მერვე (რკინა, რუთენიუმი, ოსმიუმი, გაზიუმი), მეცხრე (კობალტი, როდიუმი, ირიდიუმი, მეიტნერიუმი) და მეათე (ნიკელი, პალადიუმი, პლატინა, დარმშტადტიუმი) ჯგუფების ელემენტები ისტორიულად განიხილება ერთად მათი ერთიან მერვედ გაერთიანებასთან დაკავშირებით. პერიოდული ცხრილის მოკლე პერიოდული ვერსიის ჯგუფი. მის შემადგენლობაში შემავალი მეხუთე და მეექვსე პერიოდის ელემენტები (რუთენიუმი, ოსმიუმი, როდიუმი, ირიდიუმი, პალადიუმი, პლატინი) კეთილშობილურია, ხშირად გვხვდება შენადნობების სახით, რომლებშიც ჭარბობს პლატინი, ამიტომ ისინი ჩვეულებრივ გაერთიანებულია ოჯახში. პლატინის ლითონები (პლატინოიდები). ანალოგიურად, რკინა, კობალტი და ნიკელი ზოგჯერ განიხილება, როგორც ცალკე ტრიადა (რკინის ტრიადა). პლატინის ლითონების გარკვეული უპირობო მსგავსებით, სხვადასხვა ჯგუფში შემავალი ელემენტების ქიმია, მაგალითად, ოსმიუმი, როდიუმი და პალადიუმი, მნიშვნელოვნად განსხვავდება, მაგრამ ამავე დროს, შესამჩნევი მსგავსებაა ჯგუფის ელემენტების მსგავს ნაერთებს შორის. მაგალითად, კობალტის (III) ამიატები, როდიუმი (III) და ირიდიუმი (III). ამიტომ სახელმძღვანელოში ჟანგბადის შემცველი და რთული ნაერთების ქიმიური თვისებები აღწერილია ჯგუფების მიხედვით. მეშვიდე პერიოდის ელემენტები გაზიუმი, მეიტნერიუმი და დარმშტადიუმი რადიოაქტიურია ხანმოკლე ნახევარგამოყოფის პერიოდით და მიიღება მხოლოდ რამდენიმე ათეული ატომის რაოდენობით.
რკინა არის ანტიკურობის შვიდი მეტალიდან ერთ-ერთი, ანუ კაცობრიობისთვის ცნობილი საზოგადოების ისტორიის ადრეული პერიოდებიდან. მიუხედავად იმისა, რომ ეგვიპტელებმა და ფინიკიელებმა უკვე იცოდნენ კობალტის ნაერთების უნარი მიეცათ სათვალეებს ნათელი ლურჯი ფერი, ელემენტი მარტივი ნივთიერების სახით მხოლოდ 1735 წელს მიიღო გერმანელმა ქიმიკოსმა გ.ბრანდტმა, ხოლო რამდენიმე წლის შემდეგ შვედმა. მეტალურგი ა.ფ. Cronstedt-მა გამოყო ნიკელი სპილენძის მადნიდან. პლატინა ტრადიციულად ითვლება ეკვადორის ინდიელების ლითონად, რადგან მას იყენებდნენ სამკაულებისა და რიტუალური ნიღბების დასამზადებლად კონკისტადორების მოსვლამდე. ხსნადი ლითონი, გარეგნულად ვერცხლის მსგავსი, ესპანელებისგან მიიღო სახელი პლატინა, სიტყვა "ვერცხლის" დამამცირებელი. დიდი ხნის განმავლობაში, ლითონს არ ჰპოვა რაიმე გამოყენება მისი მაღალი სიხისტისა და ცეცხლგამძლეობის გამო. პირველად ინგლისელმა ქიმიკოსმა W. Wollaston-მა 1805 წელს მოახერხა ელასტიური პლატინის მოპოვება, რომელმაც გააუმჯობესა ცხელი გაყალბების პროცესი. მას მიაწერენ პალადიუმის (დასახელებული ასტეროიდის პალასის საპატივცემულოდ, აღმოჩენილი 1802 წელს) და როდიუმის აღმოჩენას, რომელიც მარილების ვარდისფერ-წითელ ფერს დაერქვა. ირიდიუმი (ლათინური ირისიდან - ცისარტყელა, ნაერთების მიხედვით, რომლებსაც აქვთ სხვადასხვა ფერის ნათელი ფერი) და ოსმიუმი (ბერძნულიდან osμη - სუნი, აქროლადი ტეტროქსიდის მკვეთრი უსიამოვნო სუნის მიხედვით) მალევე იზოლირებული იქნა დამუშავების შემდეგ დარჩენილი ფხვნილიდან. ნედლი პლატინა აკვა რეგიით. 1844 წელს კლაუსმა, ყაზანის უნივერსიტეტის ქიმიის პროფესორმა, გამოყო რუთენიუმი, რომელსაც რუსეთის სახელი უწოდა, ურალის მადნიდან, რომელიც მას გამოუგზავნეს ანალიზისთვის.
ზემძიმე პლატინის ლითონებია რადიოაქტიური გაზი, მეიტნერიუმი და დარმშტადიუმი. ეს ელემენტები იქნა მიღებული 1980-1990-იან წლებში. ზემძლავრ ბირთვულ ამაჩქარებელზე დარმშტადტში (გერმანია) რეაქციაზე
208 Pb + 58 Fe 265 Hs + 1 n τ 1/2 (265 Hs) = 2×10 –3 s
209 Bi + 58 Fe 266 Mt + 1 n τ 1/2 (266 Mt) = 3.4 × 10 -3 s
208 Pb + 62 Ni 269 Ds + 1 n τ 1/2 (269 Ds) = 2.7 × 10 -4 s
გასიუმს ეწოდა სახელი ჰესეს მიწის, სადაც მდებარეობს ქალაქი დარმშტადტი, მეიტნერიუმი - ავსტრალიელი მეცნიერის ლიზ მეიტნერის პატივსაცემად, რომელიც სწავლობდა ურანის ბირთვების დაშლის რეაქციებს, ხოლო დარმშადტიუმი დარმშტადტის პატივსაცემად. ბოლო ელემენტის სახელი დაამტკიცა IUPAC კომისიამ 2003 წელს.
მერვე ჯგუფის ელემენტებს აქვთ საერთო ელექტრონული კონფიგურაცია ძირითად მდგომარეობაში (n – 1)d 6 ns 2იშლება რუთენიუმში „ელექტრონული სრიალის“ გამო. მსგავსი ფენომენი ხდება როდიუმის ატომში, რომელიც მეცხრე ჯგუფის ნაწილია, საერთო ელექტრონული კონფიგურაციით. (n – 1)d 7 ns 2 .მეათე ჯგუფის ელემენტებს შორის კონფიგურაცია (n – 1)d 8 ns 2შეიმჩნევა მხოლოდ ნიკელის ატომში: პლატინაში მიწისქვეშა მდგომარეობაში ხდება ერთი ელექტრონის „გარღვევა“, ხოლო პალადიუმში – ორი, რაც იწვევს d-შლის სრულ დასრულებას (ცხრილი 6.1).
ცხრილი 6.1.
მერვე-მეათე ჯგუფის ელემენტების ზოგიერთი თვისება.
| ჯგუფი | მერვე | მეცხრე | მეათე | ||||||||
| ძირითადი მუხტი | 26 Fe | 44 რუ | 76 ოს | 27Co | 45 Rh | 77 ირ | 28 ნი | 46 პდ | 78 პტ | ||
| ბუნებრივი იზოტოპების რაოდენობა | |||||||||||
| ელექტრონული კონფიგურაცია | 3დ 6 4ს 2 | [კრ] 4დ 7 5 ს 1 | [Xe]4f 14 5დ 6 6ს 2 | 3დ 7 4ს 2 | [კრ]4დ 8 5s 1 | [Xe]4f 14 5დ 7 6ს 2 | 3დ 8 4ს 2 | [კრ]4დ 10 | [Xe]4f 14 5დ 9 6ს 1 | ||
| ლითონის რადიუსი, ნმ | 0.126 | 0.134 | 0.135 | 0.125 | 0.134 | 0.136 | 0.124 | 0.137 | 0.139 | ||
| იონიზაციის ენერგია, კჯ/მოლი, | 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) | ||||
| იონური რადიუსი, ნმ (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 | |
| ელექტრონეგატიურობა პაულინგის მიხედვით | 1.83 | 2.2 | 2.2 | 1.88 | 2.28 | 2.20 | 1.91 | 2.20 | 2.28 | ||
| ელექტრონეგატიურობა ალრედ-როხოვის მიხედვით | 1.64 | 1.42 | 1.52 | 1.70 | 1.45 | 1.55 | 1.75 | 1.35 | 1.44 | ||
| ჟანგვის მდგომარეობები | (–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) | ||
* დაბალი ბრუნვის მდგომარეობაში
8-10 ჯგუფის ელემენტების თვისებების ცვლილების ნიმუშები პერიოდის გასწვრივ და ჯგუფში გადაადგილებისას ემორჩილება პირველ თავში განხილულ ზოგად კანონებს. მერვე და მეცხრე ჯგუფში პირველი იონიზაციის ენერგიები მცირდება 3D მეტალიდან 4d-ზე გადასვლისას. (ცხრილი 6.1.), რაც გამოწვეულია ატომური რადიუსის ზრდით და ბირთვიდან ვალენტური ელექტრონების ამოღებით. E 1-ის შემდგომი ზრდა მეექვსე პერიოდის d-მეტალებზე გადასვლისას აიხსნება სკრინინგის ეფექტებით, რომლებიც დაკავშირებულია 4f ქვედონის შევსებასთან. ზოგადი ნიმუში არ ვრცელდება მეათე ჯგუფის ელემენტებზე ნიკელის ატომის d-ორბიტალების მნიშვნელოვანი სტაბილიზაციის გამო, რაც გამოწვეულია ელექტრონების ორმაგი "გარღვევით".
რკინის ტრიადის ლითონებს, ისევე როგორც 3d-სერიის სხვა ელემენტებს, რომლებსაც აქვთ მცირე ატომური რადიუსი და შედარებით მცირე d-ორბიტალები გადახურვის უმნიშვნელო ხარისხით, აქვთ გაცილებით მაღალი ქიმიური აქტივობა პლატინის ლითონებთან შედარებით. მათგან განსხვავებით, რკინა, კობალტი და ნიკელი ანაცვლებს წყალბადს მჟავა ხსნარებიდან და იჟანგება ჰაერში. მათ არ ახასიათებთ კასეტური ნაერთები, რომლებიც წარმოქმნის შემთხვევაში ხშირად არასტაბილური აღმოჩნდებიან ჰაერში და წყალხსნარში. ზოგადად, პლატინის ლითონები შეიძლება ჩაითვალოს ყველაზე ნაკლებად ქიმიურად აქტიურ ლითონებად, შედარებით დაბალი (გარდამავალი რიგების დასაწყისში d- ელემენტებთან შედარებით) ატომური რადიუსისა და d-ორბიტალების გადახურვის მაღალი ხარისხის გამო. მათგან მხოლოდ ოსმიუმს შეუძლია უშუალო ურთიერთქმედება ჟანგბადთან და მხოლოდ პალადიუმი რეაგირებს კონცენტრირებულ აზოტმჟავასთან. ზოგადად, პლატინის ლითონებს ახასიათებთ რთული ნაერთები, მათ შორის კომპლექსები π-მიმღები ლიგანდებით (ნახშირბადის მონოქსიდი, ალკენები, ალკადიენები), ჰიდრიდები, რომლებიც ხშირად სტაბილურია წყალხსნარშიც კი და მტევანი. სხვა მძიმე გარდამავალი ლითონების მსგავსად, პლატინოიდები ავლენენ მაღალი ჟანგვის მდგომარეობებს, +8-მდე (OsO 4). უფრო მაღალი დაჟანგვის მდგომარეობების სტაბილურობა იზრდება ჯგუფებში (სქოლიო: პლატინის ლითონების ქიმიის მიმოხილვისთვის ჟანგვის მდგომარეობებში +4-დან +8-მდე იხილეთ D.J. Gulliver, W. Levason, Coord. Chem. Rev., 1982, 46 , 1).
პერიოდის გასწვრივ გადაადგილებისას, როგორც ვალენტური ელექტრონების რიცხვი იზრდება და მათი დაწყვილება ხდება, d-ქვედონე სტაბილიზდება და უფრო მაღალი ჟანგვის მდგომარეობების სტაბილურობა მცირდება. ამრიგად, რკინა შეიძლება დაჟანგდეს წყალხსნარში FeO 4 2– ფერატირებისთვის, რომელიც შეიცავს ლითონის ატომს +6 დაჟანგვის მდგომარეობაში, კობალტი და ნიკელი ამ პირობებში იძენს ჟანგვის მდგომარეობას +3. უმაღლესი ჟანგვის მდგომარეობები ყველაზე სტაბილურია მერვე ჯგუფის ელემენტებისთვის - რკინა (+6), რუთენიუმი (+8) და ოსმიუმი (+8) (სქოლიო: არსებობს ინფორმაცია ჟანგვის მდგომარეობაში რკინის ნაერთების მიღების შესახებ +8: იხ. Kiselev Yu. M., Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Doklady AN SSSR, 1987, ვ. 292, No 3, გვ. 628). ეს ლითონები აჩვენებენ ყველაზე დაბალ ჟანგვის მდგომარეობებს π-მიმღები ლიგანდების ნაერთებთან, მაგალითად, კარბონილებში: K 2 , K. ყველაზე სტაბილური დაჟანგვის მდგომარეობის მნიშვნელობა პერიოდის გასწვრივ გადაადგილებისას მონოტონურად მცირდება: რკინისთვის, ყველაზე დამახასიათებელი დაჟანგვის მდგომარეობა. არის +3, წყალხსნარებში კობალტი უპირატესად +2 დაჟანგვის მდგომარეობაშია, ხოლო +3 კომპლექსებში, ნიკელი ექსკლუზიურად +2 დაჟანგვის მდგომარეობაში. ეს შეესაბამება მესამე იონიზაციის ენერგიების ზრდას Fe - Co - Ni სერიაში (ცხრილი 6.1.). Ni 2+ იონები მდგრადია ჰაერის ჟანგბადის დაჟანგვის მიმართ ნებისმიერ pH-ზე, კობალტის (II) მარილები სტაბილურია მჟავე და ნეიტრალურ გარემოში და იჟანგება OH იონების თანდასწრებით, რკინა (II) გარდაიქმნება რკინაში (III) ჟანგბადის მოქმედება (E 0 ( O 2 / H 2 O) = 1.229 B, pH = 0 და 0.401 B, pH = 14) ნებისმიერ pH-ზე. ტრიადის ლითონების შემცირების აქტივობა ასევე მცირდება 3d-სერიის გასწვრივ გადაადგილებისას (ცხრილი 6.2.).
ცხრილი 6.2. სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი M(III)/M(II) და M(III)/M(0) რკინის ტრიადული ელემენტებისთვის
ჟანგვის მდგომარეობების ცვლილება, რომლებიც სტაბილურია წყალხსნარებში, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს დიაგრამის სახით:
8-10 ჯგუფის ელემენტების ნაერთების მაგალითები ჟანგვის სხვადასხვა ხარისხით მოცემულია ცხრილში. 6.3. d 3 (Ru +5), d 5 (Fe +3,) და d 6 (Fe +2, Co +3, Rh +3, Ir +3) ელექტრონული კონფიგურაციების მქონე იონებისთვის დამახასიათებელია რვააედრული კომპლექსები, კონფიგურაციისთვის d. 4 (Ru +4, Os +4) და d 7 (Co +2) არის ტეტრაგონალურად დამახინჯებული რვააედური, წარმოიქმნება Jahn-Teller ეფექტის გამო, d 8-ისთვის - რვააედრული (Ni +2 სუსტი და საშუალო ველის ლიგანდებით) - ან კვადრატული პლანშეტური (Pd +2, Pt +2 და ასევე Ni +2 ძლიერი ველის ლიგანდებით). ტეტრაედრული გეომეტრიის მქონე მოლეკულები და იონები წარმოიქმნება, როდესაც ლითონის იონები ურთიერთქმედებენ ნაყარ ლიგანდებთან (PR3, Cl–, Br–, I–) ან როდესაც d ქვედონე მთლიანად ივსება (d10, Pd0, Rh–1, Ru–2).
ატომური და იონური რადიუსების თანმიმდევრული შემცირება, როდესაც ადამიანი მოძრაობს პერიოდის გასწვრივ, იწვევს მაქსიმალური კოორდინაციის რიცხვების თანდათანობით შემცირებას რკინაში 10-დან (ფეროცენში) 8-მდე კობალტში (2-ში) და 7-მდე ნიკელისთვის (მაკროციკლურ კომპლექსებში. ლიგანდები). რკინის მძიმე ანალოგები - რუთენიუმი და ოსმიუმი ასევე იშვიათად ზრდის კოორდინაციის რიცხვს ექვსზე მეტს. პლატინისთვის (II) და პალადიუმისთვის (II), რომლებსაც აქვთ d 8 ელექტრონული კონფიგურაცია, ყველაზე დამახასიათებელია კვადრატული პლანშეტური კომპლექსები კოორდინაციის რიცხვით 4.
იონური რადიუსების შემცირების კიდევ ერთი შედეგია M(OH) 2 ჰიდროქსიდების ხსნადობის პროდუქტის მნიშვნელობების გარკვეული შემცირება და, შესაბამისად, მათი ბაზისურობის მუდმივები 3D სერიის გასწვრივ გადაადგილებისას:
Mn(OH) 2 Fe(OH) 2 Co(OH) 2 Ni(OH) 2
PR, 20 °C 1.9×10 –13 7.1×10 –16 2.0×10 –16 6.3×10 –18
ამავე მიმართულებით იზრდება მარილების ჰიდროლიზის ხარისხი ამავე სახელწოდების ანიონებით. ეს მივყავართ იმ ფაქტს, რომ როდესაც მანგანუმის (II) და რკინის (II) მარილები ექვემდებარება საშუალო ნატრიუმის კარბონატის ხსნარს, საშუალო კარბონატები ნალექი ხდება, ხოლო კობალტის და ნიკელის იონები ამ პირობებში იძლევა ძირითად მარილებს. 3d-მეტალის კათიონების პირსონის რბილობის ზრდა, რადგან ისინი მოძრაობენ d-ქვედონის შევსების პერიოდში და იონური რადიუსების შემცირება იწვევს M-S ბმის გაძლიერებას M-O-სთან შედარებით. ეს ნათლად ასახავს სულფიდების ხსნადობის პროდუქტების მონოტონურ ცვლილებას:
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
ამრიგად, მანგანუმი და რკინა ბუნებაში ძირითადად გვხვდება ჟანგბადის ნაერთების სახით, რასაც მოჰყვება რკინა, კობალტი, ნიკელი და სპილენძი პოლისულფიდურ მადნებში.
