط آنزیم دیگری کاهش می یابد. مرحله سوم افزودن اکسیژن است، مشابه آنچه در بالا برای هموگلوبین توضیح داده شد. در کمپلکس آهن کم اسپین حاصل، مولکول O2 هماهنگ به یک یون پراکسید (مرحله 4) کاهش می یابد، که در نتیجه انتقال الکترون درون مولکولی، منجر به کمپلکس اکسوفریل حاوی آهن در حالت اکسیداسیون 5+ می شود (مرحله 5). ). هنگامی که بازسازی شد، بستر اکسید شده جدا می شود و سیتوکروم به حالت اولیه خود می رسد (مرحله 6).
هِم همچنین پایه کاتالازها و پراکسیدازها را تشکیل می دهد، آنزیم هایی که واکنش های اکسیداسیون را با پراکسید هیدروژن کاتالیز می کنند. یک مولکول کاتالاز در هر ثانیه می تواند باعث تجزیه 44000 مولکول H 2 O 2 شود.
در فسفوریلاسیون اکسیداتیو همراه با سیتوکروم ها، فردوکسین ها دخیل هستند - پروتئین های آهن-گوگرد که مرکز فعال آن خوشه ای حاوی اتم آهن، پل های سولفیدی و بقایای اسید آمینه سیستئین است (شکل 6.3. ساختار فردوکسین باکتریایی ( الف)، مرکز فعال فرودوکسین (ب)). فردوکسین های موجود در باکتری ها، حاوی هشت اتم آهن و گوگرد، نقش کلیدی در فرآیندهای تثبیت نیتروژن اتمسفر ایفا می کنند. در مولکول فرودوکسین باکتریایی، دو گروه یکسان از Fe 4 S 4 یافت شد که به شکل مکعب و در فاصله 1.2 نانومتر از یکدیگر قرار داشتند. این دو خوشه در داخل حفره‌ای قرار دارند که توسط زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه متصل به یکدیگر تشکیل شده است. ترکیب نیتروژناز (نگاه کنید به صفحه 169، جلد 2) همچنین شامل پروتئین هایی با وزن مولکولی حدود 220 هزار، حاوی دو اتم مولیبدن و حداکثر 32 اتم آهن است. (R. Murray, D. Grenner, P. Meyes, W. Rodwell, Human Biochemistry, M., Mir, 1993).
پایان مکمل
6.2. توزیع در طبیعت، تولید و استفاده از مواد ساده 8-10 گروه.
از نظر شیوع در طبیعت در بین عناصر گروه 8-10، رهبر بلامنازع آهن، به طور دقیق تر، ایزوتوپ 56 Fe است که هسته های آن دارای بالاترین انرژی اتصال پروتون ها و نوترون ها هستند و بنابراین پایداری بالایی دارند. .
در واقع، تعداد اتم های آهن در جهان به طور قابل توجهی از تعداد اتم های هر یک از عناصر همسایه در سیستم تناوبی بیشتر است و به هیدروژن و هلیوم نزدیک است. به عنوان مثال، در خورشید، محتوای هیدروژن 1 × 10 12 واحد معمولی، هلیم - در 6.31 × 10 10، و آهن - در 3.16 × 10 17 برآورد شده است. این به این دلیل است که هسته هسته 56 Fe متعلق به تعداد جادو است، یعنی دارای پوسته های هسته ای کاملاً پر شده است. با افزایش تعداد نوکلئون ها در هسته، انرژی اتصال در هر نوکلئون ابتدا به سرعت افزایش می یابد و فقط در هسته آهن به حداکثر می رسد و سپس به تدریج کاهش می یابد (شکل 6.4. انرژی اتصال در هر نوکلئون به عنوان تابعی از عدد اتمی هسته عنصر) (RJ Theiler, Origin chemical elements, M., Mir, 1975).
با توجه به محتوای پوسته زمین، آهن در جایگاه چهارم (4.1٪)، پس از اکسیژن، سیلیکون و آلومینیوم در رتبه دوم قرار دارد، نیکل (8 × 10 -3٪) در ده دوم، کبالت (2 × 10 -3) است. %) - در سوم، و فلزات پلاتین کمیاب هستند (Ru 10-7٪، Pt 10-7٪، Pd 6×10-8٪، Rh 2×10-8٪، Os 10-8٪، Ir 3× 10-10٪. در پوسته زمین، آهن عمدتاً توسط هماتیت Fe 2 O 3 (سنگ آهن قرمز)، مگنتیت Fe 3 O 4 (سنگ آهن مغناطیسی)، لیمونیت Fe 2 O 3 ×xH 2 O (سنگ آهن قهوه ای)، سیدیت FeCO 3 نشان داده می شود. (اسپار آهن، سنگ آهن اسپار)، ایلمنیت FeTiO 3 و پیریت معدنی گوگرددار FeS 2 (پیریت آهن). به طور کلی بیش از 300 ماده معدنی حاوی آهن شناخته شده است. مقدار قابل توجهی آهن بخشی از سیلیکات ها و آلومینوسیلیکات های مختلف است که سنگ ها را تشکیل می دهند. هنگامی که هوا هوا می شود، ترکیبات آهن، عمدتاً اکسید آهن (III) و اکسو هیدروکسید، وارد ماسه کوارتز، خاک رس و خاک می شوند و رنگی زرد مایل به قهوه ای و خاکی به آنها می دهند. آهن با منشاء شهاب سنگی به صورت آزاد روی زمین یافت می شود که اغلب به شکل آلیاژ با نیکل است. آهن بومی نیز به شکل پولک یا برگ های کوچک در هم آمیخته در بازالت ها شناخته می شود. فقط گاهی اوقات تکه های جداگانه تشکیل می شود. چنین یافته‌هایی به قدری نادر هستند که در عصر حجر و برنز ابزارهای ساخته شده از آن بسیار بیشتر از طلا ارزش داشتند. گوشته زمین حاوی مقادیر قابل توجهی آهن به شکل اسپینل، سیلیکات و اکسید است. اعتقاد بر این است که آهن با ترکیبی از نیکل و گوگرد، بخش اصلی هسته زمین است. در لایه سطحی ماه، میزان آهن به 0.5٪ می رسد.
توسعه به دست آوردن آهن از سنگ آهن آغاز عصر آهن بود. برای کاهش اکسیدهای آهن با زغال سنگ، دمای بیش از 1400 درجه سانتیگراد مورد نیاز است که آتش معمولی نمی تواند آن را تامین کند. به همین دلیل است که در مراحل اولیه توسعه جامعه، سنگ آهن به عنوان ماده اولیه برای تولید فلز در دسترس نبود. مردم مجبور بودند خود را به یافته های تصادفی آهن شهاب سنگ محدود کنند. در آغاز هزاره اول ق.م. در قرن 18، روش خام کاری برای بازیابی سنگ معدن، بر اساس استفاده از آهنگری - ساختاری ساخته شده از سنگ های پوشیده شده با خاک رس، تسلط یافت. سوراخ هایی در دیواره های فورج باقی می ماند که هوا از طریق لوله های سفالی مخصوص - نازل ها - با کمک کیسه های چرمی به نام خز به داخل آن تزریق می شد. زغال سنگ و سنگ آهن را در کوره ریختند و در بالای آن آتش ایجاد کردند. فلز حاصل به یک کریتسا جوش داده شد - یک توده متخلخل، که از آن محصولات با آهنگری به دست آمد. تولید کوره بلند جایگزین روش خمیر خام شده است. این در نتیجه افزایش ارتفاع کوره اتفاق افتاد که همچنین مستلزم معرفی شارها بود - افزودنی های ویژه ای که سرباره های کم ذوب را با سنگ های زاید موجود در سنگ معدن تشکیل می دهند. از آنجایی که در کوره بلند، بر خلاف کوره، فلز مذاب برای مدت طولانی با زغال سنگ در تماس است، کربوره می شود و به چدن تبدیل می شود. این نیاز به یک عملیات اضافی برای "توزیع مجدد" چدن به فولاد و آهن دارد. اولین کوره بلند در اواخر قرن 14 - آغاز قرن 15 در هلند ظاهر شد، در قرن 16 به ارتفاع 4 - 5 متر رسید. در روسیه، تولید کوره بلند در قرن 17 بوجود آمد و در قرن 17 قرن بعد در اورال توسعه یافت.
اضافه نمودار وضعیت سیستم آهن کربن.
نمودار وضعیت سیستم Fe-C در منطقه تا 6.5 وزنی. % C، نشان داده شده در شکل 6.5 a، در متالورژی برای تولید هدفمند درجات مختلف فولاد و چدن مهم است. آهن خالص در سه تغییر α، γ و δ متبلور می شود که هر کدام مقدار معینی کربن را در خود حل کرده و در محدوده دمایی معینی پایدار است. محلول های جامد کربن در این تغییرات، α-Fe، γ-Fe و δ-Fe-C، به ترتیب α-فریت، γ-آستنیت و δ-فریت نامیده می شوند. α-Fe و δ-Fe دارای یک بدنه مرکزی مکعبی و γ-Fe دارای یک شبکه صورت مکعبی در مرکز هستند. حلالیت کربن در آستنیت (γ-Fe) بیشتر است.
مذاب های حاوی حداکثر 1.75 وزن. % C، پس از سرد شدن سریع تا دمای 1150 درجه سانتیگراد، آنها یک محلول جامد همگن - آستنیت هستند. فولاد از این آلیاژها ساخته می شود. در مذاب های حاوی بیش از 1.75% C پس از سرد شدن تا 1150 درجه سانتیگراد، علاوه بر آستنیت جامد، یک یوتکتیک مایع از ترکیب نقطه A نیز وجود دارد (شکل 6.5.a) وقتی در دمای زیر 1150 درجه سانتیگراد سرد شود، متبلور می شود و فضای بین بلورهای آستنیت را پر می کند. سیستم های جامد حاصل از چدن هستند. بسته به شرایط، یوتکتیک می تواند به دو صورت متبلور شود. پس از خنک شدن سریع، اکتتیک جامد شده از بلورهای آستنیت و بلورهای ناپایدار Fe 3 C به نام سمنتیت تشکیل می شود. با سرد شدن آهسته، مخلوطی از بلورهای آستنیت و گرافیت پایدار تشکیل می شود. چدن حاوی سمنتیت سفید و گرافیت حاوی سیمانیت خاکستری نامیده می شود. یوتکتیک جامد شده از آستنیت و سمنتیت لدبوریت نامیده می شود و تنها لدبوریت از مذاب حاوی 4.3% C آزاد می شود.
هنگامی که آستنیت در دمای زیر 1150 درجه سانتیگراد سرد شود، تبلور مجدد می یابد. از محلول های جامد حاوی کمتر از 0.9 وزن. %C، فریت α-Fe ابتدا آزاد می شود (به قسمت داخل شکل 6.5.a مراجعه کنید)، و از محلول های حاوی بیش از 0.9 وزنی. %C، سمنتیت در درجه اول آزاد می شود که به آن سمنتیت ثانویه می گویند. در هر دو مورد، ترکیب محلول جامد باقیمانده به نقطه یوتکتوئید B نزدیک می شود. در این مرحله، کریستال های فریت و سمنتیت به طور همزمان در یک مخلوط لایه نازک به نام پرلیت رسوب می کنند. مذاب حاوی 0.9٪ C، پس از سرد شدن، می تواند پرلیت خالص را تشکیل دهد، که حاوی بلورهای بزرگ فریت یا Fe 3 C نیست که زودتر رسوب کرده اند.
با تنظیم ترکیب مذاب اولیه، سرعت سرد شدن و زمان حرارت دهی در دماهای انتخاب شده از نمودار، می توان آلیاژهایی با ریزساختار، ترکیب، جهت گیری و تنش های مختلف در کریستال ها به دست آورد. اگر پس از آن سیستم حاصل خیلی سریع خنک شود (خاموش شود)، تمام تحولات بعدی به شدت مهار می شود و ساختار ایجاد شده حفظ می شود، اگرچه معلوم می شود که از نظر ترمودینامیکی ناپایدار است. این روشی است که می توان درجات مختلف فولاد را بدست آورد.
برنج. 6.5. نمودار فازی سیستم آهن-کربن
پایان مکمل.
در حال حاضر، سنگ آهن با کک در کوره های بلند کاهش می یابد، در حالی که آهن مذاب تا حدی با کربن واکنش داده و کاربید آهن Fe 3 C (سیمنتیت) را تشکیل می دهد و تا حدی آن را حل می کند. وقتی مذاب جامد شد، چدن. چدنی که برای تولید فولاد استفاده می شود، چدن خام نامیده می شود. فولادبرخلاف چدن، کربن کمتری دارد. کربن اضافی موجود در چدن باید سوزانده شود. این امر با عبور هوای غنی شده با اکسیژن از روی آهن مذاب حاصل می شود. همچنین یک روش مستقیم برای تولید آهن وجود دارد که بر اساس احیای قرص های مغناطیسی سنگ آهن با گاز طبیعی یا هیدروژن است:
Fe 3 O 4 + CH 4 \u003d 3Fe + CO 2 + 2H 2 O.
آهن بسیار خالص به صورت پودر از تجزیه Fe(CO) 5 کربونیل بدست می آید.
اضافه کردن. آلیاژهای آهن.
آلیاژهای پایه آهن به دو دسته چدن و فولاد تقسیم می شوند.
چدن- آلیاژ آهن با کربن (حاوی 2 تا 6٪ C)، حاوی کربن به شکل محلول جامد، و همچنین کریستال های گرافیت و سیمانیت Fe 3 C. انواع مختلفی از چدن وجود دارد که از نظر خواص متفاوت هستند. و رنگ شکستگی چدن سفید حاوی کربن به شکل سمنتیت است. بسیار شکننده است و کاربرد مستقیم پیدا نمی کند. تمام چدن های سفید به فولاد (چدن خام) تبدیل می شود. چدن خاکستری حاوی اجزاء گرافیت است - آنها به وضوح در شکستگی قابل مشاهده هستند. ترد کمتری نسبت به رنگ سفید دارد و برای ساخت فلایویل و رادیاتورهای آب گرمایش استفاده می شود. افزودن مقدار کمی منیزیم به مذاب باعث رسوب گرافیت نه به صورت صفحات، بلکه به صورت آخال های کروی می شود. این چدن اصلاح شده استحکام بالایی دارد و برای ساخت میل لنگ موتور استفاده می شود. چدن آینه ای، حاوی 10 تا 20 درصد منگنز و حدود 4 درصد کربن، به عنوان یک اکسید کننده در تولید فولاد استفاده می شود.
شکل 6.6. چدن خاکستری (الف) و چدن سنگین (ب) زیر میکروسکوپ.
سنگ آهن و کک مواد اولیه تولید آهن هستند. آهن خام در کوره های بلند ذوب می شود - کوره های بزرگ، تا ارتفاع 80 متر، از داخل با آجرهای نسوز پوشیده شده و روی آن با پوشش فولادی پوشانده شده است. قسمت بالایی کوره بلند را شفت، قسمت پایینی آن را کوه و سوراخ بالایی که وظیفه بارگیری بار را دارد، بالا نامیده می شود. از پایین، هوای گرم غنی شده با اکسیژن وارد کوره می شود. در قسمت بالایی کوره، زغال سنگ با تشکیل دی اکسید کربن سوزانده می شود. گرمای آزاد شده در این حالت برای ادامه فرآیند کافی است. دی اکسید کربن با عبور از لایه های کک به مونوکسید کربن (II) CO کاهش می یابد که در واکنش با سنگ آهن، آن را به فلز تبدیل می کند. برای حذف ناخالصی های موجود در سنگ معدن، به عنوان مثال، شن کوارتز SiO 2، شارهایی به کوره اضافه می شود - سنگ آهک یا دولومیت، که به اکسیدهای CaO، MgO تجزیه می شود و سرباره را به شارهای کم ذوب (CaSiO 3، MgSiO 3) متصل می کند. علاوه بر آهن، کک همچنین ناخالصی های موجود در سنگ معدن را کاهش می دهد، به عنوان مثال، فسفر، گوگرد، منگنز و تا حدی سیلیکون:
Ca 3 (PO 4) 2 + 5C = 3CaO + 5CO + 2P،
CaSO 4 + 4C \u003d CaS + 4CO،
MnO + C = منگنز + CO
SiO2 + 2C = Si + 2CO.
در فلز مذاب، گوگرد به صورت سولفید FeS، فسفر به صورت فسفید Fe 3 P، سیلیسیم به صورت سیلیسید SiC و کربن اضافی به صورت کاربید Fe 3 C (سیمنتیت) وجود دارد. . گازهای خروجی از کوره بلند را گازهای کوره بلند یا گازهای کوره بلند می نامند. حدود یک سوم حجم آنها از مونوکسید کربن تشکیل شده است، بنابراین به عنوان سوخت برای گرم کردن هوای ورودی به کوره بلند استفاده می شود.
برنج. 6.7 طرح یک کوره بلند
فولاد- آلیاژ آهن با کربن (حاوی 0.5 تا 2٪ C) که حاوی کربن فقط به صورت محلول جامد است. فولاد سخت‌تر از آهن است، خمش سخت‌تر، انعطاف‌پذیرتر، شکستن آسان‌تر است، اگرچه به اندازه چدن شکننده نیست. هرچه کربن بیشتری داشته باشد، سخت تر است. در گریدهای فولادی معمولی بیش از 05/0 درصد گوگرد و 08/0 درصد فسفر مجاز نیست. حتی یک مخلوط جزئی گوگرد باعث می شود فولاد در هنگام حرارت شکننده شود؛ در متالورژی به این خاصیت فولاد شکنندگی قرمز می گویند. محتوای فسفر در فولاد باعث شکنندگی سرد - شکنندگی در دماهای پایین می شود.فولاد سخت شده در طی سرد شدن شدید فولاد که تا دمای حرارت قرمز گرم می شود تشکیل می شود. چنین فولادی سختی بالایی دارد، اما شکننده است. ابزارهای برش از فولاد سخت شده ساخته می شوند. با خنک شدن آهسته، فولاد خنثی به دست می آید - نرم و انعطاف پذیر است. با وارد کردن مواد افزودنی آلیاژی به مذاب ( دوپینگ) - کروم، منگنز، وانادیم و غیره درجات ویژه ای از فولاد دریافت می کنند. فولاد حاوی بیش از 13 درصد کروم توانایی خود را برای خوردگی در هوا از دست می دهد و ضد زنگ می شود. این در صنایع شیمیایی، در زندگی روزمره، در ساخت و ساز استفاده می شود. به خصوص فولادهای قوی حاوی وانادیوم برای ریخته گری زره استفاده می شود.
