Гидроксид железа

План.

Введение.

1. Теоретическая часть.
1. Гидроксиды как класс неорганических соединений.
1. Классификация гидроксидов.
2. Получение гидроксидов.
3. Свойства гидроксидов.
2. Железо, как простое вещество.
1. История открытия железа.
2. Нахождение в природе, получение, применение.
3. Физические и химические свойства железа.
3. Соединения железа со степенью окисления +2.
1. Оксид железа (II).
2. Гидроксид железа (II).
2. Экспериментальная часть.
1. Получение гидроксида железа (II) и изучение его свойств.

Вывод.

Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Гидроксид железа (II) - неорганическое вещество с формулой Fe(OH)₂, соединение железа. Встречается в природе в виде минерала амакинита. Данный минерал содержит примеси магния и марганца (эмпирическая формула Fe_0,7Mg_0,2Mn_0,1(OH)₂). Цвет минерала жёлто-зелёный или светло-зелёный, твёрдость по Моосу 3,5—4, плотность 2,925—2,98 г/см³. Амфотерный гидроксид с преобладанием осно́вных свойств. Кристаллическое вещество белого (иногда с зеленоватым оттенком) цвета, на воздухе со временем темнеет. Является одним из промежуточных соединений при ржавлении железа. Гидроксид железа (II) находит применение при изготовлении активной массы железо-никелевых аккумуляторов.

Цель данной работы состоит в получении гидроксида железа (II) и изучении его свойств.

 В ходе выполнения работы были поставлены следующие задачи:

 

1. Подобрать литературу и  изучить физические и химические свойства гидроксидов как класса неорганические соединений, железа и его соединений в степени окисления +2; рассмотреть их историю открытия, распространение в природе, получение.
2. Подобрать оптимальную методику получения гидроксида железа (II).
3. Получить гидроксид железа (II) и изучить его свойства.

 

 

 

 

 

1. Теоретическая часть.
1. Гидроксиды как класс неорганических соединений.
1. Классификация гидроксидов.

 
Основания классифицируются по ряду признаков.

• По растворимости в воде.
• Растворимые основания (щёлочи): гидроксид натрия NaOH, гидроксид калия KOH, гидроксид бария Ba(OH)₂, гидроксид стронция Sr(OH)₂, гидроксид цезия CsOH, гидроксид рубидия RbOH.
• Практически нерастворимые основания: Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, Zn(OH)₂, Cu(OH)₂, Al(OH)₃, Fe(OH)₃, Be(OH)₂.
• Другие основания: NH₃·H₂O

Деление на растворимые  и нерастворимые основания практически  полностью совпадает с делением на сильные и слабые основания, или  гидроксиды металлов и переходных элементов

• По количеству гидроксильных групп в молекуле. Количество гидроксидных групп в молекуле основания зависит от валетности металла и определяет кислотность основания.
• Однокислотные (гидроксид натрия NaOH)
• Двукислотные (гидроксид меди(II) Cu(OH)₂)
• Трехкислотные (гидроксид железа(III) Fe(OH)₃)
• По летучести.
• Летучие: NH₃, CH₃-NH₂
• Нелетучие: щёлочи, нерастворимые основания.
• По стабильности.
• Стабильные: гидроксид натрия NaOH, гидроксид бария Ba(OH)₂
• Нестабильные: гидроксид аммония NH₃·H₂O (гидрат аммиака).
• По степени электролитической диссоциации.
• Сильные (α > 30 %): щёлочи.
• Слабые (α < 3 %): нерастворимые основания.
• По наличию кислорода.
• Кислородсодержащие: гидроксид калия KOH, гидроксид стронция Sr(OH)₂
• Бескислородные: аммиак NH₃, амины.
• По типу соединения:
• Неорганические основания: содержат одну или несколько групп -OH.
• Органические основания: органические соединения, являющиеся акцепторами протонов: амины, амидины и другие соединения.
2. Получение гидроксидов.

1.Реакция обмена между  солью и щелочью в растворе.

Это наиболее общий способ получения как растворимых (щелочей), так и нерастворимых оснований, для которых это единственный лабораторный способ получения.

Получение сильной щелочи:

Na₂CO₃ + Са(ОН)₂ = CaCO₃ + 2NaOH

Получение нерастворимого основания:

CuSO₄ + 2KOH = Cu(OH)₂ + K₂SO₄

2. Гидратация основных  оксидов. 

