Besi adalah unsur subkelompok samping dari kelompok kedelapan periode keempat tabel periodik unsur kimia D.I.Mendeleev dengan nomor atom 26. Dilambangkan dengan lambang Fe (Latin Ferrum). Salah satu yang paling umum di kerak bumi logam (tempat kedua setelah aluminium). Logam aktivitas sedang, zat pereduksi.

Bilangan oksidasi utama - +2, +3

Zat sederhana besi adalah logam berwarna putih keperakan yang mudah ditempa dengan kandungan kimia yang tinggi reaktivitas: Besi cepat terkorosi jika terkena suhu tinggi atau kelembapan tinggi. Besi terbakar dalam oksigen murni, dan dalam keadaan terdispersi halus, besi akan terbakar secara spontan di udara.

Sifat kimia zat sederhana - besi:

Berkarat dan terbakar dalam oksigen

1) Di udara, besi mudah teroksidasi dengan adanya uap air (berkarat):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Kawat besi panas terbakar dalam oksigen, membentuk kerak - oksida besi (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)

2) Pada suhu tinggi (700–900°C), besi bereaksi dengan uap air:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Besi bereaksi dengan nonlogam jika dipanaskan:

2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)

4) Pada rangkaian tegangan, di sebelah kiri hidrogen, bereaksi dengan asam encer HCl dan H 2 SO 4, dan garam besi(II) terbentuk dan hidrogen dilepaskan:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaksi dilakukan tanpa akses udara, jika tidak Fe +2 secara bertahap diubah oleh oksigen menjadi Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (diencerkan) → FeSO 4 + H 2

Dalam asam pengoksidasi pekat, besi hanya larut ketika dipanaskan, segera berubah menjadi kation Fe 3+:

2Fe + 6H 2 SO 4 (konsentrasi) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (konsentrasi) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(dalam nitrogen yang dingin dan pekat dan asam sulfat pasif

Paku besi yang direndam dalam larutan tembaga sulfat berwarna kebiruan lambat laun dilapisi dengan lapisan tembaga metalik merah.

5) Besi menggantikan logam yang terletak di sebelah kanannya dari larutan garamnya.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Sifat amfoter besi hanya muncul dalam alkali pekat selama perebusan:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O= Na 2 ↓+ H 2

dan terbentuk endapan natrium tetrahidroksoferat(II).

Perangkat keras teknis- paduan besi dan karbon: besi cor mengandung 2,06-6,67% C, baja 0,02-2,06% C, pengotor alami lainnya (S, P, Si) dan aditif khusus yang dibuat secara artifisial (Mn, Ni, Cr) sering terdapat, yang membuat paduan besi bersifat teknis fitur yang bermanfaat— kekerasan, ketahanan termal dan korosi, kelenturan, dll. .

Proses produksi besi tanur sembur

Proses tanur sembur untuk memproduksi besi cor terdiri dari tahapan sebagai berikut:

a) persiapan (pemanggangan) bijih sulfida dan karbonat - konversi menjadi bijih oksida:

FeS 2 →Fe 2 O 3 (O 2.800°C, -SO 2) FeCO 3 →Fe 2 O 3 (O 2.500-600°C, -CO 2)

b) pembakaran kokas dengan semburan panas:

C (kokas) + O 2 (udara) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (kokas) ⇌ 2 CO (700-1000 °C)

c) reduksi bijih oksida dengan karbon monoksida CO secara berurutan:

Fe2O3 →(BERSAMA)(Fe II Fe 2 III) HAI 4 →(BERSAMA) FeO →(BERSAMA) Fe

d) karburisasi besi (sampai 6,67% C) dan peleburan besi tuang:

Fe (t ) →(C(minuman bersoda)900-1200°C) Fe (cair) (besi tuang, titik leleh 1145°С)

Besi tuang selalu mengandung sementit Fe 2 C dan grafit berbentuk butiran.

Produksi baja

Konversi besi tuang menjadi baja dilakukan dalam tungku khusus (konverter, perapian terbuka, listrik), yang berbeda dalam metode pemanasannya; suhu proses 1700-2000 °C. Hembusan udara yang kaya oksigen menyebabkan pembakaran kelebihan karbon, serta belerang, fosfor dan silikon dalam bentuk oksida dari besi tuang. Dalam hal ini, oksida ditangkap dalam bentuk gas buang (CO 2, SO 2), atau diikat menjadi terak yang mudah dipisahkan - campuran Ca 3 (PO 4) 2 dan CaSiO 3. Untuk menghasilkan baja khusus, aditif paduan logam lain dimasukkan ke dalam tungku.

Kuitansi besi murni dalam industri - elektrolisis larutan garam besi, misalnya:

FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90°С) (elektrolisis)

(ada metode khusus lainnya, termasuk reduksi oksida besi dengan hidrogen).

Besi murni digunakan dalam produksi paduan khusus, dalam pembuatan inti elektromagnet dan transformator, besi cor - dalam produksi coran dan baja, baja - sebagai bahan struktural dan perkakas, termasuk tahan aus, panas dan korosi. yang.

Besi(II) oksida F EO . Oksida amfoter dengan dominasi sifat basa yang tinggi. Hitam, memiliki struktur ionik Fe 2+ O 2- . Saat dipanaskan, ia terurai terlebih dahulu dan kemudian terbentuk kembali. Itu tidak terbentuk ketika besi terbakar di udara. Tidak bereaksi dengan air. Terurai dengan asam, menyatu dengan basa. Perlahan teroksidasi di udara lembab. Direduksi dengan hidrogen dan kokas. Berpartisipasi dalam proses tanur tinggi peleburan besi. Ini digunakan sebagai komponen keramik dan cat mineral. Persamaan reaksi yang paling penting:

4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)

FeO + 2HC1 (diencerkan) = FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (konsentrasi) = Fe(NO 3) 3 +NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Nsebuah 4FeHAI3 (merah.) trioksoferat(II)(400-500 °C)

FeO + H 2 =H 2 O + Fe (ekstra murni) (350°C)

FeO + C (kokas) = ​​Fe + CO (di atas 1000 °C)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900°C)

4FeO + 2H 2 O (kelembaban) + O 2 (udara) →4FeO(OH) (t)

6FeO + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)

Kuitansi V laboratorium: dekomposisi termal senyawa besi (II) tanpa akses udara:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 °C)

Diiron(III) oksida - besi( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Oksida ganda. Hitam, memiliki struktur ionik Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Stabil secara termal hingga suhu tinggi. Tidak bereaksi dengan air. Terurai dengan asam. Direduksi dengan hidrogen, besi panas. Berpartisipasi dalam proses tanur sembur produksi besi cor. Digunakan sebagai komponen cat mineral ( timah besi), keramik, semen berwarna. Produk oksidasi khusus pada permukaan produk baja ( menghitam, membiru). Komposisinya sesuai dengan karat coklat dan kerak gelap pada besi. Penggunaan rumus kasar Fe 3 O 4 tidak dianjurkan. Persamaan reaksi yang paling penting:

2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (di atas 1538 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8НС1 (dil.) = FeС1 2 + 2FeС1 3 + 4Н 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (konsentrasi) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (udara) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 °C)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (ekstra murni, 1000 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800°C)

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 °C, 560-700 °C)

Kuitansi: pembakaran besi (lihat) di udara.

magnetit.

Besi(III) oksida F e 2 HAI 3 . Oksida amfoter dengan dominasi sifat basa. Berwarna merah kecoklatan, mempunyai struktur ionik (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Stabil secara termal hingga suhu tinggi. Itu tidak terbentuk ketika besi terbakar di udara. Tidak bereaksi dengan air, hidrat amorf berwarna coklat Fe 2 O 3 nH 2 O mengendap dari larutan. Bereaksi lambat dengan asam dan basa. Direduksi oleh karbon monoksida, besi cair. Menyatu dengan oksida logam lain dan membentuk oksida ganda - spinel(produk teknis disebut ferit). Ini digunakan sebagai bahan baku dalam peleburan besi cor dalam proses tanur tiup, katalis dalam produksi amonia, komponen keramik, semen berwarna dan cat mineral, dalam pengelasan termit pada struktur baja, sebagai pembawa suara. dan gambar pada pita magnetik, sebagai bahan pemoles baja dan kaca.

Persamaan reaksi yang paling penting:

6Fe 2 O 3 = 4(Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °C)

Fe 2 O 3 + 6НС1 (dil.) →2FeС1 3 + ЗН 2 O (t) (600°С,р)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (konsentrasi) →H 2 O+ 2 NAFeHAI 2 (merah)dioksoferrat(III)

Fe 2 O 3 + MO=(M II Fe 2 II I)O 4 (M=Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O+ 2Fe (ekstra murni, 1050-1100 °C)

Fe 2 O 3 + Fe = 3FeO (900 °C)

3Fe 2 O 3 + CO = 2(Fe II Fe 2 III)O 4 + CO 2 (400-600 °C)

Kuitansi di laboratorium - dekomposisi termal garam besi (III) di udara:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)

4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)

Di alam - bijih besi oksida bijih besi Fe 2 O 3 dan limonit Fe 2 O 3 nH 2 O

Besi(II) hidroksida F e(OH) 2 . Hidroksida amfoter dengan dominasi sifat dasar. Putih (terkadang dengan warna kehijauan), ikatan Fe-OH sebagian besar bersifat kovalen. Tidak stabil secara termal. Mudah teroksidasi di udara, terutama saat basah (warnanya menjadi gelap). Tidak larut dalam air. Bereaksi dengan asam encer dan basa pekat. Peredam tipikal. Produk perantara dalam karatan besi. Ini digunakan dalam pembuatan baterai besi-nikel massal aktif.

Persamaan reaksi yang paling penting:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C, atm.N 2)

Fe(OH) 2 + 2HC1 (dil.) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (biru-hijau) (mendidih)

4Fe(OH) 2 (suspensi) + O 2 (udara) →4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe(OH) 2 (suspensi) +H 2 O 2 (diencerkan) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + KNO 3 (konsentrasi) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)

Kuitansi: pengendapan dari larutan alkali atau amonia hidrat dalam atmosfer inert:

Fe 2+ + 2OH (dil.) = Fe(OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2(NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH 4

Metahidroksida besi F eO(OH). Hidroksida amfoter dengan dominasi sifat basa. Coklat muda, ikatan Fe - O dan Fe - OH sebagian besar bersifat kovalen. Saat dipanaskan, ia terurai tanpa meleleh. Tidak larut dalam air. Endapan dari larutan dalam bentuk polihidrat amorf berwarna coklat Fe 2 O 3 nH 2 O, yang bila disimpan dalam larutan basa encer atau setelah dikeringkan, berubah menjadi FeO(OH). Bereaksi dengan asam dan basa padat. Agen pengoksidasi dan pereduksi lemah. Disinter dengan Fe(OH)2. Produk perantara dalam karatan besi. Ini digunakan sebagai bahan dasar cat dan enamel mineral kuning, penyerap gas limbah, dan katalis dalam sintesis organik.