ماده خام برای تولید فولاد چدن است و ماهیت فرآیندهایی که در حین ذوب اتفاق می افتد حذف کربن اضافی از آلیاژ است. برای انجام این کار، اکسیژن از آهن مذاب عبور داده می شود، که کربن موجود در آهن را به شکل گرافیت یا سیمانیت به مونوکسید کربن CO اکسید می کند. با این حال، در این مورد، بخشی از آهن نیز توسط اکسیژن به یک اکسید اکسید می شود:
2Fe + O 2 \u003d 2FeO.
برای کاهش معکوس FeO به آهن، اکسید کننده ها به مذاب وارد می شوند، به عنوان یک قاعده، این فلزات فعال هستند - منگنز، باریم، کلسیم، لانتانیم. آنها آهن اکسید شده را به فلز تبدیل می کنند:
Mn + FeO = MnO + Fe،
و سپس از مذاب جدا می شود و به شکل سرباره قابل ذوب به سطح آن شناور می شود و یا با پوشش کوره یا با مواد افزوده شده ویژه در تعامل است. شار:
MnO + SiO 2 \u003d MnSiO 3.
فولاد در کوره های مخصوص ذوب می شود. بسته به نوع کوره ها، روش های مختلفی برای فولادسازی وجود دارد. در یک کوره اجاق باز، فضای ذوب حمامی است که با طاقی از آجرهای نسوز پوشیده شده است (شکل 6.8. فولادسازی: (الف) کوره اجاق باز، مبدل اکسیژن). سوخت به قسمت بالایی کوره تزریق می شود - آنها گاز طبیعی یا نفت کوره هستند. گرمای آزاد شده در حین احتراق آن، مخلوط را گرم کرده و باعث ذوب شدن آن می شود. به مدت 6 تا 8 ساعت که در طی آن چدن مذاب در کوره باز است، کربن به تدریج در آن می سوزد. پس از آن فولاد مذاب بیرون ریخته شده و پس از مدتی دوباره چدن بارگیری می شود. فرآیند اجاق باز دوره ای است. مزیت اصلی آن این است که فولاد حاصل را می توان در قالب های بزرگ ریخت. از نظر عملکرد، فرآیند اجاق باز نسبت به فرآیند مبدل اکسیژن که نه در کوره‌های بزرگ، بلکه در مبدل‌های کوچک انجام می‌شود - دستگاه گلابی شکل که از فولاد جوش داده شده و از داخل با آجرهای نسوز پوشیده شده است، پایین‌تر است. از بالا، هوای غنی شده با اکسیژن از طریق مبدل نصب شده بر روی یک محور افقی دمیده می شود. اکسیدهای منگنز و آهن تشکیل شده با پوشش سیلیکات مبدل واکنش داده و سرباره تشکیل می دهند. این فرآیند حدود 40 دقیقه طول می کشد، پس از آن مبدل به یک موقعیت شیبدار منتقل می شود و فولاد مذاب و سرباره به ترتیب به بیرون ریخته می شوند (شکل 6.8. b). مبدل‌های آجری آهکی شنی که به نام مخترع انگلیسی هنری بسمر، مبدل‌های بسمر نامیده می‌شوند، برای ساخت فولاد از آهن‌های حاوی فسفید آهن مناسب نیستند. برای توزیع مجدد چدن غنی از فسفر از مبدل های توماس استفاده می شود که از داخل با سنگ آهک یا دولومیت اندود شده اند. ذوب فولاد در حضور آهک انجام می شود که فسفر موجود در چدن را به فسفات ها متصل می کند که سرباره (سرباره توماس) را تشکیل می دهد که به عنوان کود استفاده می شود. فولادهای آلیاژی در کوره های الکتریکی در دمای بالاتر از 3000 درجه سانتیگراد ذوب می شوند. این امر امکان به دست آوردن فولادهایی با خواص ویژه از جمله فولادهای فوق قوی و نسوز را فراهم می کند.
پایان مکمل
کبالت در طبیعت عمدتاً به شکل ترکیباتی با آرسنیک، اسمالتیت CoAs 2 (ادویه کبالت) و کبالتیت CoAsS (درخشش کبالت) وجود دارد، با این حال، این مواد معدنی بسیار کمیاب هستند و رسوبات مستقلی را تشکیل نمی دهند. همچنین بخشی از سنگهای معدنی پیچیده مس- کبالت- نیکل و سولفید مس- کبالت است که به مقدار کم در رس و شیل‌هایی که در شرایط کمبود اکسیژن تشکیل شده‌اند، یافت می‌شود.
نیکل، مانند کبالت، تمایل زیادی به عناصر پس از گذار دوره پنجم - آرسنیک و گوگرد دارد و به دلیل نزدیکی شعاع های یونی، اغلب به ترکیبات کبالت، آهن و مس هم شکل است. به همین دلیل، مقادیر زیادی نیکل در لیتوسفر به سنگ معدن مس نیکل پلی سولفید متصل می شود. در بین کانی های سولفیدی، میلریت NiS (پیریت نیکل زرد)، پنتلاندیت (Fe, Ni) 9 S 8 و کلونتیت NiAs 2 (پیریت نیکل سفید) بیشترین اهمیت را دارند. یکی دیگر از مواد خام مهم نیکل سنگ های سرپانتین هستند که سیلیکات های اساسی هستند، به عنوان مثال، گارنیریت (Ni, Mg) 6 × 4H 2 O. مقادیر کمی از ترکیبات نیکل در زغال سنگ فسیلی، شیل و نفت یافت می شود.
مواد اولیه اصلی برای تولید کبالت و نیکل، سنگهای پلی سولفیدی هستند (پی‌نوشت: سیلیکات‌ها و سایر کانی‌های اکسیژن دار نیکل ابتدا از طریق همجوشی با گچ و زغال سنگ در دمای 1500 درجه سانتیگراد به سولفید تبدیل می‌شوند: CaSO 4 + 4C = CaS + 4CO ؛ 3NiO + 3CaS = Ni 3 S 2 + 3CaO + S). سنگ معدن آگلومره شده با اسید سولفوریک مخلوط شده و در یک کوره شفت به صورت ماتی متشکل از سولفیدهای آهن، کبالت، نیکل و مس ذوب می شود. این به شما امکان می دهد آن را از سیلیکات هایی که سرباره تشکیل می دهند جدا کنید. هنگامی که مات مذاب سرد می شود، سولفیدها به شکل کریستالی آزاد می شوند. آنها را خرد کرده و سپس در جریان هوا تا دمای 1300 درجه سانتیگراد گرم می کنند. توانایی سولفیدها برای اکسید شدن در سری FeS > CoS > Ni 3 S 2 کاهش می یابد، بنابراین، سولفید آهن ابتدا با اکسیژن واکنش می دهد که با افزودن سیلیس به سرباره تبدیل می شود. اکسیداسیون بیشتر منجر به تشکیل اکسیدهای کبالت و نیکل می شود
2Ni 2 S 3 + 7O 2 \u003d 6NiO + 4SO 2.
آنها با درمان با اسید سولفوریک یا با توسل به اکسیداسیون آندی به محلول وارد می شوند. ناخالصی مس با وارد کردن پودر نیکل که آن را به یک ماده ساده تبدیل می کند، از بین می رود. کبالت و نیکل خواص شیمیایی مشابهی دارند. برای جدا کردن آنها، محلول قلیایی می شود و با کلرات سدیم درمان می شود که فقط یون های کبالت را اکسید می کند:
2CoSO 4 + Cl 2 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Co (OH) 3 ¯ + 2NaCl + 3CO 2 + 2Na 2 SO 4.
در یک محیط کمی اسیدی، کبالت به شکل هیدروکسید در رسوب باقی می ماند و نیکل به صورت نمک به محلول تبدیل می شود که به هیدروکسید تبدیل می شود. اکسیدهای حاصل از کلسینه کردن هیدروکسیدها با زغال سنگ احیا می شوند:
Co 3 O 4 + 4C \u003d 3CO + 4CO،
NiO + C = Ni + CO.
در طی احیاء، کاربیدهای Co 3 C، Ni 3 C نیز تشکیل می شوند، برای حذف آنها، اکسید بیش از حد گرفته می شود:
Ni 3 C + NiO = 4Ni + CO.
برای به دست آوردن فلزات خالص تر از پالایش الکترولیتی استفاده می شود. همچنین جداسازی فلزات پلاتین موجود در مات را امکان پذیر می کند.
بیش از نیمی از کبالت و نیکل تولیدی صرف تولید آلیاژها می شود. آلیاژهای مغناطیسی مبتنی بر کبالت (Fe-Co-Mo، Fe-Ni-Co-Al، Sm-Co) قادر به حفظ خواص مغناطیسی در دماهای بالا هستند. آلیاژهای فلز سرامیک، که عبارتند از تیتانیوم، تنگستن، مولیبدن، وانادیم و کاربیدهای تانتالیوم سیمان شده با کبالت، برای ساخت ابزارهای برش استفاده می شود. فولادهای با محتوای بالای نیکل و کروم در هوا خوردگی نمی کنند، آنها برای ساخت ابزار و تجهیزات جراحی برای صنایع شیمیایی استفاده می شوند. نیکروم آلیاژ کروم نیکل مقاوم در برابر حرارت، حاوی 20 تا 30 درصد کروم، مقاومت الکتریکی بالایی دارد، از آن برای ساخت کویل های بخاری برقی استفاده می شود. آلیاژهای مس نیکل کنستانتان (40% نیکل، 60% مس) و نیکلین (30% نیکل، 56% مس، 14% روی)، از مونل (68% نیکل، 28% مس، 2.5% آهن، 1.5% منگنز) نعناع یک سکه.
مهم هستند سوپرآلیاژها- مواد بر پایه آهن، کبالت یا نیکل، به ویژه برای خدمات در دمای بالا طراحی شده است. آنها مقاومت به خوردگی بالایی دارند، در محدوده دمایی که توربین های گازی در آن کار می کنند، استحکام را حفظ می کنند، با مدول الاستیسیته بالا و ضریب انبساط حرارتی پایین مشخص می شوند. ترکیب مقاومت اکسیداسیون و استحکام این مواد بی رقیب است. بسیاری از سوپرآلیاژها دارای یک شبکه مکعبی رو به مرکز هستند که چگالی ترین ساختار در بین تمام ساختارهای کریستالی است و خواص حرارتی مکانیکی استثنایی مواد را ارائه می دهد. این آلیاژ از یک پایه (Fe, Co, Ni) تشکیل شده است، حاوی افزودنی های فلزی است که مقاومت سطحی (Cr) و عناصر (Al) را افزایش می دهد که یک فاز γ'-مکعبی (γ'-Ni 3 Al) را تشکیل می دهد که دارای مقدار زیادی است. استحکام و مقاومت در برابر اکسیداسیون ورود مقادیر کمی کربن (0.05 - 0.2٪) به سوپرآلیاژها منجر به تشکیل کاربیدها می شود، به عنوان مثال، TiC، که در طول عملیات آلیاژ در دماهای بالا، به تدریج به کاربیدهای ترکیب M 23 C 6 تبدیل می شوند. و M 6 C، که به راحتی تحت تأثیر عملیات حرارتی قرار می گیرند. کربن حاصل به شکل محلول جامد تبدیل می شود. بنابراین، ساختار یک سوپرآلیاژ را می توان به عنوان یک محلول جامد با ترکیبات ریز کریستالی از ترکیبات بین فلزی و کاربیدها نشان داد که سختی و استحکام آن را فراهم می کند. دوپینگ اضافی به کاهش سرعت فرآیندهای انتشار، افزایش پایداری ساختار در دماهای بالا کمک می کند. یکی از اولین سوپرآلیاژها در سال 1935 به نام Rex-78 ساخته شد که شامل 60% آهن، 18% نیکل، 14% کروم و همچنین حاوی مقادیر کمی مولیبدن، تیتانیوم، مس، بور، کربن بود. برای ساخت پره‌ها و نازل‌های توربین استفاده می‌شود (Superalloys II. مواد مقاوم در برابر حرارت برای نیروگاه‌های هوافضا و صنعتی، M., Metallurgy, 1995)
کبالت و نیکل ریز پراکنده فعالیت کاتالیزوری بالایی دارند. پودر کبالت ریز رسوب‌شده روی تکیه‌گاه به عنوان یک کاتالیزور فعال برای هیدروکربنیلاسیون فیشر-تروپش عمل می‌کند. نیکل اغلب در فرآیندهای هیدروژناسیون، مانند چربی های گیاهی، جایگزین پلاتین می شود. در آزمایشگاه، پودر نیکل ریز فعال کاتالیزوری (نیکل اسکلتی، نیکل رینی) با پردازش یک آلیاژ نیکل-آلومینیوم با قلیایی در یک اتمسفر بی اثر یا احیا کننده به دست می آید. نیکل به سمت تولید باتری های قلیایی می رود.
بسیاری از ترکیبات کبالت دارای رنگ روشن هستند و از زمان های قدیم به عنوان رنگدانه برای تهیه رنگ استفاده می شده است: آلومینات کبالت CoAl 2 O 4 ("کبالت آبی"، "Gzhel blue") دارای رنگ آبی است، Stennate Co 2 SnO 4 (" ceruleum، "آبی آسمانی") - آبی با رنگ مایل به آبی، فسفات های Co 3 (PO 4) 2 ("کبالت بنفش تیره") و CoNH 4 PO 4 × H 2 O ("نور بنفش کبالت") - قرمز- بنفش، اکسید مخلوط کبالت (II) و روی CoO × xZnO ("کبالت سبز") - سبز روشن، سیلیکات کبالت ("شمالت"، "شیشه کبالت") - آبی تیره (EF Belenky، IV Riskin، شیمی و فناوری رنگدانه ها، L.، شیمی، 1974). افزودن اکسید کبالت به شیشه به آن رنگ آبی می دهد.
رنگدانه های آهن معمولاً زرد قهوه ای یا قرمز قهوه ای در سایه های مختلف هستند. در میان رنگدانه های طبیعی، شناخته شده ترین آنها اخر - اکسو هیدروکسید کریستالی FeOOH و خاک رس حاوی سینا است. وقتی کلسینه می شوند، آب می شوند و رنگ قرمز به دست می آورند. عصاره قهوه ای از هوازدگی سنگ آهن حاوی منگنز به وجود می آید. رنگدانه سیاه مگنتیت است.
فلزات پلاتین در طبیعت عمدتاً به شکل بومی خود - به شکل مواد ساده، آلیاژهایی با یکدیگر و سایر فلزات نجیب - وجود دارند. در مقادیر بسیار کم، آنها بخشی از برخی از سنگهای پلی سولفیدی هستند؛ یافته‌های کانی‌های سولفیدی خودشان، به عنوان مثال، RuS 2 laurite، PtS cooperite، بسیار نادر هستند. میانگین کل فلزات پلاتین در رادهای سولفید اورال 2-5 گرم در تن است. در طبیعت، دانه های پلاتین اغلب در همان محل های طلا یافت می شوند، بنابراین، به شکل آخال های جداگانه، گاهی اوقات روی سطح اقلام طلای باستانی، عمدتاً منشأ مصری، قابل مشاهده هستند. ذخایر بزرگ پلاتین بومی در آند آمریکای جنوبی متمرکز شده است. در سنگ های تشکیل دهنده آنها، دانه های پلاتین همراه با ذرات طلا اغلب در پیروکسن ها و سایر سیلیکات های اساسی قرار می گیرند که در نتیجه فرسایش به ماسه های رودخانه ای منتقل می شوند. طلای شسته شده از آنها حاوی بلورهای کوچک پلاتین است که جدا کردن آنها بسیار دشوار است. در قرون وسطی، آنها برای این تلاش نکردند: مخلوط دانه های سنگین فقط جرم فلز گرانبها را افزایش داد. گاهی اوقات قطعات بزرگ پلاتین نیز وجود دارد، تا نه کیلوگرم. آنها لزوما حاوی ناخالصی های آهن، مس، یدیدهای پلاتین و گاهی اوقات طلا و نقره هستند. به عنوان مثال، فلز حاصل از ذخایر Choco در کلمبیا، که توسط اینکاهای باستان ساخته شده است، دارای ترکیب تقریبی Pt 86.2٪، Pd 0.4٪، Rh 2.2٪، Ir 1.2٪، Os 1.2٪، Cu 0، 40٪ است. ، Fe 8.0٪، Si 0.5٪. ایریدیوم بومی حاوی 80 - 95٪ Ir، تا 2.7٪ Ru، تا 6.1٪ پلاتین است. اسمیم - 82 - 98.9٪ Os، 0.9 - 19.8٪ Ir، تا 10٪ Ru، 0.1 - 3.0٪ پلاتین، تا 1.3٪ Rh، تا 1٪ Fe.
در روسیه، اولین پلاسر پلاتین در سال 1824 در اورال شمالی کشف شد و به زودی استخراج معدن در منطقه نیژنی تاگیل آغاز شد. از آن زمان تا سال 1934، روسیه در بازار عرضه‌کنندگان جهانی پلاتین پیشتاز بود و جای خود را ابتدا به کانادا و از سال 1954 به آفریقای جنوبی که دارای بزرگترین ذخایر این فلز است، داد.
اضافه کردن. پالایش.
پالایش تولید فلزات گرانبها با خلوص بالا است. پالایش فلزات پلاتین بر اساس جداسازی ترکیبات شیمیایی این عناصر است، به دلیل تفاوت در برخی از خواص آنها - حلالیت، فرار، واکنش پذیری. ماده خام لجن غنی شده به جا مانده از تولید مس و نیکل است که از حل کردن ضایعات محصولات فنی حاوی فلزات گرانبها از جمله کاتالیزورهای مصرف شده به دست می آید. لجن ها حاوی فلزات پلاتین و همچنین طلا، نقره، مس و آهن هستند. برای حذف سیلیس و فلزات پایه، اکثر طرح های تکنولوژیک به ذوب لجن با لیتارژ سرب و زغال چوب متوسل می شوند. در این حالت، فلزات پایه موجود در لجن توسط لیتارژ سرب به اکسید تبدیل می شوند و سرب حاصله فلزات نقره، طلا و پلاتین را تغلیظ می کند. مهره سرب به دست آمده که ورکبل نیز نامیده می شود، در معرض کاپولاسیون - ذوب اکسیداتیو روی یک قطره - یک ظرف متخلخل ساخته شده از خاکستر استخوان، منیزیت و سیمان پرتلند قرار می گیرد. در این حالت بیشتر سرب اکسید شده و توسط مواد قطره جذب می شود. پس از کاپولاسیون، آلیاژ با اسید سولفوریک تصفیه می شود تا نقره حذف شود. اکنون حاوی فلزات گرانبها است. مهمترین عملیات پالایش، برهمکنش با آکوا رژیا است (شکل 6.9. پالایش ساده فلزات نجیب)، که در آن بیشتر طلا، پالادیوم و پلاتین حل می شوند، در حالی که روتنیوم، اسمیم، رودیوم و ایریدیم عمدتاً در رسوب باقی می مانند. برای جدا کردن طلا از پلاتین و پالادیوم، سولفات آهن به محلول اعمال می شود که منجر به آزاد شدن طلا به شکل آزاد می شود. پالادیوم و پلاتین که در محلول به شکل کلریدها و کمپلکس‌های کلریدی وجود دارند، بر اساس حلالیت‌های مختلف نمک‌ها از هم جدا می‌شوند. ساعت‌ها جوشاندن لجن در آکوا رژیا منجر به انتقال جزئی دیگر فلزات پلاتین به محلول می‌شود، بنابراین پلاتین به‌دست‌آمده طبق این طرح حاوی ناخالصی‌های رودیوم و ایریدیوم است. رودیوم از باقیمانده نامحلول در آبزیان با همجوشی با هیدروسولفات سدیم جدا می شود. هنگامی که مذاب شسته می شود، به صورت سولفات های پیچیده به محلول تبدیل می شود. روتنیوم، اسمیم و ایریدیوم که در برابر حمله اسیدی مقاوم هستند، در معرض همجوشی اکسیداتیو با قلیایی قرار می گیرند. محلول به دست آمده از شستشوی مذاب حاوی روتنات و اسمات است و بیشتر ایریدیوم به صورت دی اکسید رسوب می کند. جداسازی روتنیم از اسمیم بر اساس تصعید اکسیدهای بالاتر آنها با به دام افتادن آنها در محلول اسید کلریدریک است. در این حالت، اکسید روتنیم احیا می شود و به محلول می رود، در حالی که انیدرید اوسمیوم وارد فاز گاز شده و تا حدی به اتمسفر می گریزد. این تعجب آور نیست، زیرا در میان فلزات پلاتین، اسمیوم کمترین درخواست را دارد. طرح دقیق تصفیه برای یک ماده خام خاص بسته به درصد فلزات مختلف در آن انتخاب می شود.
پایان مکمل.
پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا، بر خلاف طلا و نقره، در کوره ذوب نمی شود، نمی توان آن را سرد یا گرم جعل کرد. بنابراین، این فلز برای مدت طولانی کاربرد عملی پیدا نکرد، فقط در میان جعل کنندگان مورد تقاضا بود، که برای افزایش جرم آن را با طلا مخلوط کردند. کار به جایی رسید که پادشاه اسپانیا در سال 1755 فرمانی صادر کرد که بر اساس آن تمام پلاتین استخراج شده در طول توسعه پلاسرهای کلمبیایی در Choco باید به دقت از طلا جدا می شد و در رودخانه ها غرق می شد. برای 43 سال از این فرمان، تا چهار تن فلز گرانبها نابود شد.
برای اولین بار، مهندسان روسی موفق شدند در سال 1826 یک شمش فلزی به دست آورند. برای این کار، دانه های پلاتین بومی در آب آشامیدنی حل شد و سپس به شکل یک توده اسفنجی متخلخل رسوب کرد که تحت فشار در 1000 درجه قالب گیری شد. سی. در این حالت، فلز چکش خواری و شکل پذیری به دست آورد. در روسیه، از سال 1828 تا 1845، سکه های پلاتین و همچنین مدال ها و جواهرات ضرب شد. چیدمان الماس و بسیاری دیگر از سنگ های قیمتی ساخته شده از پلاتین بسیار چشمگیرتر از نقره ای به نظر می رسد. افزودن پلاتین به جواهرات نقره، آن را سنگین تر و بادوام تر می کند. استفاده گسترده در جواهرات "طلای سفید" است - آلیاژ نقره ای سفید پالادیوم و طلا به نسبت 1: 5. جالب توجه است که طلا به شکل جامد با پلاتین مخلوط نمی شود، این آلیاژ مخلوطی از محلول های جامد پلاتین در طلا و طلا در پلاتین . با افزایش درصد پلاتین، رنگ طلا به زرد مایل به خاکستری و خاکستری نقره ای تغییر می کند. چنین آلیاژهایی توسط جواهرات فابرژ استفاده می شد.
مصرف جهانی فلزات پلاتین در سال 200 تن برآورد شده است. پلاتین کمی گرانتر از طلا است، در حالی که رودیوم، ایریدیوم، روتنیوم و اوسمیم چندین برابر گرانتر از پلاتین هستند. ارزان ترین فلز پلاتین پالادیوم است. قیمت آن کمتر از 4 دلار در هر گرم است.
مهمترین زمینه های استفاده از فلزات پلاتین در جدول ارائه شده است
جدول 6.4. ساختار مصرف فلزات پلاتین بر حسب درصد
اوسمیوم را که تولید سالانه آن در جهان تنها چند کیلوگرم است شامل نمی شود. اگرچه کاتالیزورهای هیدروژنه سازی که بر اساس آن ساخته شده اند حتی از کاتالیزورهای پلاتینیوم کارآمدتر هستند و افزودن آن به آلیاژها مقاومت سایشی آنها را تا حد زیادی افزایش می دهد، اما اسمیم و ترکیبات آن به دلیل هزینه بالا هنوز کاربرد عملی پیدا نکرده اند.
در میان مصرف کنندگان پلاتین، رودیوم و پالادیوم، صنعت خودرو در وهله اول قرار دارد که به طور گسترده کاتالیزورهای ساخته شده بر اساس آنها را معرفی می کند که باعث بهبود پس سوزی گازهای خروجی می شود. کارایی استفاده از آنها مستقیماً به کیفیت بنزین بستگی دارد - محتوای بالای ترکیبات گوگرد آلی موجود در آن منجر به مسمومیت سریع کاتالیزور می شود و تأثیر آن را به هیچ می اندازد. در فرآیندهای اصلاح، آلیاژهای پلاتین-رنیم، در هیدروژناسیون، و همچنین در اکسیداسیون آمونیاک به اکسید نیتریک (II) و دی اکسید گوگرد به انیدرید سولفوریک - آزبست پلاتینه شده، در تولید استالدهید مصنوعی (فرایند واکر) - پالادیوم استفاده می شود. (II) کلرید. ترکیبات رودیوم عمدتاً در کاتالیز همگن کاربرد دارند. در میان آنها، تری فنیل فسفینرهودیوم (I) کلرید Rh(PPh 3) 3 Cl، که اغلب به عنوان کاتالیزور ویلکینسون شناخته می شود، بیشتر شناخته شده است. در حضور آن، بسیاری از فرآیندهای هیدروژناسیون حتی در دمای اتاق نیز ادامه می‌یابد.
به دلیل پایداری حرارتی بالا و مقادیر بالای EMF حرارتی، آلیاژهای فلزی پلاتین در تولید ترموکوپل‌ها برای اندازه‌گیری دماهای بالا استفاده می‌شوند: ترموکوپل‌های پلاتین-رودیوم تا دمای 1300 درجه سانتیگراد و رودیوم-ایریدیم - 2300 درجه سانتیگراد کار می‌کنند.
بی اثری و نسوز شیمیایی باعث می شود که پلاتین و پلاتینوئیدها مواد مناسبی برای ساخت الکترودها، ظروف شیشه ای آزمایشگاهی، راکتورهای شیمیایی، به عنوان مثال، ذوب های شیشه ای باشند. پالادیوم ماده اصلی خازن های سرامیکی چندلایه است که در رایانه ها و تلفن های همراه استفاده می شود. در مهندسی برق، از پلاتین و پالادیوم برای اعمال پوشش های محافظ بر روی تماس ها و مقاومت های الکتریکی استفاده می شود، بنابراین می توان آنها را از دستگاه های الکتریکی مستعمل جدا کرد. آماده سازی پلاتین در شیمی درمانی بیماری های تومور سرطانی استفاده می شود.
در دوره چهارم واقع شده است.
وزن اتمی آهن 55.84، بار هسته ای +26 است. توزیع الکترون ها بر اساس سطوح انرژی (+26): 2، 8، 14، 2. پیکربندی الکترونیکی لایه آهن بیرونی و پیش بیرونی 3s23p63d64s2.
بنابراین، برای یک اتم آهن، علاوه بر دو س-الکترون های لایه بیرونی چهارم، شش عدد دیگر وجود دارد د-الکترون های لایه سوم پیش خارجی. از اینها د-الکترون ها فعال ترین هستند 4 جفت نشده. در نتیجه، 6 الکترون به طور ویژه به طور فعال در تشکیل پیوندهای ظرفیت آهنی نقش دارند - 2 از لایه های بیرونی و 4 الکترون از لایه های پیش بیرونی. رایج ترین حالت های اکسیداسیون آهن Fe +2 و Fe +3 است. آهن یکی از رایج ترین عناصر موجود در طبیعت است. از نظر شیوع در بین سایر عناصر در رتبه چهارم قرار دارد.
■ 57. بر اساس ساختار اتم آهن و همچنین توزیع الکترون ها در اوربیتال ها، حالت های اکسیداسیون احتمالی این عنصر را نشان می دهد.
آهن در حالت آزاد یک فلز براق خاکستری نقره ای با چگالی 7.87، نقطه ذوب 1535 درجه و نقطه جوش 2740 درجه است. آهن دارای خواص فرومغناطیسی بارز است، یعنی تحت تأثیر میدان مغناطیسی، مغناطیسی می شود و هنگامی که میدان متوقف می شود، خواص مغناطیسی خود را حفظ می کند و خود به آهنربا تبدیل می شود. تمام عناصر گروه آهن دارای این خواص هستند.
با توجه به خواص شیمیایی، آهن یک فلز بسیار فعال است. در صورت عدم وجود رطوبت، آهن در هوا تغییر نمی کند، اما وقتی در معرض رطوبت و اکسیژن هوا قرار می گیرد، دچار خوردگی شدید می شود و با یک لایه زنگ شل پوشیده می شود که آهن است، که آن را از اکسیداسیون بیشتر محافظت نمی کند. و آهن به تدریج در کل جرم خود اکسید می شود:
4Fe + 2Н2О + 3О2 = 2Fe2O3 2H2O
تعدادی روش برای محافظت از این فلز ارزشمند در برابر خوردگی ایجاد شده است.
در سری ولتاژها، آهن در سمت چپ هیدروژن قرار دارد. از این نظر، به راحتی در معرض عمل اسیدهای رقیق قرار می گیرد و به نمک آهن تبدیل می شود، به عنوان مثال:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
آهن با اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ واکنش نمی دهد. این اسیدها چنان لایه اکسیدی قوی و متراکمی روی سطح فلز ایجاد می کنند که فلز کاملاً غیرفعال می شود و دیگر وارد واکنش های دیگر نمی شود. در عین حال، در تعامل مستقیم با عوامل اکسید کننده قوی مانند آهن، همیشه حالت اکسیداسیون +3 را نشان می دهد:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
آهن با بخار فوق گرم واکنش نشان می دهد. در همان زمان از آب جابه جا می شود و آهن داغ به اکسید تبدیل می شود و همیشه یا اکسید آهن FeO یا اکسید آهن Fe3O4 (Fe2O3 FeO) است:
Fe + H2O = FeO + H2
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
آهن گرم شده در اکسیژن خالص با تشکیل رسوب آهن به شدت می سوزد (شکل 40 را ببینید).
3Fe + 2O2 = Fe3O4
هنگامی که آهن کلسینه می شود، آلیاژی با کربن و در عین حال کاربید آهن Fe3C تشکیل می دهد.
■ 58. خواص فیزیکی آهن را فهرست کنید.
59. خواص شیمیایی آهن چیست؟ پاسخ مستدل بدهید.
ترکیبات آهن
آهن دو سری ترکیب تشکیل می دهد - ترکیبات Fe + 2 و Fe + 3. آهن با دو اکسید مشخص می شود - اکسید FeO و اکسید Fe2O3. درست است که یک اکسید مخلوط Fe3O4 شناخته شده است که مولکول آن آهن دو و آهن است: Fe2O3 · FeO. به این اکسید اکسید آهن یا اکسید آهن نیز می گویند.
ترکیبات آهن آهن نسبت به اکسید-o پایداری کمتری دارند و در حضور یک عامل اکسید کننده، حتی اگر فقط هوا باشد، معمولاً به ترکیبات آهن فریک تبدیل می شوند. به عنوان مثال، آهن (II) هیدروکسید Fe (OH) 2 یک جامد سفید است، اما تنها زمانی می توان آن را به شکل خالص به دست آورد که محلول های مواد واکنش دهنده حاوی اکسیژن محلول نباشد و اگر واکنش در غیاب انجام شود. اکسیژن اتمسفر:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
نمکی که از آن هیدروکسید آهن (II) به دست می آید، البته نباید حاوی کوچکترین ناخالصی از ترکیبات اکسیدی باشد. از آنجایی که ایجاد چنین شرایطی در یک آزمایشگاه آموزشی معمولی بسیار دشوار است، هیدروکسید آهن (II) به شکل یک رسوب ژلاتینی کم و بیش سبز تیره به دست می آید که نشان دهنده اکسیداسیون مداوم ترکیبات آهنی به آهن است. اگر هیدروکسید آهن (II) برای مدت طولانی در هوا نگهداری شود، به تدریج به هیدروکسید آهن (III) Fe (OH) 3 تبدیل می شود:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
آهن هیدروکسیدهای نامحلول معمولی هستند. هیدروکسید آهن (II) دارای خواص اساسی است، در حالی که Fe (OH) 3 دارای خواص آمفوتریک بسیار ضعیفی است.
■ 60. خواص اکسید آهن را به عنوان یک اکسید بازی معمولی فهرست کنید. پاسخ مستدل بدهید. تمام معادلات واکنش را به صورت کامل و مختصر یونی بنویسید.
61. خواص هیدروکسید آهن را فهرست کنید (II). پاسخ خود را با معادلات واکنش پشتیبانی کنید.
در بین نمک های آهن (II)، سولفات آهن FeSO4 7H2O که حاوی 7 مولکول آب تبلور است، بیشترین اهمیت را دارد. سولفات آهن در آب بسیار محلول است. از آن برای کنترل آفات در کشاورزی و همچنین در ساخت رنگ استفاده می شود.
از میان نمکهای آهن، مهمترین آنها کلرید آهن FeCl3 است که یک کریستال نارنجی بسیار مرطوب است که آب را در حین نگهداری جذب کرده و به صورت دوغاب قهوه‌ای پخش می‌شود.
نمک های آهن (II) به راحتی می توانند به نمک های آهن (III) تبدیل شوند، به عنوان مثال، هنگامی که با اسید نیتریک یا پرمنگنات پتاسیم در حضور اسید سولفوریک گرم می شوند:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
اکسیداسیون نمک های Fe + 2 در نمک های Fe + 3 نیز می تواند تحت تأثیر اکسیژن اتمسفر در طول ذخیره سازی این ترکیبات رخ دهد، اما فقط این فرآیند طولانی تر است. برای شناسایی کاتیون های Fe 2 + و Fe 3 +، از معرف های خاص بسیار مشخصه استفاده می شود. به عنوان مثال، برای تشخیص آهن آهن، نمک قرمز خون K3 را مصرف می‌کنند که در حضور یونهای آهن، یک رسوب آبی شدید از رنگ آبی Turnbull به آنها می‌دهد:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
یا به شکل یونی
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
برای تشخیص نمک های Fe3 + از واکنش با نمک زرد خون K4 استفاده می شود:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl
4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
در این مورد، یک رسوب آبی شدید از آبی پروس رسوب می کند. آبی پروس و آبی تورنبول به عنوان رنگ استفاده می شود.
علاوه بر این، آهن فریک را می توان با استفاده از نمک های محلول - تیوسیانات پتاسیم KCNS یا آمونیوم تیوسیانات NH4CNS تشخیص داد. هنگامی که این مواد با نمک های Fe(III) برهم کنش می کنند، محلول رنگ قرمز خونی به خود می گیرد.
■ 62. خواص نمک های Fe +3 و Fe +2 را فهرست کنید. کدام حالت اکسیداسیون پایدارتر است؟
63. چگونه نمک Fe +2 را به نمک Fe +3 تبدیل کنیم و بالعکس؟ مثال بزن.
واکنش مطابق معادله انجام می شود:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl
یا به شکل یونی
Fe 3+ + 3CNS - \u003d Fe (CNS)،
ترکیبات آهن نقش مهمی در زندگی موجودات دارند. به عنوان مثال، بخشی از پروتئین اصلی خون - هموگلوبین، و همچنین گیاهان سبز - کلروفیل است. آهن عمدتاً در مواد آلی محصولات غذایی وارد بدن می شود. مقدار زیادی آهن حاوی سیب، تخم مرغ، اسفناج، چغندر است. به عنوان دارو، آهن به شکل نمک اسیدهای آلی استفاده می شود. کلرید آهن به عنوان یک عامل هموستاتیک عمل می کند.
■ 64. سه لوله آزمایش حاوی: الف) سولفات آهن (II) سولفات آهن (III) و ج) کلرید آهن (III). چگونه تشخیص دهیم که کدام لوله آزمایش حاوی کدام نمک است؟
65. نحوه انجام یک سری تحولات:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. ذیل داده می شود: آهن، سود سوزآور. چگونه فقط با استفاده از این مواد می توان هیدروکسید آهن (II) و هیدروکسید آهن (III) را بدست آورد؟
67. محلولی حاوی کلرید کروم (III) و کلرید آهن (III) با مقدار زیادی قلیایی تیمار شد. رسوب حاصل فیلتر شد. چه چیزی روی فیلتر باقی می ماند و چه چیزی به فیلتر عبور می کند؟ با استفاده از معادلات واکنش به صورت مولکولی، یونی کامل و یونی اختصاری پاسخ آگاهانه بدهید.
آلیاژهای آهن
آهن اساس متالورژی آهنی است، بنابراین در مقادیر زیادی استخراج می شود. برنامه جدید برای ساخت کامل کمونیسم تولید 250 میلیون تن فولاد در سال 1980 را پیش بینی می کند. این 3.8 برابر بیشتر از سال 1960 است.
آهن تقریباً هرگز به شکل خالص آن استفاده نمی شود، بلکه فقط به صورت آلیاژی استفاده می شود. مهمترین آلیاژهای آهن کربن آن - چدن ها و فولادهای مختلف است. تفاوت اصلی بین چدن و فولاد در محتوای کربن است: چدن حاوی بیش از 1.7٪ کربن است، در حالی که فولاد حاوی کمتر از 1.7٪ است.
فروآلیاژها (آلیاژ آهن با سیلیکون)، فروکروم (آلیاژ آهن با کروم) و فرومنگنز (آلیاژ آهن با منگنز) از اهمیت عملی زیادی برخوردارند. فروآلیاژها چدن هایی هستند که بیش از 10 درصد آهن و حداقل 10 درصد اجزای مربوطه دارند. علاوه بر این، آنها حاوی عناصر مشابه در چدن هستند. فروآلیاژها عمدتاً در "اکسید زدایی" فولاد و به عنوان ناخالصی های آلیاژی استفاده می شوند.
در بین چدن ها، چدن های خطی و چدنی متمایز می شوند. آهن ریخته گری برای ریخته گری قطعات مختلف مورد استفاده قرار می گیرد، آهن خام ذوب شده به فولاد تبدیل می شود، زیرا سختی بسیار بالایی دارد و قابل پردازش نیست. چدن سفید رنگ و آهن ریخته گری خاکستری است. آهن خوک حاوی منگنز بیشتری است.
فولادها کربن و آلیاژی هستند. فولادهای کربنی معمولاً آلیاژی از آهن و کربن هستند، در حالی که فولادهای آلیاژی حاوی مواد افزودنی آلیاژی هستند، یعنی ناخالصی‌های فلزات دیگر که خواص ارزشمندتری به فولاد می‌دهند. به فولاد چکش خواری، کشش، پایداری در هنگام سخت شدن و - سختی و مقاومت در برابر حرارت می دهد. فولادهای دارای افزودنی های زیرکونیوم بسیار الاستیک و انعطاف پذیر هستند. از آنها برای ساخت صفحات زرهی استفاده می شود. ناخالصی های منگنز فولاد را در برابر ضربه و اصطکاک مقاوم می کند. بور خواص برش فولاد را در ساخت فولادهای ابزار بهبود می بخشد.
گاهی اوقات حتی ناخالصی های جزئی فلزات کمیاب خواص جدیدی به فولاد می دهد. اگر یک قطعه فولادی در پودر بریلیم در دمای 900-1000 درجه نگهداری شود، سختی فولاد و مقاومت به سایش آن به شدت افزایش می یابد.
کروم نیکل یا همانطور که به آنها فولادهای ضد زنگ نیز گفته می شود در برابر خوردگی مقاوم هستند. ناخالصی های گوگرد و فسفر برای فولاد بسیار مضر هستند - آنها فلز را شکننده می کنند.
■ 68. مهمترین آهنی که شما می شناسید کدامند؟
69. تفاوت اصلی فولاد و چدن چیست؟
70. چدن چه خواصی دارد و چه انواع چدن را می شناسید؟
71. فولادهای آلیاژی و افزودنی های آلیاژی چیست؟
فرآیند دامنه
آهن خام از طریق ذوب احیا در کوره بلند تولید می شود. این سازه های عظیم سی متر ارتفاع دارند که روزانه بیش از 2000 تن چدن تولید می کنند. طرح دستگاه کوره بلند در شکل نشان داده شده است. 83.
قسمت بالایی کوره بلند که شارژ از طریق آن بارگیری می شود، بالا نامیده می شود. از طریق بالای شارژ
برنج. 83. طرح دستگاه یک کوره بلند.
در یک محور طولانی کوره می افتد، از بالا به پایین گسترش می یابد، که حرکت مواد بارگیری شده را از بالا به پایین تسهیل می کند. با حرکت بار به وسیع ترین قسمت کوره - بخار - مجموعه ای از دگرگونی ها با آن اتفاق می افتد که در نتیجه آن چدن تشکیل می شود و به داخل اجاق می رود - داغ ترین قسمت کوره. اینجاست که سرباره جمع می شود. چدن و سرباره از طریق سوراخ های مخصوصی که در اجاق گاز وجود دارد به نام تافول از کوره خارج می شود. از طریق قسمت بالایی کوره، هوا به داخل کوره بلند دمیده می شود که از احتراق سوخت در کوره پشتیبانی می کند.
فرآیندهای شیمیایی را که در حین ذوب آهن رخ می دهد در نظر بگیرید. بار کوره بلند، یعنی مجموعه ای از مواد بارگذاری شده در آن، شامل سنگ آهن، سوخت و شار یا شار است. سنگ آهن زیادی وجود دارد. کانه های اصلی عبارتند از سنگ آهن مغناطیسی Fe3O4، سنگ آهن قرمز Fe2O3، سنگ آهن قهوه ای 2Fe2O8 3H2O. در فرآیند کوره بلند، سیدریت FeCO3 و گاهی FeS2 به عنوان سنگ آهن استفاده می شود که پس از پخت در کوره های پیریت به خاکستر Fe2O3 تبدیل می شود که قابل استفاده در متالورژی است. چنین سنگ معدنی به دلیل ترکیب زیاد گوگرد کمتر مطلوب است. نه تنها چدن، بلکه فروآلیاژها نیز در کوره بلند ذوب می شوند. سوخت بارگیری شده در کوره به طور همزمان برای حفظ دمای بالا در کوره و بازیابی آهن از سنگ معدن کار می کند و همچنین در تشکیل آلیاژ با کربن شرکت می کند. سوخت معمولا کک است.
در فرآیند ذوب آهن، کک به گاز تبدیل می شود، مانند یک مولد گاز، ابتدا به دی اکسید و سپس به مونوکسید کربن تبدیل می شود:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
مونوکسید کربن به دست آمده یک عامل کاهنده گازی خوب است. با کمک آن، سنگ آهن احیا می شود:
Fe2O3 + 3CO = 3CO2 + 2Fe
همراه با سنگ آهن حاوی، ناخالصی های سنگ ضایعات مطمئنا وارد کوره می شود. آنها بسیار نسوز هستند و می توانند کوره ای را که سال هاست به طور مداوم کار می کند مسدود کنند. برای اینکه سنگ ضایعات به راحتی از کوره خارج شود، آن را به یک ترکیب قابل ذوب تبدیل می کنند و آن را با شار (شار) به سرباره تبدیل می کنند. برای انتقال به سرباره سنگ پایه حاوی مثلاً سنگ آهک که طبق معادله در کوره تجزیه می شود.
CaCO3 = CaO + CO2
ماسه اضافه کنید شن و ماسه در ترکیب با اکسید کلسیم یک سیلیکات تشکیل می دهد:
CaO + SiO3 = CaSiO3
این ماده ای با نقطه ذوب غیرقابل مقایسه پایین تر است. در حالت مایع می توان آن را از کوره خارج کرد.
اگر سنگ اسیدی باشد و حاوی مقدار زیادی دی اکسید سیلیکون باشد، برعکس، سنگ آهک وارد کوره می شود که دی اکسید سیلیکون را به سیلیکات تبدیل می کند و در نتیجه همان سرباره به دست می آید. قبلاً سرباره زباله بود، اما اکنون با آب خنک می شود و به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می شود.
برای حفظ احتراق سوخت، هوای گرم شده و غنی شده با اکسیژن به طور مداوم به کوره بلند عرضه می شود. در بخاری های هوای مخصوص - کیوپرها گرم می شود. کاوپر برج مرتفعی است که از آجرهای نسوز ساخته شده و گازهای داغ کوره بلند از آنجا خارج می شود. گازهای کوره بلند حاوی دی اکسید کربن CO2، N2 و مونوکسید کربن CO هستند. مونوکسید کربن در کاوشگر می سوزد و در نتیجه دمای آن را افزایش می دهد. سپس گازهای کوره بلند به طور خودکار به کاوشگر دیگری فرستاده می شود و از طریق اولی، دمیدن هوای هدایت شده به کوره بلند آغاز می شود. در یک کاوشگر داغ، هوا گرم می شود و در نتیجه در سوخت صرفه جویی می شود که به مقدار زیادی صرف گرم کردن هوای ورودی به کوره بلند می شود. هر کوره بلند دارای چندین کاپپر است.
■ 72. ترکیب بار کوره بلند چگونه است؟
73. فرآیندهای شیمیایی اصلی را که در حین ذوب آهن رخ می دهد، فهرست کنید.
74. ترکیب گاز کوره بلند چگونه است و چگونه در کاورها استفاده می شود؟
75. از 1/519 کیلوگرم سنگ آهن مغناطیسی حاوی 10 درصد ناخالصی چه مقدار چدن حاوی 4 درصد کربن می توان به دست آورد؟
76. اگر کک حاوی 97 درصد کربن خالص باشد، چه مقدار کک، حجم مونوکسید کربن کافی برای کاهش 320 کیلوگرم اکسید آهن می دهد؟
77. سیدریت را چگونه باید فرآوری کرد تا بتوان از آنها آهن گرفت؟
ذوب فولاد
فولاد در سه نوع کوره ذوب می شود - کوره های احیا کننده اجاق باز، مبدل های بسمر و کوره های الکتریکی.
کوره اجاق باز مدرن ترین کوره ای است که برای ذوب توده اصلی فولاد طراحی شده است (شکل 84). یک کوره اجاق باز، بر خلاف کوره بلند، کوره ای نیست که دائماً کار کند.
برنج. 84. طرح دستگاه یک کوره اجاق باز
قسمت اصلی آن یک حمام است که در آن مواد لازم توسط دستگاه مخصوصی از پنجره ها بارگیری می شود. حمام توسط گذرگاه های مخصوص به احیاگرها متصل می شود که برای گرم کردن گازهای قابل احتراق و هوای عرضه شده به کوره استفاده می شود. گرمایش به دلیل گرمای محصولات احتراق رخ می دهد که هر از گاهی از احیاگرها عبور می کنند. از آنجایی که تعداد زیادی از آنها وجود دارد، آنها به نوبه خود کار می کنند و به نوبه خود گرم می شوند. یک کوره اجاق باز می تواند تا 500 تن فولاد در هر مذاب تولید کند.
شارژ یک کوره اجاق باز بسیار متنوع است: ترکیب شارژ شامل آهن خام، ضایعات فلزی، سنگ معدن، شار (شار) از همان طبیعت در فرآیند کوره بلند است. همانطور که در فرآیند کوره بلند، در طول فولادسازی، هوا و گازهای قابل احتراق در احیاء کننده ها به دلیل گرمای گازهای خروجی گرم می شوند. سوخت در کوره های اجاق باز یا نفت کوره ای است که توسط نازل ها پاشیده می شود یا گازهای قابل احتراق که در حال حاضر به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. سوخت در اینجا فقط برای حفظ دمای بالا در کوره کار می کند.
فرآيند ذوب فولاد اساساً با فرآيند كوره بلند متفاوت است، زيرا فرآيند كوره بلند يك فرآيند احياء است و ذوب فولاد يك فرآيند اكسيداتيو است كه هدف از آن كاهش ميزان كربن با اكسيدا كردن آن در جرم است. فلز. فرآیندهای درگیر در این امر بسیار پیچیده است.
در سنگ معدن موجود است و با هوا به کوره برای سوزاندن سوخت گازی عرضه می شود، اکسید می شود، و همچنین مقدار قابل توجهی آهن، آن را عمدتاً به اکسید آهن (II) تبدیل می کند: 2Fe + O2 \u003d 2FeO
موجود در چدن یا هر ناخالصی فلزات دیگر در دمای بالا، اکسید آهن (II) حاصل را دوباره به آهن فلزی بر اساس معادله کاهش دهید: Si + 2FeO \u003d SiO2 + 2Fe Mn + FeO \u003d MnO + Fe
به طور مشابه با اکسید آهن (II) و: C + FeO = Fe + CO واکنش می دهد
در پایان فرآیند، برای احیای اکسید آهن باقی مانده (II) (یا، همانطور که می گویند، برای "اکسید زدایی" آن)، "اکسید زدا" - فروآلیاژها - اضافه می شود. افزودنی های منگنز و سیلیکون موجود در آنها با توجه به معادلات فوق باعث کاهش اکسید آهن (II) باقی مانده می شود. پس از آن، ذوب به پایان می رسد. ذوب در کوره های باز 8-10 ساعت طول می کشد.
برنج. 85. نمودار دستگاه مبدل بسمر
مبدل Bessemer (شکل 85) - یک کوره از نوع قدیمی تر، اما با عملکرد بسیار بالا. از آنجایی که مبدل بدون مصرف سوخت کار می کند، این روش تولید فولاد جایگاه قابل توجهی در متالورژی دارد. مبدل یک ظرف فولادی گلابی شکل با ظرفیت 20-30 تن است که از داخل با آجر نسوز اندود شده است. هر گرما در مبدل 12-15 دقیقه طول می کشد. مبدل تعدادی معایب دارد: فقط می تواند روی آهن مایع کار کند. این به دلیل این واقعیت است که اکسیداسیون کربن با عبور هوا از پایین از کل جرم آهن مایع انجام می شود که به طور قابل توجهی ذوب را تسریع می کند و شدت اکسیداسیون را افزایش می دهد. به طور طبیعی، "ضایعات" آهن در این مورد بسیار زیاد است. در عین حال، زمان ذوب کوتاه اجازه تنظیم آن، اضافه کردن ناخالصی های آلیاژی را نمی دهد، بنابراین، عمدتا فولادهای کربنی در مبدل ها ذوب می شوند. در پایان مذاب، جریان هوا قطع می‌شود و مانند فرآیند اجاق باز، «داکسیدکننده‌ها» اضافه می‌شود.
در کوره های الکتریکی (شکل 86)، فولاد آلیاژی با گریدهای خاص ذوب می شود، عمدتاً با دمای ذوب بالا، حاوی و سایر مواد افزودنی. فولاد تمام شده به نورد ارسال می شود. در آنجا، روی کارخانه‌های نورد عظیم - شکوفه‌ها و اسلب‌ها - شمش‌های فولادی داغ قرمز را با کمک رول‌هایی فشرده می‌کنند که امکان تولید اشکال مختلف از شمش فولادی را فراهم می‌کند.
شکل 86. طرح یک کوره قوس الکتریکی. 1 - الکترودها، 2 - پنجره بارگیری، 3 - لوله آزادسازی فولادی، 4 - مکانیزم چرخشی
آهن به شکل آلیاژ به طور گسترده در اقتصاد ملی استفاده می شود. هیچ شاخه ای از اقتصاد ملی نمی تواند بدون آن کار کند. به منظور صرفه جویی در فلزات آهنی، در حال حاضر تا حد امکان سعی در جایگزینی آنها با مواد مصنوعی دارند.
ماشین آلات و اتومبیل، هواپیما و ابزار، اتصالات برای سازه های بتن مسلح، قلع برای جعبه های قلع و ورق های سقف، کشتی ها و پل ها، ماشین آلات کشاورزی و تیرها، لوله ها و طیف وسیعی از محصولات خانگی از فلزات آهنی ساخته می شوند.
■ 78. تفاوت اساسی بین فرآیند فولادسازی و فرآیند کوره بلند چیست؟
79. برای ذوب فولاد از چه کوره هایی استفاده می شود؟
80. احیاگرها در کوره اجاق باز چیست؟
81. ترکیب شارژ کوره باز و تفاوت آن با ترکیب شارژ کوره بلند را مشخص کنید؟
82. «داکسیدکننده ها» چیست؟
83. چرا ذوب فولاد را ذوب اکسیداتیو می نامند؟
84. از 116.7 کیلوگرم چدن حاوی 4 درصد کربن چه مقدار فولاد حاوی 1 درصد کربن به دست می آید؟
85- چه مقدار فرومنگنز حاوی 80 درصد منگنز برای «اکسید زدایی» 36 کیلوگرم اکسید آهن لازم است؟
مقاله ای با موضوع آهن، زیرگروه ثانویه از گروه هشتم
آهن و برق خواص فولادها متفاوت است. فولادهایی وجود دارند که برای اقامت طولانی مدت در آب دریا طراحی شده اند، فولادهایی که می توانند دمای بالا را تحمل کنند و...
ارسال کار خوب خود را در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید
دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.
نوشته شده در http://www.allbest.ru//
نوشته شده در http://www.allbest.ru//
وزارت بهداشت و توسعه اجتماعی فدراسیون روسیه
موسسه آموزشی دولتی آموزش عالی حرفه ای
اولین دانشگاه دولتی پزشکی مسکو
به نام I.M. Sechenov
گروه شیمی عمومی
موضوع: "شیمی عناصر گروه هشتم B سیستم تناوبی D.I. مندلیف"
توسط یک دانش آموز تکمیل شد
کیریلوا آناستازیا الکساندرونا
2 دوره دانشکده اطفال
مدرس: Garnova N.Yu.
مسکو 2015
مشخصات کلی عناصر شیمیایی گروه VIII
گروه هشتم از زیرگروه ثانویه شامل عناصر سه گانه آهن (آهن، کبالت، نیکل)، روتنیوم (روتنیم، رودیوم، پالادیوم) و اسمیم (اسمیوم، ایریدیوم، پلاتین) است. اکثر عناصر زیرگروه مورد بررسی دارای دو الکترون در لایه الکترونی بیرونی اتم هستند. همه آنها فلز هستند علاوه بر الکترون های بیرونی، الکترون های لایه ناتمام قبلی نیز در تشکیل پیوندهای شیمیایی شرکت می کنند. این عناصر با حالت های اکسیداسیون برابر با 2، 3، 4 مشخص می شوند. حالت های اکسیداسیون بالاتر کمتر رایج هستند.
مقایسه خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر گروه هشتم نشان می دهد که آهن، کبالت و نیکل که در دوره بزرگ اول قرار دارند، شباهت زیادی به یکدیگر دارند و در عین حال تفاوت زیادی با عناصر تشکیل دهنده آن دارند. دو سه گانه دیگر بنابراین معمولاً در خانواده آهن جدا می شوند. شش عنصر باقی مانده از گروه هشتم تحت نام عمومی فلزات پلاتین ترکیب شده اند.
اتم های سه گانه آهن در آخرین سطح حاوی 2 الکترون هستند، اما تعداد الکترون ها در سطح فرعی 3 بعدی برای آنها متفاوت است. Fe - 3d 6.4s 2; Co-3d 7.4s 2; Ni -3d 8.4s 2 . اتم های عناصر خانواده آهن، بر خلاف اتم های فلزات پلاتین، زیرسطح f آزاد ندارند، بنابراین خواص آنها با خواص عناصر سه گانه دیگر (Ru، Rh، Pd و Os) بسیار متفاوت است. آهن، آهن، پلاتین) در ترکیبات خود، آهن، کو، نیکل دارای درجه اکسیداسیون +2 و +3 هستند. آهن همچنین می تواند حالت اکسیداسیون 6+، کبالت +5، نیکل +4 را نشان دهد. همه عناصر سه سه گانه عوامل کمپلکس کننده قوی هستند.
تاریخچه کشف عناصر شیمیایی گروه VIIB
زیر گروه آهن
آهن به عنوان یک ماده ابزار از زمان های قدیم شناخته شده است. تاریخچه تولید و استفاده از آهن به دوران ماقبل تاریخ و به احتمال زیاد با استفاده از آهن شهاب سنگی باز می گردد. ذوب در کوره بلند پنیر در قرن 12 قبل از میلاد مورد استفاده قرار گرفت. ه. در هند، آناتولی و قفقاز. استفاده از آهن در ذوب و ساخت ابزار و ابزار نیز در 1200 سال قبل از میلاد ذکر شده است. ه. در آفریقا در جنوب صحرا.
روتنیوم توسط استاد دانشگاه کازان کارل کلاوس در سال 1844 کشف شد. کلاوس آن را از سنگ پلاتین اورال به شکل خالص آن جدا کرد و به شباهت سه گانه روتنیوم - رودیوم - پالادیوم و اسمیم - ایریدیوم - پلاتین اشاره کرد. او عنصر جدید را روتنیوم به افتخار روسیه نامگذاری کرد (روتنیا نام لاتین روسیه است).
اسمیم در سال 1804 توسط شیمیدان انگلیسی اسمیتسون تنانت در رسوبات باقی مانده پس از انحلال پلاتین در آبزیان کشف شد.
زیر گروه کبالت
ترکیبات کبالت از زمان های قدیم برای انسان شناخته شده است، شیشه های کبالت آبی، لعاب، رنگ در مقبره های مصر باستان یافت می شود. در سال 1735، گئورگ برند، کانی شناس سوئدی، موفق شد فلزی را که قبلاً ناشناخته بود، از این ماده معدنی جدا کند که آن را کبالت نامید. او همچنین دریافت که ترکیبات این عنصر خاص به رنگ آبی شیشه ای در می آید - این ویژگی حتی در آشور و بابل باستان نیز مورد استفاده قرار می گرفت.
رودیوم در سال 1803 توسط ویلیام هاید ولاستون در انگلستان کشف شد. نام از یونان باستان آمده است - گل رز، ترکیبات معمولی رودیوم دارای رنگ قرمز تیره عمیق است.
ایریدیوم در سال 1803 توسط شیمیدان انگلیسی S. Tennant به طور همزمان با اسمیم کشف شد که به صورت ناخالصی در پلاتین طبیعی تحویلی از آمریکای جنوبی وجود داشت. نام (یونان باستان - رنگین کمان) به دلیل رنگ های مختلف نمک های آن بود.
زیر گروه نیکل
نیکل در سال 1751 کشف شد. با این حال، مدتها قبل از آن، معدنچیان ساکسون به خوبی از سنگ معدنی که ظاهراً شبیه سنگ معدن مس بود و در شیشه سازی برای رنگ سبز شیشه استفاده می شد، آگاه بودند.
پالادیوم توسط شیمیدان انگلیسی ویلیام ولاستون در سال 1803 کشف شد. ولاستون آن را از سنگ معدن پلاتین که از آمریکای جنوبی آورده شده بود جدا کرد.
پلاتین تا قرن 18 در اروپا ناشناخته بود. برای اولین بار پلاتین به شکل خالص از سنگ معدن توسط شیمیدان انگلیسی W. Wollaston در سال 1803 بدست آمد. در روسیه، در سال 1819، در طلای آبرفتی استخراج شده در اورال، "فلز جدید سیبری" کشف شد. در ابتدا آن را طلای سفید نامیدند، پلاتین در Verkh-Isetsky و سپس در معادن Nevyansk و Bilimbaevsky یافت شد. قطعات غنی از پلاتین در نیمه دوم سال 1824 کشف شد و سال بعد استخراج آن در روسیه آغاز شد.
پراکندگی در طبیعت
زیر گروه آهن
آهن بعد از آلومینیوم رایج ترین فلز روی کره زمین است: 4 درصد (جرم) پوسته زمین را تشکیل می دهد. آهن به شکل ترکیبات مختلف وجود دارد: اکسیدها، سولفیدها، سیلیکات ها. آهن در حالت آزاد فقط در شهاب سنگ ها یافت می شود.
مهم ترین سنگ آهن شامل سنگ آهن مغناطیسی FeO·Fe2O3، سنگ آهن قرمز Fe2O3، سنگ آهن قهوه ای 2Fe2O3*3H2O و سنگ آهن اسپار FeCO3 می باشد.
پیریت یا پیریت آهن FeS2 که در مقادیر زیاد وجود دارد، به ندرت در متالورژی استفاده می شود، زیرا چدن با کیفیت بسیار پایین به دلیل محتوای گوگرد زیاد از آن به دست می آید. با این وجود، پیریت آهن مهمترین کاربرد را دارد - به عنوان ماده اولیه برای تولید اسید سولفوریک عمل می کند.
روتنیم رایج‌ترین فلز پلاتین در انسان است، اما تقریباً نادرترین فلز است. نقش بیولوژیکی ندارد. عمدتاً در بافت عضلانی متمرکز است. اکسید روتنیوم بالاتر بسیار سمی است و به عنوان یک عامل اکسید کننده قوی می تواند مواد قابل اشتعال را مشتعل کند. اوسمیوم ممکن است در انسان نیز به مقدار نا محسوس وجود داشته باشد.
در حالت بومی خود، اسمیم به شکل محلول های جامد با ایریدیوم، حاوی 10 تا 50 درصد اسمیم وجود دارد. اوسمیوم در سنگهای معدنی چند فلزی حاوی پلاتین و پالادیوم (سنگهای سولفید مس نیکل و مس-مولیبدن)، در کانی‌های پلاتین و ضایعات حاصل از فرآوری سنگهای دارای طلا یافت می‌شود. کانی های اصلی اسمیم آلیاژهای طبیعی اسمیم و ایریدیوم (نویانسکیت و سیسرسکیت) متعلق به کلاس محلول های جامد هستند. Nevyanskite بلورهای متراکم (c = 17000-22000 kg/m3) شش ضلعی لایه ای سفید یا خاکستری روشن با سختی 6-7 در مقیاس Mohs تشکیل می دهد. محتوای اسمیوم در نویانسکیت می تواند به 21-49.3٪ برسد.
زیر گروه کبالت
کسر جرمی کبالت در پوسته زمین 4·10?3٪ است. در مجموع حدود 30 ماده معدنی حاوی کبالت شناخته شده است. محتوای آب دریا تقریباً (1.7) 10-10٪ است. رودیم در سنگ معدن پلاتین، در برخی از ماسه های طلایی آمریکای جنوبی و سایر کشورها یافت می شود. محتوای رودیوم و ایریدیوم در پوسته زمین 10-11٪ است.
کبالت یکی از عناصر کمیاب حیاتی برای بدن است. بخشی از ویتامین B12 (کوبالامین) است. کبالت در خون سازی، عملکرد سیستم عصبی و کبد، واکنش های آنزیمی نقش دارد. نیاز انسان به کبالت روزانه 0.007-0.015 میلی گرم است. بدن انسان به ازای هر کیلوگرم وزن انسان 0.2 میلی گرم کبالت دارد. در غیاب کبالت، آکوبالتوز ایجاد می شود.
کبالت اضافی نیز برای انسان مضر است.
رودیوم و ایریدیوم شاید نادرترین عناصر در بدن انسان باشند (تا زمانی که به طور کامل ثابت شود که اصلاً وجود دارند).
رودیوم یک عنصر بسیار کمیاب و کمیاب است. فقط ایزوتوپ 103Rh در طبیعت وجود دارد. مقدار متوسط رودیم در پوسته زمین 1·10?7% جرم و در شهاب سنگهای 4.8·10?5% است. محتوای رودیم در سنگهای آذرین اولترامافیک افزایش می‌یابد. مواد معدنی خود را ندارد. در برخی از ماسه های طلایی آمریکای جنوبی یافت می شود. در سنگ معدن نیکل و پلاتین به عنوان یک ترکیب ساده یافت می شود. تا 43 درصد رودیوم از ذخایر طلای مکزیک به دست می آید. همچنین در یک مخلوط ایزومورف از مواد معدنی گروه ایریدیوم اسمیک (تا 3.3٪)، در سنگ معدن مس-نیکل یافت می شود. یک نوع کمیاب از ایریدیوم اسمیک، رودیوم نویانسکیت، غنی ترین ماده معدنی در رودیم است (تا 11.3٪).
ایریدیوم در شهاب سنگ ها نسبتاً رایج است. این امکان وجود دارد که محتوای واقعی این فلز در این سیاره بسیار بیشتر باشد: چگالی بالا و میل ترکیبی بالای آن با آهن (سیدروفیلیتی) می تواند منجر به جابجایی ایریدیوم در اعماق زمین، به درون هسته سیاره، در این فرآیند شود. شکل گیری آن از دیسک پیش سیاره ای. مقدار کمی ایریدیوم در فتوسفر خورشیدی یافت شده است.
زیر گروه نیکل
نیکل در طبیعت بسیار رایج است - محتوای آن در پوسته زمین تقریباً است. 0.01٪ (وزنی). در پوسته زمین فقط به صورت بسته یافت می شود؛ شهاب سنگ های آهن حاوی نیکل بومی (تا 8٪) هستند. محتوای آن در سنگ های اولترابازیک تقریباً 200 برابر بیشتر از سنگ های اسیدی است (1.2 کیلوگرم در تن و 8 گرم در تن). در سنگ های اولترامافیک، مقدار غالب نیکل با الیوین های حاوی 0.13-0.41 درصد نیکل همراه است. به صورت ایزومورف جایگزین آهن و منیزیم می شود. بخش کوچکی از نیکل به شکل سولفید وجود دارد. نیکل خواص سیدروفیلی و کالکوفیلی دارد. با افزایش محتوای گوگرد در ماگما، سولفیدهای نیکل همراه با مس، کبالت، آهن و پلاتینوئیدها ظاهر می شوند. در یک فرآیند هیدروترمال، همراه با کبالت، آرسنیک و گوگرد، و گاهی اوقات با بیسموت، اورانیوم و نقره، نیکل غلظت های بالایی را به شکل آرسنیدها و سولفیدهای نیکل تشکیل می دهد. نیکل معمولاً در سنگ معدن مس نیکل سولفید و آرسنیک یافت می شود.
نیکلین (پیریت نیکل قرمز، کوپفرنیکل) NiAs
کلونتیت (نیکل پیریت سفید) (Ni, Co, Fe) As2
گارنیریت (Mg, Ni)6 (Si4O11) (OH)6*H2O و سایر سیلیکات ها
پیریت های مغناطیسی (آهن، نیکل، مس) S
آرسنیک نیکل براق (gersdorfite) NiAsS،
پنتلاندیت (Fe,Ni)9S8
در گیاهان، به طور متوسط، 5 × 10?5 درصد وزن نیکل، در حیوانات دریایی - 1.6 × 10?4، در حیوانات خشکی - 1 × 10?6، در بدن انسان - 1 ... 2 × 10?6 . چیزهای زیادی در مورد نیکل در موجودات شناخته شده است. به عنوان مثال ثابت شده است که محتوای آن در خون انسان با افزایش سن تغییر می کند، در حیوانات مقدار نیکل در بدن افزایش می یابد، و در نهایت، برخی از گیاهان و میکروارگانیسم ها - "غلظه کننده" نیکل، حاوی هزاران نیکل وجود دارد. و حتی صدها هزار برابر نیکل بیشتر از محیط زیست.
طبق برخی منابع، پالادیوم و پلاتین به مقدار نامحسوس کم و بدون اینکه نقشی داشته باشند در موجودات زنده وجود دارند.
پلاتین طبیعی به صورت مخلوطی از شش ایزوتوپ به وجود می آید: 190Pt (0.014%)، 192Pt (0.782%)، 194Pt (32.967%)، 195Pt (33.832%)، 196Pt (25.242%)، 198Pt (%25.243)، 198Pt%) (7. یکی از آنها رادیواکتیو ضعیف است. وجود رادیواکتیویته بسیار ضعیف دو ایزوتوپ طبیعی دیگر پلاتین پیش بینی شده است: واپاشی آلفا 192Pt?188Os و واپاشی مضاعف بتا 198Pt? تنها ثابت شده است که نیمه عمر به ترتیب بیش از 4.7 × 1016 سال و 3.2 × 1014 سال است.
خواص عمومی زیرگروه آهن.
اندازه شعاع اتم ها و یون ها را تغییر دهید.
شعاع اتمی Fe=0.126nm، شعاع یونهای Fe2+ =0.80E، Fe3+ =0.67E
Ru=0.134nm Ru=0.68E
Os=0.135nm Os=0.63E
شعاع اتمی Co=0.125nm شعاع یون های Co2+=0.78E و Co3+=0.64E
Rh=0.1342nm Rh=0.68E
Ir=0.136nm Ir=0.625Е
شعاع اتمی Ni=0.124nm شعاع یونی Ni=0.69Е
Pd=0.137nm Pd=0.86E
Pt=0.138nm Pt=0.625E
تغییر در پتانسیل یونیزاسیون
در دوره ها، به عنوان یک قاعده، پتانسیل یونیزاسیون از چپ به راست افزایش می یابد.
پتانسیل یونیزاسیون متوالی انتقال از Fe0 به Fe5+ = 7.893; 16.183; 30.65; 57.79 eV به ترتیب
پتانسیل یونیزاسیون Ru0:Ru1+:Ru2+:Ru3+ به عبارت دیگر. = 7.366; 16.763 و 28.46 eV
پتانسیل یونیزاسیون Os0 تا Os2+ = 8.5 eV، 17 eV
آخرین پتانسیل یونیزاسیون اتم کبالت 7.865، 17.06، 33.50، 53.2 و 82.2 eV
پتانسیل یونیزاسیون Rh0: Rh+ : Rh2+: Rh3+ به عبارت دیگر. 7.46، 18.077 و 31.04 eV
در نهایت پتانسیل یونیزاسیون انتقال از Ir0 به Ir5+ به ترتیب برابر است. 9.1، 17.0، (27)، (39)، (57) eV
پتانسیل یونیزاسیون نیکل 7.635; 18.15; 35.17; 56.0 و 79 eV
پتانسیل یونیزاسیون پالادیوم Pd0 Pd+؟ Pd2+؟ Pd3+ پاسخ. برابر با 8.336، 19.428 و 32.92 eV
پتانسیل یونیزاسیون پلاتین Pt0 Pt+؟ Pt2+؟ Pt3+ پاسخ. برابر با 9.0، 18.56 و 23.6 eV
عنصر شیمیایی گروه هشتم سیستم تناوبی، عدد اتمی 26، جرم اتمی 847/55. پیکربندی دو لایه الکترونی بیرونی 3s2p6d64s2 است. آهن ظرفیت متغیری از خود نشان می دهد (پایدارترین ترکیبات آهن 2 و 3 ظرفیتی است). با اکسیژن، آهن اکسید (II) FeO، اکسید (III) Fe2O3 و اکسید (II,III) Fe3O4 را تشکیل می دهد.
در دماهای بالا (700-900) با بخار آب واکنش می دهد:
3Fe+4H2O؟ Fe3O4+4H2
با اسیدهای رقیق HCl و H2SO4 واکنش می دهد و نمک آهن دو و هیدروژن را تشکیل می دهد:
Fe+2HCl= FeCl2+H2
Fe+H2SO4(razb.)=FeSO4+H2
در اسیدهای اکسید کننده غلیظ، آهن تنها زمانی حل می شود که حرارت داده شود و بلافاصله به کاتیون Fe3 + عبور می کند:
2Fe+6H2SO4(conc)=Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O
Fe+6HNO3(conc)=Fe(NO3)3+3NO2+3H2O
(در سرما، اسیدهای نیتریک و سولفوریک غلیظ آهن را غیرفعال می کنند)
در رازب با اسید نیتریک، آهن هم در سرما و هم هنگام گرم شدن اکسید می شود و عمیقاً آن را کاهش می دهد.
10Fe + 36HNO3diff. = 10Fe(NO3)3 + 3N2 + 18H20
در هوا در مجاورت آب به راحتی اکسید می شود (زنگ می کند)
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3
آهن هنگام گرم شدن با هالوژن ها واکنش نشان می دهد. هنگامی که آهن و ید 1 واکنش نشان می دهند، یدید Fe3I8 تشکیل می شود.
2Fe+3Cl2=2FeCl3 هنگام گرم شدن
هنگام گرم شدن، آهن با نیتروژن واکنش می دهد، نیترید آهن Fe3N، با فسفر، تشکیل فسفید FeP، Fe2P و Fe3P، با کربن، تشکیل کاربید Fe3C، با سیلیکون، تشکیل چندین سیلیسید، به عنوان مثال، FeSi.
واکنش کیفی به یون آهن (II) - واکنش با نمک قرمز خون.
در حضور یونهای آهن (II)، رسوب آبی تیره تشکیل می شود. این نمک KFe آهن مجتمع آبی Turnbull است).
2 K3 + 3 Fe SO4 \u003d KFe)؟ + 3K2SO4
واکنش کیفی به یون آهن (II) واکنشی با قلیایی است.
یک رسوب خاکستری مایل به سبز تشکیل می شود.
FeSO4+2 NaOH = Fe(OH)2؟ + Na2SO4
واکنش کیفی به یون آهن (III) واکنشی با قلیایی است.
یک رسوب قهوه ای نشان دهنده وجود یون های آهن (III) در محلول اولیه است.
FeCl3 + 3 NaOH = Fe(OH)3? + 3 NaCl
واکنش کیفی به یون آهن (III) - واکنش با نمک زرد خون.
نمک زرد خون پتاسیم هگزاسیانوفرات K4 است.
3K4 +4 FeCl3 \u003d KFe)؟ + 12 KCl
واکنش کیفی به یون آهن (III) واکنشی با تیوسیانات پتاسیم است.
یک ماده قرمز رنگ تشکیل می شود. این تیوسیانات آهن (III) است.
FeCl3 + 3 KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl
هنگام تعامل یون 4؟ با کاتیون های Fe3 +، یک رسوب آبی تیره تشکیل می شود - آبی پروس:
3Fe(CN)6]4؟ + 4Fe3 + = Fe43؟
خواص اکسیداسیون ترکیبات آهن (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
ترکیبات آهن
پنتاکاربونیل آهن یک ترکیب معدنی، کمپلکس کربونیل آهن از ترکیب Fe(CO)5 است. مایع زرد روشن، غیر قابل اختلاط با آب. در فشار بالا، آهن فلزی با مونوکسید کربن CO واکنش می دهد و مایع، در شرایط عادی، پنتاکاربونیل Fe (CO) 5 آهن به راحتی فرار تشکیل می شود. کربونیل های آهن ترکیبات Fe2(CO)9 و Fe3(CO)12 نیز شناخته شده اند. کربونیل های آهن به عنوان مواد اولیه در سنتز ترکیبات آلی-آهن از جمله ترکیب فروسن عمل می کنند.
اعلام وصول:
اثر مونوکسید کربن تحت فشار بر روی پودر آهن:
اثر مونوکسید کربن تحت فشار بر روی آهن (II) و یدید مس:
تجزیه با حرارت دادن آهن نوناکربونیل:
در اثر حرارت تجزیه می شود:
با آب داغ واکنش نشان می دهد:
با اسیدها (در دی اتیل اتر) واکنش نشان می دهد:
اکسید شده توسط اکسیژن:
با اسید هیدرویدیک واکنش نشان می دهد:
هنگامی که محلولی در اسید استیک با نور ماوراء بنفش تابش می شود، کربونیل های بالاتری تشکیل می شود:
تحت تأثیر یک کاتالیزور الکلات سدیم بر روی یک محلول در اتانول، کربونیل های بالاتری تشکیل می شود:
با بازهای موجود در متانول واکنش نشان می دهد:
با سدیم موجود در آمونیاک مایع واکنش می دهد:
با مونوکسید نیتروژن تحت فشار واکنش می دهد:
اکسید آهن (II) FeO دارای خواص اساسی است، با پایه Fe (OH) 2 مطابقت دارد. اکسید آهن (III) Fe2O3 ضعیف آمفوتر است، حتی ضعیف تر از Fe (OH) 2 باز Fe (OH) 3 است که با اسیدها واکنش می دهد:
2Fe(OH)3+ 3H2SO4= Fe2(SO4)3 + 6H2O
هیدروکسید آهن (III) Fe(OH)3 خواص کمی آمفوتریک را نشان می دهد. فقط با محلول های قلیایی غلیظ می تواند واکنش نشان دهد:
Fe(OH)3 + KOH = K
هیدروکسو کمپلکس های آهن (III) حاصل در محلول های قلیایی قوی پایدار هستند. هنگامی که محلول ها با آب رقیق می شوند، از بین می روند و هیدروکسید آهن (III) Fe(OH)3 رسوب می کند.
از نمک های آهن (II) در محلول های آبی، نمک موهر پایدار است - سولفات آمونیوم دوگانه و آهن (II) (NH4) 2Fe (SO4) 2 6H2O.
آهن (III) قادر به تشکیل سولفات های مضاعف با کاتیون های نوع آلوم با بار منفرد است، به عنوان مثال، Kfe (SO4) 2 - آلوم آهن-پتاسیم، (NH4) Fe (SO4) 2 - آلوم آهن-آمونیم و غیره.
از خنک کردن مخلوط اسیدی شده از محلول های اشباع سولفات آهن و آمونیوم به دست می آید:
در پزشکی، آنها به عنوان یک عامل قابض، سوزاننده، هموستاتیک استفاده می شوند. به عنوان یک ضد تعریق
ترکیبات آهنی
اکسید آهن (II) FeO. پودر کریستالی ناپایدار سیاه دیامغناطیس. با گرم شدن در هوا تبدیل به کمی در آب و مواد قلیایی محلول است. محلول در اسیدها با گرم شدن آب را تجزیه می کند. از اکسیداسیون آهن فلزی، احیای اکسید آهن (III) با CO یا هیدروژن، کلسینه کردن مخلوطی از Fe2O3 و پودر آهن به دست می‌آید.
هیدروکسید آهن (II) Fe (OH) 2. هنگامی که محلولهای نمکهای آهن (II) با مواد قلیایی بدون دسترسی هوا پردازش می‌شوند، به شکل یک رسوب سفید متمایل به زرد پوسته‌دار تشکیل می‌شود. کمی در قلیاها حل می شود. محلول در اسیدها ویژگی های اساسی را نشان می دهد. در حضور عوامل اکسید کننده، فورا به Fe(OH)3 تبدیل می شود.
سولفات آهن (II) FeSO4. کریستال های سمی، بسیار رطوبت سنجی، پارامغناطیس، سفید، متعامد. وقتی در هوا گرم می شود به Fe2O3 تبدیل می شود. با کلسینه کردن پیریت، حرارت دادن PbSO4 با آهن، کم آبی هیدرات کریستالی FeSO4.7H2O به دست می آید.
در پزشکی به عنوان دارویی برای درمان و پیشگیری از کم خونی فقر آهن استفاده می شود.
ارتوفسفات آهن (II) Fe3(PO4)2.8H2O. به طور طبیعی به عنوان ماده معدنی ویویانیت وجود دارد. کریستال های مونوکلینیک سفید مایل به آبی. محلول در اسیدهای معدنی
کربنات آهن (II) FeCO3. به طور طبیعی به عنوان سیدریت معدنی یا اسپار آهن وجود دارد. کمی محلول در آب، محلول در اسیدهای معدنی و محلول های بی کربنات سدیم. در هوای مرطوب اکسید می شود. در اثر حرارت به FeO و CO2 تجزیه می شود. هنگام گرم شدن توسط هیدروژن کاهش می یابد. از تصفیه محلول های نمک های آهن (II) با محلول های کربنات سدیم یا بی کربنات به دست می آید.
آهن هگزاسیانوفرات (II) K4.3H2O. کریستال های مونوکلینیک زرد دیامغناطیس، غیر سمی، طعم شور و تلخ. محلول در آب، اتیلامین، استون. با عمل KCN روی Fe(CN)2 به دست می آید. برای ساخت کاغذ عکاسی، به عنوان یک معرف شیمیایی برای تعیین آهن، روی، مس، اورانیوم، متیلن بلو و در تولید رنگ های معدنی استفاده می شود.
ترکیبات آهن (III).
اکسید آهن (III) - Fe2O3 - یک ماده قهوه‌ای قرمز کم محلول است که خواص آمفوتریک را نشان می‌دهد. با اسیدها واکنش می دهد و با قلیاها و کربنات ها ذوب می شود و فریت ها را تشکیل می دهد. فریت ها دارای خواص مغناطیسی قوی هستند و در آهنرباهای الکتریکی استفاده می شوند.
Fe2O3 + 6HCl = FeCl 3 + 3H2O;
Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O;
Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2:
Fe2 O 3 + CaCO3 \u003d Ca (FeO2) 2 + CO2
اکسید آهن (III) از کلسینه کردن هیدروکسید آهن یا نمک ها به دست می آید.
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
4Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 8NO2 + O2
4FeCO3 + O2 = 2Fe2O3 + 4CO2
هیدروکسید آهن (III) - Fe (OH) 3 - یک ماده قهوه ای کمی محلول است که از اثر قلیایی ها یا کربنات ها روی نمک های آهن (III) به دست می آید، زیرا Fe2O3 با آب برهمکنش نمی کند. به طور کلی، این هیدروکسید یک ترکیب پلیمری با ترکیب متغیر Fe2O3 .nH2O است.
FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3 + 3KCl
Fe(OH)3 یک ترکیب ناپایدار است و به تدریج آب خود را از دست می دهد و به Fe2O3 تبدیل می شود. خواص آمفوتریک ضعیفی دارد (با اسیدها واکنش می دهد، با مواد قلیایی در محلول ها یا در حین همجوشی واکنش می دهد).
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 - سدیم تتراهیدروکسی فریت
نمک های آهن (III)
FeCl3.6H2O - اچ کردن بردهای مدار رادیویی، تصفیه آب Fe2(SO4)3 *9H2O - منعقد کننده در تصفیه آب
Fe(NO3)3 - رنگدانه برای رنگرزی پارچه
فسفات ها و سولفیدهای آهن (III) در آب نامحلول هستند. نمک های آهن (III) هیدرولیز می شوند و محلول های آنها اسیدی است:
FeCl3 + Na2HPO4 + CH3COONa = FePO4 + 2NaCl + CH3COOH
2FeCl3 + 3(NH4)2S \u003d Fe2S3 + 6NH4Cl (گوگرد عنصری هنگام گرم شدن یا اسیدی شدن آزاد می شود)
FeCl3 + H2O = Fe(OH)Cl2 + Hcl.
Fe(OH)Cl2 + H2O = Fe(OH)2Cl + Hcl
Fe(OH)2Cl + H2O = Fe(OH)3 + Hcl;
2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 6NaCl + 3CO2
ترکیبات آهن (VI).
نمک های اسید آهن - فرات ها از اکسیداسیون ترکیبات آهن (III) به دست می آیند.
2Fe(OH)3 + 10KOH + Br2 = 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O
Fe2O3 + 3KNO3 + 2K2CO3 = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2CO2
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O
Fe2O3 + KClO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + KCl + 2H2O
فرات ها اکسید کننده های قوی هستند: CrCl3 + K2FeO4 = K2CrO4 + FeCl3
2NH4OH + 2K2FeO4 = N2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH
آهن نیز در ساختار هم گنجانده شده است. هِم یک گروه پروتزی از بسیاری از پروتئین‌ها است: هموگلوبین، میوگلوبین، سیتوکروم‌های CPE میتوکندری، سیتوکروم P450 که در اکسیداسیون میکروزومی نقش دارند. آنزیم های کاتالاز، پراکسیداز، سیتوکروم اکسیداز حاوی هم به عنوان کوآنزیم هستند.
هِم از یون آهن و پورفیرین تشکیل شده است. ساختار پورفیرین ها بر پایه پورفین است. پورفین از چهار حلقه پیرول تشکیل شده است که توسط پل های متین به هم متصل شده اند. بسته به ساختار جانشین‌های موجود در حلقه‌های پیرول، چندین نوع پورفیرین متمایز می‌شوند: پروتوپورفیرین‌ها، اتیوپورفیرین‌ها، مزوپورفیرین‌ها و کوپروپورفیرین‌ها. پروتوپورفیرین ها پیش ساز سایر انواع پورفیرین ها هستند.
هِم های پروتئین های مختلف می تواند حاوی انواع مختلفی از پورفیرین ها باشد. آهن موجود در هِم در حالت احیا شده (Fe+2) است و توسط دو پیوند کووالانسی و دو پیوند هماهنگی به اتم های نیتروژن حلقه های پیرول متصل می شود. هنگامی که آهن اکسید می شود، هِم به هماتین (Fe3+) تبدیل می شود. بیشترین مقدار هم در گلبول های قرمز پر از هموگلوبین، سلول های ماهیچه ای با میوگلوبین و سلول های کبدی به دلیل محتوای بالای سیتوکروم P450 در آنها وجود دارد.
ساختار پورفین (A)، پروتوپورفیرین IX (B) و هموگلوبین هم (C). پورفین یک ساختار حلقوی متشکل از چهار حلقه پیرول است که توسط پل های متان به هم متصل شده اند.
میوگلوبین یک پروتئین متصل به اکسیژن در عضلات اسکلتی و قلبی است. میوگلوبین شامل یک بخش غیر پروتئینی (هِم) و یک قسمت پروتئینی (آپومیوگلوبین) است.
آپومیوگلوبین بخش پروتئینی میوگلوبین است. ساختار اولیه با دنباله ای از 153 اسید آمینه نشان داده می شود که در 8 مارپیچ α در ساختار ثانویه مرتب شده اند. ?-مارپیچ ها با حروف لاتین از A تا H مشخص می شوند که از انتهای N زنجیره پلی پپتیدی شروع می شوند و حاوی 7 تا 23 اسید آمینه هستند. برای تعیین اسیدهای آمینه منفرد در ساختار اولیه آپومیوگلوبین، یا شماره سریال آنها را از انتهای N بنویسید (مثلاً His64، Phen138)، یا حرف?-helix و شماره سریال این اسید آمینه در این مارپیچ را شروع کنید. از انتهای N (به عنوان مثال، His F8).
ساختار سوم به شکل یک گلبول فشرده است (عملاً فضای خالی در داخل وجود ندارد) که به دلیل حلقه ها و چرخش ها در ناحیه بخش های غیر پیچ خورده پروتئین تشکیل شده است. بخش داخلی مولکول تقریباً به طور کامل از رادیکال های آبگریز تشکیل شده است، به استثنای دو باقیمانده His که در مرکز فعال قرار دارند.
مونواکسیژنازهای وابسته به سیتوکروم P450 تجزیه مواد مختلف را از طریق هیدروکسیلاسیون شامل NADH دهنده الکترون و اکسیژن مولکولی کاتالیز می کنند. در این واکنش، یک اتم اکسیژن به بستر متصل می شود و دومی به آب تبدیل می شود.
آنزیم های خانواده سیتوکروم P450، بر خلاف سایر هموپروتئین ها، به عنوان یک قاعده، دارای یک نوع فعالیت و عملکرد کاملاً تعریف شده هستند، در عملکردها، انواع فعالیت آنزیمی بسیار متنوع هستند و اغلب دارای ویژگی سوبسترای پایینی هستند. P450 ها می توانند هم فعالیت مونواکسیژناز و هم فعالیت اکسیژناز را نشان دهند، بنابراین گاهی اوقات به عنوان اکسیدازهای با عملکرد مخلوط نیز شناخته می شوند.
* عملکردی (به عنوان بخشی از هموگلوبین، میوگلوبین، آنزیم ها و کوآنزیم ها)؛
* حمل و نقل (ترانسفرین، لاکتوفرین، موبلفرین)؛
*رسوب شده (فریتین، هموسیدرین)؛
* آهن یک استخر آزاد را تشکیل می دهد.
فرمول الکترونیکی 4s24p64d75s1
حالت اکسیداسیون: +2، +3، +4، +5، +6، +7، +8. ظرفیت: 2، 3، 4، 5، 6، 7، 8
خواص فیزیکی: فلز شکننده نقره ای-سفید، tmelt=2250oС، tboil=4200oС، چگالی 12.4 g/cm3
شیوع در طبیعت: محتوای پوسته زمین 5.0.10-6٪ (جرم)
ماده معدنی اصلی: Laurite RuS2
به دست آوردن: در نتیجه فرآوری پیچیده سنگ معدن RuO4 به دست می آید که با هیدروژن احیا می شود.
خواص شیمیایی: فلز غیر فعال. در سری ولتاژها بعد از هیدروژن قرار دارد. با اسیدها واکنش نمی دهد. هنگامی که با هالوژن گرم می شود واکنش نشان می دهد. با مخلوط های اکسید کننده- قلیایی واکنش می دهد.
ترکیبات روتنیوم دو ظرفیتی
هیدروکسید روتنیم (II) Ru(OH)2. هنگامی که محلول کلرید روتنیم (II) با قلیایی درمان می شود، یک رسوب قهوه ای شکل می گیرد. خیلی پایدار نیست و به راحتی اکسید می شود و به Ru(OH)3 تبدیل می شود.
کلرید روتنیم (II) RuCl2. پودر قهوه ای، کمی محلول در آب سرد، اسیدها، مواد قلیایی و محلول در الکل. از اثر کلر روی فلز روتنیوم پودری که تا دمای 250 درجه سانتیگراد گرم شده است به دست می آید.
ترکیبات روتنیوم سه ظرفیتی
هیدروکسید روتنیم (III) Ru(OH)3. این به عنوان یک رسوب سیاه در طول درمان محلول های نمک های روتنیم با مواد قلیایی یا اکسیداسیون هیدروکسید روتنیم (II) تشکیل می شود.
کلرید روتنیم (III) RuCl3. پودر کریستالی قهوه ای-مشکی درخشان. کمی در آب و اسیدها محلول است.
RuCl3+ 2KCl (conc.) + H2O = K2
با اسید هیدروکلریک غلیظ کلروکمپلکس ها را تشکیل می دهند:
با محلولهای غلیظ کلریدهای فلز قلیایی نمکهای پیچیده را تشکیل می دهد:
هنگامی که گرم می شود، توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شود:
بازیابی با هیدروژن:
روتنیم (III) برومید RuBr3. پودر کریستالی سیاه: از برهمکنش مستقیم عناصر یا با تیمار هیدروکسید روتنیم (III) با هیدروژن برومید به دست می آید.
یدید روتنیم (III) RuI3. یک پودر کریستالی سیاه رنگ که با حرارت دادن به 127 درجه سانتیگراد به عناصر خود تجزیه می شود. از برهمکنش مستقیم عناصر در هنگام گرم شدن یا با تیمار هیدروکسید روتنیم (III) با یدید هیدروژن به دست می آید.
واکنش کلرید روتنیم (III) و یدید پتاسیم:
ترکیبات روتنیوم چهار ظرفیتی
اکسید روتنیوم (IV) RuO2 بسیار پایدار است. کمی در آب و الکل محلول است. محلول در اسیدها از گرم کردن پودر روتنیوم در اکسیژن یا با کلسینه کردن سولفید روتنیم (IV) در جریانی از اکسیژن به دست می آید.
تجزیه در حرارت دادن اکسید روتنیوم (VIII):
واکنش اکسید روتنیوم (VIII) و پراکسید هیدروژن:
سولفید روتنیم (IV) RuS2. به طور طبیعی به عنوان ماده معدنی لوریت وجود دارد. با حرارت دادن مخلوطی از پودر روتنیوم با گوگرد یا با اثر هیدروژن سولفید روی محلول های نمک های روتنیم (IV) به دست می آید.
ترکیبات روتنیوم پنج ظرفیتی
روتنیم (V) فلوراید RuF5. کریستال های سبز تیره شفاف. شیشه را خورده می کند. توسط آب تجزیه می شود و توسط ید به فلوراید روتنیوم (III) کاهش می یابد. از اثر فلوئور بر روی فلز روتنیوم که تا دمای 300 درجه سانتیگراد گرم شده است به دست می آید.
4RuF5+10H2O =3RuO2+ RuO4 + 20HF
ترکیبات روتنیوم شش ظرفیتی
پتاسیم روتنات K2RuO4. بلورهای چهار وجهی سبز تیره. با هیدروژن به اکسید روتنیم (IV) یا فلز روتنیم کاهش می یابد. از اثر یک مخلوط اکسید کننده - قلیایی بر روی پودر فلز روتنیم به دست می آید.
با اسیدهای رقیق واکنش نشان می دهد:
با اسیدهای غلیظ واکنش نشان می دهد:
با کلر واکنش نشان می دهد:
ترکیبات روتنیوم هفت ظرفیتی
پتاسیم پروتنات KruO4. بلورهای چهارضلعی سیاه: از اکسیداسیون روتنات پتاسیم با کلر گازی یا برم مایع به دست می آیند.
ترکیبات روتنیوم هشت ظرفیتی
اکسید روتنیم (VIII) RuO4. هنگامی که در زیر نقطه جوش حرارت داده می شود، به صورت انفجاری به اکسید روتنیم (IV) و اکسیژن تجزیه می شود. تحت تأثیر قلیاها به روتنات تبدیل می شود. بخارات بوی قوی ازن دارند و سمی هستند. خاصیت اکسید کننده دارد. از کلسینه کردن روتنیوم در اکسیژن در دمای بالای 1000 درجه سانتیگراد به دست می آید.
پیکربندی الکترونیکی داخلی پوسته های الکترونی 5s25p65d66s2
اوسمیم از مواد خام غنی شده فلزات پلاتین با کلسینه کردن این کنسانتره در هوا در دمای 800 تا 900 درجه سانتیگراد جدا می شود. در این حالت، بخارات تتروکسید اوسمیوم بسیار فرار OsO4 به طور کمی تصعید می‌شود که سپس توسط محلول NaOH جذب می‌شود.
با تبخیر محلول، نمکی جدا می شود - پروسمات سدیم، که سپس با هیدروژن در 120 درجه سانتیگراد به اسمیم کاهش می یابد:
ترکیبات اوسمیوم دو ظرفیتی
اکسید اوسمیم (II) OsO. پودر سیاه مایل به خاکستری، کمی محلول در آب و اسیدها. با حرارت دادن مخلوطی از اسمیم، سولفیت اسمیم (II) و کربنات سدیم در جریانی از دی اکسید کربن به دست می آید.
کلرید Osmium(II) OsCl2. محلول در الکل، اتر و اسید نیتریک. با حرارت دادن کلرید اسمیم (III) در دمای 500 درجه سانتی گراد و کاهش فشار به دست می آید. عنصر شیمیایی آهن کبالت نیکل
یدید اوسمیم (II) OsI2. یک جامد سبز رنگ که وقتی محلولهای اسیدی نمکهای اوسمیم (IV) با یدید پتاسیم درمان می‌شوند، تشکیل می‌شود.
ترکیبات سه ظرفیتی اوسمیوم
اکسید اوسمیم (III) Os2O3. پودر قهوه ای تیره (یا پوسته های مسی قرمز)، کمی محلول در آب. از احیای OsO4 با اسمیم فلزی با حرارت دادن یا با حرارت دادن نمک های اسمیم (III) با کربنات سدیم در جریان دی اکسید کربن به دست می آید.
کلرید اوسمیم (III) OsCl3. کریستال های مکعبی قهوه ای هیگروسکوپیک. به راحتی در آب و الکل حل می شود. به OsCl2 و Cl2 در بالای 500 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. هیدرات کریستالی OsCl3.3H2O شناخته شده است.
ترکیبات اوسمیوم چهار ظرفیتی
اکسید اوسمیم (IV) OsO2. کمی در آب و اسیدها محلول است. با حرارت دادن اسمیم فلزی ریز پراکنده در بخار OsO4 به دست می آید.
Osmium (IV) فلوراید OsF4. پودر قهوه ای که با آب یا حرارت تجزیه می شود. با عبور فلوئور از روی اسمیم فلزی که تا دمای 280 درجه سانتیگراد گرم شده است به دست می آید.
کلرید اوسمیم (IV) OsCl4. سوزن های قهوه ای مایل به قرمز که به آرامی توسط آب به OsO2.2H2O تبدیل می شوند. با پردازش OsO4 با هیدروکلراید غلیظ یا با خنک کردن بخارهای قهوه ای مایل به زرد حاصل از عبور کلر روی اسمیم فلزی که در دمای 650-700 درجه سانتیگراد گرم شده است، به دست می آید.
سولفید اوسمیم (IV) OsS2. کریستال های مکعبی سیاه. کمی در آب و الکل محلول است. هنگامی که در هوا گرم می شود، به OsO4 تبدیل می شود. با هیدروژن به فلز کاهش می یابد.
ترکیبات اوسمیوم ظرفیتی.
Osmium (VI) فلوراید OsF6. شیشه را خورده می کند. با آب هیدرولیز می شود. بخارات فلوراید اسمیم (VI) بی رنگ و سمی هستند. همراه با OsF4 و OsF8 با حرارت دادن اسمیم در محیط فلوئور به دست می آید.
پتاسیم اسمات K2OsO4 بلورهای هشت وجهی بنفش. هنگامی که گرم می شود، به OsO4 تبدیل می شود. توسط اسیدها تجزیه می شود. از احیاء با نیتریت پتاسیم یا الکل OsO4 در محلول پتاس سوز آور به دست می آید.
ترکیبات اوسمیوم هشت ظرفیتی
اکسید اوسمیم (VIII) OsO4 بوی تند دارد. محلول در آب، الکل، اتر. بخارات بسیار سمی هستند. خواص اکسید کننده را نشان می دهد. در بسیاری از واکنش ها به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.
Osmium (VIII) فلوراید OsF8. کریستال های زرد. با حرارت دادن بالای 225 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. خاصیت اکسید کننده دارد. در تماس با پوست باعث سوختگی می شود. با آب واکنش می دهد و OsO4 و اسید هیدروفلوئوریک تشکیل می دهد.
سولفید اوسمیوم (VIII) OsS4. پودر قهوه ای تیره. با عبور سولفید هیدروژن از محلول اسیدی شده OsO4 یا با اثر سولفیدهای آمونیوم یا سدیم روی محلول های قلیایی OsO4 به دست می آید.
کبالت (lat. Сobaltum, Co) یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 27، جرم اتمی 58.9332 است. پیکربندی دو لایه الکترونی بیرونی اتم کبالت 3s2 3p6 3d7 4s2 است. کبالت اغلب در حالت اکسیداسیون 2+ (ظرفیت II)، کمتر در حالت اکسیداسیون 3+ (ظرفیت III) و بسیار بندرت در حالت اکسیداسیون 1+، 4+ و 5+ (به ترتیب ظرفیت I، IV، V).
مواد ساده Co به صورت پودر فعالیت نسبتاً بالایی نسبت به اسیدها از خود نشان می دهند. در نتیجه برهمکنش آنها با اسیدها، نمک هایی با حالت اکسیداسیون +2 تشکیل می شوند. نمک های کبالت به دلیل تشکیل کمپلکس 2-آکوا صورتی رنگ می شوند.
Co + 2HCl = CoCl2 + H2؟
Co + H2SO4 = CoSO4 + H2؟
3 Co + 8HNO3 (sc.) = 3Co(NO3)2 + 2NO + 4H2O
شرکت غیر فعال کننده اسید نیتریک غلیظ سرد. هنگام گرم شدن، فیلم محافظ از بین می رود و فلز با اسید نیتریک غلیظ واکنش می دهد:
Co + 4HNO3 (conc.) = Co(NO3)2 + 2NO2؟ + 2H2O
با اکسیژن، کبالت اکسیدهای EO با خواص اساسی را تشکیل می دهد. این اکسیدها در آب حل نمی شوند، با قلیاها برهمکنش نمی کنند، اما به راحتی با اسیدها واکنش داده و نمک های Co(II) را تشکیل می دهند. نمک های Co(II) اغلب برای سنتز هیدروکسیدهای مربوطه استفاده می شوند، به عنوان مثال: CoCl2 + NaOH = Co(OH)2؟ + NaCl
پس از دریافت هیدروکسید کبالت (II) از نمک ها، رسوب آبی نمک های اساسی کم محلول Co(OH)nX2-n؟ xH2O و سپس هیدروکسید صورتی Co(OH)2. ظاهر رنگ آبی را می توان با تشکیل هیدروکسید کبالت با ترکیب 3Co(OH)2?2H2O که همراه با نمک های بازی تشکیل می شود، توضیح داد. با افزودن بیشتر قلیایی در نتیجه کم آبی و پیری، رنگ آن از آبی به صورتی تغییر می کند. هیدروکسید کبالت (II) شواهد کمی از آمفوتریسم با خواص عمدتاً اساسی نشان می دهد. به راحتی در اسیدها حل می شود (با تشکیل نمک های Co (II)) و انحلال در قلیایی بسیار دشوار است، اما وجود خواص اسیدی Co (OH) 2 با وجود کمپلکس 2- هیدروکسو تأیید می شود. هیدروکسید Co (II) بسیار آهسته توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شود و به هیدروکسید Co(III) قهوه ای رنگی تبدیل می شود: 4Co(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Co(OH)3
در حضور عوامل اکسید کننده قوی تر، مانند پراکسید هیدروژن، فرآیند اکسیداسیون Co(II) بسیار سریعتر است: 2Co(OH)2 + H2O2 = 2Co(OH)3.
یک واکنش کیفی به یون Co(II) تشکیل کمپلکس نیترو زرد آن است.
CoCl2 + 7KNO2 + 2CH3COOH = K3 ? + NO + 2CH3COOK + 2KCl
واکنش کیفی برای کاتیون های کبالت (II) Co2+
ویژگی این کاتیون ها تشکیل نمک های پیچیده با مولکول های آمونیاک - آمونیات ها است: محلول های رنگی Co2 + + 4NH3 \u003d 2+ آمونیاک در رنگ های روشن. آمونیاک کبالت زرد قهوه ای (II) به تدریج توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شود و به آمونیاک کبالت قرمز گیلاسی (III) تبدیل می شود. در حضور عوامل اکسید کننده، این واکنش بلافاصله ادامه می یابد.
حالت اکسیداسیون (III) برای کبالت ناپایدار است، بنابراین هیدروکسید Co(III) حتی تحت تأثیر یک عامل احیا کننده ضعیف مانند یون Cl-، خاصیت اکسید کنندگی از خود نشان می دهد: 2Co(OH)3 + 6HCl = 2CoCl2 + Cl2؟ + 6H2O
کبالت تعداد زیادی نمک نامحلول را تشکیل می دهد که بسیاری از آنها مانند فسفات ها را می توان با استفاده از واکنش های تبادلی در محلول های آبی سنتز کرد:
3 CoCl2 + 4Na2HPO4 = 2 Co3(PO)4 + 8NaCl + HCl
کربنات های Co(II) متوسط را نمی توان با افزودن کربنات فلز قلیایی به محلول های نمک آنها به دست آورد. به دلیل افزایش هیدرولیز در حضور یون های کربنات، تشکیل کربنات های بازی کم محلول به جای کربنات میانی رخ می دهد:
2CoCl2 + Na2CO3 + 2H2O ? (CoOH)2CO3؟ + 2NaCl + 2HCl
در اواسط قرن بیستم، کوبالامین، ویتامین B12، از کبد حیوانات جدا شد و فقط این ویتامین حاوی کبالت است - فقط حاوی 4٪ است و به شکل فعال در آنجا وجود دارد.
کبالت در بسیاری از فرآیندهای بدن شرکت می کند: روند خون سازی را فعال می کند - به لطف آن، گلبول های قرمز خون در مغز استخوان تولید می شود، آهن بهتر جذب می شود و ترکیب خون دائماً طبیعی می ماند. میکرو فلور روده، "مسئول" جذب آهن، به کبالت نیاز دارد - برای این باکتری ها غذا است، بنابراین، اگر کبالت کافی نباشد، انواع مختلفی از کم خونی اغلب ایجاد می شود. روند گردش خون با کمبود کبالت نیز نمی تواند به طور معمول ادامه یابد.
کبالت با شرکت در فرآیندهای متابولیک، فعالیت سیستم غدد درون ریز را عادی می کند، تولید آنزیم ها را فعال می کند و در سنتز پروتئین ها، کربوهیدرات ها و چربی ها شرکت می کند. کبالت در تعامل با سایر مواد، فرآیند تجدید کلیه سلول های بدن را آغاز می کند و همچنین در سنتز RNA و DNA شرکت می کند.
برای رشد طبیعی و حفظ ساختار بافت استخوانی، وجود کبالت کافی در بدن نیز مهم است، بنابراین محصولات حاوی کبالت به ویژه برای کودکان، زنان و افراد مسن ضروری است.
کبالت برای حفظ وضعیت سالم رگ های خونی مهم است - از پیشرفت تصلب شرایین جلوگیری می کند، زیرا نه تنها میزان کلسترول "بد" خون را کاهش می دهد، بلکه به بدن کمک می کند تا آن را حذف کند، بنابراین وقت ندارد. در رگ ها رسوب کند.
اثر ایمنی محرک کبالت با توانایی آن در افزایش فعالیت فاگوسیتیک لکوسیت ها آشکار می شود - این بدان معنی است که لکوسیت ها به طور فعال تر پاتوژن هایی را که وارد بدن می شوند متصل می کنند، جذب و هضم می کنند. فعالیت لوزالمعده نیز به میزان کبالت در بدن بستگی دارد - در صورت کمبود، این اندام نمی تواند به طور طبیعی کار کند.
کبالت، همراه با مواد دیگر، به حفظ جوانی بدن کمک می کند - به عنوان مثال، همراه با مس و منگنز، از سفید شدن زودهنگام موها جلوگیری می کند و بهبودی را پس از بیماری های جدی تسریع می کند.
فرمول الکترونیکی 4s24p64d85s1 است.
حالت اکسیداسیون: +1، +2، +3، +4، +6. ظرفیت: 1، 2، 3، 4، 6
خواص شیمیایی: فلز غیر فعال. در حضور اکسیژن در آب و در اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک غلیظ حل می شود. توسط مخلوط های اکسید کننده- قلیایی اکسید می شود.
اکسید رودیوم (II) RhO. ماده سیاه مایل به قهوه ای، کمی محلول در آب و اسیدها.
کلرید رودیوم (II) RhCl2. پودری که می تواند در رنگ های مختلف رنگ آمیزی شود - از قهوه ای تیره تا بنفش مایل به قرمز. با حرارت دادن رودیوم (III) کلرید در دمای 950 درجه سانتی گراد به دست می آید.
سولفید رودیوم (II) RhS. کریستال های خاکستری تیره کمی در آب و آبی محلول است. با حرارت دادن رودیوم فلزی به حرارت قرمز در بخار گوگرد به دست می آید.
ترکیبات رودیوم سه ظرفیتی
اکسید رودیوم (III) Rh2O3. کمی در آب، اسیدها و آبزیان محلول است. هنگامی که گرم می شود توسط هیدروژن به رودیوم فلزی کاهش می یابد. با حرارت دادن رودیوم پودری، نیترات رودیوم (III) یا کلرید رودیوم (III) در هوا در دمای 800 درجه سانتی گراد به دست می آید.
هیدروکسید رودیوم (III) Rh(OH)3. رسوب ژلاتینی زرد که از تصفیه نمک های رودیوم (III) با قلیاها یا کربنات های فلز قلیایی به دست می آید. محلول در اسید یا قلیایی اضافی. وقتی کم آب شود به Rh2O3 تبدیل می شود.
رودیوم (III) فلوراید RhF3. کریستال های لوزی قرمز. با عبور فلوئور روی رودیوم فلزی که در دمای 500-600 درجه سانتیگراد گرم شده است، به دست می آید.
کلرید رودیوم (III) RhCl3 پودر قهوه ای مایل به قرمز رقیق شده در هوا. در آب و اسیدها کم محلول است. در دمای بالای 948 درجه سانتیگراد به عناصر تجزیه می شود. کریستال هیدرات شناخته شده RhCl3.4H2O. از اثر کلر روی رودیوم گرم شده تا دمای 250-300 درجه سانتیگراد یا با کم آبی RhCl3.4H2O بدست می آید.
رودیم (III) یدید RhI3. یک ماده سیاه رنگ، کم محلول در آب. در دمای 327 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. از اثر یدید پتاسیم بر روی محلول های نمک رودیوم (III) در هنگام جوشیدن به دست می آید.
سولفید رودیوم (III) Rh2S3. پودر خاکستری مایل به سیاه، پایدار تا 500 درجه سانتیگراد. بالاتر از این دما، در هوا یا اکسیژن، مشتعل شده و می سوزد و فلز رودیم را تشکیل می دهد. از اثر سولفید هیدروژن بر روی کلرید رودیوم (III) به دست می آید.
ترکیبات رودیوم چهار ظرفیتی
اکسید رودیوم (IV) RhO2. ماده سیاه جامد. از ترکیب رودیوم فلزی با هیدروکسید و نیترات پتاسیم به دست می آید.
اکسید هیدراته رودیوم (IV) RhO2.nH2O. جامد سبز زیتونی. محلول در اسیدها با گرم شدن به Rh2O3 تبدیل می شود. با اکسیداسیون الکترولیتی Rh (OH) 3 در مقدار زیاد قلیایی یا با اکسیداسیون محلولهای نمک رودیوم (III) با کلر در یک محیط قلیایی به دست می‌آید.
رودیوم (IV) بروماید RhBr4. پودر قهوه ای. با حرارت دادن به 527 درجه سانتیگراد به عناصر تجزیه می شود. از اثر متقابل مستقیم عناصر هنگام گرم شدن به دست می آید.
فرمول الکترونیکی 5s25p65d76s2
حالت اکسیداسیون: +1، +2، +3، +4، +5، +6. ظرفیت: 1، 2، 3، 4، 5، 6
خواص فیزیکی: فلز سخت سفید نقره ای
به دست آوردن: در نتیجه فرآوری پیچیده سنگ معدن (NH4) 2 به دست می آید که در طی تجزیه حرارتی آن ایریدیوم به دست می آید.
خواص شیمیایی: فلز بی اثر. با اسیدها تعامل ندارد حتی با aqua regia واکنش نشان نمی دهد. با مخلوط های اکسید کننده- قلیایی واکنش می دهد. هنگامی که گرم می شود، با هالوژن ها تعامل می کند.
ترکیبات ایریدیوم دو ظرفیتی
کلرید ایریدیوم (II) IrCl2. کریستال های سبز تیره درخشان. در اسیدها و قلیاها کم محلول است. با حرارت دادن ایریدیوم فلزی یا IrCl3 در جریانی از کلر در دمای 763 درجه سانتی گراد به دست می آید.
IrS سولفید ایریدیوم (II). جامد آبی تیره درخشان. محلول در سولفید پتاسیم با حرارت دادن ایریدیوم فلزی در بخار گوگرد به دست می آید.
ترکیبات ایریدیوم سه ظرفیتی
اکسید ایریدیم (III) Ir2O3. جامد آبی تیره. کمی در آب و الکل محلول است. در اسید سولفوریک حل می شود. از طریق تکلیس سبک سولفید ایریدیوم (III) به دست می آید.
کلرید ایریدیوم (III) IrCl3. ترکیب فرار به رنگ سبز زیتونی است. کمی در آب، قلیاها و اسیدها محلول است. از اثر کلر بر روی ایریدیوم که تا دمای 600 درجه سانتیگراد گرم شده است به دست می آید.
ایریدیوم (III) بروماید IrBr3. کریستال سبز زیتونی. محلول در آب، کمی محلول در الکل. از برهمکنش IrO2 با اسید هیدروبرومیک به دست می آید.
سولفید ایریدیوم (III) Ir2S3. جامد قهوه ای. کمی در آب حل می شود. محلول در اسید نیتریک و محلول سولفید پتاسیم. از اثر سولفید هیدروژن بر کلرید ایریدیوم (III) به دست می آید.
ترکیبات ایریدیوم چهار ظرفیتی
اکسید ایریدیم (IV) IrO2. کریستال های چهارضلعی سیاه با شبکه روتیلی. کمی در آب، الکل و اسیدها محلول است. با هیدروژن به فلز تبدیل می شود. هنگام گرم شدن از نظر حرارتی به عناصر تجزیه می شود. با حرارت دادن پودر ایریدیوم در هوا یا اکسیژن در دمای 700 درجه سانتی گراد، گرم کردن IrO2.nH2O به دست می آید.
ایریدیوم (IV) فلوراید IrF4. مایع روغنی زرد رنگ که در هوا تجزیه می شود و با آب هیدرولیز می شود. با حرارت دادن IrF6 با پودر ایریدیوم در دمای 150 درجه سانتی گراد به دست می آید.
کلرید ایریدیوم (IV) IrCl4. جامد قهوه ای هیگروسکوپیک. در آب سرد حل می شود و در آب گرم تجزیه می شود. با حرارت دادن (600-700 درجه سانتیگراد) ایریدیوم فلزی با کلر در فشار بالا به دست می آید.
ایریدیوم (IV) بروماید IrBr4. ماده ای آبی که در هوا شناور است. محلول در الکل. از برهمکنش IrO2 با اسید هیدروبرومیک در دمای پایین به دست می آید.
سولفید ایریدیوم (IV) IrS2. جامد قهوه ای. کمی در آب حل می شود. با عبور سولفید هیدروژن از محلول های نمک های ایریدیوم (IV) به دست می آید.
ترکیبات ایریدیوم شش ظرفیتی
ایریدیوم (VI) فلوراید IrF6. کریستال های چهارضلعی زرد. تحت تأثیر ایریدیوم فلزی، به IrF4 تبدیل می شود و توسط هیدروژن به ایریدیوم فلزی کاهش می یابد. شیشه خیس را خورده می کند. با حرارت دادن ایریدیوم در اتمسفر فلوئور در یک لوله فلوریت به دست می آید.
سولفید ایریدیوم (VI) IrS3. پودر خاکستری، کمی محلول در آب. با حرارت دادن ایریدیوم فلزی پودر شده با گوگرد اضافی در خلاء به دست می آید.
فرمول الکترونیکی 3s23p63d84s2
حالت اکسیداسیون: (+1)، +2، (+3، +4); ظرفیت: (1)، 2، (3، 4)
خواص فیزیکی: فلز سخت خاکستری
مواد معدنی اساسی: آهن نیکل پیریت (Fe,Ni)9S8، نیکلین NiAs
خواص شیمیایی: فلز غیر فعال. مقاوم در برابر آب و هوای مرطوب. به آرامی با اسیدهای رقیق واکنش نشان می دهد. هنگامی که گرم می شود، با اکسیژن، هالوژن، نیتروژن، گوگرد و سایر غیر فلزات واکنش نشان می دهد. در دمای معمولی در برابر عمل فلوئور که در سیلندرهای ساخته شده از نیکل ذخیره می شود، مقاوم است.
یک واکنش کیفی برای نیکل واکنش نیکل با دی متیل گلیوکسیم است.دی متیل گلیوکسیم در سال 1905 توسط L.A. پیشنهاد شد. Chugaev، بنابراین دی متیل گلیوکسیم گاهی اوقات "معرف Chugaev" نامیده می شود.
هنگام واکنش با یون های نیکل، دی متیل گلیوکسیم یک کمپلکس قرمز تشکیل می دهد که می تواند به راحتی رسوب کرده و با وزن سنجی تعیین شود.
مواد نیکل ساده به صورت پودر فعالیت نسبتاً بالایی نسبت به اسیدها نشان می دهند. در نتیجه برهمکنش آنها با اسیدها، نمک هایی با حالت اکسیداسیون +2 تشکیل می شوند. محلول های آبی نمک های نیکل به دلیل وجود یون 2- سبز رنگ می شوند.
Ni + 2HCl = NiСl2 + H2؟
Ni + H2SO4 = NiSO4 + H2؟
3Ni + 8HNO3 (تفاوت) = 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4H2O
اسید نیتریک غلیظ سرد Ni را غیرفعال می کند. هنگام گرم شدن، فیلم محافظ از بین می رود و فلز با اسید نیتریک غلیظ واکنش می دهد:
Ni+ 4HNO3(conc.) = Ni(NO3)2 + 2NO2؟ + 2H2O
نیکل با اکسیژن، اکسیدهای EO با خواص اساسی را تشکیل می دهد. این اکسیدها در آب حل نمی شوند، با قلیاها برهمکنش نمی کنند، اما به راحتی با اسیدها واکنش داده و نمک های Ni(II) را تشکیل می دهند. نمک های Ni(II) اغلب برای سنتز هیدروکسیدهای مربوطه استفاده می شوند، به عنوان مثال:
NiCl2 + NaOH = Ni(OH)2؟ + NaCl
نیکل (II) هیدروکسید، به رنگ سبز، از نظر خواص اسید-باز شبیه به هیدروکسید Co (II) است. به راحتی در اسیدها حل می شود و عملاً در قلیاها نامحلول است. قرار گرفتن طولانی مدت قلیایی ها با رسوب Ni(OH)2 منجر به تشکیل یک هیدروکسو کمپلکس با ترکیب نامشخص با فرمول مشروط 2 می شود؟ . هیدروکسید نیکل(II) نه توسط اکسیژن اتمسفر و نه توسط پراکسید هیدروژن به Ni(OH)3 اکسید نمی شود. برای اکسید کردن آن، به یک عامل اکسید کننده قوی‌تر نیاز است، به عنوان مثال، برم:
2Ni(OH)2 + 2NaOH + Br2 = 2Ni(OH)3 + 2NaBr
نیکل در حالت های اکسیداسیون +2 و +3 تعداد زیادی ترکیب پیچیده را تشکیل می دهد. پایدارترین کمپلکس‌های کاتیونی آنها کمپلکس‌های آبی و آمونیات‌ها و همچنین کمپلکس‌هایی هستند که لیگاندها مولکول‌های آلی چند دندانه هستند، به‌عنوان مثال، دی‌متیل گلیوکسی‌مات. نیکل تعداد زیادی نمک نامحلول را تشکیل می دهد که بسیاری از آنها مانند فسفات ها را می توان با استفاده از واکنش های تبادلی در محلول های آبی سنتز کرد:
3NiCl2 + 4Na2HPO4 = 2Ni3(PO)4 + 8NaCl + HCl
کربنات های متوسط Ni(II) را نمی توان با افزودن کربنات فلز قلیایی به محلول نمک های آنها به دست آورد. به دلیل افزایش هیدرولیز در حضور یون های کربنات، تشکیل کربنات های بازی کم محلول به جای کربنات میانی رخ می دهد:
2NiCl2 + Na2CO3 + 2H2O ? (NiOH)2CO3؟ + 2NaCl + 2HCl
نیکل یک عنصر کمیاب است که بر فرآیندهای خون سازی تأثیر می گذارد و در بسیاری از فرآیندهای ردوکس در بدن نقش دارد.
بدن یک فرد بالغ تنها حاوی حدود 5-14 میلی لیتر نیکل است. این عنصر در بافت ماهیچه ای، کبد، ریه ها، کلیه ها، پانکراس و غدد تیروئید، غده هیپوفیز، مغز و اپیتلیوم تجمع می یابد. توجه داشته باشید که با افزایش سن، غلظت نیکل در ریه ها افزایش می یابد. نیکل عمدتاً با مدفوع (تا 95٪) از بدن دفع می شود.
در ترکیب با کبالت، آهن، مس در فرآیندهای خونسازی شرکت می کند (بر بلوغ گلبول های قرمز جوان تأثیر می گذارد و سطح هموگلوبین را افزایش می دهد).
افزایش فعالیت هیپوگلیسمی (افزایش اثربخشی انسولین)
در سازماندهی ساختاری و عملکرد DNA، RNA و پروتئین ها شرکت می کند
عبور فرآیندهای ردوکس را در بافت ها افزایش می دهد (اکسیژن سلول ها را تامین می کند)
عملکرد ضد دیورتیک غده هیپوفیز را افزایش می دهد
تعدادی آنزیم (از جمله آرژیناز) را فعال می کند.
برای تنظیم هورمونی بدن مهم است
در متابولیسم چربی نقش دارد
ویتامین C را اکسید می کند
فشار خون را کاهش می دهد
نیاز روزانه
نیاز روزانه به نیکل بسته به سن، جنس و وزن حدود 100 تا 300 میکروگرم است.
علائم کمبود و مصرف بیش از حد
مصرف بیش از حد نیکل یک پدیده نادر است که با سطح بالای سمیت عنصر - حدود 20-40 میلی گرم در روز توضیح داده می شود. با بیش از حد آن، علائم زیر مشاهده می شود:
تاکی کاردی
درماتیت
کاهش مقاومت در برابر بیماری های عفونی
تحریک غشاهای مخاطی دستگاه تنفسی فوقانی
افزایش تحریک پذیری سیستم عصبی
کاهش ایمنی
کمبود منیزیم در بدن
تجمع آهن یا روی
تاخیر در رشد استخوان
ادم ریه و مغز
خطر سرطان
پالادیوم.
فرمول الکترونیکی 4s24p64d10
حالت اکسیداسیون: +1، +2، +3، +4. ظرفیت: 1، 2، 3، 4
خواص فیزیکی: فلز نرم سفید نقره ای
مواد معدنی اصلی: پالادیت PdO. به شکل بومی نیز یافت می شود
خواص شیمیایی: فلز غیر فعال. پایدار در هوای خشک و مرطوب در دمای معمولی. محلول در اسید نیتریک غلیظ و آکوا رژیا. هنگامی که گرم می شود، در اسید سولفوریک غلیظ حل می شود. هنگامی که گرم می شود، با غیر فلزات واکنش نشان می دهد.
ترکیبات پالادیوم تک ظرفیتی
سولفید پالادیوم (I) Pd2S. ماده آمورف خاکستری مایل به سبز. کمی در آب، اسیدها و آبزیان محلول است. با حرارت دادن Cl2 با گوگرد در زیر لایه ای از بوراکس به دست می آید.
ترکیبات پالادیوم دو ظرفیتی
اکسید پالادیوم (II) PdO. پایدارترین اکسید پالادیوم پودر سیاه. کمی در آب و اسیدها محلول است. خاصیت اکسید کننده دارد. با حرارت دادن قوی پالادیوم فلزی در اکسیژن یا با تکلیس نیترات پالادیوم (II) به دست می آید.
پالادیوم (II) هیدروکسید Pd(OH)2. پودر قهوه ای قرمز. کمی در آب حل می شود. محلول در اسیدها دارای خواص اکسید کننده ضعیف است. این ماده از هیدرولیز نیترات پالادیوم (II) با آب داغ یا با اثر قلیایی روی نمک های پالادیوم (II) به دست می آید.
پالادیوم (II) فلوراید PdF2. کریستال های قهوه ای کم محلول در آب. در اسید هیدروفلوئوریک حل می شود و اسید تترافلوروپالادیک H2 را تشکیل می دهد. از برهمکنش مستقیم عناصر یا با حرارت دادن PdF3 با پالادیوم به دست می آید.
پالادیوم (II) بروماید PdBr2. ماده قهوه ای قرمز. کمی در آب حل می شود. در محلول آبی برمید هیدروژن (با تشکیل اسید تترابروموپالادیک H2) یا برمیدهای فلز قلیایی حل می شود. از اثر آب برم بر روی فلز پالادیوم یا برمید پتاسیم بر روی PdCl2 به دست می آید.
پالادیوم (II) یدید PdI2. پودر قرمز تیره. کمی در آب و الکل ها حل می شود. در اسید هیدرویدیک (با تشکیل اسید تترایودوپالادیک H2) یا محلول های یدیدهای فلز قلیایی حل می شود. از تصفیه محلول پالادیوم (II) کلرید با یدید پتاسیم به دست می آید.
سولفید پالادیوم (II) PdS. ماده جامد فلز مانند قهوه ای تیره. کمی در آب، اسید کلریدریک، سولفید آمونیوم محلول است. محلول در اسید نیتریک و آکوا رژیا. از اثر متقابل عناصر در حین حرارت دادن، تجزیه حرارتی PdS2 یا با عبور هیدروژن سولفید از محلول آبی نمک های پالادیوم (II) به دست می آید.
...اسناد مشابه
فلزات واسطه عناصری از زیرگروه های ثانویه جدول تناوبی عناصر شیمیایی هستند. عناصر گروه VIIB و VIIB: خواص شیمیایی و فیزیکی. ترکیبات منگنز استفاده از پرمنگنات پتاسیم ترکیبات کبالت و نیکل و خواص آنها.
ارائه، اضافه شده در 2013/05/02
مشخصات کلی عناصر شیمیایی گروه چهارم جدول تناوبی، حضور آنها در طبیعت و ترکیبات با سایر غیرفلزها. به دست آوردن ژرمانیوم، قلع و سرب. خواص فیزیکی و شیمیایی فلزات زیر گروه تیتانیوم محدوده های زیرکونیوم.
ارائه، اضافه شده در 2014/04/23
کلاس های اصلی ترکیبات معدنی شیوع عناصر شیمیایی قوانین عمومی شیمی عناصر s گروه های I، II و III سیستم تناوبی D.I. مندلیف: خواص فیزیکی، شیمیایی، روش های تولید، نقش بیولوژیکی.
آموزش، اضافه شده در 02/03/2011
مشخصات، اطلاعاتی در مورد تاریخچه کشف عناصر و شیوع آنها در طبیعت. تغییر در گروه شعاع اتم ها و یون ها، پتانسیل یونیزاسیون. خواص ترکیبات نیتروژن در حالت های اکسیداسیون منفی: نیتریدها، هیدروکسی آمین.
چکیده، اضافه شده در 1395/04/28
بررسی جامع عناصر سیستم تناوبی مندلیف، تاریخچه کشف و اشکال یافتن طلا در طبیعت. بررسی ذخایر اولیه، خواص فیزیکی و شیمیایی طلا و ترکیبات آن، روش های به دست آوردن و زمینه های کاربرد.
مقاله ترم، اضافه شده در 11/17/2011
توسعه قانون تناوبی در قرن XX. خواص دوره ای عناصر شیمیایی: تغییر در انرژی یونیزاسیون، الکترونگاتیوی، غربالگری و اثرات نفوذ. تغییر در مقادیر شعاع اتمی و یونی. اطلاعات کلی در مورد غیر فلزات
ارائه، اضافه شده در 2015/08/07
شرح حقایق جالب از کشف تعدادی از عناصر جدول تناوبی. خواص عناصر شیمیایی، منشأ نام آنها. تاریخچه کشف، در برخی موارد، به دست آوردن عناصر، اهمیت آنها در اقتصاد ملی، دامنه، ایمنی.
چکیده، اضافه شده در 11/10/2009
تاریخچه کشف و مکان در سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. هالوژن مندلیف: فلوئور، کلر، برم، ید و استاتین. خواص شیمیایی و فیزیکی عناصر، کاربرد آنها. فراوانی عناصر و تولید مواد ساده.
ارائه، اضافه شده در 2014/03/13
بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی کروم، تنگستن، مولیبدن. اکسید کروم پایدارترین ترکیب کروم است. هیدروکسیدها، نمکهای اسیدهای حاوی اکسیژن عناصر گروه ششم B. پراکسیدها، کاربیدها، نیتریدها، بوریدهای عناصر گروه ششم B.
سخنرانی، اضافه شده در 2011/06/29
سیلیکون عنصری از زیر گروه اصلی گروه چهارم از دوره سوم D.I است. مندلیف؛ توزیع در طبیعت انواع مواد معدنی بر پایه اکسید سیلیکون. محدوده ترکیبات سیلیکون؛ شیشه.