Этим способом могут  быть получены только сильные щелочи, т.е. гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Например:

ВаО + Н₂О = Ва(OН)₂

3. Взаимодействие металлов  с водой.

С водой при обычных  условиях взаимодействуют лишь щелочные и щелочноземельные металлы. При  этом образуются соответствующая щелочь и водород:

Ва + 2Н₂О = Ва(ОН)₂ + Н₂

4. Электролиз водных растворов солей.

В промышленности NaOH и  КОН получают электролизом водных растворов хлоридов калия и натрия.

KCl + 2H₂O =2KOH + H₂ + Cl₂

 

3. Свойства гидроксидов.

 

Физические войства.

Щелочи ( гидроксиды натрия, калия, лития ) образуют твердые, белые, очень гигроскопические кристаллы. Температура плавления  NaOH 322°С, КОН 405°С, а LiOH 473°С. Кристаллические решетки у гидроксида натрия кубическая, типа NaCl, а у гидроксида калия тетрагональная.

Гидроксиды кальция, магния, бериллия, бария образуют белые порошки, также  довольно гигроскопические, но не настолько  как щелочи. Образуют гексагональную кристаллическую решетку, температуры плавления их не высоки из – за разложения на оксид и воду.

Гидроксиды других металлов ( алюминия, меди, цинка и др. ) образуют осадки разных цветов, чаще белые. Имеющие  цвет гидроксиды используют в качестве пигментов при производстве эмалей, глазурей.

Хорошо в воде растворимы лишь щелочи, значительно меньше основания  металлов второй группы (главной подгруппы), а все остальные в воде практически  не растворимы.

Химические свойства.

Гидроксиды металлов проявляют различные химические свойства в зависимости от активности металла, который в данный гидроксид входит.

Основания вступают в реакцию с  кислотами с образованием соли и  воды.            Такая реакция называется реакцией нейтрализации, потому что после её окончания среда становится близкой к нейтральной:

2KOH+H₂SO₄=K₂SO₄+2H₂O 
        Если основание растворимо в воде, то оно взаимодействует с кислотными и амфотерными оксидами, образуя соль и воду: 
       2KOH+SO₃=K₂SO₄+H₂O 
       2RbOH+ZnO=Rb₂ZnO₂+H₂O. 
       Также растворимые в воде основания могут реагировать с солями, образуя новую соль и новое основание при условии, что новое основание нерастворимо: 
       2NaOH+CuSO₄=Cu(OH)₂+Na₂SO₄ 
       Особую группу гидроксидов составляют амфотерные гидроксиды. Они при диссоциации образуют одновременно и катионы H⁺ и гидроксид-ионы ОН^- К ним относятся, например, Zn(OH)₂, Al(OH)₃, Be(OH)₂, Pb(OH)₂ и другие. 
Амфотерные гидроксиды реагируют как с растворами кислот, так и с растворами щелочей. При взаимодействии с основаниями они проявляют свойства кислот, а при взаимодействии с кислотами - свойства оснований: 
       Zn(OH)₂+H₂SO₄=ZnSO₄+2H₂O 
       Cr(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Cr(OH)₆] (гексагидроксохромат (III) натрия) 
       Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄] (тетрагидроксоалюминат (III) натрия) 
       С точки зрения теории электролитической диссоциации свойства растворов оснований (изменение цвета индикаторов, мыльность на ощупь, взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами и солями) обусловлены присутствием гидроксид-ионов ОН^-. Основания окрашивают индикаторы фенолфталеин - в малиновый цвет, лакмус - в синий.

 Нерастворимые основания   при нагревании разлагаются на  оксид металла и воду

2Fe(OH)₃ =  Fe₂O₃ + 3H₂O

Cu(OH)₂  =  CuO + H₂O

 

2. Железо как простое вещество.
1. История открытия железа.