Senyawa dengan komposisi Fe(OH) 3 tidak diketahui (tidak diperoleh).

Persamaan reaksi yang paling penting:

Fe 2 HAI 3 . nH 2 O→( 200-250 °C, —H 2 HAI) FeO(OH)→( 560-700°C di udara, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO(OH) + ZNS1 (dil.) = FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 HAI 3 . nH 2 HAI-koloid(NaOH (konsentrasi))

FeO(OH)→ Nsebuah 3 [Fe(OH) 6 ]putih, Na 5 dan K 4 masing-masing; dalam kedua kasus tersebut, produk biru dengan komposisi dan struktur yang sama, KFe III, mengendap. Di laboratorium endapan ini disebut biru Prussia, atau turnbull biru:

Fe 2+ + K++ 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K++ 4- = KFe III ↓

Nama kimia pereaksi awal dan produk reaksi:

K 3 Fe III - kalium heksasianoferat (III)

K 4 Fe III - kalium heksasianoferat (II)

Fe III - besi (III) kalium heksasianoferat (II)

Selain itu, reagen yang baik untuk ion Fe 3+ adalah ion tiosianat NСS -, besi (III) bergabung dengannya, dan muncul warna merah cerah (“berdarah”):

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Reagen ini (misalnya dalam bentuk garam KNCS) bahkan dapat mendeteksi jejak besi (III) pada air keran jika melewati pipa besi yang bagian dalamnya dilapisi karat.

DEFINISI

Besi- unsur golongan kedelapan periode keempat Tabel periodik unsur kimia oleh D. I. Mendeleev.

Dan nomor volumenya adalah 26. Simbolnya adalah Fe (Latin “ferrum”). Salah satu logam yang paling melimpah di kerak bumi (tempat kedua setelah aluminium).

Sifat fisik besi

Besi adalah logam berwarna abu-abu. Dalam bentuknya yang murni, ia cukup lunak, mudah dibentuk dan kental. Konfigurasi elektronik luar tingkat energi– 3d 6 4s 2 . Dalam senyawanya, besi menunjukkan bilangan oksidasi “+2” dan “+3”. Titik leleh besi adalah 1539C. Besi membentuk dua modifikasi kristal: besi α- dan γ. Yang pertama mempunyai kisi kubik berpusat badan, yang kedua mempunyai kisi kubik berpusat muka. α-Besi stabil secara termodinamika dalam dua rentang suhu: di bawah 912 dan dari 1394C hingga titik leleh. Antara 912 dan 1394C γ-besi stabil.

Sifat mekanik besi bergantung pada kemurniannya - kandungan unsur lain dalam jumlah yang sangat kecil sekalipun. Besi padat memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak unsur dengan sendirinya.

Sifat kimia besi

Di udara lembab, besi cepat berkarat, mis. ditutupi dengan lapisan coklat oksida besi terhidrasi, yang karena kerapuhannya, tidak melindungi besi dari oksidasi lebih lanjut. Di dalam air, besi sangat terkorosi; dengan akses berlimpah ke oksigen, bentuk hidrat besi (III) oksida terbentuk:

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 ×H 2 O.

Dengan kekurangan oksigen atau sulitnya akses, terbentuk campuran oksida (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

Besi larut dalam asam klorida dengan konsentrasi berapa pun:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2.

Pembubaran dalam asam sulfat encer terjadi dengan cara yang sama:

Fe + H 2 JADI 4 = FeSO 4 + H 2.

Dalam larutan asam sulfat pekat, besi dioksidasi menjadi besi (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Namun pada asam sulfat yang konsentrasinya mendekati 100%, besi menjadi pasif dan praktis tidak terjadi interaksi. Besi larut dalam larutan asam nitrat encer dan pekat:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

Pada konsentrasi asam nitrat yang tinggi, pelarutan melambat dan besi menjadi pasif.

Seperti logam lainnya, besi bereaksi dengan zat sederhana. Reaksi antara besi dan halogen (apa pun jenis halogennya) terjadi ketika dipanaskan. Interaksi besi dengan brom terjadi ketika tekanan uap brom meningkat:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 Saya 8.

Interaksi besi dengan belerang (bubuk), nitrogen dan fosfor juga terjadi bila dipanaskan:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Besi mampu bereaksi dengan non-logam seperti karbon dan silikon:

3Fe + C = Fe3C;

Diantaranya reaksi interaksi besi dengan zat kompleks Reaksi berikut memainkan peran khusus - besi mampu mereduksi logam yang berada pada deret aktivitas di sebelah kanannya dari larutan garam (1), mereduksi senyawa besi (III) (2):

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

Besi, pada tekanan tinggi, bereaksi dengan oksida non-pembentuk garam - CO membentuk zat komposisi yang kompleks– karbonil - Fe(CO) 5, Fe 2 (CO) 9 dan Fe 3 (CO) 12.

Besi, tanpa adanya pengotor, stabil dalam air dan larutan alkali encer.

Mendapatkan besi

Cara utama untuk memperoleh besi adalah dari bijih besi (hematit, magnetit) atau dengan elektrolisis larutan garamnya (dalam hal ini diperoleh besi “murni”, yaitu besi tanpa pengotor).

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Latihan Skala besi Fe 3 O 4 seberat 10 g mula-mula diolah dengan 150 ml larutan asam klorida (densitas 1,1 g/ml) dengan fraksi massa hidrogen klorida 20%, dan kemudian kelebihan besi ditambahkan ke dalam larutan yang dihasilkan. Tentukan komposisi larutan (dalam % berat).
Larutan Mari kita tuliskan persamaan reaksi sesuai dengan kondisi soal:

8HCl + Fe 3 O 4 = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1);

2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2).

Mengetahui massa jenis dan volume larutan asam klorida, Anda dapat mencari massanya:

m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl);

m sol (HCl) = 150×1,1 = 165 gram.

Mari kita hitung massa hidrogen klorida:

m(HCl) = m sol (HCl) ×ω(HCl)/100%;

m(HCl) = 165×20%/100% = 33 gram.

Massa molar (massa satu mol) asam klorida, dihitung menggunakan tabel unsur kimia oleh D.I. Mendeleev – 36,5 g/mol. Mari kita cari jumlah hidrogen klorida:

v(HCl) = m(HCl)/M(HCl);

v(HCl) = 33/36,5 = 0,904 mol.

Skala massa molar (massa satu mol), dihitung menggunakan tabel unsur kimia oleh D.I. Mendeleev – 232 gram/mol. Mari kita cari jumlah zat skala:

v(Fe 3 O 4) = 10/232 = 0,043 mol.

Berdasarkan persamaan 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) = 1:8, maka v(HCl) = 8 v(Fe 3 O 4) = 0,344 mol. Maka jumlah hidrogen klorida yang dihitung dengan persamaan (0,344 mol) akan lebih kecil dari jumlah yang ditunjukkan dalam rumusan masalah (0,904 mol). Karena itu, asam hidroklorik berlebihan maka akan terjadi reaksi lain:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3).

Mari kita tentukan jumlah zat besi klorida yang terbentuk sebagai hasil reaksi pertama (kita menggunakan indeks untuk menunjukkan reaksi spesifik):

v 1 (FeCl 2):v(Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol;

v 1 (FeCl 3):v(Fe 2 O 3) = 2:1;

v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol.

Mari kita tentukan jumlah hidrogen klorida yang tidak bereaksi pada reaksi 1 dan jumlah besi (II) klorida yang terbentuk pada reaksi 3:

v rem (HCl) = v(HCl) – v 1 (HCl) = 0,904 – 0,344 = 0,56 mol;

v 3 (FeCl 2): ​​​​v rem (HCl) = 1:2;

v 3 (FeCl 2) = 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol.

Mari kita tentukan jumlah zat FeCl 2 yang terbentuk pada reaksi 2, jumlah total zat FeCl 2 dan massanya:

v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 mol;

v 2 (FeCl 2): ​​​​v 2 (FeCl 3) = 3:2;

v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0,129 mol;

v jumlah (FeCl 2) = v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 = 0,452 mol;

m(FeCl 2) = v jumlah (FeCl 2) × M(FeCl 2) = 0,452 × 127 = 57,404 g.

Mari kita tentukan jumlah zat dan massa besi yang masuk ke dalam reaksi 2 dan 3:

v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2;

v 2 (Fe) = 1/2× v 2 (FeCl 3) = 0,043 mol;

v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2;

v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol;

v jumlah (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043+0,28 = 0,323 mol;

m(Fe) = v jumlah (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g.

Mari kita hitung jumlah zat dan massa hidrogen yang dilepaskan pada reaksi 3:

v(H 2) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol;

m(H 2) = v(H 2) ×M(H 2) = 0,28 × 2 = 0,56 g.

Tentukan massa larutan yang dihasilkan m’ sol dan fraksi massa FeCl 2 di dalamnya:

m’ sol = m sol (HCl) + m(Fe 3 O 4) + m(Fe) – m(H 2);

17. D -elemen Besi, ciri-ciri umum, sifat-sifat. Oksida dan hidroksida, karakteristik CO dan OM, biorole, kemampuan membentuk kompleks.

1. Ciri-ciri umum.

Besi - unsur d subgrup samping golongan kedelapan periode keempat PSHE dengan nomor atom 26.

Salah satu logam yang paling melimpah di kerak bumi (tempat kedua setelah aluminium).

Zat sederhana besi adalah logam putih keperakan yang mudah ditempa dengan reaktivitas kimia yang tinggi: besi dengan cepat menimbulkan korosi pada suhu tinggi atau kelembaban tinggi di udara.

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Besi terbakar dalam oksigen murni, dan dalam keadaan terdispersi halus, besi akan terbakar secara spontan di udara.

3Fe + 2O2 = FeO + Fe2O3

3Fe + 4H2O = FeO*Fe2O3

FeO*Fe2O3 = Fe3O4 (kerak besi)

Sebenarnya besi biasa disebut paduannya dengan kandungan pengotor rendah (hingga 0,8%), yang mempertahankan kelembutan dan keuletan logam murni. Namun dalam praktiknya, paduan besi dengan karbon lebih sering digunakan: baja (hingga 2,14% berat karbon) dan besi tuang (lebih dari 2,14% berat karbon), serta baja tahan karat (paduan) dengan penambahan paduan logam (krom, mangan, nikel, dll.). Kombinasi sifat spesifik besi dan paduannya menjadikannya “logam No. 1” yang penting bagi manusia.

Di alam, besi jarang ditemukan dalam bentuk murni, paling sering ditemukan pada meteorit besi-nikel. Kelimpahan besi di kerak bumi adalah 4,65% (peringkat ke-4 setelah O, Si, Al). Besi juga diyakini menyusun sebagian besar inti bumi.

2.Properti

1.Fisik St. Besi adalah logam yang khas, dalam keadaan bebasnya berwarna putih keperakan dengan semburat keabu-abuan. Logam murni bersifat ulet; berbagai pengotor (khususnya karbon) meningkatkan kekerasan dan kerapuhannya. Ini telah menyatakan sifat magnetik. Apa yang disebut "triad besi" sering dibedakan - sekelompok tiga logam (besi Fe, kobalt Co, nikel Ni) dengan sifat fisik, jari-jari atom, dan nilai elektronegativitas yang serupa.

2.Kimia St.

Keadaan oksidasi

Oksida

Hidroksida

Karakter

Catatan

Dasar yang lemah

Basa yang sangat lemah, terkadang bersifat amfoter

Tidak diterima

*

Asam

Agen pengoksidasi kuat

Besi dicirikan oleh bilangan oksidasi besi - +2 dan +3.

    Bilangan oksidasi +2 berhubungan dengan oksida hitam FeO dan hidroksida hijau Fe(OH) 2. Mereka bersifat dasar. Dalam garam, Fe(+2) hadir sebagai kation. Fe(+2) adalah zat pereduksi lemah.

    Bilangan oksidasi +3 berhubungan dengan oksida merah-coklat Fe 2 O 3 dan hidroksida coklat Fe(OH) 3. Mereka memakai karakter amfoter, meskipun sifat asam dan basanya lemah. Jadi, ion Fe 3+ lengkap menghidrolisis bahkan dalam lingkungan asam. Fe(OH) 3 larut (itupun tidak seluruhnya) hanya dalam basa pekat. Fe 2 O 3 bereaksi dengan basa hanya pada peleburan, menghasilkan ferit(garam asam formal dari asam HFeO 2, yang tidak ada dalam bentuk bebas):

Besi (+3) paling sering menunjukkan sifat pengoksidasi yang lemah.

Keadaan oksidasi +2 dan +3 mudah berubah ketika kondisi redoks berubah.

    Selain itu, ada oksida Fe 3 O 4, bilangan oksidasi formal besi adalah +8/3. Namun oksida ini juga dapat dianggap sebagai besi (II) ferit Fe +2 (Fe +3 O 2) 2.

    Ada juga bilangan oksidasi +6. Oksida dan hidroksida yang sesuai tidak ada dalam bentuk bebas, tetapi garam diperoleh - ferrat (misalnya, K 2 FeO 4). Besi (+6) hadir di dalamnya dalam bentuk anion. Ferrat adalah zat pengoksidasi kuat.

Besi metalik murni stabil dalam air dan larutan encer alkali. Besi tidak larut dalam asam sulfat dan nitrat pekat dingin karena pasifnya permukaan logam oleh lapisan oksida kuat. Asam sulfat pekat panas, sebagai zat pengoksidasi yang lebih kuat, berinteraksi dengan besi.

    DENGAN garam dan diencerkan (sekitar 20%) sulfur asam besi bereaksi membentuk garam besi(II):

    Ketika besi bereaksi dengan sekitar 70% asam sulfat saat dipanaskan, reaksi berlanjut dan terbentuk besi(III) sulfat:

3.Oksida dan hidroksida, karakteristik CO dan OM...

    Senyawa besi(II).

Besi(II) oksida FeO memiliki sifat basa, basa Fe(OH) 2 berhubungan dengannya. Garam besi (II) berwarna hijau muda. Bila disimpan, terutama di udara lembab, warnanya menjadi coklat karena oksidasi besi (III). Proses yang sama terjadi ketika menyimpan larutan garam besi(II):

Stabil dari garam besi(II) dalam larutan air garam Mohr- amonium ganda dan besi(II) sulfat (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.

Reagen untuk ion Fe 2+ dalam larutan dapat berupa kalium heksasianoferrat(III) K 3 (garam darah merah). Ketika ion Fe 2+ dan 3− berinteraksi, terbentuk endapan turnbull biru:

Untuk penentuan kuantitatif besi (II) dalam larutan, gunakan fenantrolin, membentuk kompleks merah FePhen 3 dengan besi (II) dalam rentang pH yang luas (4-9)

    Senyawa besi(III).

Besi(III) oksida Fe 2 O 3 lemah amfoter, dijawab oleh basa yang lebih lemah dari Fe(OH) 2, Fe(OH) 3, yang bereaksi dengan asam:

Garam Fe 3+ rentan terhadap pembentukan kristal hidrat. Di dalamnya, ion Fe 3+ biasanya dikelilingi oleh enam molekul air. Garam tersebut memiliki warna merah muda atau ungu.Ion Fe 3+ terhidrolisis sempurna bahkan dalam lingkungan asam. Pada pH>4 ion ini hampir seluruhnya diendapkan sebagai Fe(OH)3:

Dengan hidrolisis parsial ion Fe 3+, kation polinuklear okso- dan hidroksokasi terbentuk, yang menyebabkan larutan berubah warna menjadi coklat.Sifat utama besi(III) hidroksida Fe(OH) 3 diekspresikan dengan sangat lemah. Ia hanya mampu bereaksi dengan larutan alkali pekat:

Kompleks hidrokso besi(III) yang dihasilkan hanya stabil dalam larutan basa kuat. Jika larutan diencerkan dengan air, larutan tersebut akan hancur dan Fe(OH)3 mengendap.

Ketika dicampur dengan alkali dan oksida logam lain, Fe 2 O 3 membentuk berbagai macam ferit:

Senyawa besi(III) dalam larutan direduksi oleh besi logam:

Besi(III) mampu membentuk sulfat ganda dengan muatan tunggal kation jenis tawas, misalnya KFe(SO 4) 2 - besi-kalium tawas, (NH 4) Fe(SO 4) 2 - besi-amonium tawas, dll.

Untuk deteksi kualitatif senyawa besi(III) dalam larutan, digunakan reaksi kualitatif ion Fe 3+ dengan ion tiosianat. SCN − . Ketika ion Fe 3+ berinteraksi dengan anion SCN −, campuran kompleks besi tiosianat berwarna merah terang 2+ , + , Fe(SCN) 3 , - terbentuk. Komposisi campuran (dan intensitas warnanya) bergantung pada berbagai faktor, oleh karena itu metode ini tidak dapat diterapkan untuk penentuan kualitatif besi secara akurat.

Reagen berkualitas tinggi lainnya untuk ion Fe 3+ adalah kalium heksasianoferat(II) K 4 (garam darah kuning). Ketika ion Fe 3+ dan 4− berinteraksi, terbentuk endapan biru cerah biru Prussia:

    Senyawa besi(VI).

Ferrata- garam asam besi H 2 FeO 4, yang tidak ada dalam bentuk bebas. Ini adalah senyawa berwarna ungu, mengingatkan pada permanganat dalam sifat oksidatif, dan sulfat dalam kelarutan. Ferrat diproduksi oleh aksi gas klorin atau ozon untuk Fe(OH) 3 tersuspensi dalam alkali , misalnya kalium ferrat(VI) K 2 FeO 4 . Ferrat berwarna ungu.

Ferratas juga bisa didapatkan elektrolisa Larutan alkali 30% pada anoda besi:

Ferrat adalah zat pengoksidasi kuat. Dalam lingkungan asam, mereka terurai dengan pelepasan oksigen:

Sifat pengoksidasi ferrat digunakan untuk desinfeksi air.

4.Biorol

1) Dalam organisme hidup, zat besi merupakan elemen penting yang mengkatalisis proses pertukaran oksigen (respirasi).

2) Zat besi biasanya termasuk dalam enzim dalam bentuk kompleks, khususnya kompleks ini terdapat dalam hemoglobin, protein terpenting yang menjamin pengangkutan oksigen dalam darah ke seluruh organ manusia dan hewan. Dan dialah yang mewarnai darah dengan ciri khas warna merahnya.

4) Dosis zat besi yang berlebihan (200 mg ke atas) dapat menimbulkan efek toksik. Overdosis zat besi menghambat sistem antioksidan tubuh, sehingga tidak dianjurkan bagi orang sehat untuk mengonsumsi suplemen zat besi.

Rumus:

Besi(II) sulfat, besi sulfat, FeSO 4 - garam asam sulfat dan besi valensi 2. Kekerasan - 2.

Dalam kimia, besi sulfat disebut kristal hidrat. besi(II) sulfat. Kristalnya berwarna hijau muda. Ini digunakan dalam industri tekstil, pertanian sebagai insektisida, dan untuk pembuatan cat mineral.

Analog alaminya adalah mineral melanterit; di alam terdapat pada kristal sistem monoklinohedral, berwarna hijau kuning, berupa guratan atau endapan.

Masa molar: 151,91 gram/mol

Kepadatan: 1,8-1,9 gram/cm³

Suhu leleh: 400 °C

Kelarutan dalam air: 25,6g/100ml

Besi sulfat dilepaskan pada suhu 1,82 °C hingga 56,8 °C dari larutan berair dalam bentuk kristal hijau muda FeSO 4 · 7H 2 O, yang disebut besi sulfat (kristal hidrat). Larut dalam 100 g air: 26,6 g FeSO 4 anhidrat pada 20 °C dan 54,4 g pada 56 °C.

Larutan besi sulfat di bawah pengaruh oksigen atmosfer teroksidasi seiring waktu, berubah menjadi besi (III) sulfat:

12FeSO 4 + O 2 + 6H 2 O = 4Fe 2 (SO 4) 3 + 4Fe(OH) 3 ↓

Ketika dipanaskan di atas 480 °C, ia terurai:

2FeSO 4 → Fe 2 O 3 + JADI 2 + JADI 3

    Kuitansi.

    Besi sulfat dapat dibuat dengan aksi asam sulfat encer pada besi tua, potongan besi atap, dll. Dalam industri, besi sulfat diperoleh sebagai produk sampingan ketika pengawetan lembaran besi H 2 SO 4 encer, kawat, dll., untuk menghapus skala.

Fe + H 2 JADI 4 = FeSO 4 + H 2

    Metode lain adalah pemanggangan oksidatif pirit:

2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O = 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4

    Analisis kualitatif.

      Reaksi analitik untuk kation besi (II).

1. Dengan kalium heksasianoferrat(III) K 3 dengan terbentuknya endapan biru tua kalium besi(II) heksasianoferrat(III) (“Turnboole biru”), tidak larut dalam asam, terurai dengan basa membentuk Fe(OH) 3 (HF).

FeSO 4 + K 3 KFe + K 2 JADI 4

Nilai pH optimal untuk reaksi adalah 2-3. Reaksinya fraksional, sangat sensitif. Konsentrasi Fe 3+ yang tinggi mengganggu.

2. Dengan amonium sulfida (NH 4 ) 2 S dengan terbentuknya endapan hitam, larut dalam asam kuat(GF).

FeSO 4 + (NH 4) 2 S
FeS + (NH 4) 2 JADI 4

3.2. Reaksi analitik untuk ion sulfat.

1. Dengan reagen golongan BaCl 2 + CaCl 2 atau BaCl 2 (GF).

Penemuan fraksional ion sulfat dilakukan dalam lingkungan asam, yang menghilangkan pengaruh gangguan CO 3 2-, PO 4 3-, dll., dan dengan merebus larutan uji dengan 6 mol/dm 3 HCl untuk menghilangkan S 2 -, SO 3 2 - , S 2 O 3 2- ion, yang dapat membentuk unsur belerang, yang endapannya dapat disalahartikan sebagai endapan BaSO 4. Endapan BaSO 4 mampu membentuk kristal isomorfik dengan KMnO 4 dan berwarna warna merah jambu(spesifisitas reaksi meningkat).

Metodologi melakukan reaksi dengan adanya 0,002 mol/dm 3 KMnO 4 .

Tambahkan larutan kalium permanganat, barium klorida, dan asam klorida dengan volume yang sama ke dalam 3-5 tetes larutan uji dan aduk kuat-kuat selama 2-3 menit. Diamkan dan, tanpa memisahkan endapan dari larutan, tambahkan 1-2 tetes larutan H 2 O 2 3%, campur dan sentrifugasi. Endapan harus tetap berwarna merah muda, dan larutan di atas endapan menjadi tidak berwarna.

2. Dengan timbal asetat.

JADI 4 2- + Pb 2+
PbSO 4 

Metodologi : ke dalam 2 cm 3 larutan sulfat tambahkan 0,5 cm 3 asam klorida encer dan 0,5 cm 3 larutan timbal asetat; terbentuk endapan putih, larut dalam larutan jenuh amonium asetat atau natrium hidroksida.

PbSO 4  + 4 NaOH
Na 2 + Na 2 JADI 4

    Dengan garam strontium – pembentukan endapan putih, tidak larut dalam asam (tidak seperti sulfit).

JADI 4 2 - + Sr 2+
SrSO4 

Metodologi : Tambahkan 4-5 tetes larutan pekat strontium klorida ke dalam 4-5 tetes larutan yang dianalisis, terbentuk endapan putih.

    Dengan garam kalsium - pembentukan kristal gipsum CaSO 4 berbentuk jarum  2H 2 O.

JADI 4 2- + Ca 2+ + 2H 2 O
CaSO 4  2H 2 O

Metodologi: Tempatkan setetes larutan uji dan garam kalsium pada kaca objek dan keringkan sebentar. Kristal yang dihasilkan diperiksa di bawah mikroskop.

    Analisis kuantitatif.

      Permanganatometri.

Penentuan fraksi massa besi dalam sampel garam Mohr (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O dengan metode permanganatometri

(opsi titrasi langsung)

Penentuan tersebut didasarkan pada oksidasi besi(II) oleh kalium permanganat menjadi besi(III).

10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + 8 jam 2 JADI 4 = 5 Fe 2 (JADI 4 ) 3 + 2 MnSO 4 +K 2 JADI 4 + 8 jam 2 HAI

M (Fe) = 55,85 g/mol

Metodologi: Bagian garam Mohr yang ditimbang secara tepat yang diperlukan untuk menyiapkan 100 cm 3 larutan garam Mohr 0,1 M dipindahkan secara kuantitatif ke dalam labu takar 100 cm 3, dilarutkan dalam sedikit air suling, setelah larut sempurna, diberi tanda dengan air, dan dicampur. Aliquot dari larutan yang dihasilkan (tugas individu) ditempatkan dalam labu titrasi dan ditambahkan volume yang sama encerkan asam sulfat (1:5) dan titrasi perlahan dengan larutan kalium permanganat hingga larutan berubah warna menjadi agak merah muda, stabil selama 30 detik.

    Aplikasi.

Digunakan dalam produksi tinta;

Dalam pencelupan (untuk mewarnai wol dalam warna hitam);

Untuk mengawetkan kayu.

    Bibliografi.

    Lurie Yu.Yu. Buku Pegangan Kimia Analitik. Moskow, 1972;

    Instruksi metodologis “Metode analisis instrumental”, Perm, 2004;

    Pedoman “Analisis Kimia Kualitatif”, Perm, 2003;

    Pedoman “Analisis Kimia Kuantitatif”, Perm, 2004;

    Rabinovich V.A., Khavin Z.Ya. Buku referensi kimia singkat, Leningrad, 1991;

    "Ensiklopedia Besar Soviet";

    Abstrak dengan topik:

    Besi(III) sulfat



    Rencana:

      Perkenalan
    • 1 Properti fisik
    • 2 Berada di alam
      • 2.1 Mars
    • 3 Tanda terima
    • 4 Sifat kimia
    • 5 Gunakan
      • Catatan

    Perkenalan

    Besi(III) sulfat(lat. Ferrum sulfuricum oksidatum, Jerman Eisensulfat (oksid) Ferrisulfat ) - anorganik senyawa kimia, garam, rumus kimia - .


    1. Sifat fisik

    Besi(III) sulfat anhidrat - kristal sistem monoklinik berwarna kuning muda, paramagnetik, sangat higroskopis, grup ruang P2 1 /m, parameter sel satuan A= 0,8296nm, B= 0,8515nm, C= 1,160nm, β = 90,5°, Z = 4. Terdapat bukti bahwa besi sulfat anhidrat membentuk modifikasi ortorombik dan heksagonal. Larut dalam air dan aseton, tidak larut dalam etanol.

    Mengkristal dari air dalam bentuk kristal hidrat Fe 2 (SO 4) 3 N H 2 O, dimana N= 12, 10, 9, 7, 6, 3. Kristal hidrat yang paling banyak dipelajari adalah besi(III) sulfat nonahidrat Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O - kristal heksagonal kuning, parameter sel satuan A= 1,085nm, C= 1,703 nm, Z = 4. Mudah larut dalam air (440 g per 100 g air) dan etanol, tidak larut dalam aseton. Dalam larutan air, besi(III) sulfat memperoleh warna merah coklat karena hidrolisis.

    Ketika dipanaskan, nonahidrat berubah pada suhu 98 °C menjadi tetrahidrat, pada suhu 125 °C menjadi monohidrat, dan pada suhu 175 °C menjadi Fe 2 (SO 4) 3 anhidrat, yang pada suhu di atas 600 °C terurai menjadi Fe 2 O 3 dan SO 3.


    2. Berada di alam

    Mineral yang mengandung campuran besi-aluminium sulfat disebut mikasaite. miksaite), Dengan rumus kimia(Fe 3+ , Al 3+) 2 (SO 4) 3 adalah bentuk mineralogi besi(III) sulfat. Mineral ini membawa bentuk besi sulfat anhidrat dan oleh karena itu sangat langka di alam. Bentuk terhidrasi adalah yang paling umum, misalnya:

    • Coquimbit (Bahasa Inggris) hidup berdampingan) - Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O - nonahidrat - yang paling umum di antara mereka.
    • Parakokimbit (Bahasa Inggris) paracoquimbite) - nonahidrat - sebaliknya, adalah mineral paling langka di alam.
    • Cornelite (Bahasa Inggris) cornelite) - heptahidrat - dan kuenstedtite (eng. quenstedtit) - dekahidrat - juga jarang.
    • Lausenit (Bahasa Inggris) lausenit) - heksa- atau pentahidrat, mineral yang sedikit dipelajari.

    Semua hidrat besi alami yang tercantum di atas adalah senyawa yang rapuh dan, jika dibuka, akan cepat terkikis.


    2.1. Mars

    Ferrous sulfate dan jarosite ditemukan oleh dua penjelajah Mars: Spirit dan Opportunity. Zat-zat tersebut merupakan tanda kondisi oksidasi kuat di permukaan Mars. Pada bulan Mei 2009, penjelajah Spirit terjebak ketika sedang melaju melalui tanah lunak di planet ini dan menabrak endapan besi sulfat yang tersembunyi di bawah lapisan tanah normal. Karena besi sulfat memiliki kepadatan yang sangat rendah, penjelajah tersebut terjebak begitu dalam hingga sebagian tubuhnya menyentuh permukaan planet.


    3. Tanda terima

    Dalam industri, besi(III) sulfat diperoleh dengan mengkalsinasi pirit atau marcasite dengan NaCl di udara:

    atau larutkan besi(III) oksida dalam asam sulfat:

    Dalam praktek laboratorium, besi(III) sulfat dapat diperoleh dari besi(III) hidroksida:

    Suatu sediaan dengan kemurnian yang sama dapat diperoleh dengan oksidasi besi(II) sulfat dengan asam nitrat:

    oksidasi juga dapat dilakukan dengan oksigen atau sulfur oksida:

    Sulfur pekat dan asam sendawa mengoksidasi besi sulfida menjadi besi(III) sulfat:

    Besi disulfida dapat dioksidasi dengan asam sulfat pekat:

    Besi(II) amonium sulfat (garam Mohr) juga dapat dioksidasi dengan kalium dikromat. Sebagai hasil dari reaksi ini, empat sulfat dilepaskan sekaligus - besi(III), kromium(III), amonia dan kalium, dan air:

    Besi(III) sulfat dapat diperoleh sebagai salah satu produk dekomposisi termal besi(II) sulfat:

    Ferrat direduksi dengan asam sulfat encer menjadi besi(III) sulfat:

    Memanaskan pentahidrat hingga suhu 70-175 °C akan menghasilkan besi(III) sulfat anhidrat:

    Besi(II) sulfat dapat dioksidasi dengan zat pengoksidasi eksotik seperti xenon(III) oksida:


    4. Sifat kimia

    Besi(III) sulfat dalam larutan air mengalami hidrolisis kuat menjadi kation, dan larutan berubah menjadi coklat kemerahan:

    Air panas atau uap menguraikan besi(III) sulfat:

    Besi(III) sulfat anhidrat terurai ketika dipanaskan:

    Larutan alkali menguraikan besi(III) sulfat; produk reaksi bergantung pada konsentrasi alkali:

    Jika larutan besi(III) dan besi(II) sulfat dalam molar sama bereaksi dengan alkali, hasilnya adalah oksida besi kompleks:

    Logam aktif(seperti magnesium, seng, kadmium, besi) mereduksi besi(III) sulfat:

    Beberapa logam sulfida (misalnya tembaga, kalsium, timah, timbal, merkuri) masuk larutan berair mereduksi besi(III) sulfat:

    DENGAN garam yang larut asam ortofosfat membentuk besi(III) fosfat yang tidak larut (heterosit):


    5. Penggunaan

    • Sebagai reagen untuk pengolahan hidrometalurgi bijih tembaga.
    • Sebagai koagulan dalam pembersihan Air limbah, air limbah kota dan industri.
    • Sebagai mordan untuk mewarnai kain.
    • Saat penyamakan kulit.
    • Untuk pengawetan baja tahan karat austenitik, emas dan paduan aluminium.
    • Sebagai pengatur flotasi untuk mengurangi daya apung bijih.
    • Dalam pengobatan digunakan sebagai zat dan agen hemostatik.
    • Dalam industri kimia sebagai oksidator dan katalis.