ცხრილი 6.3. ჟანგვის მდგომარეობები, ელექტრონული კონფიგურაციები, კოორდინაციის ნომრები (C.N.) და მოლეკულების და იონების გეომეტრია
| ელექტრონული კონფიგურაცია | კ.ჩ. | გეომეტრია | მერვე ჯგუფი | მეცხრე ჯგუფი | მეათე ჯგუფი | ||||
| ჟანგვის მდგომარეობა | მაგალითები | ჟანგვის მდგომარეობა | მაგალითები | ჟანგვის მდგომარეობა | მაგალითები | ||||
| დ 10 | ტეტრაედონი | –2 | 2– , M = Fe, Ru, Os | –1 | – , M = Co, Rh | Ni(CO) 4, M(PF 3) 4, M = Pd, Pt | |||
| d9 | ტრიგონალური ბიპირამიდა | –1 | 2– | – | +1 | – | |||
| – | Co 2 (CO) 8, M 4 (CO) 12, M = Rh, Ir | – | |||||||
| ოქტაედონი | |||||||||
| d8 | ოქტაედონი | – | +1 | – | +2 | 2+ , 3+ | |||
| ტრიგონალური ბიპირამიდა | , | 3– | |||||||
| – | – | 2– | |||||||
| ტეტრაედონი | |||||||||
| – | RhCl (PPh 3) 2 | 2–. 2–, M = Pd, Pt | |||||||
| კვადრატი | |||||||||
| d7 | ოქტაედონი | +1 | + | +2 | 2+, Rh 2 (CH 3 COO) 4 (H 2 O) 2 | +3 | 3–, M = Ni, Pd | ||
| ტეტრაედონი | – | 2– | – | ||||||
| d6 | ტეტრაედონი | +2 | 2– | +3 | 5– | +4 | 2–, 2–, M = Pd, Pt | ||
| ოქტაედონი | 2+ , 4– | 3+ | – | ||||||
| d5 | ტეტრაედონი | +3 | – | +4 | – | +5 | – | ||
| ოქტაედონი | 3+ , 3– | 2–, 2–, M = Co, Rh | – | ||||||
| d4 | ტეტრაედონი | +4 | +5 | – | +6 | PTF 6 | |||
| ოქტაედონი | 2– , M = Ru, Os | – , M = Rh, ირ | – | ||||||
| d3 | ტეტრაედონი | +5 | 3– , – , M = Ru, Os | +6 | MF 6, M = Rh, ირ | ||||
| d2 | ტეტრაედონი | +6 | 2– , 2– , | – | |||||
| d1 | ტეტრაედონი | +7 | – , M = Ru, Os | – | |||||
| ოქტაედონი | OsOF 5 | – | |||||||
| ხუთკუთხა ბიპირამიდა | OSF 7 | – | |||||||
| d0 | ტეტრაედონი | +8 | MO 4, M = Ru, Os | – |
დამატება. რკინის ბიოქიმია.
მიუხედავად იმისა, რომ ზრდასრული ადამიანის ორგანიზმი შეიცავს მხოლოდ 4 გ რკინას, ის მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ქსოვილებსა და უჯრედებში ჟანგბადის გადაცემის პროცესებში, ნახშირორჟანგის მოცილებაში და ჟანგვითი ფოსფორილირებაში. სხეულში არსებული რკინის ატომების სამი მეოთხედი ჰემოგლობინის სახითაა, რომელიც შედგება რკინის პორფირინის კომპლექსისგან, რომელსაც ეწოდება ჰემი და ცილოვანი გლობინი. ჰემოგლობინი უზრუნველყოფს ჟანგბადის ტრანსპორტირებას სხეულის ქსოვილებში, ხოლო დაკავშირებული ცილა მიოგლობინი, რომელსაც აქვს უფრო მარტივი სტრუქტურა და ჰემოგლობინისგან განსხვავებით, არ აქვს მეოთხეული სტრუქტურა, განსაზღვრავს ქსოვილების უნარს ჟანგბადის შესანახად. ჰემოგლობინი გვხვდება სისხლის წითელ უჯრედებში, ხოლო მიოგლობინი - კუნთოვან ქსოვილში. ორივე ნაერთს აქვს წითელი ფერი მათში რკინის ატომის არსებობის გამო +2 დაჟანგვის მდგომარეობაში, ხოლო რკინის დაჟანგვა იწვევს მათი ბიოლოგიური აქტივობის დაკარგვას! ცილის სტრუქტურაში ჰემი მდებარეობს პოლიპეპტიდური ჯაჭვის მიერ წარმოქმნილ ორ სპირალს შორის არსებულ უფსკრულით. პორფირინის კომპლექსი უზრუნველყოფს რკინის ატომის კვადრატულ პლანზე კოორდინაციას პორფირინის ციკლის ოთხი აზოტის ატომით. უახლოეს პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს მიკუთვნებული ჰისტიდინის ამინომჟავის იმიდაზოლის რგოლის აზოტის ატომი ავსებს რკინის კოორდინაციის რაოდენობას ხუთამდე. ამრიგად, ჰემოგლობინის ჟანგბადის გარეშე ფორმაში, მეექვსე პოზიცია რკინის ატომის საკოორდინაციო სფეროში ვაკანტური რჩება. სწორედ აქ შემოდის ჟანგბადის მოლეკულა. როდესაც ჟანგბადს ემატება, რკინის ატომი ტოვებს პორფირინის ციკლის სიბრტყეს 0,02 ნმ დეოქსიურ ფორმასთან შედარებით. ეს იწვევს კონფორმაციულ ცვლილებებს პოლიპეპტიდური ჯაჭვების მოწყობაში. ამ შემთხვევაში, კომპლექსი ხდება დიამაგნიტური რკინის ატომის დაბალ ტრიალის მდგომარეობაში გადასვლის გამო:
არტერიული სისხლი შეიცავს უპირატესად ოქსიჰემოგლობინს და მასში შემავალი ჟანგბადის მოლეკულები მიოგლობინში გადადის, სისხლის ფერი უფრო მუქი ხდება - ეს მიუთითებს ჰემის დაბრუნებაზე მის წინა დეოქსიურ ფორმაში. ჰემოგლობინი არა მხოლოდ ატარებს ჟანგბადს ფილტვებიდან პერიფერიულ ქსოვილებში, არამედ აჩქარებს ნახშირორჟანგის ტრანსპორტირებას ქსოვილებიდან ფილტვებში. ჟანგბადის გამოყოფისთანავე ის აკავშირებს სისხლში გახსნილი CO 2-ის დაახლოებით 15%-ს.
CO-ს მოლეკულას შეუძლია შექმნას ჰემთან უფრო ძლიერი კომპლექსი, ვიდრე ჟანგბადის მოლეკულა, რითაც ხელს უშლის მის ტრანსპორტირებას ფილტვებიდან ქსოვილებში. სწორედ ამიტომ ნახშირბადის მონოქსიდის ჩასუნთქვა იწვევს სიკვდილს ჟანგბადის ნაკლებობის გამო. მსგავს როლს ასრულებს ციანიდის იონიც, თუმცა მისი ტოქსიკურობა ძირითადად განპირობებულია სხვა რკინის შემცველ ჰემოპროტეინებთან – ციტოქრომებთან ურთიერთქმედებით. ციტოქრომები მონაწილეობენ ოქსიდაციურ ფოსფორილირებაში - პირუვატის დაჟანგვა, რომელიც ხდება მიტოქონდრიებში, რომელიც წარმოიქმნება ნახშირწყლების პირველადი დაჟანგვის დროს. ამ პროცესში გამოთავისუფლებული ენერგია ინახება ATP მოლეკულის მაღალი ენერგეტიკული ბმების სახით. ოქსიდაციური ფოსფორილირების რთულ ჯაჭვში, ციტოქრომები a, b და c არიან ელექტრონების გადამტანები ერთი ფერმენტიდან მეორეში და, საბოლოოდ, ჟანგბადამდე. ამ შემთხვევაში, რკინის ატომი მუდმივად ცვლის ჟანგვის მდგომარეობას.
ყველაზე შესწავლილი არის ციტოქრომი P 450, რომელიც არის ჰემი, რომელიც განსხვავდება ჰემოგლობინის ჰემისგან შემცვლელთა ნაკრებით და შეიცავს რკინას +3, რომელიც კოორდინირებულია წყლის მოლეკულით და გოგირდის ატომით, რომელიც მიეკუთვნება ამინომჟავას ცისტეინს (ნახ. 6.1. ციტოქრომ P 450-ის აქტიური ცენტრის მოდელი, რომელიც გარშემორტყმულია მოლეკულის ცილოვანი ნაწილით). მისი როლი არის სხეულისთვის უცხო ლიპოფილური ნაერთების ჰიდროქსილაცია, რომლებიც წარმოიქმნება გვერდითი პროდუქტების სახით ან სხეულში გარედან შედიან:
R–H + O 2 + 2e – + 2H + ¾® ROH + H 2 O
პირველ ეტაპზე (სურ. 6.2. ციტოქრომ P 450-ის კატალიზური ციკლი). ციტოქრომი ანიჭებს სუბსტრატის მოლეკულას, რომელიც შემდეგ (ნაბიჯი 2) ექვემდებარება რედუქციას სხვა ფერმენტის მიერ. მესამე ეტაპი არის ჟანგბადის დამატება, ისევე როგორც ზემოთ აღწერილი ჰემოგლობინისთვის. წარმოქმნილი დაბალი ტრიალის რკინის კომპლექსში, კოორდინირებული O2 მოლეკულა მცირდება პეროქსიდის იონამდე (სტადია 4), რაც ელექტრონის შიდამოლეკულური გადაცემის შედეგად იწვევს ოქსოფერილის კომპლექსს, რომელიც შეიცავს რკინას +5 დაჟანგვის მდგომარეობაში (სტადია 5. ). როდესაც იგი აღდგება, დაჟანგული სუბსტრატი გამოყოფილია და ციტოქრომი გადადის პირვანდელ მდგომარეობაში (სტადია 6).
ჰემი ასევე ქმნის კატალაზებისა და პეროქსიდაზების საფუძველს, ფერმენტებს, რომლებიც ახდენენ ჟანგვის რეაქციებს წყალბადის ზეჟანგით. კატალაზას ერთ მოლეკულას წამში შეუძლია გამოიწვიოს 44000 H 2 O 2 მოლეკულის დაშლა.
ოქსიდაციურ ფოსფორილირებაში, ციტოქრომებთან ერთად, მონაწილეობენ ფერედოქსინები - რკინა-გოგირდის ცილები, რომელთა აქტიურ ცენტრს წარმოადგენს რკინის ატომის, სულფიდური ხიდების და ცისტეინის ამინომჟავის ნარჩენების შემცველი მტევანი (ნახ. 6.3. ბაქტერიული ფერედოქსინის სტრუქტურა ( ა), ფერედოქსინის აქტიური ცენტრი (ბ)). ბაქტერიებში ნაპოვნი ფერედოქსინები, რომლებიც შეიცავს რვა რკინის და გოგირდის ატომს, მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ატმოსფერული აზოტის ფიქსაციის პროცესებში. ბაქტერიული ფერედოქსინის მოლეკულაში აღმოაჩინეს Fe 4 S 4-ის ორი იდენტური ჯგუფი, რომელსაც აქვს კუბის ფორმა და მდებარეობს ერთმანეთისგან 1,2 ნმ დაშორებით. ეს ორი მტევანი განლაგებულია ღრუში, რომელიც წარმოიქმნება ერთმანეთთან დაკავშირებული ამინომჟავების ჯაჭვებით. ნიტროგენაზას შემადგენლობაში (იხ. გვ. 169, ტომი 2) ასევე შედის ცილები, რომელთა მოლეკულური წონა დაახლოებით 220 ათასია, შეიცავს მოლიბდენის ორ ატომს და 32-მდე რკინის ატომს. (R. Murray, D. Grenner, P. Meyes, W. Rodwell, Human Biochemistry, M., Mir, 1993).
დანამატის დასასრული
6.2. ბუნებაში გავრცელება, 8-10 ჯგუფის მარტივი ნივთიერებების წარმოება და გამოყენება.
8-10 ჯგუფების ელემენტებს შორის ბუნებაში გავრცელების თვალსაზრისით, უდავო ლიდერია რკინა, უფრო ზუსტად, მისი იზოტოპი 56 Fe, რომლის ბირთვებს აქვთ პროტონებისა და ნეიტრონების ყველაზე მაღალი შემაკავშირებელი ენერგია და, შესაბამისად, უაღრესად სტაბილურია. .
მართლაც, სამყაროში რკინის ატომების რაოდენობა მნიშვნელოვნად აღემატება პერიოდული სისტემის რომელიმე მეზობელი ელემენტის ატომების რაოდენობას და ახლოსაა წყალბადთან და ჰელიუმთან. მაგალითად, მზეზე წყალბადის შემცველობა შეფასებულია 1 × 10 12 ჩვეულებრივი ერთეულით, ჰელიუმი - 6,31 × 10 10, ხოლო რკინა - 3,16 × 10 17. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ნუკლიდის 56 Fe ბირთვი მიეკუთვნება მაგიის რიცხვს, ანუ მას აქვს მთლიანად შევსებული ბირთვული ჭურვები. ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობის მატებასთან ერთად, ერთ ნუკლეონზე შემაკავშირებელი ენერგია ჯერ სწრაფად იზრდება, მაქსიმუმს აღწევს მხოლოდ რკინის ბირთვში, შემდეგ კი თანდათან მცირდება (ნახ. ელემენტი) (R.J. Theiler, Origin chemical elements, M., Mir, 1975).
დედამიწის ქერქში შემცველობის მიხედვით, რკინა მეოთხე ადგილზეა (4,1%), მეორე ადგილზეა ჟანგბადის, სილიციუმის და ალუმინის შემდეგ, ნიკელი (8 × 10 -3%) მეორე ათეულშია, კობალტი (2 × 10 -3). %) - მესამეში, ხოლო პლატინის ლითონები იშვიათია (Ru 10–7%, Pt 10–7%, Pd 6×10–8%, Rh 2×10–8%, Os 10–8%, Ir 3× 10-10%). დედამიწის ქერქში რკინა წარმოდგენილია ძირითადად ჰემატიტით Fe 2 O 3 (წითელი რკინის საბადო), მაგნიტი Fe 3 O 4 (რკინის მაგნიტური საბადო), ლიმონიტი Fe 2 O 3 ×xH 2 O (ყავისფერი რკინის მადანი), სიდერიტი FeCO 3. (რკინის სპარი, სპარ რკინის მადანი), ილმენიტი FeTiO 3 და გოგირდის შემცველი მინერალური პირიტი FeS 2 (რკინის პირიტები). ზოგადად, ცნობილია 300-ზე მეტი რკინის შემცველი მინერალი. რკინის მნიშვნელოვანი რაოდენობა არის სხვადასხვა სილიკატების და ალუმინის სილიკატების ნაწილი, რომლებიც ქმნიან ქანებს. გაფუჭებისას, რკინის ნაერთები, ძირითადად რკინის(III) ოქსიდი და ოქსიჰიდროქსიდი, შედის კვარცის ქვიშაში, თიხასა და ნიადაგში, რაც მათ ყვითელ-ყავისფერ, მიწიერ ფერს აძლევს. მეტეორიული წარმოშობის რკინა თავისუფალი სახით გვხვდება დედამიწაზე, ხშირად ნიკელის შენადნობის სახით. მშობლიური რკინა ასევე ცნობილია ფანტელების ან ბაზალტებში გადანაწილებული პატარა ფოთლების სახით. მხოლოდ ზოგჯერ ქმნის ცალკეულ ნაწილებს. ასეთი აღმოჩენები იმდენად იშვიათია, რომ ქვის და ბრინჯაოს ხანაში მისგან დამზადებული იარაღები ოქროზე მეტად ფასდებოდა. დედამიწის მანტია შეიცავს მნიშვნელოვან რაოდენობას რკინას სპინელების, სილიკატებისა და ოქსიდების სახით. ითვლება, რომ რკინა ნიკელისა და გოგირდის ნაზავით არის დედამიწის ბირთვის ძირითადი ნაწილი. მთვარის ზედაპირულ ფენაში რკინის შემცველობა 0,5%-ს აღწევს.
რკინის საბადოდან რკინის მოპოვების განვითარება იყო რკინის ხანის დასაწყისი. ნახშირით რკინის ოქსიდების შესამცირებლად საჭიროა 1400 °C-ზე მეტი ტემპერატურა, რასაც ჩვეულებრივი ცეცხლი ვერ უზრუნველყოფს. სწორედ ამიტომ, საზოგადოების განვითარების ადრეულ ეტაპზე რკინის მადნები არ იყო ლითონის წარმოების ნედლეულის სახით. ადამიანებს უნდა შეეზღუდათ მეტეორიული რკინის მხოლოდ შემთხვევითი აღმოჩენებით. I ათასწლეულის დასაწყისში ძვ.წ. მე-18 საუკუნეში დაეუფლა მადნის ამოღების ნედლეულ მეთოდს, რომელიც დაფუძნებულია სამჭედლის გამოყენებაზე - თიხით დაფარული ქვებისგან დამზადებული კონსტრუქცია. სამჭედლოს კედლებზე ხვრელები იყო დატოვებული, რომლებშიც ჰაერი შეჰყავდათ სპეციალური თიხის მილების - საქშენების მეშვეობით, ტყავის ჩანთების დახმარებით, რომელსაც ბეწვი ჰქვია. ღუმელში ნახშირი და რკინის საბადო ჩაასხეს და ზემოდან ცეცხლი აანთეს. მიღებულ ლითონს ადუღებდნენ კრიცაში - ფოროვან მასაში, საიდანაც პროდუქციას ღებულობდნენ გაყალბებით. აფეთქების ღუმელში წარმოება მოვიდა, რათა შეცვალოს ნედლი ცომის მეთოდი. ეს მოხდა ღუმელის სიმაღლის გაზრდის შედეგად, რაც ასევე მოითხოვდა ნაკადების - სპეციალური დანამატების შემოღებას, რომლებიც ქმნიან დაბალ დნობის წიდას მადნში შემავალი ნარჩენი ქანებით. მას შემდეგ, რაც აფეთქების ღუმელში, კერისგან განსხვავებით, გამდნარი ლითონი დიდხანს არის ნახშირთან კონტაქტში, ის კარბურდება, გადაიქცევა თუჯად. ეს მოითხოვს დამატებით ოპერაციას თუჯის "გადანაწილებისთვის" ფოლადად და რკინად. პირველი აფეთქების ღუმელები ნიდერლანდებში გამოჩნდა მე -14 საუკუნის ბოლოს - მე -15 საუკუნის დასაწყისში, მე -16 საუკუნეში მათ მიაღწიეს 4 - 5 მ სიმაღლეს. რუსეთში აფეთქების ღუმელების წარმოება წარმოიშვა მე -17 საუკუნეში, ხოლო მომდევნო საუკუნეში იგი განვითარდა ურალებში.
დამატება. რკინა-ნახშირბადის სისტემის მდგომარეობის დიაგრამა.
Fe-C სისტემის მდგომარეობის დიაგრამა რეგიონში 6,5 ვტ-მდე. % C, ნაჩვენები ნახ. 6.5 ა, მნიშვნელოვანია მეტალურგიაში სხვადასხვა კლასის ფოლადებისა და თუჯის მიზნობრივი წარმოებისთვის. სუფთა რკინა კრისტალიზდება სამ მოდიფიკაციაში, α, γ და δ, რომელთაგან თითოეული ხსნის ნახშირბადის გარკვეულ რაოდენობას და სტაბილურია გარკვეული ტემპერატურის დიაპაზონში. ნახშირბადის მყარ ხსნარებს ამ მოდიფიკაციებში, α-Fe, γ-Fe და δ-Fe-C, ეწოდებათ შესაბამისად α-ფერიტი, γ-აუსტენიტი და δ-ფერიტი. α-Fe-ს და δ-Fe-ს აქვთ კუბური სხეულზე ორიენტირებული და γ-Fe-ს აქვს კუბური სახე-ცენტრირებული გისოსი. ნახშირბადის ხსნადობა ყველაზე დიდია აუსტენიტში (γ-Fe).
დნება, რომელიც შეიცავს 1,75 ვტ-მდე. % C, 1150°C-მდე სწრაფი გაგრილების შემდეგ, ისინი წარმოადგენენ ერთგვაროვან მყარ ხსნარს - აუსტენიტს. ფოლადი მზადდება ამ შენადნობებისგან. დნობებში, რომლებიც შეიცავს 1,75% C-ზე მეტს 1150°C-მდე გაცივების შემდეგ, მყარი აუსტენიტის გარდა, ასევე არსებობს A წერტილის შემადგენლობის თხევადი ევტექტიკა (ნახ. 6.5.a) 1150°C-ზე დაბლა გაციებისას ის კრისტალიზდება და ავსებს სივრცეს ავსტენიტის კრისტალებს შორის. შედეგად მიღებული მყარი სისტემები არის თუჯის. პირობებიდან გამომდინარე, ევტექტიკა შეიძლება კრისტალიზდეს ორი გზით. სწრაფი გაგრილებისას, გამაგრებული ექტიკა შედგება ავსტენიტის კრისტალებისაგან და არასტაბილური Fe 3 C კრისტალებისაგან, რომელსაც ცემენტიტი ეწოდება. ნელი გაგრილებით წარმოიქმნება ოსტენიტის კრისტალებისა და სტაბილური გრაფიტის ნარევი. თუჯის შემცველ ცემენტიტს უწოდებენ თეთრს, ხოლო გრაფიტს - ნაცრისფერს. გამაგრებულ ევტექტიკას აუსტენიტისა და ცემენტიტისგან ეწოდება ლედებურიტი და მხოლოდ ლედებურიტი გამოიყოფა 4,3% C-ის შემცველი დნობიდან.
როდესაც აუსტენიტი გაცივდება 1150 o C-ზე ქვემოთ, ის ხელახლა კრისტალიზდება. 0,9 ვტ-ზე ნაკლები შემცველი მყარი ხსნარებიდან. % C, α-Fe ფერიტი გამოიყოფა ჯერ (იხ. ჩანართი სურ. 6.5.a) და ხსნარებიდან, რომლებიც შეიცავს 0.9 wt-ზე მეტს. % C, ცემენტიტი ძირითადად გამოიყოფა, რომელსაც მეორადი ცემენტიტი ეწოდება. ორივე შემთხვევაში, დარჩენილი მყარი ხსნარის შემადგენლობა უახლოვდება ევტექტოიდურ B წერტილს. ამ დროს ფერიტი და ცემენტიტის კრისტალები ერთდროულად ილექება თხელ ფენოვან ნარევში, რომელსაც ეწოდება პერლიტი. დნობა, რომელიც შეიცავს 0,9% C-ს, გაციებისას, შეიძლება წარმოქმნას სუფთა პერლიტი, რომელიც არ შეიცავს ფერიტის ან Fe 3 C-ის დიდ კრისტალებს, რომლებიც ადრე დალექილა.
საწყისი დნობის შემადგენლობის, გაგრილების სიჩქარისა და გაცხელების დროის რეგულირებით დიაგრამიდან შერჩეულ ტემპერატურაზე, შესაძლებელია კრისტალებში სხვადასხვა მიკროსტრუქტურის, შემადგენლობის, ორიენტაციისა და სტრესის მქონე შენადნობების მიღება. თუ შემდეგ მიღებული სისტემა ძალიან სწრაფად გაცივდა (ჩაქრება), მაშინ ყველა შემდგომი ტრანსფორმაცია ძლიერად შეფერხებულია და შექმნილი სტრუქტურა შენარჩუნებულია, თუმცა ის თერმოდინამიკურად არასტაბილურია. ეს არის გზა სხვადასხვა კლასის ფოლადის მისაღებად.
ბრინჯი. 6.5. რკინა-ნახშირბადის სისტემის ფაზის დიაგრამა
დანამატის დასასრული.
ამჟამად, რკინის საბადო მცირდება კოქსით აფეთქების ღუმელებში, ხოლო გამდნარი რკინა ნაწილობრივ რეაგირებს ნახშირბადთან, წარმოქმნის რკინის კარბიდს Fe 3 C (ცემენტიტი) და ნაწილობრივ ხსნის მას. როცა დნება გამაგრდება, თუჯის. თუჯის, რომელიც გამოიყენება ფოლადის დასამზადებლად, ღორის რკინას უწოდებენ. Ფოლადითუჯისგან განსხვავებით, ნაკლებ ნახშირბადს შეიცავს. თუჯის ჭარბი ნახშირბადი უნდა დაიწვას. ეს მიიღწევა გამდნარ რკინაზე ჟანგბადით გამდიდრებული ჰაერის გადაყვანით. ასევე არსებობს რკინის წარმოების პირდაპირი მეთოდი, რომელიც ეფუძნება მაგნიტური რკინის მადნის მარცვლების შემცირებას ბუნებრივი აირით ან წყალბადით:
Fe 3 O 4 + CH 4 \u003d 3Fe + CO 2 + 2H 2 O.
ძალიან სუფთა რკინა ფხვნილის სახით მიიღება Fe(CO) 5 კარბონილის დაშლით.
დამატება. რკინის შენადნობები.
რკინის დაფუძნებული შენადნობები იყოფა თუჯად და ფოლადებად.
თუჯის- რკინის შენადნობი ნახშირბადთან (შეიცავს 2-დან 6% C-მდე), რომელიც შეიცავს ნახშირბადს მყარი ხსნარის სახით, ასევე გრაფიტისა და ცემენტიტის Fe 3 C კრისტალებს. არსებობს თუჯის რამდენიმე სახეობა, რომლებიც განსხვავდება თვისებებით. და მოტეხილობის ფერი. თეთრი თუჯი შეიცავს ნახშირბადს ცემენტიტის სახით. ის ძალიან მყიფეა და არ პოულობს პირდაპირ გამოყენებას. მთელი თეთრი თუჯი გარდაიქმნება ფოლადად (ღორის რკინა). ნაცრისფერი თუჯი შეიცავს გრაფიტის ჩანართებს - ისინი აშკარად ჩანს მოტეხილობისას. ის ნაკლებად მტვრევადია ვიდრე თეთრი და გამოიყენება მფრინავების და წყლის გამაცხელებელი რადიატორების დასამზადებლად. დნობისას მცირე რაოდენობით მაგნიუმის დამატება იწვევს გრაფიტის დალექვას არა ფირფიტების, არამედ სფერული ჩანართების სახით. ამ მოდიფიცირებულ თუჯს აქვს მაღალი სიმტკიცე და გამოიყენება ძრავის ამწეების დასამზადებლად. სარკისებური თუჯი, რომელიც შეიცავს 10–20% მანგანუმს და დაახლოებით 4% ნახშირბადს, გამოიყენება როგორც დეოქსიდიზატორი ფოლადის წარმოებაში.
სურ.6.6. რუხი თუჯის (ა) და მძიმე თუჯის (ბ) მიკროსკოპის ქვეშ.
რკინის საბადო და კოქსი არის ნედლეული რკინის წარმოებისთვის. ღორის რკინას დნობენ აფეთქებულ ღუმელებში - დიდ ღუმელებში, 80 მ-მდე სიმაღლის, შიგნიდან ცეცხლგამძლე აგურით მოპირკეთებული და ზემოდან ფოლადის გარსაცმით დაფარული. აფეთქების ღუმელის ზედა ნაწილს ლილვი ეწოდება, ქვედა ნაწილს - მთა, ხოლო ზედა ხვრელს, რომელიც ემსახურება მუხტის დატვირთვას - ზედა. ქვემოდან ღუმელში ჟანგბადით გამდიდრებული ცხელი ჰაერი იკვებება. კერის ზედა ნაწილში ნახშირი იწვება ნახშირორჟანგის წარმოქმნით. ამ შემთხვევაში გამოთავისუფლებული სითბო საკმარისია პროცესის გასაგრძელებლად. ნახშირორჟანგი, რომელიც გადის კოქსის ფენებში, იშლება ნახშირბადის მონოქსიდში (II) CO, რომელიც, რკინის მადნთან ურთიერთქმედებით, აქცევს მას მეტალად. საბადოში შემავალი მინარევების მოსაშორებლად, მაგალითად, კვარცის ქვიშა SiO 2, ღუმელში ემატება ნაკადები - კირქვა ან დოლომიტი, რომლებიც იშლება ოქსიდებად CaO, MgO, აკავშირებს წიდას დაბალი დნობის ნაკადებად (CaSiO 3, MgSiO 3). რკინის გარდა, კოქსი ასევე ამცირებს მადნის მინარევებს, მაგალითად, ფოსფორს, გოგირდს, მანგანუმს და ნაწილობრივ სილიციუმს:
Ca 3 (PO 4) 2 + 5C = 3CaO + 5CO + 2P,
CaSO 4 + 4C \u003d CaS + 4CO,
MnO + C = Mn + CO
SiO2 + 2C = Si + 2CO.
გამდნარ ლითონში გოგირდი იმყოფება FeS სულფიდის სახით, ფოსფორი არის Fe 3 P ფოსფიდის სახით, სილიციუმი არის SiC სილიციდის სახით, ხოლო ჭარბი ნახშირბადი არის Fe 3 C კარბიდის (ცემენტიტის) სახით. . აფეთქების ღუმელიდან გამოსულ გაზებს აფეთქების ღუმელი ან აფეთქების გაზები ეწოდება. მოცულობით დაახლოებით ერთი მესამედი შედგება ნახშირბადის მონოქსიდისგან, ამიტომ ისინი გამოიყენება როგორც საწვავი აფეთქების ღუმელში შემავალი ჰაერის გასათბობად.
ბრინჯი. 6.7 აფეთქების ღუმელის სქემა
Ფოლადი- რკინის შენადნობი ნახშირბადთან (შეიცავს 0,5-დან 2% C-მდე), რომელიც შეიცავს ნახშირბადს მხოლოდ მყარი ხსნარის სახით. ფოლადი უფრო რთულია ვიდრე რკინა, უფრო ძნელად მოსახვევი, უფრო ელასტიური, უფრო ადვილად მსხვრევა, თუმცა არც ისე მყიფე, როგორც თუჯის. რაც უფრო მეტ ნახშირბადს შეიცავს, მით უფრო რთულია. ჩვეულებრივი ფოლადის კლასებში ნებადართულია არაუმეტეს 0,05% გოგირდი და 0,08% ფოსფორი. გოგირდის მცირე შერევაც კი ფოლადს მტვრევად ხდის გაცხელებისას; მეტალურგიაში ფოლადის ამ თვისებას წითელ მტვრევადობას უწოდებენ. ფოსფორის შემცველობა ფოლადში იწვევს ცივ მტვრევადობას - მტვრევადობას დაბალ ტემპერატურაზე.გამაგრებული ფოლადი წარმოიქმნება წითელ სიცხემდე გაცხელებული ფოლადის მკვეთრი გაგრილებით. ასეთ ფოლადს აქვს მაღალი სიმტკიცე, მაგრამ მყიფეა. საჭრელი ხელსაწყოები დამზადებულია გამაგრებული ფოლადისგან. ნელი გაგრილებით მიიღება გამაგრებული ფოლადი - რბილი და დრეკადი. დნობაში შენადნობის დანამატების შეყვანით ( დოპინგი) - ქრომი, მანგანუმი, ვანადიუმი და ა.შ., იღებს ფოლადის სპეციალურ კლასებს. 13%-ზე მეტი ქრომის შემცველი ფოლადი კარგავს ჰაერში კოროზიის უნარს და ხდება უჟანგავი. იგი გამოიყენება ქიმიურ მრეწველობაში, ყოველდღიურ ცხოვრებაში, მშენებლობაში. ჯავშნის ჩამოსხმისთვის გამოიყენება ვანადიუმის შემცველი განსაკუთრებით ძლიერი ფოლადები.
ფოლადის წარმოების ნედლეული არის თუჯი, ხოლო დნობის დროს მიმდინარე პროცესების არსი არის ჭარბი ნახშირბადის მოცილება შენადნობიდან. ამისათვის ჟანგბადი გადადის გამდნარ რკინაში, რომელიც ჟანგავს რკინაში შემავალ ნახშირბადს გრაფიტის ან ცემენტიტის სახით ნახშირბადის მონოქსიდში CO. თუმცა, ამ შემთხვევაში, რკინის ნაწილი ასევე იჟანგება ჟანგბადით ოქსიდში:
2Fe + O 2 \u003d 2FeO.
FeO-ს რკინამდე საპირისპირო შეყვანისთვის, დეოქსიდიზატორები შეჰყავთ დნობაში, როგორც წესი, ეს არის აქტიური ლითონები - მანგანუმი, ბარიუმი, კალციუმი, ლანთანი. ისინი ამცირებენ დაჟანგულ რკინას მეტალად:
Mn + FeO = MnO + Fe,
და შემდეგ გამოეყო დნობისგან, მიცურავს მის ზედაპირზე დნობადი წიდის სახით, ურთიერთქმედებით ან ღუმელის გარსით ან სპეციალურად დამატებულთან. ნაკადები:
MnO + SiO 2 \u003d MnSiO 3.
ფოლადი დნება სპეციალურ ღუმელებში. ღუმელების ტიპებიდან გამომდინარე, არსებობს ფოლადის დამზადების რამდენიმე მეთოდი. ღია კერის ღუმელში დნობის ადგილი არის აბანო, რომელიც დაფარულია ცეცხლგამძლე აგურის სარდაფით (სურათი 6.8. ფოლადის დამზადება: (ა) ღია კერის ღუმელი, ჟანგბადის გადამყვანი). საწვავი შეჰყავთ ღუმელის ზედა ნაწილში - ეს არის ბუნებრივი აირი ან მაზუთი. მისი წვის დროს გამოთავისუფლებული სითბო ათბობს ნარევს და იწვევს მის დნობას. 6 - 8 საათის განმავლობაში, რომლის დროსაც გამდნარი თუჯი იმყოფება ღია ღუმელში, ნახშირბადი თანდათან იწვის მასში. ამის შემდეგ ასხამენ გამდნარ ფოლადს და ცოტა ხანში ისევ იტვირთება თუჯი. ღია კერის პროცესი პერიოდულია. მისი მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ მიღებული ფოლადი შეიძლება ჩაისხას დიდ ფორმებში. შესრულების თვალსაზრისით, ღია კერის პროცესი ჩამოუვარდება ჟანგბადის კონვერტორის პროცესს, რომელიც ტარდება არა დიდ ღუმელებში, არამედ პატარა გადამყვანებში - მსხლის ფორმის აპარატი, რომელიც შედუღებულია ფოლადისგან და შიგნიდან ცეცხლგამძლე აგურით არის მოპირკეთებული. ზემოდან ჟანგბადით გამდიდრებული ჰაერი იფეთქება ჰორიზონტალურ ღერძზე დამონტაჟებული გადამყვანის მეშვეობით. მანგანუმისა და რკინის წარმოქმნილი ოქსიდები რეაგირებს კონვერტორის სილიკატურ გარსთან, წარმოქმნის შლაკებს. პროცესი დაახლოებით 40 წუთს გრძელდება, რის შემდეგაც გადამყვანი გადადის დახრილ მდგომარეობაში და თანმიმდევრულად იღვრება გამდნარი ფოლადი და წიდა (სურ. 6.8. ბ). ქვიშა-ცაცხვის აგურით მოპირკეთებული კონვერტორები, რომლებსაც ინგლისელი გამომგონებლის ჰენრი ბესემერის სახელით ბესემერის გადამყვანები ეძახიან, არ არის შესაფერისი რკინის ფოსფიდების შემცველი უთოებისგან ფოლადის დასამზადებლად. ფოსფორით მდიდარი თუჯის გადანაწილებისთვის გამოიყენება თომას გადამყვანები, რომლებიც შიგნიდან შემოსილია კირქვით ან დოლომიტით. ფოლადის დნობა ტარდება კირის თანდასწრებით, რომელიც აკავშირებს თუჯში შემავალ ფოსფორს ფოსფატებად, რომლებიც წარმოქმნიან წიდას (თომას წიდა), რომელიც გამოიყენება სასუქად. შენადნობი ფოლადები დნება ელექტრო ღუმელებში 3000 °C-ზე ზემოთ ტემპერატურაზე. ეს შესაძლებელს ხდის სპეციალური თვისებების მქონე ფოლადების მიღებას, მათ შორის ზემტკიცე და ცეცხლგამძლე.
დანამატის დასასრული
კობალტი ბუნებაში ძირითადად გვხვდება დარიშხანის, სმალტიტის CoAs 2 (კობალტის სანელებელი) და კობალტიტის CoAsS (კობალტის ბრწყინვალება) ნაერთების სახით, თუმცა, ეს მინერალები ძალიან იშვიათია და არ ქმნიან დამოუკიდებელ საბადოებს. იგი ასევე შედის კომპლექსური სპილენძ-კობალტ-ნიკელის და სპილენძ-კობალტის სულფიდური მადნების შემადგენლობაში, მცირე რაოდენობით გვხვდება თიხებსა და ფიქალებში, რომლებიც წარმოიქმნება ჟანგბადის დეფიციტის პირობებში.
ნიკელს, ისევე როგორც კობალტს, აქვს მაღალი მიდრეკილება მეხუთე პერიოდის შემდგომ გარდამავალ ელემენტებთან - დარიშხანისა და გოგირდის მიმართ და იონური რადიუსების სიახლოვის გამო, ხშირად იზომორფულია კობალტის, რკინისა და სპილენძის ნაერთების მიმართ. ამის გამო, ლითოსფეროში ნიკელის დიდი რაოდენობა შეკრულია პოლისულფიდურ სპილენძ-ნიკელის საბადოებში. სულფიდურ მინერალებს შორის მილერიტი NiS (ყვითელი ნიკელის პირიტი), პენტლანდიტი (Fe, Ni) 9 S 8 და ქლოანტიტი NiAs 2 (თეთრი ნიკელის პირიტი) უდიდესი მნიშვნელობა აქვს. ნიკელის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ნედლეული არის სერპენტინის ქანები, რომლებიც წარმოადგენენ ძირითად სილიკატებს, მაგალითად, გარნიერიტი (Ni, Mg) 6 × 4H 2 O. მცირე რაოდენობით ნიკელის ნაერთები გვხვდება ნამარხ ნახშირში, ფიქალსა და ზეთში.
კობალტისა და ნიკელის წარმოების ძირითადი ნედლეული არის პოლისულფიდური მადნები (სქოლიო: სილიკატები და ნიკელის სხვა ჟანგბადის შემცველი საბადოები პირველად გარდაიქმნება სულფიდებად დეჰიდრატებულ თაბაშირთან და ნახშირთან შერწყმის გზით 1500 ° C ტემპერატურაზე: CaSO 4 + 4C = CaS + 4CO ; 3NiO + 3CaS = Ni 3 S 2 + 3CaO + S). აგლომერირებული მადანი ურევენ გოგირდმჟავას და დნება ლილვის ღუმელში მქრქალად, რომელიც შედგება რკინის, კობალტის, ნიკელის და სპილენძის სულფიდებისგან. ეს საშუალებას გაძლევთ გამოყოთ იგი სილიკატებისაგან, რომლებიც ქმნიან წიდას. როდესაც გამდნარი მქრქალი გაცივდება, სულფიდები გამოიყოფა კრისტალური სახით. მათ აჭედებენ და შემდეგ აცხელებენ 1300 °C-მდე ჰაერის ნაკადში. სულფიდების დაჟანგვის უნარი მცირდება სერიებში FeS > CoS > Ni 3 S 2, შესაბამისად, რკინის სულფიდი პირველ რიგში რეაგირებს ჟანგბადთან, რომელიც სილიციუმის დიოქსიდის დამატებით გარდაიქმნება წიდაში. შემდგომი დაჟანგვა იწვევს კობალტისა და ნიკელის ოქსიდების წარმოქმნას
2Ni 2 S 3 + 7O 2 \u003d 6NiO + 4SO 2.
ისინი ხსნარში შეჰყავთ გოგირდის მჟავით დამუშავებით ან ანოდური დაჟანგვის გზით. სპილენძის მინარევები ამოღებულია ნიკელის ფხვნილის შეყვანით, რაც მას უბრალო ნივთიერებამდე აქცევს. კობალტს და ნიკელს მსგავსი ქიმიური თვისებები აქვთ. მათი გამოსაყოფად, ხსნარი ტუტედება და მუშავდება ნატრიუმის ქლორატით, რომელიც ჟანგავს მხოლოდ კობალტის იონებს:
2CoSO 4 + Cl 2 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Co (OH) 3 ¯ + 2NaCl + 3CO 2 + 2Na 2 SO 4.
ოდნავ მჟავე გარემოში კობალტი ნალექში რჩება ჰიდროქსიდის სახით, ნიკელი კი მარილის სახით გადადის ხსნარში, რომელიც გარდაიქმნება ჰიდროქსიდში. ჰიდროქსიდების კალცინით მიღებული ოქსიდები მცირდება ნახშირით:
Co 3 O 4 + 4C \u003d 3CO + 4CO,
NiO + C = Ni + CO.
შემცირების დროს ასევე წარმოიქმნება კარბიდები Co 3 C, Ni 3 C, მათი მოსაშორებლად, ოქსიდი ჭარბად იღება:
Ni 3 C + NiO = 4Ni + CO.
ელექტროლიტური გადამუშავება გამოიყენება სუფთა ლითონების მისაღებად. ის ასევე შესაძლებელს ხდის მქრქალი პლატინის ლითონების იზოლირებას.
წარმოებული კობალტისა და ნიკელის ნახევარზე მეტი იხარჯება შენადნობების წარმოებაზე. კობალტზე დაფუძნებულ მაგნიტურ შენადნობებს (Fe-Co-Mo, Fe-Ni-Co-Al, Sm-Co) შეუძლიათ შეინარჩუნონ მაგნიტური თვისებები მაღალ ტემპერატურაზე. ლითონ-კერამიკული შენადნობები, რომლებიც არის ტიტანის, ვოლფრამის, მოლიბდენის, ვანადიუმის და ტანტალის კარბიდები, რომლებიც ცემენტირებულია კობალტით, გამოიყენება საჭრელი ხელსაწყოების დასამზადებლად. ნიკელისა და ქრომის მაღალი შემცველობის ფოლადი ჰაერში არ კოროზირდება, ისინი გამოიყენება ქირურგიული ინსტრუმენტებისა და აღჭურვილობის დასამზადებლად ქიმიური მრეწველობისთვის. სითბოს მდგრადი ქრომო-ნიკელის შენადნობის ნიქრომი, რომელიც შეიცავს 20 - 30% ქრომს, აქვს მაღალი ელექტრული წინააღმდეგობა, გამოიყენება ელექტრო გამაცხელებელი კოჭების დასამზადებლად. სპილენძ-ნიკელის შენადნობები კონსტანტანი (40% Ni, 60% Cu) და ნიკელინი (30% Ni, 56% Cu, 14% Zn), მონელის (68% Ni, 28% Cu, 2.5% Fe, 1.5% Mn) პიტნისგან. მონეტა.
მნიშვნელოვანია სუპერშენადნობები- რკინაზე, კობალტზე ან ნიკელზე დაფუძნებული მასალები, სპეციალურად შექმნილი მაღალი ტემპერატურის მომსახურებისთვის. მათ აქვთ მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა, ინარჩუნებენ ძალას ტემპერატურის დიაპაზონში, რომელზედაც მუშაობს გაზის ტურბინები, ხასიათდება ელასტიურობის მაღალი მოდულით და თერმული გაფართოების დაბალი კოეფიციენტით. ამ მასალების ჟანგვის წინააღმდეგობის და სიმტკიცის კომბინაცია შეუდარებელია. ბევრ სუპერშენადნობს აქვს სახეზე ორიენტირებული კუბური გისოსი, რომელიც, როგორც ყველაზე მკვრივი კრისტალური სტრუქტურებიდან, უზრუნველყოფს მასალის განსაკუთრებულ თერმომექანიკურ თვისებებს. შენადნობი შედგება ფუძისგან (Fe, Co, Ni), შეიცავს ლითონის დანამატებს, რომლებიც ზრდის ზედაპირის წინააღმდეგობას (Cr) და ელემენტებს (Al), რომლებიც ქმნიან კუბურ γ' ფაზას (γ'-Ni 3 Al), რომელსაც აქვს მაღალი ძალა და ჟანგვის წინააღმდეგობა. ნახშირბადის მცირე რაოდენობით (0,05 - 0,2%) შეყვანა სუპერშენადნობებში იწვევს კარბიდების წარმოქმნას, მაგალითად, TiC, რომლებიც შენადნობის მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობის დროს თანდათან გადაიქცევა M 23 C 6 შემადგენლობის კარბიდებად. და M 6 C, რომლებიც ადვილად იმოქმედებს სითბოს მკურნალობაზე. შედეგად მიღებული ნახშირბადი გადადის მყარი ხსნარის სახით. ამრიგად, სუპერშენადნობის სტრუქტურა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მყარი ხსნარი მეტათაშორის ნაერთებისა და კარბიდების წვრილად კრისტალური ჩანართებით, რაც უზრუნველყოფს მის სიმტკიცეს და სიმტკიცეს. დამატებითი დოპინგი ხელს უწყობს დიფუზიური პროცესების შენელებას, ზრდის სტრუქტურის სტაბილურობას მაღალ ტემპერატურაზე. ერთ-ერთი პირველი სუპერშენადნობი შეიქმნა 1935 წელს, Rex-78, რომელიც შედგებოდა 60% რკინისგან, 18% Ni, 14% Cr და ასევე შეიცავს მცირე რაოდენობით მოლიბდენს, ტიტანს, სპილენძს, ბორს, ნახშირბადს. გამოიყენება ტურბინის პირებისა და საქშენების დასამზადებლად (Superalloys II. Heat-resistant Materials for aerospace and industrial ელექტროსადგურები, M., Metalurgy, 1995)
წვრილად გაფანტულ კობალტს და ნიკელს აქვს მაღალი კატალიზური აქტივობა. საყრდენზე დეპონირებული წვრილი კობალტის ფხვნილი ემსახურება როგორც ფიშერ-ტროპშის ჰიდროკარბონილირების აქტიურ კატალიზატორს. ნიკელი ხშირად ანაცვლებს პლატინას ჰიდროგენიზაციის პროცესებში, როგორიცაა მცენარეული ცხიმები. ლაბორატორიაში კატალიზურად აქტიური წვრილი ნიკელის ფხვნილი (ჩონჩხის ნიკელი, რენის ნიკელი) მიიღება ნიკელ-ალუმინის შენადნობის ტუტეთი დამუშავებით ინერტულ ან შემცირებულ ატმოსფეროში. ნიკელი მიდის ტუტე ბატარეების წარმოებაში.
კობალტის ბევრი ნაერთი არის ნათელი ფერის და უძველესი დროიდან გამოიყენებოდა, როგორც პიგმენტები საღებავების მოსამზადებლად: კობალტის ალუმინატი CoAl 2 O 4 ("ლურჯი კობალტი", "გჟელ ლურჯი") აქვს ლურჯი ფერი, სტანატი Co 2 SnO 4 (" ceruleum", "ცა-ლურჯი") - ლურჯი მოლურჯო ელფერით, ფოსფატები Co 3 (PO 4) 2 ("კობალტის მეწამული მუქი") და CoNH 4 PO 4 × H 2 O ("კობალტის მეწამული შუქი") - მოწითალო- იისფერი, კობალტის შერეული ოქსიდი (II) და თუთია CoO × xZnO („მწვანე კობალტი“) - ღია მწვანე, კობალტის სილიკატები („შმალტი“, „კობალტის მინა“) - მუქი ლურჯი (E.F. Belenky, I.V. Riskin, Chemistry and Technology of პიგმენტები, ლ., ქიმია, 1974). კობალტის ოქსიდის მინის დამატება მას ლურჯ ფერს აძლევს.
რკინის პიგმენტები ჩვეულებრივ ყვითელ-ყავისფერი ან წითელ-ყავისფერია სხვადასხვა ფერებში. ბუნებრივ პიგმენტებს შორის ყველაზე ცნობილია ოხერი - კრისტალური ოქსოჰიდროქსიდი FeOOH და თიხის შემცველი სიენა. როდესაც კალცინდება, ისინი დეჰიდრატირებულია, იძენს წითელ ფერს. ყავისფერი ქოლგა წარმოიქმნება მანგანუმის შემცველი რკინის მადნების ამინდში. შავი პიგმენტი არის მაგნეტიტი.
პლატინის ლითონები ბუნებაში გვხვდება ძირითადად მათი მშობლიური ფორმით - მარტივი ნივთიერებების, შენადნობების სახით ერთმანეთთან და სხვა კეთილშობილ ლითონებთან. ძალიან მცირე რაოდენობით, ისინი ზოგიერთი პოლისულფიდური მადნის ნაწილია; მათი სულფიდური მინერალების აღმოჩენები, მაგალითად, RuS 2 ლაურიტი, PtS cooperite, ძალზე იშვიათია. პლატინის ლითონების საშუალო საერთო შემცველობა ურალის სულფიდურ რადებში არის 2-5 გრამი ტონაზე. ბუნებაში, პლატინის მარცვლები ხშირად გვხვდება იმავე ადგილებში, როგორც ოქრო, ამიტომ, ცალკეული ჩანართების სახით, ისინი ზოგჯერ შესამჩნევია უძველესი ოქროს ნივთების ზედაპირზე, ძირითადად ეგვიპტური წარმოშობისა. მშობლიური პლატინის დიდი მარაგი კონცენტრირებულია სამხრეთ ამერიკის ანდებში. მათ შემადგენელ ქანებში პლატინის მარცვლები ოქროს ნაწილაკებთან ერთად ხშირად აღმოჩნდება პიროქსენებში და სხვა ძირითად სილიკატებში, საიდანაც ეროზიის შედეგად ისინი გადადიან მდინარის ქვიშაში. მათგან გამორეცხილი ოქრო შეიცავს პლატინის პატარა კრისტალებს, რომელთა გამოყოფა უკიდურესად რთულია. შუა საუკუნეებში ისინი ამას არ ცდილობდნენ: მძიმე მარცვლების შერევამ მხოლოდ ძვირფასი ლითონის მასა გაზარდა. ზოგჯერ არის პლატინის დიდი ნაგლეჯებიც, ცხრა კილოგრამამდე. ისინი აუცილებლად შეიცავენ რკინის, სპილენძის, პლატინის იოდიდების და ზოგჯერ ოქროსა და ვერცხლის მინარევებს. მაგალითად, კოლუმბიაში ჩოკოს საბადოდან მოპოვებულ ლითონს, რომელიც შემუშავებული იქნა უძველესი ინკების მიერ, აქვს Pt 86,2%, Pd 0,4%, Rh 2,2%, Ir 1,2%, Os 1,2%, Cu 0, 40%. , Fe 8.0%, Si 0.5%. მშობლიური ირიდიუმი შეიცავს 80 - 95% Ir, 2,7% Ru-მდე, 6,1% Pt-მდე; ოსმიუმი - 82 - 98,9% Os, 0,9 - 19,8% Ir, 10% Ru, 0,1 - 3,0% Pt, 1,3% Rh, 1% Fe.
რუსეთში პირველი პლატინის პლატინა აღმოაჩინეს 1824 წელს ჩრდილოეთ ურალში და მალევე დაიწყო მოპოვება ნიჟნი თაგილის რეგიონში. ამ დროიდან 1934 წლამდე რუსეთი ლიდერი იყო პლატინის მსოფლიო მიმწოდებლების ბაზარზე, რომელიც ჯერ კანადას დაუთმო, ხოლო 1954 წლიდან სამხრეთ აფრიკას, რომელსაც აქვს ლითონის უდიდესი საბადოები.
დამატება. დახვეწა.
გადამუშავება გულისხმობს მაღალი სისუფთავის ძვირფასი ლითონების წარმოებას. პლატინის ლითონების დახვეწა ეფუძნება ამ ელემენტების ქიმიური ნაერთების განცალკევებას, მათი ზოგიერთი თვისების განსხვავების გამო - ხსნადობა, არასტაბილურობა, რეაქტიულობა. ნედლეული არის სპილენძისა და ნიკელის წარმოებიდან დარჩენილი გამდიდრებული ტალახი, რომელიც მიიღება ძვირფასი ლითონების შემცველი ტექნიკური პროდუქტების ჯართის დაშლით, მათ შორის დახარჯული კატალიზატორების ჩათვლით. შლამი შეიცავს პლატინის ლითონებს, ასევე ოქროს, ვერცხლს, სპილენძს და რკინას. სილიციუმის დიოქსიდისა და ძირეული ლითონების მოსაშორებლად, ტექნოლოგიური სქემების უმეტესობა მიმართავს ლამის დნობას ტყვიის ლიტარგით და ნახშირით. ამ შემთხვევაში, ტალახში შემავალი ძირეული ლითონები ტყვიის ლიტარგიით იჟანგება ოქსიდებად და შედეგად მიღებული ტყვიის კონცენტრირება ხდება ვერცხლის, ოქროსა და პლატინის ჯგუფის ლითონებში. შედეგად მიღებული ტყვიის მარცვალი, რომელსაც ასევე უწოდებენ ვერკბლეს, ექვემდებარება კუპელაციას - ჟანგვითი დნობა წვეთზე - ფოროვანი ჭურჭელი, რომელიც დამზადებულია ძვლის ფერფლისგან, მაგნეზიტისა და პორტლანდცემენტისგან. ამ შემთხვევაში ტყვიის უმეტესი ნაწილი იჟანგება და შეიწოვება წვეთოვანი მასალის მიერ. კუპელაციის შემდეგ შენადნობი მუშავდება გოგირდის მჟავით ვერცხლის მოსაშორებლად. ახლა ის შეიცავს ძვირფას ლითონებს. ყველაზე მნიშვნელოვანი გადამუშავების ოპერაციაა აკვა რეგიასთან ურთიერთქმედება (ნახ. 6.9. კეთილშობილი ლითონების გამარტივებული დამუშავება), რომელშიც იხსნება ოქროს, პალადიუმის და პლატინის უმეტესი ნაწილი, ხოლო რუთენიუმი, ოსმიუმი, როდიუმი და ირიდიუმი ძირითადად რჩება ნალექში. ოქროს პლატინისა და პალადიუმისგან გამოსაყოფად ხსნარზე გამოიყენება რკინის ვიტრიოლი, რაც იწვევს ოქროს თავისუფალი სახით გამოყოფას. ქლორიდების და ქლორიდის კომპლექსების სახით ხსნარში არსებული პალადიუმი და პლატინი გამოყოფილია მარილების სხვადასხვა ხსნადობის მიხედვით. აკვა რეგიაში ლამის მრავალი საათის დუღილი იწვევს სხვა პლატინის ლითონების ნაწილობრივ გადაქცევას ხსნარში, ამიტომ ამ სქემის მიხედვით მიღებული პლატინი შეიცავს როდიუმის და ირიდიუმის მინარევებს. ნარჩენებიდან, აკვა რეგიაში უხსნადი, როდიუმი იზოლირებულია ნატრიუმის ჰიდროსულფატთან შერწყმით. დნობის გამორეცხვისას იგი გადადის ხსნარში რთული სულფატების სახით. რუთენიუმი, ოსმიუმი და ირიდიუმი, რომლებიც მდგრადია მჟავას შეტევის მიმართ, ექვემდებარება ოქსიდაციურ შერწყმას ტუტესთან. დნობის გამორეცხვით მიღებული ხსნარი შეიცავს რუთენატებსა და ოსმატებს, ხოლო ირიდიუმის უმეტესი ნაწილი ნალექს დიოქსიდის სახით. რუთენიუმის ოსმიუმისგან განცალკევება ემყარება მათი უმაღლესი ოქსიდების სუბლიმაციას მარილმჟავას ხსნარში დაჭერით. ამ შემთხვევაში რუთენიუმის ოქსიდი მცირდება და გადადის ხსნარში, ხოლო ოსმიუმის ანჰიდრიდი გადადის გაზის ფაზაში და ნაწილობრივ გადის ატმოსფეროში. ეს გასაკვირი არ არის, რადგან ოსმიუმი ყველაზე ნაკლებად მოთხოვნადია პლატინის ლითონებს შორის. ზუსტი გადამუშავების სქემა შეირჩევა კონკრეტული ნედლეულისთვის, მასში სხვადასხვა ლითონების პროცენტული მაჩვენებლის მიხედვით.
დანამატის დასასრული.
მაღალი დნობის წერტილის გამო, პლატინი, ოქროსა და ვერცხლისგან განსხვავებით, არ დნება ღუმელში, არ შეიძლება გაყალბება არც ცივი და არც ცხელი. ამიტომ, ლითონს დიდი ხნის განმავლობაში არ ჰპოვა პრაქტიკული გამოყენება, მასზე მოთხოვნა მხოლოდ ფალსიფიკატორებს შორის იყო, რომლებიც მას ოქროში ურევდნენ, რათა გაეზარდათ. საქმე იქამდე მივიდა, რომ ესპანეთის მეფემ 1755 წელს გამოსცა ბრძანებულება, რომლის მიხედვითაც ჩოკოში კოლუმბიური პლაცერების განვითარების დროს მოპოვებული მთელი პლატინა საგულდაგულოდ უნდა გამოეყო ოქროსგან და დაიხრჩო მდინარეებში. განკარგულების 43 წლის განმავლობაში განადგურდა ოთხ ტონამდე ძვირფასი ლითონი.
პირველად რუსმა ინჟინერებმა 1826 წელს შეძლეს ლითონის ინგოტის მოპოვება. ამისათვის, პლატინის მარცვლები იხსნება აკვა რეგიაში და შემდეგ დალექილი იყო ფოროვანი სპონგური მასის სახით, რომელიც ჩამოყალიბდა ზეწოლის ქვეშ 1000 ° ტემპერატურაზე. C. ამ შემთხვევაში, ლითონმა შეიძინა ელასტიურობა და ელასტიურობა. რუსეთში 1828 წლიდან 1845 წლამდე იჭრებოდა პლატინის მონეტები, ასევე მედლები და სამკაულები. ბრილიანტისა და მრავალი სხვა ძვირფასი ქვებისთვის პლატინისგან დამზადებული წყობა ბევრად უფრო შთამბეჭდავად გამოიყურება, ვიდრე ვერცხლისფერი. ვერცხლის სამკაულს პლატინის დამატება ხდის მას უფრო მძიმე და გამძლე. სამკაულებში ფართოდ გამოიყენება "თეთრი ოქრო" - პალადიუმის და ოქროს მოვერცხლისფრო-თეთრი შენადნობი 1:5 თანაფარდობით. საინტერესოა, რომ ოქრო არ ერევა პლატინას მყარი ფორმით, ეს შენადნობი არის პლატინის მყარი ხსნარების ნაზავი. ოქრო და ოქრო პლატინაში. პლატინის პროცენტის მატებასთან ერთად, ოქროს ფერი იცვლება ნაცრისფერი ყვითელი და ვერცხლისფერი ნაცრისფერი. ასეთ შენადნობებს იყენებდნენ Faberge იუველირები.
პლატინის ლითონების წლიური მსოფლიო მოხმარება შეფასებულია 200 ტონაზე. პლატინი ოდნავ უფრო ძვირია ვიდრე ოქრო, ხოლო როდიუმი, ირიდიუმი, რუთენიუმი და ოსმიუმი რამდენჯერმე ძვირია ვიდრე პლატინა. პლატინის ლითონებიდან ყველაზე იაფია პალადიუმი. 4 დოლარზე ნაკლები ღირს 1 გრამი.
პლატინის ლითონების გამოყენების ყველაზე მნიშვნელოვანი სფეროები წარმოდგენილია ცხრილში
ცხრილი 6.4. პლატინის ლითონების მოხმარების სტრუქტურა პროცენტებში
მასში არ შედის ოსმიუმი, რომლის მსოფლიო წლიური წარმოება მხოლოდ რამდენიმე კილოგრამს შეადგენს. მიუხედავად იმისა, რომ მის საფუძველზე შემუშავებული ჰიდროგენიზაციის კატალიზატორები კიდევ უფრო ეფექტურია, ვიდრე პლატინის, და მისი შენადნობების დამატება მნიშვნელოვნად ზრდის მათ აცვიათ წინააღმდეგობას, ოსმიუმს და მის ნაერთებს ჯერ კიდევ არ ჰქონიათ პრაქტიკული გამოყენება მათი მაღალი ღირებულების გამო.
პლატინის, როდიუმის და პალადიუმის მომხმარებლებს შორის პირველ ადგილზეა საავტომობილო ინდუსტრია, რომელიც ფართოდ ახორციელებს მათ საფუძველზე დამზადებულ კატალიზატორებს, რომლებიც აუმჯობესებენ გამონაბოლქვი აირების შემდგომ წვას. მათი გამოყენების ეფექტურობა პირდაპირ დამოკიდებულია ბენზინის ხარისხზე - მასში ორგანული გოგირდის ნაერთების მაღალი შემცველობა იწვევს კატალიზატორის სწრაფ მოწამვლას და არ ამცირებს მის ეფექტს. რეფორმირების პროცესებში გამოიყენება პლატინა-რენიუმის შენადნობები, ჰიდროგენიზაციაში, აგრეთვე ამიაკის დაჟანგვა აზოტის ოქსიდში (II) და გოგირდის დიოქსიდის გოგირდის ანჰიდრიდად - პლატინიზებული აზბესტის წარმოებაში, სინთეზური აცეტალდეჰიდის წარმოებაში (ვაკერის პროცესი) - პალადიუმი. (II) ქლორიდი. როდიუმის ნაერთები გამოიყენება ძირითადად ერთგვაროვან კატალიზში. მათ შორის ყველაზე ცნობილია ტრიფენილფოსფინეროდიუმის(I) ქლორიდი Rh(PPh 3) 3 Cl, რომელსაც ხშირად უწოდებენ ვილკინსონის კატალიზატორს. მისი თანდასწრებით, ჰიდროგენიზაციის მრავალი პროცესი მიმდინარეობს ოთახის ტემპერატურაზეც კი.
მათი მაღალი თერმული სტაბილურობისა და მაღალი თერმული EMF მნიშვნელობების გამო, პლატინის ლითონის შენადნობები გამოიყენება თერმოწყვილების წარმოებაში მაღალი ტემპერატურის გასაზომად: პლატინა-როდიუმის თერმოწყვილები მუშაობენ 1300 °C-მდე ტემპერატურაზე და როდიუმ-ირიდიუმი - 2300 °C.
ქიმიური ინერტულობა და ცეცხლგამძლეობა ხდის პლატინის და პლატინოიდების მოსახერხებელ მასალებს ელექტროდების, ლაბორატორიული მინის ჭურჭლის, ქიმიური რეაქტორების, მაგალითად, მინის დნობის დასამზადებლად. პალადიუმი არის ძირითადი მასალა მრავალშრიანი კერამიკული კონდენსატორებისთვის, რომლებიც გამოიყენება კომპიუტერებსა და მობილურ ტელეფონებში. ელექტრო ინჟინერიაში პლატინა და პალადიუმი გამოიყენება დამცავი საფარის გამოსაყენებლად ელექტრულ კონტაქტებზე და წინააღმდეგობებზე, ამიტომ მათი ამოღება შესაძლებელია გამოყენებული ელექტრო მოწყობილობებიდან. პლატინის პრეპარატები გამოიყენება ონკოლოგიური სიმსივნური დაავადებების ქიმიოთერაპიაში.
მეორადი ქვეჯგუფი შედგება ეგრეთ წოდებული ტრიადებისგან: რკინის ტრიადა (რკინა, კობალტი, ნიკელი) და პლატინის ლითონების ორი ტრიადა (რუთენიუმი, როდიუმი, პალადიუმი და ოსმიუმი, ირიდიუმი, პლატინი).
ტრიადების ზოგადი თვისებები.
1. ყველა ელემენტს აქვს ცვლადი ვალენტობა. რკინის ტრიადის ელემენტებს შეიძლება ჰქონდეთ ჟანგვის მდგომარეობა მათ ნაერთებში +2, +3, +6, ხოლო Co-სა და Ni-სთვის ყველაზე დამახასიათებელი ჟანგვის მდგომარეობაა +2. პლატინის ლითონებისთვის ცნობილია ჟანგვის მდგომარეობები +2-დან +8-მდე.
2. ამ ქვეჯგუფის ყველა ელემენტი ძალიან კარგი კომპლექსური აგენტია. ისინი სხვადასხვა ქიმიური პროცესის კატალიზატორები არიან.
3. რკინის ტრიადის ელემენტებს აქვთ მაგნიტური თვისებები და უფრო მაღალი ქიმიური აქტივობა პლატინის ლითონებთან შედარებით.
4. პლატინის ლითონები ბუნებრივად გვხვდება ბუნებაში. რკინა, კობალტი, ნიკელი - მხოლოდ მადნებში.
5. რკინის ტრიადის ელემენტების თვისებები ერთმანეთის მსგავსია (ჰორიზონტალური ანალოგია). პლატინის ლითონებისთვის მსგავსება შეინიშნება როგორც ტრიადებში (ჰორიზონტალური ანალოგია) ასევე Ru-Os, Rh-Ir და Pd-Pt წყვილებში (ვერტიკალური ანალოგია).
რკინა
VIII ჯგუფის მეორადი ქვეჯგუფის ყველაზე გავრცელებული ელემენტია რკინა - მეტალურგიული მრეწველობის საფუძველი. ბუნებაში გვხვდება მაგნეტიტის (Fe 3 O 4), წითელი რკინის მადნის (Fe 2 O 3), ყავისფერი რკინის მადნის (FeO. xH 2 O), სიდერიტის (FeCO 3), პირიტის (FeS 2) სახით.
ეს მადნები შეიცავს 40%-მდე რკინას, რომელიც მათგან მოიპოვება აფეთქების პროცესში. აფეთქების ღუმელი არის უწყვეტი მუშაობის ერთეული, სადაც მადანი, კოქსი (სპეციალურად მომზადებული ნახშირი, როგორც შემცირების საშუალება) და ნაკადი (მინარევების შესაკრავად) ზემოდან იტვირთება ფენებად. MgCO 3 გამოიყენება ნაკადად . CaCO 3 , CaF 2 , CaCO 3 . აფეთქების ღუმელი პირობითად შეიძლება დაიყოს რამდენიმე ზონად (ვერტიკალურად ქვემოდან ზემოდან), სადაც მიმდინარეობს სხვადასხვა პროცესები:
I ზონა(t = 200 o C) - მუხტის გაუწყლოება;
II ზონა(t \u003d 450 - 500 ° C) - Fe 2 O 3-ის შემცირება Fe 3 O 4-მდე ნახშირბადის მონოქსიდით (II):
3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2Fe 3 O 4 + CO 2;
III ზონა(t \u003d 600 ° C) - Fe 3 O 4-ის შემცირება FeO-მდე:
Fe 3 O 4 + CO \u003d 3FeO + CO 2
IV ზონა(t \u003d 700 - 800 ° C) - FeO-ს შემცირება მეტალამდე:
FeO + CO \u003d Fe + CO 2
V ზონა(t \u003d 800 - 1000 ° C) - ნაკადის დაშლა:
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2
VI ზონა(t \u003d 1200 ° C) - წიდის წარმოქმნა:
CaO + SiO 2 \u003d CaSiO 3,
3CaO + P 2 O 5 \u003d Ca 3 (PO 4) 2,
CaO + FeS = CaS + FeO
VII ზონა(t \u003d 1300 o C) - თუჯის წარმოქმნა - რკინის, ნახშირბადის და რკინის კარბიდის Fe 3 C შენადნობი, რომელიც წარმოიქმნება მასში დაშლილ ნახშირბადთან რკინის ურთიერთქმედების გამო:
3Fe + C → Fe 3 C
ნახშირბადთან და Fe 3 C-სთან ერთად თუჯს აქვს სხვა მუდმივი მინარევებიც: სილიციუმი, მანგანუმი, ფოსფორი, გოგირდი. მისი ძირითადი გამოყენება: როგორც ჩამოსხმა და ფოლადში გადადნობისთვის (თუჯისგან მინარევების მოცილება, რაც მას მტვრევად აქცევს). ფოლადის დნობა მოიცავს ჟანგბადის აფეთქებას გამდნარი თუჯის მეშვეობით, რომელიც აჟანგებს მინარევებს (სილიციუმი, მანგანუმი, ფოსფორი, გოგირდი) ოქსიდებად. მინარევების ოქსიდები, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ნაკადთან, გადადიან წიდაში.
პერიოდული სისტემის მერვე ჯგუფის გვერდითი ქვეჯგუფი მოიცავს d-ელემენტების სამ ტრიადას და სამ ხელოვნურად მიღებულ და ნაკლებად შესწავლილ ელემენტებს: გაზიუმს, Hs, meitnerium, Mt, darmstadtium Ds. პირველ ტრიადას ქმნიან ელემენტები: რკინა, Fe, კობალტი Co, ნიკელი Ni; მეორე ტრიადა - რუთენიუმი Ru, რადიუმი Ro, პალადიუმი Pd და მესამე ტრიადა - ოსმიუმი Os, iridium Ir და პლატინის Pt. ხელოვნურად მიღებული ჰასიუმი, მეიტრენიუმი, დარმშტადიუმი ხანმოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობით ავსებს დღეს ცნობილი უმძიმესი ელემენტების ჩამონათვალს.
VIIB ჯგუფის განხილული ელემენტების უმეტესობას აქვს ორი ვალენტური ელექტრონი ატომის გარე ელექტრონულ გარსზე; ისინი ყველა ლითონია. გარე ns-ელექტრონების გარდა ბმების ფორმირებაში მონაწილეობენ წინაბოლო ელექტრონული გარსის (n-1)d ელექტრონები.
ბირთვული მუხტის გაზრდის გამო, თითოეული ტრიადის ბოლო ელემენტს აქვს დამახასიათებელი ჟანგვის მდგომარეობა, ვიდრე პირველ ელემენტს. ამავდროულად, იმ პერიოდის რაოდენობის ზრდას, რომელშიც ელემენტი მდებარეობს, თან ახლავს ოკლუზიის დამახასიათებელი ხარისხის ზრდა (ცხრილი 9.1).
ცხრილი 9.1 მერვე მხარის ქვეჯგუფის ელემენტების დამახასიათებელი ჟანგვის მდგომარეობები
ელემენტების ყველაზე გავრცელებული ჟანგვის მდგომარეობები მათ ნაერთებში მონიშნულია ცხრილში. 41 თამამად.
ეს ელემენტები ზოგჯერ იყოფა სამ ქვეჯგუფად: რკინის ქვეჯგუფი (Fe, Ru, Os), კობალტის ქვეჯგუფი (Co, Rh, Ir) და ნიკელის ქვეჯგუფი (Ni, Pd, Pt). ასეთ დაყოფას მხარს უჭერს ელემენტების დამახასიათებელი ჟანგვის მდგომარეობები (ცხრილი 42) და სხვა თვისებები. მაგალითად, რკინის ქვეჯგუფის ყველა ელემენტი აქტიური კატალიზატორია ამიაკის სინთეზისთვის, ხოლო ნიკელის ქვეჯგუფი არის ორგანული ნაერთების ჰიდროგენიზაციის რეაქციებისთვის. კობალტის ქვეჯგუფის ელემენტები ხასიათდება რთული ნაერთების წარმოქმნით [E (NH 3) 6] G 3, სადაც G არის ჰალოგენის იონი.
VIIB ჯგუფის ელემენტების რედოქს თვისებები განისაზღვრება შემდეგი სქემით:
ლითონის იონების ჟანგვის თვისებების გაძლიერება
VIIB ჯგუფის ყველა ლითონი კატალიზურად აქტიურია. ყველას მეტ-ნაკლებად შეუძლია წყალბადის შთანთქმა და მისი გააქტიურება; ისინი ყველა ქმნიან ფერად იონებს (ნაერთებს). ყველა ლითონი მიდრეკილია კომპლექსების წარმოქმნისკენ. VIII-B ქვეჯგუფის ელემენტების ფიზიკური და ქიმიური თვისებების შედარება გვიჩვენებს, რომ Fe, Ni, Co ძალიან ჰგვანან ერთმანეთს და ამავდროულად ძალიან განსხვავდებიან დანარჩენი ორი ტრიადის ელემენტებისაგან, ამიტომ ისინი იზოლირებულია. რკინის ოჯახში. დარჩენილი ექვსი სტაბილური ელემენტი გაერთიანებულია საერთო სახელწოდებით - პლატინის ლითონების ოჯახი.
რკინის ოჯახის ლითონები
რკინის ტრიადაში ყველაზე მკაფიოდ ვლინდება ჰორიზონტალური ანალოგია, რომელიც დამახასიათებელია მთლიანობაში d-ელემენტებისთვის. რკინის ტრიადის ელემენტების თვისებები მოცემულია ცხრილში. 42.
ცხრილი 9.2 რკინის ტრიადის ელემენტების თვისებები
Ბუნებრივი რესურსები. რკინა არის მეოთხე (O 2, Si, Al-ის შემდეგ) ყველაზე უხვი ელემენტი დედამიწის ქერქში. ის ბუნებაში შეიძლება აღმოჩნდეს თავისუფალ მდგომარეობაში: ეს არის მეტეორიული წარმოშობის რკინა. რკინის მეტეორიტები შეიცავს საშუალოდ 90% Fe, 8,5% Ni, 0,5% Co. ოცი ქვის მეტეორიტზე საშუალოდ ერთი რკინის მეტეორიტია. ზოგჯერ გვხვდება ძირეული რკინა, რომელიც ამოღებულია დედამიწის ნაწლავებიდან გამდნარი მაგმით.
რკინის მისაღებად გამოიყენება მაგნიტური რკინის მადანი Fe 3 O 4 (მაგნიტიტის მინერალი), წითელი რკინის მადანი Fe 2 O 3 (ჰემატიტი) და ყავისფერი რკინის მადანი Fe 2 O 3 x H 2 O (ლიმონიტი), FeS 2 - პირიტი. ადამიანის ორგანიზმში რკინა იმყოფება ჰემოგლობინში.
კობალტი და ნიკელი მეტალის მდგომარეობაში გვხვდება მეტეორიტებში. ყველაზე მნიშვნელოვანი მინერალები: კობალტიტი CoAsS (კობალტის ბრწყინვალება), რკინა-ნიკელის პირიტი (Fe,Ni) 9 S 8. ეს მინერალები გვხვდება პოლიმეტალის მადნებში.
Თვისებები. რკინა, კობალტი, ნიკელი მოვერცხლისფრო-თეთრი ლითონებია მონაცრისფრო (Fe), მოვარდისფრო (Co) და მოყვითალო (Ni) ელფერით. სუფთა ლითონები ძლიერი და დრეკადი. სამივე ლითონი ფერომაგნიტურია. როდესაც თბება გარკვეულ ტემპერატურაზე (კურიის წერტილი), ფერომაგნიტური თვისებები ქრება და ლითონები პარამაგნიტურად იქცევა.
რკინას და კობალტს ახასიათებს პოლიმორფიზმი, ხოლო ნიკელი მონომორფულია და აქვს fcc სტრუქტურა დნობის ტემპერატურამდე.
მინარევების არსებობა მნიშვნელოვნად ამცირებს ამ ლითონების წინააღმდეგობას აგრესიულ ატმოსფეროში ტენიანობის არსებობისას. ეს იწვევს კოროზიის განვითარებას (რკინის ჟანგი) ზედაპირზე ცვლადი შემადგენლობის ოქსიდებისა და ჰიდროქსიდების ნარევის ფხვიერი ფენის წარმოქმნის გამო, რომელიც არ იცავს ზედაპირს შემდგომი განადგურებისგან.
E 2+ /E სისტემების ელექტროდების პოტენციალის შედარება რკინის (-0,441 V), ნიკელის (-0,277 V) და კობალტის (-0,25 V) და Fe 3+ /Fe სისტემის ელექტროდის პოტენციალის (-0,036) V), აჩვენებს, რომ ამ ტრიადის ყველაზე აქტიური ელემენტია რკინა. განზავებული მარილმჟავა, გოგირდის და აზოტის მჟავები ხსნის ამ ლითონებს E 2+ იონების წარმოქმნით:
Fe+2HC? = FeC? 2+H2;
Ni + H 2 SO 4 \u003d NiSO 4 + H 2;
3Co + 8HNO 3 \u003d 3Co (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O;
4Fe + 10HNO 3 \u003d 3Fe (NO 3) 2 + NH 4 No 3 + 3H 2 O.
უფრო კონცენტრირებული აზოტის მჟავა და ცხელი კონცენტრირებული გოგირდის მჟავა (70%-ზე ნაკლები) ჟანგავს რკინას Fe (III) NO და SO2 წარმოქმნით, მაგალითად:
Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + No + 2H 2 O;
2Fe + 6H 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.
ძალიან კონცენტრირებული აზოტის მჟავა (sp.v. 1.4) ააქტიურებს რკინას, კობალტს, ნიკელს, აყალიბებს ოქსიდის ფენებს მათ ზედაპირზე.
ტუტე ხსნარებთან მიმართებაში, Fe, Co, Ni სტაბილურია, მაგრამ რეაგირებს დნობასთან მაღალ ტემპერატურაზე. სამივე ლითონი არ რეაგირებს წყალთან ნორმალურ პირობებში, მაგრამ წითელ ტემპერატურაზე რკინა ურთიერთქმედებს წყლის ორთქლთან:
3Fe + 4H 2 o Fe 3 O 4 + 4H 2.
კობალტი და ნიკელი შესამჩნევად უფრო მდგრადია კოროზიის მიმართ, ვიდრე რკინა, რაც შეესაბამება მათ პოზიციას სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალის სერიაში.
ჟანგბადში წვრილად დაშლილი რკინა იწვება გაცხელებისას და წარმოქმნის Fe 3 O 4-ს, რომელიც არის ყველაზე სტაბილური რკინის ოქსიდი და კობალტი ქმნის იმავე ოქსიდს. ეს ოქსიდები წარმოადგენენ ელემენტების წარმოებულებს ჟანგვის მდგომარეობებში +2, +3 (EO E 2 O 3). კობალტისა და ნიკელის თერმული დაჟანგვა მიმდინარეობს მაღალ ტემპერატურაზე, NiO და CoO-ს წარმოქმნით, რომლებსაც აქვთ ცვალებადი შემადგენლობა დაჟანგვის პირობებიდან გამომდინარე.
ცნობილია რკინის, ნიკელის, კობალტის, ოქსიდების EO და E 2 O 3 (ცხრილი 9.3)
ცხრილი 9.3 VIII ქვეჯგუფის ელემენტების ჟანგბადის შემცველი ნაერთები
|
ელემენტის სახელი |
ჟანგვის მდგომარეობა |
ჰიდროქსიდები |
|||||
|
პერსონაჟი |
სახელი |
იონის ფორმულა |
სახელი |
||||
|
რკინა (Fe) |
ძირითადი |
რკინის (II) ჰიდროქსიდი |
რკინის მარილები (II) |
||||
|
ამფოტერიული ძირითადის უპირატესობით |
რკინის (III) ჰიდროქსიდი |
რკინის მარილები (III) |
|||||
|
შავი მჟავა |
|||||||
|
მჟავა |
რკინის მჟავა |
||||||
|
კობალტი (Co) |
ძირითადი |
კობალტის (II) ჰიდროქსიდი |
კობალტის მარილები (II) |
||||
|
ძირითადი |
კობალტის (III) ჰიდროქსიდი |
კობალტის მარილები (III) |
|||||
|
ნიკელი (Ni) |
ძირითადი |
ნიკელის (II) ჰიდროქსიდი |
ნიკელის (II) მარილები |
||||
|
ძირითადი |
ნიკელის (III) ჰიდროქსიდი |
ნიკელის (III) მარილები |
ოქსიდები EO და E 2 O 3 არ მიიღება სუფთა სახით პირდაპირი სინთეზით, რადგან ამ შემთხვევაში იქმნება ოქსიდების ნაკრები, რომელთაგან თითოეული არის ცვლადი შემადგენლობის ფაზა. ისინი მიიღება არაპირდაპირი გზით - გარკვეული მარილების და ჰიდროქსიდების დაშლით. ოქსიდი E 2 O 3 სტაბილურია მხოლოდ რკინისთვის და მიიღება ჰიდროქსიდის გაუწყლოებით.
EO ოქსიდები წყალში უხსნადია და არ ურთიერთქმედებენ მასთან ან ტუტე ხსნარებთან. იგივე ეხება შესაბამის E(OH) 2 ჰიდროქსიდებს. E(OH) 2 ჰიდროქსიდები ადვილად რეაგირებენ მჟავებთან მარილების წარმოქმნით. რკინის ტრიადის ელემენტების ჰიდროქსიდების მჟავა-ტუტოვანი თვისებები მოცემულია ცხრილში. 42.
რკინის ჰიდროქსიდი (III) Fe (OH) 3 წარმოიქმნება Fe (OH) 2-ის დაჟანგვის დროს ატმოსფერული ჟანგბადით:
4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.
მსგავსი რეაქცია დამახასიათებელია კობალტისთვის. ნიკელის ჰიდროქსიდი (II) სტაბილურია ატმოსფერული ჟანგბადის მიმართ. შედეგად, E(OH) 3 ჰიდროქსიდები განსხვავებულად იქცევიან მჟავებთან ურთიერთობისას. თუ Fe (OH) 3 წარმოქმნის რკინის (III) მარილებს, მაშინ Co (OH) 3 და Ni (OH) 3 რეაქციას მჟავებთან თან ახლავს მათი შემცირება E-მდე (+2):
Fe(OH)3 + 3HC? = FeC? 3+3H2O;
2Ni(OH)3 + 6HC? = 2 NiC? 2+C? 2+6H2O.
Fe(OH) 3 ჰიდროქსიდი ასევე ავლენს მჟავას ფუნქციას, რეაგირებს ცხელ კონცენტრირებულ ტუტე ხსნარებთან ჰიდროქსო კომპლექსების წარმოქმნით, მაგალითად, Na 3. შავი მჟავების წარმოებულები HFeO 2 (ფერიტები) მიიღება ტუტეების ან კარბონატების Fe 2 O 3-თან შერწყმით:
2NaOH + Fe 2 O 3 2NaFeO 2 + H 2 O;
MgCO 3 + Fe 2 O 3 MgFe 2 O 4 + CO 2.
ფერიტები Me II Fe 2 O 4 მიეკუთვნება სპინელების კლასს. ზემოთ განხილული Fe 3 O 4 და Co 3 O 4 ოქსიდები ფორმალურად არის FeFe 2 O 4 და CoCo 2 O 4 სპინელები.
კობალტისა და ნიკელისგან განსხვავებით, ცნობილია რკინის ნაერთები, რომლებშიც მისი დაჟანგვის მდგომარეობაა + 6. ფერატები წარმოიქმნება Fe (OH) დაჟანგვის დროს. 3 ცხელ კონცენტრირებულ ტუტეში ჟანგვის აგენტის თანდასწრებით:
2Fe +3 (OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 Fe +6 O 4 + 6KBr + 2H 2 O.
ფერატები თერმულად არასტაბილურია და მცირე გაცხელებით (100-2000C) გადაიქცევა ფერიტებად:
4K 2 FeO 4 4KfeO 2 + 2K 2 O + 3O 2.
თავისუფალ მდგომარეობაში, რკინის მჟავა და შესაბამისი FeO 3 ოქსიდი არ არის იზოლირებული. ხსნადობით და სტრუქტურულად, ფერატები ახლოს არიან შესაბამის ქრომატებთან და სულფატებთან. კალიუმის ფერატი წარმოიქმნება Fe 2 O 3 KNO 3-თან და KOH-თან შერწყმით:
Fe 2 O 3 + 3KNO 3 + 4KOH \u003d 2K 2 feO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O.
ფერატები წითელ-იისფერი კრისტალური ნივთიერებებია. გაცხელებისას ისინი იშლება. მჟავა H 2 FeO 4 არ შეიძლება იზოლირებული იყოს, ის მყისიერად იშლება Fe 2 O 3 , H 2 O და O 2 . ფერატები ძლიერი ჟანგვის აგენტებია. მჟავე და ნეიტრალურ გარემოში, ფერატები იშლება, ჟანგვის წყალი:
2Na 2 FeO 4 + 10 H 2 O 4Fe (OH) 3 + 4NaOH + O 2.
ნაერთები არალითონებით. Fe, Ni, Co ჰალოიდები შედარებით ცოტაა და შეესაბამება ყველაზე ტიპურ ჟანგვის მდგომარეობებს +2 და +3. რკინისთვის ცნობილია ჰალოიდები FeG 2 და FeG 3 ფტორით, ქლორით და ბრომით. პირდაპირი ურთიერთქმედებით, FeF 3, FeC? 3, FeBr3. დიჰალიდები მიიღება არაპირდაპირი გზით - ლითონის (ან მისი ოქსიდის) შესაბამის ჰიდროჰალიუმის მჟავაში გახსნით. კობალტის ტრიფტორიდი CoF 3 და ტრიქლორიდი CoC? 3 . ნიკელი არ წარმოქმნის ტრიჰალოიდებს. რკინის ტრიადის ყველა დიჰალიდი არის ტიპიური მარილის მსგავსი ნაერთები, რომლებსაც მნიშვნელოვანი იონური წვლილი აქვთ ქიმიურ კავშირში.
რკინა, კობალტი, ნიკელი ენერგიულად ურთიერთქმედებენ ქალკოგენებთან და ქმნიან ქალკოგენიდებს: EX და EX 2. მონოქალკოგენიდების მიღება შესაძლებელია ხსნარებში შესაბამისი კომპონენტების ურთიერთქმედებით:
CoC? 2 + (NH 4) 2 S \u003d CoS + 2NH 4 C?.
ყველა ქალკოგენიდი არის ცვალებადი შემადგენლობის ფაზა.
რკინის ტრიადის ლითონების ნაერთები სხვა არალითონებთან (პნიქტოგენები, ნახშირბადი, სილიციუმი, ბორი) მკვეთრად განსხვავდება ზემოთ განხილულისგან. ყველა მათგანი არ ემორჩილება ფორმალური ვალენტობის წესებს და უმეტესობას აქვს მეტალის თვისებები.
რკინა, კობალტი, ნიკელი შთანთქავს წყალბადს, მაგრამ არ იძლევა მასთან გარკვეულ ნაერთებს. გაცხელებისას ლითონებში წყალბადის ხსნადობა იზრდება. მათში გახსნილი წყალბადი ატომურ მდგომარეობაშია.
ჟანგბადის შემცველი მჟავებისა და რთული ნაერთების მარილები. ჰიდროქლორინის, გოგირდის და აზოტის მჟავების ყველა მარილი წყალში ხსნადია.
ნიკელის (II) მარილები მწვანეა, კობალტის (II) - ლურჯი, ხოლო მათი ხსნარები და კრისტალური ჰიდრატები - ვარდისფერი (მაგალითად,), რკინის (II) მარილები - მომწვანო და რკინის (III) - ყავისფერი. ყველაზე მნიშვნელოვანი მარილებია: FeC? 36H2O; FeSO 4 7H 2 O - რკინის სულფატი, (NH 4) 2 SO 4 FeSO 4 6H 2 O - მორის მარილი; NH 4 Fe (SO 4) 2 12H 2 O - რკინის ამონიუმის ალუმი; NiSO 4 6H 2 O და ა.შ.
რკინის, კობალტის და ნიკელის მარილების უნარი შექმნან კრისტალური ჰიდრატები, მიუთითებს ამ ელემენტების კომპლექსური წარმოქმნის ტენდენციაზე. კრისტალური ჰიდრატები აკვაკომპლექსების ტიპიური მაგალითია:
[E (H 2 O) 6] (ClO 4) 2; [E (H 2 O) 6] (NO 3) 2.
ანიონური კომპლექსები მრავალრიცხოვანია რკინის ტრიადის ელემენტებისთვის: ჰალოიდი (Me I (EF 3), Me 2 I [EG 4], Me 3 [EG 4] და ა.შ.), თიოციანატი (Me 2 I [E (CNS) 4] , Me 4 I [E (CNS) 6 ], Me 3 I [E (CNS) 6 ]), ოქსოლატი (Me 2 I [E (C 2 O 4) 2 ], Me 3 [E (C 2 O 4) 3]). განსაკუთრებით დამახასიათებელი და სტაბილურია ციანიდის კომპლექსები: K 4 - კალიუმის ჰექსაციანოფერატი (II) (სისხლის ყვითელი მარილი) და K 3 - კალიუმის ჰექსაციანოფერატი (III) (სისხლის წითელი მარილი). ეს მარილები კარგი რეაგენტებია Fe +3 იონების (ყვითელი მარილი) და Fe 2+ იონების (წითელი მარილი) გამოსავლენად pH ??7:
4Fe 3+ + 4- = Fe 4 3;
პრუსიული ლურჯი
3Fe 2+ + 2 3- = Fe 3 2 .
ტურნბული ლურჯი
პრუსიული ლურჯი გამოიყენება როგორც ლურჯი საღებავი. როდესაც თიოციანატის მარილები KCNS ემატება Fe 3+ იონების შემცველ ხსნარს, ხსნარი ხდება სისხლის წითელი ფერის რკინის თიოციანატის წარმოქმნის გამო:
FeC? 3 + 3KCNS = Fe(CNS) 3 + 3KC?.
ეს რეაქცია ძალიან მგრძნობიარეა და გამოიყენება Fe 3+ იონის გასახსნელად.
კობალტს (II) ახასიათებს სტაბილური მარტივი მარილები და არასტაბილური რთული ნაერთები K 2, K 4, რომლებიც გადაიქცევა კობალტის (III) ნაერთებად: K 3, C? 3 .
რკინის, რკინის, კობალტის და ნიკელის დამახასიათებელი რთული ნაერთებია კარბონილები. მსგავსი ნაერთები ადრე განიხილებოდა ქრომის და მანგანუმის ქვეჯგუფების ელემენტებისთვის. თუმცა კარბონილებს შორის ყველაზე ტიპიურია: , , . რკინის და ნიკელის კარბონილები მიიღება სითხეების სახით ჩვეულებრივი წნევით და 20-60°C ტემპერატურაზე მეტალის ფხვნილებზე CO ნაკადის გავლისას. კობალტის კარბონილი მიიღება 150-200 o C ტემპერატურაზე და წნევა (2-3) 10 7 Pa. ეს არის ნარინჯისფერი კრისტალები. გარდა ამისა, არსებობს უფრო რთული შემადგენლობის კარბონილები: Fe (CO) 9 და სამბირთვული კარბონილები, რომლებიც კასეტური ტიპის ნაერთებია.
ყველა კარბონილი დიამაგნიტურია, რადგან CO ლიგანდები (ისევე, როგორც CN?) ქმნიან ძლიერ ველს, რის შედეგადაც კომპლექსური აგენტის ვალენტური d-ელექტრონები დონორ-მიმღები მექანიზმით ქმნიან p-კავშირებს CO მოლეკულებთან. y-ბმები წარმოიქმნება CO მოლეკულების მარტოხელა ელექტრონული წყვილისა და კომპლექსური აგენტის დარჩენილი ვაკანტური ორბიტალების გამო:
ნიკელი (II), პირიქით, ქმნის ბევრ სტაბილურ კომპლექსურ ნაერთს: (OH) 2, K 2; 2+ იონი მუქი ლურჯია.
ეს რეაქცია ფართოდ გამოიყენება ხარისხობრივ და რაოდენობრივ ანალიზში ნიკელის დასადგენად. ნიკელის და განსაკუთრებით კობალტის ნაერთები შხამიანია.
განაცხადი. რკინა და მისი შენადნობები თანამედროვე ტექნოლოგიების საფუძველს წარმოადგენს. ნიკელი და კობალტი მნიშვნელოვანი შენადნობის დანამატებია ფოლადებში. ფართოდ გამოიყენება ნიკელზე დაფუძნებული სითბოს მდგრადი შენადნობები (ნიკრომის შემცველი Ni და Cr და სხვ.). სპილენძ-ნიკელის შენადნობები (მელქიორი და სხვ.) გამოიყენება მონეტების, სამკაულების და საყოფაცხოვრებო ნივთების დასამზადებლად. ბევრი სხვა ნიკელის და კობალტის შემცველი შენადნობები დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობისაა. კერძოდ, კობალტი გამოიყენება, როგორც ბლანტი იმ მასალების კომპონენტად, საიდანაც მზადდება ლითონის საჭრელი ხელსაწყოები, რომლებშიც შერწყმულია განსაკუთრებით მძიმე კარბიდების MoC და WC ნაწილაკები. ლითონების ელექტრომოოქროვილი ნიკელის საფარი იცავს ამ უკანასკნელს კოროზიისგან და აძლევს მათ ლამაზ იერს.
რკინის ოჯახის ლითონები და მათი ნაერთები ფართოდ გამოიყენება კატალიზატორად. Sponge რკინის დანამატებით - კატალიზატორი ამიაკის სინთეზისთვის. მაღალი დისპერსიული ნიკელი (Raney ნიკელი) არის ძალიან აქტიური კატალიზატორი ორგანული ნაერთების, კერძოდ ცხიმების ჰიდროგენიზაციისთვის. რეინის ნიკელი მიიღება ტუტე ხსნარით მოქმედებით NiA? მეტათაშორის ნაერთზე, ხოლო ალუმინი ქმნის ხსნად ალუმინატს, ხოლო ნიკელი რჩება პაწაწინა ნაწილაკების სახით. ეს კატალიზატორი ინახება ორგანული სითხის ფენის ქვეშ, რადგან მშრალ მდგომარეობაში ის მყისიერად იჟანგება ატმოსფერული ჟანგბადით. კობალტი და მანგანუმი არის იმ კატალიზატორის ნაწილი, რომელსაც ემატება ზეთის საღებავები, რათა დააჩქაროს მათი „გაშრობა“.
Fe 2 O 3 ოქსიდი და მისი წარმოებულები (ფერიტები) ფართოდ გამოიყენება რადიოელექტრონიკაში, როგორც მაგნიტური მასალები.
მეოთხე პერიოდში მდებარეობს.
რკინის ატომური წონაა 55,84, ბირთვული მუხტი +26. ელექტრონების განაწილება ენერგეტიკული დონეების მიხედვით (+26): 2, 8, 14, 2. 3s23p63d64s2 გარე და წინაგარე რკინის შრის ელექტრონული კონფიგურაცია.
ამრიგად, რკინის ატომისთვის, ორის გარდა ს-მეოთხე გარე შრის ელექტრონები, კიდევ ექვსია დ-მესამე წინაგარე ფენის ელექტრონები. ამათგან დ-ელექტრონები ყველაზე აქტიურია 4 დაუწყვილებელი. შესაბამისად, რკინის ვალენტური ბმების ფორმირებაში განსაკუთრებით აქტიურად მონაწილეობს 6 ელექტრონი - 2 გარედან და 4 წინაგარე შრეებიდან. რკინის ყველაზე გავრცელებული ჟანგვის მდგომარეობებია Fe +2 და Fe +3. რკინა ბუნებაში ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ელემენტია. სხვა ელემენტებს შორის გავრცელების თვალსაზრისით, ის მეოთხე ადგილზეა.
■ 57. რკინის ატომის აგებულებიდან, ასევე ორბიტალებში ელექტრონების განაწილებიდან გამომდინარე, მიუთითეთ ამ ელემენტის შესაძლო დაჟანგვის მდგომარეობები.
რკინა თავისუფალ მდგომარეობაში არის ვერცხლისფერი ნაცრისფერი მბზინავი ლითონი სიმკვრივით 7,87, დნობის წერტილი 1535° და დუღილის წერტილი 2740°. რკინას აქვს გამოხატული ფერომაგნიტური თვისებები, ანუ მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ ხდება მაგნიტიზებული და, როდესაც ველი ჩერდება, ინარჩუნებს თავის მაგნიტურ თვისებებს და თავად ხდება მაგნიტი. რკინის ჯგუფის ყველა ელემენტს აქვს ეს თვისებები.
მისი ქიმიური თვისებების მიხედვით, რკინა ძალიან აქტიური ლითონია. ტენის არარსებობის შემთხვევაში, რკინა არ იცვლება ჰაერში, მაგრამ ჰაერში ტენიანობისა და ჟანგბადის ზემოქმედებისას ის განიცდის ძლიერ კოროზიას და დაფარულია ჟანგის ფხვიერი ფენით, რომელიც რკინაა, რომელიც არ იცავს მას შემდგომი დაჟანგვისგან. და რკინა თანდათან იჟანგება მთელ მასაში:
4Fe + 2Н2О + 3О2 = 2Fe2O3 2H2O
შემუშავებულია მრავალი მეთოდი ამ ყველაზე ძვირფასი ლითონის კოროზიისგან დასაცავად.
ძაბვის სერიაში რკინა მდებარეობს წყალბადის მარცხნივ. ამასთან დაკავშირებით, იგი ადვილად ექვემდებარება განზავებული მჟავების მოქმედებას, გადაიქცევა შავი მარილით, მაგალითად:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
რკინა არ რეაგირებს კონცენტრირებულ გოგირდის და აზოტის მჟავებთან. ეს მჟავები ქმნიან ისეთ ძლიერ და მკვრივ ოქსიდის ფენას ლითონის ზედაპირზე, რომ ლითონი ხდება მთლიანად პასიური და აღარ შედის სხვა რეაქციებში. ამავდროულად, ისეთ ძლიერ ჟანგვის აგენტებთან უშუალო ურთიერთქმედებისას, როგორიცაა რკინა, ყოველთვის ავლენს ჟანგვის მდგომარეობას +3:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
რკინა რეაგირებს ზედმეტად გახურებულ ორთქლზე; ამავდროულად, ის წყლიდან გადაინაცვლებს და წითლად გახურებული რკინა იქცევა ოქსიდად და ის ყოველთვის არის შავი ოქსიდი FeO ან შავი ოქსიდი Fe3O4 (Fe2O3 FeO):
Fe + H2O = FeO + H2
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
სუფთა ჟანგბადში გაცხელებული რკინა ენერგიულად იწვის რკინის სასწორის წარმოქმნით (იხ. სურ. 40).
3Fe + 2O2 = Fe3O4
როდესაც კალცინდება, რკინა ქმნის შენადნობას ნახშირბადთან და, ამავე დროს, რკინის კარბიდთან Fe3C.
■ 58. ჩამოთვალეთ რკინის ფიზიკური თვისებები.
59. როგორია რკინის ქიმიური თვისებები? გაეცით დასაბუთებული პასუხი.
რკინის ნაერთები
რკინა ქმნის ნაერთების ორ სერიას - ნაერთებს Fe +2 და Fe +3. რკინას ახასიათებს ორი ოქსიდი - ოქსიდი FeO და ოქსიდი Fe2O3. მართალია, ცნობილია შერეული ოქსიდი Fe3O4, რომლის მოლეკულა არის ორ და რკინის რკინა: Fe2O3 · FeO. ამ ოქსიდს ასევე უწოდებენ რკინის ოქსიდს, ან შავი ოქსიდს.
შავი რკინის ნაერთები ნაკლებად სტაბილურია ვიდრე ოქსიდი-o და ჟანგვის აგენტის თანდასწრებით, თუნდაც ეს მხოლოდ ჰაერი იყოს, ისინი ჩვეულებრივ გადაიქცევა რკინის ნაერთებად. მაგალითად, რკინის (II) ჰიდროქსიდი Fe (OH) 2 არის თეთრი მყარი, მაგრამ მისი სუფთა სახით მიღება შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როდესაც რეაქტიული ნივთიერებების ხსნარი არ შეიცავს გახსნილ ჟანგბადს და თუ რეაქცია მიმდინარეობს ატმოსფეროს არარსებობის პირობებში. ჟანგბადი:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
მარილი, საიდანაც მიიღება რკინის (II) ჰიდროქსიდი, რა თქმა უნდა, არ უნდა შეიცავდეს ოქსიდური ნაერთების ოდნავი მინარევებს. ვინაიდან ძალიან რთულია ასეთი პირობების შექმნა ჩვეულებრივ საგანმანათლებლო ლაბორატორიაში, რკინის (II) ჰიდროქსიდი მიიღება მეტ-ნაკლებად მუქი მწვანე ჟელატინის ნალექის სახით, რაც მიუთითებს შავი ნაერთების რკინაში მიმდინარე დაჟანგვაზე. თუ რკინის (II) ჰიდროქსიდი დიდხანს ინახება ჰაერში, ის თანდათან იქცევა რკინის (III) ჰიდროქსიდში Fe (OH) 3:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
რკინა ტიპიური უხსნადი ჰიდროქსიდებია. რკინის ჰიდროქსიდს (II) აქვს ძირითადი თვისებები, ხოლო Fe (OH) 3-ს აქვს ძალიან სუსტად გამოხატული ამფოტერული თვისებები.
■ 60. ჩამოთვალეთ რკინის ოქსიდის თვისებები, როგორც ტიპიური ძირითადი ოქსიდი. გაეცით დასაბუთებული პასუხი. დაწერეთ ყველა რეაქციის განტოლება სრული და შემოკლებული იონური ფორმებით.
61. ჩამოთვალეთ რკინის ჰიდროქსიდის თვისებები (II). დაადასტურეთ თქვენი პასუხი რეაქციის განტოლებით.
რკინის (II) მარილებს შორის უდიდესი მნიშვნელობა აქვს რკინის სულფატს FeSO4 7H2O, რომელიც შეიცავს კრისტალიზაციის წყლის 7 მოლეკულას. რკინის სულფატი წყალში ძალიან ხსნადია. იგი გამოიყენება სოფლის მეურნეობაში მავნებლების გასაკონტროლებლად, ასევე საღებავების წარმოებაში.
რკინის მარილებიდან ყველაზე მნიშვნელოვანია რკინის ქლორიდი FeCl3, რომელიც არის ძალიან ჰიგიროსკოპიული ნარინჯისფერი კრისტალები, რომლებიც შთანთქავს წყალს შენახვის დროს და ვრცელდება ყავისფერ შლამად.
რკინის მარილები (II) ადვილად გადაიქცევა რკინის მარილებად (III), მაგალითად, აზოტის მჟავით ან კალიუმის პერმანგანატთან გაცხელებისას გოგირდმჟავას თანდასწრებით:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
Fe +2 მარილების დაჟანგვა Fe +3 მარილებში ასევე შეიძლება მოხდეს ატმოსფერული ჟანგბადის ზემოქმედებით ამ ნაერთების შენახვის დროს, მაგრამ მხოლოდ ეს პროცესი უფრო გრძელია. Fe 2+ და Fe 3+ კათიონების ამოცნობისთვის გამოიყენება ძალიან დამახასიათებელი სპეციფიკური რეაგენტები. მაგალითად, შავი რკინის ამოსაცნობად, ისინი იღებენ სისხლის წითელ მარილს K3, რომელიც, შავი იონების თანდასწრებით, აძლევს მათ დამახასიათებელ ინტენსიურ ცისფერ ნალექს ტურბულის ცისფერი:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
ან იონური ფორმით
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
Fe3 + მარილების ამოსაცნობად გამოიყენება რეაქცია K4 სისხლის ყვითელ მარილთან:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl
4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
ამ შემთხვევაში, პრუსიული ლურჯის ინტენსიური ლურჯი ნალექი ნალექს. საღებავად გამოიყენება პრუსიული ლურჯი და ტურნბული ლურჯი.
გარდა ამისა, რკინის რკინის ამოცნობა შესაძლებელია ხსნადი მარილების გამოყენებით - კალიუმის თიოციანატი KCNS ან ამონიუმის თიოციანატი NH4CNS. როდესაც ეს ნივთიერებები ურთიერთქმედებენ Fe(III) მარილებთან, ხსნარი იძენს სისხლის წითელ ფერს.
■ 62. ჩამოთვალეთ Fe +3 და Fe +2 მარილების თვისებები. რომელი ჟანგვის მდგომარეობაა უფრო სტაბილური?
63. როგორ გადავიყვანოთ Fe +2 მარილი Fe +3 მარილში და პირიქით? მიეცით მაგალითები.
რეაქცია მიმდინარეობს განტოლების მიხედვით:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl
ან იონური ფორმით
Fe 3+ + 3CNS - \u003d Fe (CNS),
რკინის ნაერთები მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ ორგანიზმების ცხოვრებაში. მაგალითად, ის არის სისხლის მთავარი ცილის - ჰემოგლობინის, ასევე მწვანე მცენარეების - ქლოროფილის ნაწილი. რკინა ორგანიზმში ხვდება ძირითადად საკვები პროდუქტების ორგანულ ნივთიერებებში. ბევრი რკინა შეიცავს ვაშლს, კვერცხს, ისპანახს, ჭარხალს. როგორც წამალი, რკინა გამოიყენება ორგანული მჟავების მარილების სახით. რკინის ქლორიდი ემსახურება როგორც ჰემოსტატიკური აგენტი.
■ 64. სამი საცდელი მილი შეიცავს: ა) რკინას (II) სულფატს, ბ) რკინას (III) სულფატს და გ) რკინას (III) ქლორიდს. როგორ განვსაზღვროთ რომელი სინჯარა რომელ მარილს შეიცავს?
65. როგორ განვახორციელოთ ტრანსფორმაციების სერია:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. მოცემულია: რკინა, კაუსტიკური სოდა. როგორ მივიღოთ მხოლოდ ამ ნივთიერებების გამოყენებით რკინის (II) ჰიდროქსიდი და რკინის (III) ჰიდროქსიდი?
67. ქრომის (III) ქლორიდის და რკინის (III) ქლორიდის შემცველი ხსნარი დამუშავდა ჭარბი ტუტეებით. მიღებული ნალექი გაფილტრული იქნა. რა რჩება ფილტრზე და რა გადადის ფილტრატში? გაეცით ინფორმირებული პასუხი რეაქციის განტოლებების გამოყენებით მოლეკულური, სრული იონური და შემოკლებული იონური ფორმებით.
რკინის შენადნობები
რკინა არის შავი მეტალურგიის საფუძველი, ამიტომ იგი მოიპოვება უზარმაზარი რაოდენობით. კომუნიზმის სრულმასშტაბიანი მშენებლობის ახალი პროგრამა ითვალისწინებს 1980 წელს 250 მილიონი ტონა ფოლადის წარმოებას. ეს 3,8-ჯერ მეტია 1960 წელთან შედარებით.
რკინა თითქმის არასოდეს გამოიყენება მისი სუფთა სახით, მაგრამ მხოლოდ შენადნობის სახით. რკინის ყველაზე მნიშვნელოვანი შენადნობებია მისი ნახშირბადი - სხვადასხვა თუჯები და ფოლადები. თუჯსა და ფოლადს შორის მთავარი განსხვავება არის ნახშირბადის შემცველობა: თუჯი შეიცავს 1,7%-ზე მეტ ნახშირბადს, ხოლო ფოლადი შეიცავს 1,7%-ზე ნაკლებს.
დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს ფეროშენადნობებს (რკინის შენადნობი სილიციუმთან ერთად), ფეროქრომი (რკინის შენადნობი ქრომთან) და ფერომანგანუმი (რკინის შენადნობი მანგანუმთან ერთად). ფეროშენადნობები არის თუჯები, რომლებიც შეიცავს 10%-ზე მეტ რკინას და შესაბამისი კომპონენტის მინიმუმ 10%-ს. გარდა ამისა, ისინი შეიცავს იგივე ელემენტებს, როგორც თუჯის. ფეროშენადნობები ძირითადად გამოიყენება ფოლადის "დეოქსიდაციის" და შენადნობის მინარევების სახით.
თუჯებს შორის გამოიყოფა ხაზოვანი და ღორის უთოები. სამსხმელო რკინა გამოიყენება სხვადასხვა ნაწილების ჩამოსხმისთვის, ღორის რკინა დნება ფოლადად, რადგან მას აქვს ძალიან მაღალი სიხისტე და ვერ მუშავდება. ღორის რკინა თეთრია, სამსხმელო რკინა ნაცრისფერია. ღორის რკინა შეიცავს მეტ მანგანუმს.
ფოლადები ნახშირბადის და შენადნობისაა. ნახშირბადოვანი ფოლადები, როგორც წესი, არის რკინისა და ნახშირბადის შენადნობი, ხოლო შენადნობი ფოლადები შეიცავს შენადნობ დანამატებს, ანუ სხვა ლითონების მინარევებს, რომლებიც ფოლადს უფრო ძვირფას თვისებებს ანიჭებენ. იძლევა ფოლადის დრეკადობას, ელასტიურობას, სტაბილურობას გამკვრივებისას და - სიხისტე და სითბოს წინააღმდეგობას. ცირკონიუმის დანამატებით ფოლადები ძალიან ელასტიური და დრეკადია; ისინი გამოიყენება ჯავშანტექნიკის დასამზადებლად. მანგანუმის მინარევები ხდის ფოლადის გამძლეობას ზემოქმედებისა და ხახუნის მიმართ. ბორი აუმჯობესებს ფოლადის ჭრის თვისებებს ხელსაწყოების ფოლადების წარმოებაში.
ზოგჯერ იშვიათი ლითონების უმნიშვნელო მინარევებიც კი ფოლადს ახალ თვისებებს აძლევს. თუ ფოლადის ნაწილი ინახება ბერილიუმის ფხვნილში 900-1000 ° ტემპერატურაზე, ფოლადის სიმტკიცე და მისი აცვიათ წინააღმდეგობა მნიშვნელოვნად იზრდება.
ქრომ-ნიკელი ან, როგორც მათ ასევე უწოდებენ, უჟანგავი ფოლადები მდგრადია კოროზიის მიმართ. გოგირდის და ფოსფორის მინარევები ძალიან საზიანოა ფოლადისთვის - ისინი ასუფთავებენ ლითონს.
■ 68. რა არის თქვენთვის ცნობილი ყველაზე მნიშვნელოვანი რკინა?
69. რა არის მთავარი განსხვავება ფოლადსა და თუჯს შორის?
70. რა თვისებები აქვს თუჯს და თუჯის რა სახეობებს იცნობთ?
71. რა არის შენადნობი ფოლადები და შენადნობი დანამატები?
დომენის პროცესი
ღორის რკინა იწარმოება აფეთქების ღუმელებში შემცირებული დნობით. ეს არის უზარმაზარი სტრუქტურები ოცდაათი მეტრის სიმაღლეზე, რომლებიც აწარმოებენ დღეში 2000 ტონაზე მეტ თუჯს. აფეთქების ღუმელის მოწყობილობის სქემა ნაჩვენებია ნახ. 83.
აფეთქების ღუმელის ზედა ნაწილს, რომლის მეშვეობითაც იტვირთება მუხტი, ეწოდება ზედა. ზევით მუხტის მეშვეობით
ბრინჯი. 83. აფეთქებული ღუმელის მოწყობილობის სქემა.
ეცემა ღუმელის გრძელ ლილვში, ფართოვდება ზემოდან ქვემოდან, რაც ხელს უწყობს დატვირთული მასალის გადაადგილებას ზემოდან ქვემოდან. როდესაც მუხტი გადადის ღუმელის ყველაზე ფართო ნაწილზე - ორთქლზე - მასთან ხდება გარდაქმნების სერია, რის შედეგადაც წარმოიქმნება თუჯი, რომელიც მიედინება კერაში - ღუმელის ყველაზე ცხელ ნაწილში. სწორედ აქ გროვდება წიდა. თუჯი და წიდა გამოიყოფა ღუმელიდან კერაში სპეციალური ხვრელების მეშვეობით, რომელსაც ტაფოლებს უწოდებენ. ღუმელის ზედა ნაწილის მეშვეობით ჰაერი იფეთქება აფეთქებულ ღუმელში, რომელიც ხელს უწყობს საწვავის წვას ღუმელში.
განვიხილოთ ქიმიური პროცესები, რომლებიც ხდება რკინის დნობის დროს. აფეთქების ღუმელის მუხტი, ანუ მასში ჩატვირთული ნივთიერებების კომპლექსი შედგება რკინის მადნის, საწვავის და ნაკადებისგან, ანუ ნაკადებისგან. ბევრია რკინის საბადო. ძირითადი საბადოებია მაგნიტური რკინის მადანი Fe3O4, წითელი რკინის მადანი Fe2O3, ყავისფერი რკინის მადანი 2Fe2O8 3H2O. აფეთქების პროცესში რკინის საბადოდ გამოიყენება FeCO3 სიდერიტი, ზოგჯერ კი FeS2, რომელიც პირიტის ღუმელში გამოწვის შემდეგ გადაიქცევა Fe2O3 ცინდად, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მეტალურგიაში. ასეთი მადანი ნაკლებად სასურველია გოგირდის დიდი შერევის გამო. არა მხოლოდ თუჯის, არამედ ფეროშენადნობების დნობა ხდება აფეთქების ღუმელში. ღუმელში ჩატვირთული საწვავი ერთდროულად ემსახურება ღუმელში მაღალი ტემპერატურის შენარჩუნებას და მადნიდან რკინის აღდგენას, ასევე მონაწილეობს ნახშირბადის შენადნობის ფორმირებაში. საწვავი ჩვეულებრივ კოქსია.
რკინის დნობის პროცესში კოქსი გაზიფიცირებულია, გადაიქცევა, როგორც გაზის გენერატორში, ჯერ დიოქსიდში, შემდეგ კი ნახშირბადის მონოქსიდში:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
შედეგად მიღებული ნახშირბადის მონოქსიდი არის კარგი აირის შემცირების აგენტი. მისი დახმარებით აღდგება რკინის საბადო:
Fe2O3 + 3CO = 3CO2 + 2Fe
რკინის შემცველ მადნთან ერთად, ნარჩენი ქანების მინარევები აუცილებლად შედის ღუმელში. ისინი ძალიან ცეცხლგამძლეა და შეუძლიათ დაბლოკონ ღუმელი, რომელიც მრავალი წლის განმავლობაში მუდმივად მუშაობს. იმისათვის, რომ ნარჩენი ქანები ადვილად ამოიღონ ღუმელიდან, იგი გარდაიქმნება დნობად ნაერთად, აქცევს მას წიდად ნაკადებით (ნაკადებით). წიდაში გადატანა საბაზისო ქანების შემცველი, მაგალითად, კირქვის შემცველი, რომელიც იშლება ღუმელში განტოლების მიხედვით
CaCO3 = CaO + CO2
დაამატეთ ქვიშა. კალციუმის ოქსიდთან შერწყმა ქვიშა ქმნის სილიკატს:
CaO + SiO3 = CaSiO3
ეს არის ნივთიერება შეუდარებლად დაბალი დნობის წერტილით. თხევად მდგომარეობაში, ის შეიძლება გათავისუფლდეს ღუმელიდან.
თუ კლდე მჟავეა, შეიცავს დიდი რაოდენობით სილიციუმის დიოქსიდს, მაშინ, პირიქით, ღუმელში იტვირთება კირქვა, რომელიც სილიციუმის დიოქსიდს გარდაქმნის სილიკატად და შედეგად მიიღება იგივე წიდა. ადრე წიდა ნარჩენი იყო, ახლა კი წყლით გრილა და სამშენებლო მასალად გამოიყენება.
საწვავის წვის შესანარჩუნებლად გაცხელებული, ჟანგბადით გამდიდრებული ჰაერი მუდმივად მიეწოდება აფეთქებულ ღუმელს. თბება სპეციალურ ჰაერგამათბობლებში - კიუპერებში. კაუპერი არის ცეცხლგამძლე აგურით აგებული მაღალი კოშკი, სადაც ასაფეთქებელი ღუმელიდან ცხელი აირები გამოიყოფა. აფეთქების ღუმელის აირები შეიცავს ნახშირორჟანგს CO2, N2 და ნახშირბადის მონოქსიდს CO. ნახშირბადის მონოქსიდი იწვის ჭურჭელში, რითაც ზრდის მის ტემპერატურას. შემდეგ აფეთქების გაზები ავტომატურად იგზავნება სხვა ჭურჭელში და პირველის მეშვეობით იწყება აფეთქების ღუმელში მიმართული ჰაერის აფეთქება. ცხელ კაუპერში ჰაერი თბება და ამით ზოგავს საწვავს, რომელიც დიდი რაოდენობით დაიხარჯება აფეთქების ღუმელში შემავალი ჰაერის გასათბობად. თითოეულ ასაფეთქებელ ღუმელს აქვს რამდენიმე კუპერი.
■ 72. როგორია აფეთქებული ღუმელის მუხტის შემადგენლობა?
73. ჩამოთვალეთ ძირითადი ქიმიური პროცესები, რომლებიც ხდება რკინის დნობის დროს.
74. როგორი შედგენილობისაა აფეთქებული აირი და როგორ გამოიყენება ის ქოუპერებში?
75. რამდენი თუჯის 4% ნახშირბადის შემცველი შეიძლება მივიღოთ 10% მინარევების შემცველი 519,1 კგ მაგნიტური რკინის საბადოდან?
76. კოქსის რა რაოდენობა იძლევა ნახშირბადის მონოქსიდის მოცულობას, რომელიც საკმარისია 320 კგ რკინის ოქსიდის შესამცირებლად, თუ კოქსი შეიცავს 97% სუფთა ნახშირბადს?
77. როგორ უნდა დამუშავდეს სიდერიტი, რომ მათგან რკინა მოიპოვოს?
ფოლადის დნობა
ფოლადი დნება სამი ტიპის ღუმელში - ღია კერის რეგენერაციულ ღუმელში, ბესემერის გადამყვანებში და ელექტრო ღუმელში.
ღია ღუმელი არის ყველაზე თანამედროვე ღუმელი, რომელიც განკუთვნილია ფოლადის ძირითადი მასის დნობისთვის (სურ. 84). ღია ღუმელი, აფეთქებული ღუმელისგან განსხვავებით, არ არის მუდმივად მოქმედი ღუმელი.
ბრინჯი. 84. ღია კერის ღუმელის მოწყობილობის სქემა
მისი ძირითადი ნაწილია აბანო, სადაც საჭირო მასალები სპეციალური მანქანით ფანჯრებიდან იტვირთება. აბანო დაკავშირებულია სპეციალური გადასასვლელებით რეგენერატორებთან, რომლებიც ემსახურებიან ღუმელში მიწოდებული წვადი აირების და ჰაერის გაცხელებას. გათბობა ხდება წვის პროდუქტების სითბოს გამო, რომლებიც დროდადრო გადადიან რეგენერატორებში. ვინაიდან რამდენიმე მათგანია, ისინი მორიგეობით მუშაობენ და რიგრიგობით თბება. ღია კერის ღუმელს შეუძლია 500 ტონამდე ფოლადი აწარმოოს დნობაზე.
ღია ღუმელის მუხტი ძალიან მრავალფეროვანია: მუხტის შემადგენლობაში შედის რკინა, ჯართი, მადანი, ნაკადები (ნაკადები) იგივე ბუნების, როგორც აფეთქების ღუმელის პროცესში. როგორც აფეთქებული ღუმელის პროცესში, ფოლადის დამზადებისას ჰაერი და წვადი აირები თბება რეგენერატორებში გამონაბოლქვი აირების სიცხის გამო. ღია ღუმელების საწვავი არის ან საქშენებით შესხურებული მაზუთი ან წვადი გაზები, რომლებიც ამჟამად განსაკუთრებით ფართოდ გამოიყენება. აქ საწვავი ემსახურება მხოლოდ ღუმელში მაღალი ტემპერატურის შენარჩუნებას.
ფოლადის დნობის პროცესი ფუნდამენტურად განსხვავდება აფეთქების პროცესისგან, რადგან აფეთქების პროცესი არის შემცირების პროცესი, ხოლო ფოლადის დნობა არის ჟანგვითი პროცესი, რომლის მიზანია ნახშირბადის შემცველობის შემცირება ნახშირბადის მასაში დაჟანგვის გზით. ლითონის. ამაში ჩართული პროცესები საკმაოდ რთულია.
შეიცავს საბადოში და მიეწოდება ჰაერს ღუმელში აირისებრი საწვავის დასაწვავად, ის იჟანგება, ისევე როგორც მნიშვნელოვანი რაოდენობით რკინა, აქცევს მას ძირითადად რკინის ოქსიდად (II): 2Fe + O2 \u003d 2FeO
შეიცავს თუჯის ან სხვა ლითონების ნებისმიერ მინარევებს მაღალ ტემპერატურაზე, მიღებული რკინის (II) ოქსიდი კვლავ ამცირებენ მეტალის რკინას განტოლების მიხედვით: Si + 2FeO \u003d SiO2 + 2Fe Mn + FeO \u003d MnO + Fe
ანალოგიურად რეაგირებს რკინის ოქსიდთან (II) და: C + FeO = Fe + CO
პროცესის დასასრულს, დარჩენილი რკინის ოქსიდის (II) აღსადგენად (ან, როგორც ამბობენ, მისი „დეოქსიდიზაცია“), ემატება „დეოქსიდაზატორები“ - ფეროშენადნობები. მათში არსებული მანგანუმის და სილიციუმის დანამატები ამცირებენ დარჩენილ რკინის ოქსიდს (II) ზემოაღნიშნული განტოლებების მიხედვით. ამის შემდეგ დნობა მთავრდება. ღია კერის ღუმელებში დნობას 8-10 საათი სჭირდება.
ბრინჯი. 85. ბესემერის გადამყვანი მოწყობილობის დიაგრამა
ბესემერის გადამყვანი (სურ. 85) - ძველი ტიპის ღუმელი, მაგრამ ძალიან მაღალი წარმადობით. ვინაიდან კონვერტორი მუშაობს საწვავის მოხმარების გარეშე, ფოლადის წარმოების ეს მეთოდი მნიშვნელოვან ადგილს იკავებს მეტალურგიაში. გადამყვანი არის მსხლის ფორმის ფოლადის ჭურჭელი 20-30 ტონა ტევადობით, შიგნიდან მოპირკეთებული ცეცხლგამძლე აგურით. გადამყვანში თითოეული სითბო გრძელდება 12-15 წუთი. კონვერტორს აქვს მთელი რიგი უარყოფითი მხარეები: მას შეუძლია მხოლოდ თხევად რკინაზე მუშაობა. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ნახშირბადის დაჟანგვა ხორციელდება ჰაერის გავლით ქვემოდან თხევადი რკინის მთელ მასაში, რაც მნიშვნელოვნად აჩქარებს დნობას და ზრდის ჟანგვის ინტენსივობას. ბუნებრივია, რკინის „ნარჩენები“ ამ შემთხვევაში განსაკუთრებით დიდია. ამავდროულად, დნობის ხანმოკლე დრო არ იძლევა მისი დარეგულირების, შენადნობი მინარევების დამატებას, შესაბამისად, ძირითადად ნახშირბადოვანი ფოლადები დნება კონვერტორებში. დნობის ბოლოს ჰაერის მიწოდება ჩერდება და, როგორც ღია კერის პროცესში, ემატება „დეოქსიდიზატორები“.
ელექტრო ღუმელებში (სურ. 86) დნება სპეციალური კლასის შენადნობი ფოლადი, ძირითადად დნობის მაღალი ტემპერატურით, შეიცავს და სხვა დანამატებს. დასრულებული ფოლადი იგზავნება გორვაში. იქ, უზარმაზარ მბრუნავ ქარხნებზე - აყვავებულ და ფილებზე - რულონების დახმარებით კუმშვენ წითლად გაცხელებულ ფოლადის ინგოტებს, რაც შესაძლებელს ხდის ფოლადის ღეროსგან სხვადასხვა ფორმის დამზადებას.
სურ 86. ელექტრული რკალის ღუმელის სქემა. 1 - ელექტროდი, 2 - ჩატვირთვის ფანჯარა, 3 - ფოლადის გამოშვების ჩამკეტი, 4 - მბრუნავი მექანიზმი
რკინა შენადნობების სახით ფართოდ გამოიყენება ეროვნულ ეკონომიკაში. სახალხო ეკონომიკის არც ერთ დარგს არ შეუძლია ამის გარეშე. შავი ლითონების გადარჩენის მიზნით, ამჟამად, შეძლებისდაგვარად ცდილობენ მათ ჩანაცვლებას სინთეტიკური მასალებით.
ჩარხები და მანქანები, თვითმფრინავები და ხელსაწყოები, ფიტინგები რკინაბეტონის კონსტრუქციებისთვის, თუნუქის ყუთებისთვის და გადახურვის ფურცლებისთვის, გემები და ხიდები, სასოფლო-სამეურნეო მანქანები და სხივები, მილები და საყოფაცხოვრებო პროდუქტების მთელი ასორტიმენტი დამზადებულია შავი ლითონებისგან.
■ 78. რა ფუნდამენტური განსხვავებაა ფოლადის დამზადების პროცესსა და აფეთქების ღუმელის პროცესს შორის?
79. რა ღუმელები გამოიყენება ფოლადის დნობისთვის?
80. რა არის რეგენერატორები ღია კერის ღუმელში?
81. მიუთითეთ ღია ღუმელის მუხტის შემადგენლობა და მისი განსხვავება აფეთქების მუხტის შემადგენლობიდან?
82. რა არის „დეოქსიდიზატორები“?
83. რატომ ჰქვია ფოლადის დნობას ჟანგვითი დნობა?
84. რამდენი ფოლადის 1% ნახშირბადის შემცველი შეიძლება მივიღოთ 4% ნახშირბადის შემცველი 116,7 კგ თუჯისგან?
85. რამდენი ფერომანგანუმი, რომელიც შეიცავს 80% მანგანუმს, საჭირო იქნება 36 კგ შავი ოქსიდის „დეოქსიდიზაციისთვის“?
სტატია თემაზე რკინა, VIII ჯგუფის მეორადი ქვეჯგუფი
რკინა და ელექტროენერგია ფოლადების თვისებები მრავალფეროვანია. არსებობს ფოლადები, რომლებიც განკუთვნილია ზღვის წყალში ხანგრძლივი ყოფნისთვის, ფოლადები, რომლებიც უძლებენ მაღალ ტემპერატურას და...
IB ჯგუფში (სპილენძის ჯგუფი) არის გარდამავალი ლითონები Cu, Ag, Au, რომლებსაც აქვთ ელექტრონების მსგავსი განაწილება, რაც განისაზღვრება ელექტრონების "გარღვევის" ან "დარღვევის" ფენომენით.
"გაჟონვის" ფენომენი არის ორი ვალენტური s-ელექტრონიდან ერთის სიმბოლური გადატანა d-ქვედონეზე, რაც ასახავს გარე ელექტრონების არათანაბარ შეკავებას ბირთვის მიერ.
ერთი s-ელექტრონის გარე დონეზე გადასვლა იწვევს d-ქვედონის სტაბილიზაციას. მაშასადამე, აგზნების ხარისხიდან გამომდინარე, IB ჯგუფის ატომებს შეუძლიათ ერთიდან სამ ელექტრონს შესწირონ ქიმიური ბმის ფორმირებაში. შედეგად, IB ჯგუფის ელემენტებს შეუძლიათ შექმნან ნაერთები ჟანგვის მდგომარეობებით +1, +2 და +3. თუმცა, არსებობს განსხვავებები: სპილენძისთვის, ყველაზე სტაბილური ჟანგვის მდგომარეობაა +1 და +2; +1 ვერცხლისთვის და +1 და +3 ოქროსთვის. ამ ჯგუფში ყველაზე დამახასიათებელი საკოორდინაციო რიცხვებია 2, 3, 4.
IB- ჯგუფის ელემენტები შედარებით ინერტულია. ელექტროქიმიურ სერიაში ისინი წყალბადის შემდეგ დგანან, რაც გამოიხატება მათი სუსტი შემცირების უნარით. ამიტომ, ისინი ბუნებრივად გვხვდება ბუნებაში. ისინი ერთ-ერთი პირველი ლითონებია, რომლებიც ძველმა ადამიანმა იპოვა და გამოიყენა. ნამარხების სახით გვხვდება შემდეგი ნაერთები: Cu 2 O - კუპრიტი, Cu 2 S - ქალკოზინი, Ag 2 S - არგენტიტი, აკანტიტი, AgCl - კერაგირიტი, AuTe 2 - კალვერიტი, (Au, Ag) Te 4 - სილვანიტი.
IB ჯგუფში აღმდგენი და ძირითადი თვისებები მცირდება სპილენძიდან ოქრომდე.
სპილენძის, ვერცხლის, ოქროს ნაერთების ქიმიური თვისებები.
ვერცხლის ოქსიდი (I) მიიღება ვერცხლის ჟანგბადით გაცხელებით ან AgNO 3 ხსნარების ტუტეებით დამუშავებით:
2 AgNO 3 + 2KOH > Ag 2 O + 2KNO 3 + H 2 O
ვერცხლის (I) ოქსიდი ოდნავ იხსნება წყალში, თუმცა, ჰიდროლიზის გამო, ხსნარებს აქვთ ტუტე რეაქცია.
Ag 2 O + H 2 O > 2Ag + + 2OH -
ციანიდის ხსნარებში ის იქცევა კომპლექსად:
Ag 2 O + 4KSN + H 2 O > 2K [Ag (CN) 2] + 2KOH
Ag 2 O არის ძლიერი ჟანგვის აგენტი. ჟანგავს ქრომის (III) მარილებს:
3Ag 2 O + 2Cr(OH) 3 + 4NaOH > 2Na 2 CrO 4 + 6Ag + 5H 2 O,
ასევე ალდეჰიდები და ჰალოკარბონები.
ვერცხლის ოქსიდის (I) ჟანგვის თვისებები განსაზღვრავს მისი სუსპენზიის ანტისეპტიკად გამოყენებას.
ნორმალური რედოქს პოტენციალების ელექტროქიმიურ სერიაში ვერცხლი წყალბადის შემდეგ მოდის. ამრიგად, მეტალის ვერცხლი რეაგირებს მხოლოდ ჟანგვის კონცენტრირებულ აზოტთან და გოგირდის მჟავებთან:
2Ag + 2H 2 SO 4 > Ag 2 SO 4 + 5O 2 + 2H 2 O
ვერცხლის მარილების უმეტესობა ოდნავ ან ცუდად ხსნადია. პრაქტიკულად უხსნადი ჰალოიდები, ფოსფატები. ვერცხლის სულფატი და ვერცხლის კარბონატი ცუდად ხსნადია. ვერცხლის ჰალოიდების ხსნარები იშლება ულტრაიისფერი და რენტგენის სხივების ზემოქმედებით:
2AgCl -- hn > 2Ag + Cl 2
ულტრაიისფერი და რენტგენის სხივების მოქმედების მიმართ კიდევ უფრო მგრძნობიარეა AgCl კრისტალები ბრომიდების შერევით. კრისტალში სინათლის კვანტური მოქმედებით ხდება რეაქციები
Вr -- + hн > Вг ° + e -
Ag + + e ~ > Ag°
2AgBr > 2Ag 0 + Br 2
ვერცხლის ჰალოიდების ეს თვისება გამოიყენება ფოტომგრძნობიარე მასალების, კერძოდ ფოტოგრაფიული ფილმების, რენტგენის ფილმების წარმოებაში.
უხსნადი ვერცხლის ქლორიდი და ვერცხლის ბრომიდი იხსნება ამიაკში ამიაკის წარმოქმნით:
AgCl + 2NH 3 > [Ag (NH 3) 2] Cl
AgCl-ის დაშლა შესაძლებელია, რადგან ვერცხლის იონები უკავშირდებიან ძალიან ძლიერ კომპლექსურ იონს. იმდენად ცოტა ვერცხლის იონი რჩება ხსნარში, რომ არ არის საკმარისი ნალექის შესაქმნელად, რადგან კონცენტრაციების პროდუქტი ნაკლებია ხსნადობის მუდმივზე.
AgCl-ის ბაქტერიციდული თვისებები გამოიყენება გაზის ლორწოვანი გარსების სამკურნალო პრეპარატებში. საკვები პროდუქტების სტერილიზაციისა და კონსერვაციისთვის გამოიყენება „ვერცხლის წყალი“ - AgCl კრისტალებით დამუშავებული გამოხდილი წყალი.
ისევე როგორც ვერცხლი, სპილენძი (I) ქმნის უხსნად ჰალოგენებს. ეს მარილები იხსნება ამიაკში და ქმნიან კომპლექსებს:
CuCl + 2NH 3 > [Cu(NH 3) 2 ]Cl
წყალში უხსნადი სპილენძის ოქსიდები და ჰიდროქსიდები (II), რომლებიც ბუნებით ძირითადია და იხსნება მჟავებში:
Cu (OH) 2 + 2HCl + 4H 2 O > [Cu (H 2 O) 6] Cl 2
შედეგად მიღებული აკვაკაცია [Cu(H 2 O) 6 ] 2+ ანიჭებს ნათელ ლურჯ ფერს ხსნარებს.
სპილენძის (II) ჰიდროქსიდი იხსნება ამიაკიში, წარმოქმნის კომპლექსს, რომელიც ხსნარს ლურჯად აქცევს:
Cu (OH) 2 + 4NH 3 + 2H 2 O > [Cu (NH 3) 4 (H 2 O) 2] (OH) 2
ეს რეაქცია გამოიყენება სპილენძის (II) იონების ხარისხობრივი რეაქციისთვის.
სპილენძის, ვერცხლის და ოქროს მარილები ურთიერთქმედებენ ტუტე ლითონის სულფიდებთან და წყალბადის სულფიდთან და წარმოქმნიან წყალში უხსნად ნალექებს - Ag 2 S, Cu 2 S, CuS, Au 2 S 3.
IB ჯგუფის ლითონების მაღალი მიდრეკილება გოგირდთან განსაზღვრავს M-S კავშირის მაღალ ენერგიას და ეს, თავის მხრივ, განსაზღვრავს მათი ქცევის სპეციფიკურ ბუნებას ბიოლოგიურ სისტემებში.
ამ ლითონების კათიონები ადვილად ურთიერთქმედებენ გოგირდის შემცველი ჯგუფების შემცველ ნივთიერებებთან. მაგალითად, Ag + და Cu + იონები რეაგირებენ მიკროორგანიზმების დითიოლის ფერმენტებთან სქემის მიხედვით:
ცილის შემადგენლობაში ლითონის იონების ჩართვა ახდენს ფერმენტების ინაქტივაციას, ანადგურებს ცილებს.
იგივე მექანიზმი უდევს საფუძვლად დერმატოლოგიაში გამოყენებული ვერცხლის და ოქროს შემცველი წამლების მოქმედებას.
ოქროს (III) ყველაზე გავრცელებული ნაერთია AuCl 3 ქლორიდი, რომელიც წყალში ძალიან ხსნადია.
ოქროს ოქსიდი და ჰიდროქსიდი (III) არის ამფოტერული ნაერთები უფრო გამოხატული მჟავე თვისებებით. ოქროს (III) ჰიდროქსიდი არ იხსნება წყალში, მაგრამ იხსნება ტუტეებში ჰიდროქსო კომპლექსის წარმოქმნით:
AuO (OH) + NaOH + H 2 O > Na [Au (OH) 4]
რეაგირებს მჟავებთან მჟავა კომპლექსის წარმოქმნით:
AuO (OH) + 2H 2 SO 4 > H [Au (SO 4) 2] + 2H 2 O
რთული ნაერთების დიდი რაოდენობა ცნობილია ოქროსა და მისი ანალოგებისთვის. ოქროს დაშლის ცნობილი რეაქცია "aqua regia"-ში (1 ტომი კონს. HMO3 და 3 ტომი კონს. HCl) რთული მჟავის წარმოქმნაა:
Au + 4HCl + HNO 3 > H [AuCl 4] + NO + 2H 2 O
სხეულში სპილენძი ფუნქციონირებს +1 და +2 დაჟანგვის მდგომარეობებში. Cu + და Cu 2+ იონები ბაქტერიებისგან იზოლირებული "ლურჯი" ცილების ნაწილია. ამ ცილებს მსგავსი თვისებები აქვთ და აზურინებს უწოდებენ.
სპილენძი (I) უფრო ძლიერად უკავშირდება გოგირდის შემცველ ლიგანდებს, ხოლო სპილენძი (II) ცილების კარბოქსილს, ფენოლურ და ამინოჯგუფებს. სპილენძი (I) იძლევა კომპლექსებს საკოორდინაციო რიცხვით 4. წარმოიქმნება ტეტრაედრული სტრუქტურა (თუ ჩართულია დ-ელექტრონების ლუწი რაოდენობა). სპილენძისთვის (II), საკოორდინაციო ნომერია 6; იგი შეესაბამება კომპლექსის ორთორმბულ გეომეტრიას.