Железо  известно с глубокой древности. Самые  старые железные предметы найденные  археологами, относятся к 4 тыс. до н. э. Считают, что материалом, из которого человек изготовил первые железные изделия, было метеоритное железо. Не случайно на многих языках железо называли «небесный металл», «капающий с неба» и т.п. Первое научное доказательство того, что «железные камни падают с неба», предоставил в 1775 петербургский академик географ и путешественник Петр Симон Паллас (1741–1811), который привез в Петербург глыбу железного метеорита массой 600 кг. Самым крупным из железных метеоритов, найденных на Земле, является метеорит «Гобэ» массой около 60 т, который был обнаружен в 1920 в Юго-Западной Африке. Крупнейший железный метеорит, который наблюдали при падении, находится в Москве в музее Российской академии наук. При падении (18 октября 1816, Дальний Восток), метеорит разбился и было найдено два осколка массой 256 кг. Было время, когда железо на земле ценилось значительно дороже золота. Советский историк Г. Арешян изучал влияние железа на древнюю культуру стран Средиземноморья. Он приводит такую пропорцию: 1 : 160 : 1280 : 6400. Это соотношение стоимостей меди, серебра, золота и железа у древних хеттов. Как свидетельствует в «Одиссее» Гомер, победителя игр, устроенных Ахиллесом, награждали куском золота и куском железа. Железо было в равной степени необходимо и воину, и пахарю, а практическая потребность, как известно, – лучший двигатель производства и технического прогресса. 
Термин «железный век» введен в науку в середине XIX в. датским археологом К.Ю. Томсеном. «Официальные» границы этого периода человеческой истории: от IX...VII вв. до н.э. когда у многих народов и племен Европы и Азии начала развиваться металлургия железа, и до времени возникновения у этих племен классового общества и государства. Но если эпохи называть по главному материалу орудий труда, то, очевидно, железный век продолжается и сегодня. Как получали железо наши далекие предки? Сначала так называемым сыродутным методом. Сыродутные печи устраивали прямо на земле, обычно на склонах оврагов и канав. Они имели вид трубы. Эту трубу заполняли древесным углем и железной рудой. Уголь зажигали, и ветер, дувший в склон оврага, поддерживал горение угля. Железная руда восстанавливалась, и получалась мягкая крица – железо с включениями шлака. Такое железо называлось сварочным; в нем содержалось немного углерода и примесей, перешедших из руды. Крицу ковали. Куски шлака отваливались, и под молотом оставалось железо, пронизанное шлаковыми нитями. Из него отковывали различные орудия. Век сварочного железа был долгим, однако людям древности и раннего средневековья было знакомо и другое железо. Знаменитую дамасскую сталь (или булат) делали на Востоке еще во времена Аристотеля (IV в. до н.э.). Но технология ее производства, так же как процесс изготовления булатных клинков, держалась в секрете. Железо из руд начали выплавлять в Африке в I тысячелетии до н.э. Здесь железные руды выходят на поверхность земли. Возможно, их находили в речных наносах. В бассейне р. Замбези археологи обнаружили глиняные домны, заброшенные железорудные шахты, груды шлака. Местные племена перешли из каменного века сразу в железный, минуя бронзовый. Со временем железо повсеместно потеснило другие металлы и стало главным материалом для изготовления инструментов, оружия, механизмов и прочих изделий. Начавшийся в те далекие времена «железный век» продолжается до сих пор. На долю железа и его сплавов приходится около 95% всей производимой в мире металлопродукции. Сейчас основную массу железа выплавляют в виде чугуна и стали.

2. Нахождение в природе, получение, применение.

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах.

Известно большое число руд  и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe₂O₃; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe₂O₄, Fe₃O₄; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH₂O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe₃(PO₄)₂·8H₂O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты.

В природе также широко распространены сульфиды железа — пирит FeS₂ (серный или железный колчедан) и пирротин. Они не являются железной рудой — пирит используют для получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.

По запасам железных руд Россия занимает первое место  в мире. Содержание железа в морской  воде — 1·10⁻⁵—1·10⁻⁸ %.

Основные месторождения.

По данным Геологической  службы США, мировые разведанные запасы железной руды составляют порядка 178 млрд тонн.Основные месторождения железа находятся в Бразилии , Австралии, США, Канаде, Швеции, Венесуэле, Либерии, Украине, Франции, Индии. В России железо добывается на Курской магнитной аномалии (КМА), Кольском полуострове, в Карелии и в Сибири. Значительную роль в последнее время приобретают донные океанские месторождения, в которых железо совместно с марганцем и другими ценными металлами находится в конкрециях.

Получение.

В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe₂O₃) и магнетита (FeO·Fe₂O₃).

Существуют различные  способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс.

Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000°C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха.