Ang mga elemento ng ikawalong (iron, ruthenium, osmium, gassium), ikasiyam (cobalt, rhodium, iridium, meitnerium) at ikasampu (nickel, palladium, platinum, darmstadtium) na mga grupo ay isinasaalang-alang sa kasaysayan na magkakasama kaugnay ng kanilang pagkakaisa sa isang solong ikawalo pangkat ng maikling-panahong bersyon ng periodic table . Ang mga elemento ng ikalima at ikaanim na panahon na kasama sa komposisyon nito (ruthenium, osmium, rhodium, iridium, palladium, platinum) ay marangal, madalas na magkasama sa anyo ng mga haluang metal kung saan nangingibabaw ang platinum, kaya kadalasang pinagsama sila sa isang pamilya ng mga metal na platinum (platinoids). Gayundin, ang iron, cobalt at nickel ay minsan ay itinuturing bilang isang hiwalay na triad (iron triad). Sa ilang walang kondisyon na pagkakapareho ng mga platinum na metal, ang kimika ng mga elemento na kasama sa iba't ibang mga grupo, halimbawa, osmium, rhodium at palladium, ay naiiba nang malaki, ngunit sa parehong oras, mayroong isang kapansin-pansing pagkakapareho sa pagitan ng magkatulad na mga compound ng mga elemento sa loob ng grupo, para sa halimbawa, cobalt (III) ammoniates, rhodium(III) at iridium(III). Samakatuwid, ang mga kemikal na katangian ng naglalaman ng oxygen at kumplikadong mga compound ay inilarawan sa aklat-aralin sa pamamagitan ng mga grupo. Ang mga elemento ng ikapitong yugto ng gassium, meitnerium at darmstadtium ay radioactive na may maikling kalahating buhay at nakukuha lamang sa dami ng ilang sampu ng mga atomo.

Ang bakal ay isa sa pitong mga metal ng sinaunang panahon, iyon ay, kilala sa sangkatauhan mula sa pinakamaagang panahon ng kasaysayan ng lipunan. Bagaman alam na ng mga Egyptian at Phoenician ang kakayahan ng mga kobalt compound na magbigay ng mga baso ng maliwanag na asul na kulay, ang elemento mismo sa anyo ng isang simpleng sangkap ay nakuha lamang noong 1735 ng German chemist na si G. Brandt, at makalipas ang ilang taon ang Swedish. metalurhista A.F. Ibinukod ng Cronstedt ang nickel mula sa copper ore. Ang platinum ay tradisyonal na itinuturing na metal ng mga Indian ng Ecuador, dahil ito ay ginamit nila sa paggawa ng mga alahas at ritwal na maskara bago ang pagdating ng mga conquistador. Ang nabubulok na metal, panlabas na katulad ng pilak, ay natanggap mula sa mga Kastila ang pangalang platina, isang diminutive ng salitang "pilak". Sa loob ng mahabang panahon, ang metal ay hindi nakahanap ng anumang gamit dahil sa mataas na tigas at refractoriness nito. Sa unang pagkakataon, nakuha ng English chemist na si W. Wollaston ang malleable na platinum noong 1805, na nagpabuti sa proseso ng hot forging. Siya ay pinarangalan sa pagkatuklas ng palladium (pinangalanan sa asteroid Pallas, na natuklasan noong 1802) at rhodium, na pinangalanan sa kulay rosas-pulang kulay ng mga asin. Iridium (mula sa Latin na iris - bahaghari, ayon sa mga compound na may maliwanag na kulay ng iba't ibang kulay) at osmium (mula sa Greek οσμη - amoy, ayon sa matalim na hindi kanais-nais na amoy ng pabagu-bago ng isip tetroxide) ay malapit nang nahiwalay sa pulbos na natitira pagkatapos ng pagproseso. hilaw na platinum na may aqua regia. Noong 1844, si Klaus, propesor ng kimika sa Kazan University, ay naghiwalay ng ruthenium, na pinangalanan niya sa Russia, mula sa Ural ore na ipinadala sa kanya para sa pagsusuri.

Ang napakabigat na platinum na mga metal ay ang radioactive gassium, meitnerium, at darmstadtium. Ang mga elementong ito ay nakuha noong 1980s–1990s. sa napakalakas na nuclear accelerator sa Darmstadt (Germany) sa mga reaksyon

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

Ang Gassium ay pinangalanan sa lupain ng Hesse, kung saan matatagpuan ang lungsod ng Darmstadt, meitnerium - bilang parangal sa siyentipiko ng Australia na si Lise Meitner, na nag-aral ng mga reaksyon ng fission ng uranium nuclei, at darmshadtium bilang parangal kay Darmstadt. Ang pangalan ng huling elemento ay inaprubahan ng komisyon ng IUPAC noong 2003.

Ang mga elemento ng ikawalong pangkat ay may karaniwang elektronikong pagsasaayos sa ground state (n – 1)d 6 ns 2 ay nasira sa ruthenium dahil sa "electron slip". Ang mga katulad na phenomena ay nangyayari sa rhodium atom, na bahagi ng ika-siyam na pangkat, na may karaniwang pagsasaayos ng elektron. (n – 1)d 7 ns 2 . Kabilang sa mga elemento ng ikasampung pangkat, ang pagsasaayos (n – 1)d 8 ns 2 ay sinusunod lamang sa nickel atom: sa platinum sa ground state, isang electron "breakthrough" ang nangyayari, at sa palladium - dalawa, na humahantong sa kumpletong pagkumpleto ng d-shell (Talahanayan 6.1).

Talahanayan 6.1.

Ang ilang mga katangian ng mga elemento ng ikawalo - ikasampung grupo.

Grupo	ikawalo	ikasiyam	Ikasampu
Core charge	26Fe	44 Ru	76 Os	27Co	45 Rh	77 Ir	28 Ni	46 Pd	78 Pt
Bilang ng mga natural na isotopes
Electronic na pagsasaayos	3d 6 4s 2	[kr] 4d 7 5s 1	[Xe]4f 14 5d 6 6s 2	3d 7 4s 2	[kr]4d 8 5s 1	[Xe]4f 14 5d 7 6s 2	3d 8 4s 2	[kr]4d 10	[Xe]4f 14 5d 9 6s 1
Metal radius, nm	0.126	0.134	0.135	0.125	0.134	0.136	0.124	0.137	0.139
Enerhiya ng ionization, kJ/mol,	I 1 I 2 I 3 I 4 I 5		(4500) (6100)	(1600) (2400) (3900) (5200)		(4400) (6500)	(1680) (2600) (3800) (5500)		(4700) (6300)	(2800) (3900) (5300)
Ionic radius, nm (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
Electronegativity ayon kay Pauling	1.83	2.2	2.2	1.88	2.28	2.20	1.91	2.20	2.28
Electronegativity ayon kay Allred-Rochow	1.64	1.42	1.52	1.70	1.45	1.55	1.75	1.35	1.44
Mga estado ng oksihenasyon	(–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)

* nasa mababang estado ng pag-ikot

Ang mga pattern ng mga pagbabago sa mga katangian ng mga elemento ng mga grupo 8–10 kapag gumagalaw sa isang panahon at sa kabuuan ng isang grupo ay sumusunod sa mga pangkalahatang batas na tinalakay sa Kabanata 1. Ang unang ionization energies sa ikawalo at ikasiyam na grupo ay bumababa kapag lumilipat mula sa 3d metal patungo sa 4d (Talahanayan 6.1.), na dahil sa pagtaas ng atomic radius at ang pag-alis ng mga valence electron mula sa nucleus. Ang karagdagang pagtaas sa E 1 sa pagpunta sa d-metal ng ikaanim na yugto ay ipinaliwanag ng mga epekto ng screening na nauugnay sa pagpuno ng 4f sublevel. Ang pangkalahatang pattern ay hindi nalalapat sa mga elemento ng ikasampung pangkat dahil sa makabuluhang pagpapapanatag ng d-orbitals ng nickel atom, na sanhi ng dobleng "breakthrough" ng mga electron.

Ang mga metal ng iron triad, tulad ng ibang mga elemento ng 3d-series, na may maliit na atomic radius at medyo maliit na d-orbitals na may hindi gaanong antas ng overlap, ay may mas mataas na aktibidad ng kemikal kumpara sa mga platinum na metal. Hindi tulad nila, ang iron, cobalt at nickel ay nag-aalis ng hydrogen mula sa mga acid solution at nag-oxidize sa hangin. Ang mga ito ay hindi nailalarawan sa pamamagitan ng mga compound ng kumpol, na, kung nabuo, ay madalas na nagiging hindi matatag sa hangin at sa may tubig na solusyon. Sa pangkalahatan, ang mga platinum na metal ay maaaring ituring na hindi gaanong aktibo sa kemikal na mga metal, dahil sa medyo mababa (kumpara sa mga d-elemento sa simula ng mga hilera ng paglipat) atomic radius at ang mataas na antas ng overlapping ng mga d-orbital. Sa mga ito, ang osmium lamang ang direktang nakikipag-ugnayan sa oxygen, at ang palladium lamang ang tumutugon sa puro nitric acid. Sa pangkalahatan, ang mga platinum na metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga kumplikadong compound, kabilang ang mga complex na may π-acceptor ligand (carbon monoxide, alkenes, alkadienes), hydride, na kadalasang matatag kahit na sa aqueous solution, at mga cluster. Tulad ng ibang mabibigat na transition metal, ang mga platinoids ay nagpapakita ng mataas na estado ng oksihenasyon, hanggang +8 (OsO 4). Ang katatagan ng mas mataas na estado ng oksihenasyon ay tumataas pababa sa mga grupo (Talababa: Para sa pagsusuri ng kimika ng mga platinum na metal sa mga estado ng oksihenasyon mula +4 hanggang +8, tingnan ang D.J. Gulliver, W. Levason, Coord. Chem. Rev., 1982, 46 , 1).

Kapag gumagalaw sa panahon, habang ang bilang ng mga valence electron ay tumataas at ang kanilang pagpapares, ang d-sublevel ay nagpapatatag, at ang katatagan ng mas mataas na mga estado ng oksihenasyon ay bumababa. Kaya, ang iron ay maaaring ma-oxidize sa isang may tubig na solusyon upang i-ferrate ang FeO 4 2–, na naglalaman ng isang metal na atom sa estado ng oksihenasyon +6, kobalt at nikel sa ilalim ng mga kundisyong ito ay nakuha ang estado ng oksihenasyon +3. Ang pinakamataas na estado ng oksihenasyon ay pinaka-matatag para sa mga elemento ng ikawalong pangkat - bakal (+6), ruthenium (+8) at osmium (+8) (Talababa: May impormasyon tungkol sa pagkuha ng mga iron compound sa estado ng oksihenasyon +8: Tingnan Kiselev Yu. M., Kopelev N. S., Spitsyn V. I., Martynenko L. I. Doklady AN SSSR, 1987, v. 292, no. 3, p. 628). Ang mga metal na ito ay nagpapakita ng pinakamababang estado ng oksihenasyon na may mga compound na may π-acceptor ligand, halimbawa, sa mga carbonyl: K 2 , K. Ang halaga ng pinaka-matatag na estado ng oksihenasyon ay bumababa nang monotonically kapag gumagalaw sa panahon: para sa bakal, ang estado ng oksihenasyon ay + 3, ang kobalt ay umiiral sa may tubig na mga solusyon na nakararami sa +2 na estado ng oksihenasyon, at sa +3 na mga complex, ang nikel ay eksklusibo sa +2 na estado ng oksihenasyon. Ito ay pare-pareho sa pagtaas ng ikatlong ionization energies sa seryeng Fe - Co - Ni (Talahanayan 6.1.). Ni 2+ ions ay lumalaban sa air oxygen oxidation sa anumang pH, cobalt(II) salts ay stable sa acidic at neutral na media, at na-oxidized sa presensya ng OH ions, ang iron(II) ay na-convert sa iron(III) sa ilalim ng pagkilos ng oxygen (E 0 ( O 2 /H 2 O) = 1.229 B, pH = 0, at 0.401 B, pH = 14) sa anumang pH. Ang pagbabawas ng aktibidad ng mga metal ng triad ay bumababa din kapag gumagalaw kasama ang 3d-series (Talahanayan 6.2.).

Talahanayan 6.2. Mga karaniwang potensyal ng elektrod M(III)/M(II) at M(III)/M(0) para sa mga elemento ng iron triad

Ang pagbabago sa mga estado ng oksihenasyon na matatag sa may tubig na mga solusyon ay maaaring katawanin bilang isang diagram:

Ang mga halimbawa ng mga compound ng mga elemento ng 8 - 10 grupo na may iba't ibang antas ng oksihenasyon ay ibinibigay sa talahanayan. 6.3. Para sa mga ions na may mga elektronikong configuration d 3 (Ru +5), d 5 (Fe +3,) at d 6 (Fe +2, Co +3, Rh +3, Ir +3), ang mga octahedral complex ay katangian, para sa mga configuration d Ang 4 ( Ru +4, Os +4) at d 7 (Co +2) ay tetragonally distorted octahedral, na nagmumula dahil sa epekto ng Jahn-Teller, para sa d 8 - octahedral (Ni +2 na may mahina at katamtamang field ligand) - o parisukat na planar ( Pd +2 , Pt +2 , at gayundin ang Ni +2 na may malalakas na ligand ng field). Ang mga molekula at ion na may tetrahedral geometry ay bumangon kapag ang mga metal ions ay nakikipag-ugnayan sa mga bulk ligand (PR3, Cl–, Br–, I–) o kapag ang d sublevel ay ganap na napuno (d10, Pd0, Rh–1, Ru–2).

Ang sunud-sunod na pagbaba sa atomic at ionic radii habang gumagalaw ang isang panahon ay humahantong sa unti-unting pagbaba sa maximum na mga numero ng koordinasyon mula 10 para sa iron (sa ferrocene) hanggang 8 para sa cobalt (sa 2–) at 7 para sa nickel (sa mga complex na may macrocyclic ligand). Ang mabibigat na analogs ng iron - ruthenium at osmium ay bihirang dagdagan ang numero ng koordinasyon ng higit sa anim. Para sa platinum(II) at palladium(II), na mayroong d 8 electronic configuration, ang mga square planar complex na may coordination number na 4 ang pinaka-katangian.

Ang isa pang kahihinatnan ng isang pagbawas sa ionic radii ay isang tiyak na pagbaba sa mga halaga ng produkto ng solubility ng hydroxides M(OH) 2, at, dahil dito, ang kanilang basicity constants kapag gumagalaw kasama ang 3d series:

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

Ang antas ng hydrolysis ng mga asing-gamot na may mga anion ng parehong pangalan ay tumataas din sa parehong direksyon. Ito ay humahantong sa katotohanan na kapag ang mga manganese(II) at iron(II) na mga asing-gamot ay nalantad sa isang solusyon ng average na sodium carbonate, ang mga average na carbonate ay namuo, at ang mga kobalt at nikel na ion ay nagbibigay ng mga pangunahing asin sa ilalim ng mga kondisyong ito. Ang pagtaas sa lambot ng Pearson ng mga 3d-metal na cations habang gumagalaw ang mga ito sa panahon habang napupuno ang d-sublevel at ang pagbaba ng ionic radii ay nagiging sanhi ng pagpapalakas ng M-S bond kumpara sa M-O. Ito ay malinaw na naglalarawan ng monotonikong pagbabago sa mga produkto ng solubility ng sulfide:

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

Kaya, ang manganese at iron ay nangyayari sa kalikasan pangunahin sa anyo ng mga compound ng oxygen, na sinusundan ng iron, cobalt, nickel at copper sa polysulfide ores.

Talahanayan 6.3. Oxidation states, electronic configurations, coordination number (C.N.) at geometry ng mga molekula at ion

Electronic Configuration	K.Ch.	Geometry	Ikawalong pangkat	Ikasiyam na pangkat	Ikasampung pangkat
Katayuan ng oksihenasyon	Mga halimbawa	Katayuan ng oksihenasyon	Mga halimbawa	Katayuan ng oksihenasyon	Mga halimbawa
d 10		tetrahedron	–2	2– , M = Fe, Ru, Os	–1	– , M = Co, Rh		Ni(CO) 4 , M(PF 3) 4 , M = Pd, Pt
d9		trigonal bipyramid	–1	2–		–	+1	–
–	Co 2 (CO) 8, M 4 (CO) 12, M = Rh, Ir	–
	octahedron
d8		octahedron		–	+1	–	+2	2+ , 3+
	trigonal bipyramid		,	3–
–	–	2–
	tetrahedron
–	RhCl(PPh 3) 2	2–. 2– , M = Pd, Pt
	parisukat
d7		octahedron	+1	+	+2	2+, Rh 2 (CH 3 COO) 4 (H 2 O) 2	+3	3– , M = Ni, Pd
	tetrahedron		–	2–	–
d6		tetrahedron	+2	2–	+3	5–	+4	2– , 2– , M = Pd, Pt
	octahedron	2+ , 4–	3+	–
d5		tetrahedron	+3	–	+4	–	+5	–
	octahedron	3+ , 3–	2– , 2– , M = Co, Rh	–
d4		tetrahedron	+4		+5	–	+6	PTF 6
	octahedron	2– , M = Ru, Os	– , M = Rh, Ir	–
d3		tetrahedron	+5	3– , – , M = Ru, Os	+6	MF 6 , M = Rh, Ir
d2		tetrahedron	+6	2– , 2– ,		–
d1		tetrahedron	+7	– , M = Ru, Os		–
	octahedron	OsOF 5	–
	pentagonal bipyramid	OSF 7	–
d0		tetrahedron	+8	MO 4 , M = Ru, Os		–

DAGDAG. Biochemistry ng bakal.

Bagaman ang katawan ng isang may sapat na gulang ay naglalaman lamang ng halos 4 g ng bakal, ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa mga proseso ng paglipat ng oxygen sa mga tisyu at mga selula, ang pag-alis ng carbon dioxide, at oxidative phosphorylation. Ang tatlong-kapat ng mga iron atoms sa katawan ay nasa anyo ng hemoglobin, na binubuo ng isang porphyrin complex ng iron na tinatawag na heme at ang protein globin. Ang hemoglobin ay nagbibigay ng transportasyon ng oxygen sa mga tisyu ng katawan, at ang nauugnay na protina na myoglobin, na may mas simpleng istraktura at, hindi tulad ng hemoglobin, ay walang quaternary na istraktura, tinutukoy ang kakayahan ng mga tisyu na mag-imbak ng oxygen. Ang hemoglobin ay matatagpuan sa mga pulang selula ng dugo at ang myoglobin ay matatagpuan sa tissue ng kalamnan. Ang parehong mga compound ay may pulang kulay dahil sa pagkakaroon ng isang iron atom sa kanila sa +2 na estado ng oksihenasyon, at ang oksihenasyon ng bakal ay humahantong sa pagkawala ng kanilang biological na aktibidad! Sa istruktura ng protina, ang heme ay matatagpuan sa puwang sa pagitan ng dalawang helice na nabuo ng polypeptide chain. Tinitiyak ng porphyrin complex ang square planar coordination ng iron atom ng apat na nitrogen atoms ng porphyrin cycle. Ang nitrogen atom ng imidazole ring ng histidine amino acid na kabilang sa pinakamalapit na polypeptide chain ay umaakma sa coordination number ng iron hanggang lima. Kaya, sa non-oxygenated form ng hemoglobin, ang ikaanim na posisyon sa coordination sphere ng iron atom ay nananatiling bakante. Dito pumapasok ang molekula ng oxygen. Kapag ang oxygen ay idinagdag, ang iron atom ay umalis sa eroplano ng porphyrin cycle ng 0.02 nm kumpara sa deoxy form. Ito ay humahantong sa mga pagbabago sa conformational sa pag-aayos ng mga polypeptide chain. Sa kasong ito, ang complex ay nagiging diamagnetic dahil sa paglipat ng iron atom sa isang mababang-spin na estado:

Ang arterial blood ay naglalaman ng higit sa lahat oxyhemoglobin, at habang ang mga molekula ng oxygen na nilalaman nito ay pumapasok sa myoglobin, ang kulay ng dugo ay nagiging mas madilim - ito ay nagpapahiwatig ng pagbabalik ng heme sa dati nitong deoxy na anyo. Ang Hemoglobin ay hindi lamang nagdadala ng oxygen mula sa mga baga patungo sa mga peripheral na tisyu, ngunit pinabilis din ang transportasyon ng carbon dioxide mula sa mga tisyu patungo sa mga baga. Kaagad pagkatapos ng paglabas ng oxygen, ito ay nagbubuklod ng humigit-kumulang 15% ng CO 2 na natunaw sa dugo.

Ang molekula ng CO ay nagagawang bumuo ng mas malakas na complex na may heme kaysa sa molekula ng oxygen, sa gayo'y pinipigilan ang pagdadala nito mula sa mga baga patungo sa mga tisyu. Iyon ang dahilan kung bakit ang paglanghap ng carbon monoxide ay humahantong sa kamatayan dahil sa kakulangan ng oxygen. Ang cyanide ion ay gumaganap din ng isang katulad na papel, bagaman ang toxicity nito ay higit sa lahat dahil sa pakikipag-ugnayan sa iba pang mga hemoprotein na naglalaman ng bakal - cytochromes. Ang mga cytochromes ay kasangkot sa oxidative phosphorylation - ang oksihenasyon ng pyruvate na nagaganap sa mitochondria, na nabuo sa panahon ng pangunahing oksihenasyon ng carbohydrates. Ang enerhiya na inilabas sa prosesong ito ay nakaimbak sa anyo ng mga high-energy bond ng ATP molecule. Sa isang kumplikadong chain ng oxidative phosphorylation, ang mga cytochromes a, b, at c ay mga electron carrier mula sa isang enzyme patungo sa isa pa at, sa huli, sa oxygen. Sa kasong ito, ang iron atom ay patuloy na nagbabago sa estado ng oksihenasyon nito.

Ang pinaka-pinag-aralan ay ang cytochrome P 450, na isang heme na naiiba sa heme sa hemoglobin sa pamamagitan ng isang hanay ng mga substituent at naglalaman ng iron +3, na pinag-ugnay ng isang molekula ng tubig at isang sulfur atom na kabilang sa amino acid cysteine ​​​​(Larawan 6.1). . Modelo ng aktibong sentro ng cytochrome P 450na napapalibutan ng bahagi ng protina ng molekula) . Ang papel nito ay ang hydroxylate lipophilic compound na dayuhan sa katawan, na nabuo bilang mga by-product o pumapasok sa katawan mula sa labas:

R–H + O 2 + 2e – + 2H + ¾® ROH + H 2 O

Sa unang yugto (Larawan 6.2. Catalytic cycle ng cytochrome P 450). Ang Cytochrome ay nakakabit ng substrate molecule, na pagkatapos ay (hakbang 2) ay sumasailalim sa pagbawas ng isa pang enzyme. Ang ikatlong yugto ay ang pagdaragdag ng oxygen, katulad ng inilarawan sa itaas para sa hemoglobin. Sa nagresultang low-spin iron complex, ang coordinated O2 molecule ay nabawasan sa isang peroxide ion (stage 4), na, bilang resulta ng intramolecular electron transfer, ay humahantong sa isang oxoferryl complex na naglalaman ng iron sa +5 oxidation state (stage 5). ). Kapag ito ay naibalik, ang oxidized substrate ay pinaghihiwalay, at ang cytochrome ay pumasa sa orihinal nitong estado (stage 6).

Binubuo din ng heme ang batayan ng mga catalases at peroxidases, mga enzyme na nagpapagana ng mga reaksyon ng oksihenasyon sa hydrogen peroxide. Ang isang molekula ng catalase bawat segundo ay may kakayahang magdulot ng pagkabulok ng 44,000 H 2 O 2 molekula.

Sa oxidative phosphorylation, kasama ang mga cytochrome, ang mga ferredoxin ay kasangkot - mga protina ng iron-sulfur, ang aktibong sentro nito ay isang kumpol na naglalaman ng isang iron atom, sulfide bridges at cysteine ​​​​amino acid residues (Fig. 6.3. Ang istraktura ng bacterial ferredoxin ( a), ang aktibong sentro ng ferredoxin (b)). Ang mga ferredoxin na matatagpuan sa bacteria, na naglalaman ng walong iron at sulfur atoms bawat isa, ay may mahalagang papel sa mga proseso ng atmospheric nitrogen fixation. Sa bacterial ferredoxin molecule, dalawang magkaparehong grupo ng Fe 4 S 4 ang natagpuan, na may hugis ng isang kubo at matatagpuan sa layo na 1.2 nm mula sa isa't isa. Ang dalawang kumpol na ito ay matatagpuan sa loob ng isang lukab na nabuo sa pamamagitan ng mga kadena ng mga amino acid na naka-link sa isa't isa. Ang komposisyon ng nitrogenase (tingnan ang p. 169, volume 2) ay kinabibilangan din ng mga protina na may molecular weight na humigit-kumulang 220 thousand, na naglalaman ng dalawang molybdenum atoms at hanggang 32 iron atoms. (R. Murray, D. Grenner, P. Meyes, W. Rodwell, Human Biochemistry, M., Mir, 1993).

END OF SUPPLEMENT

6.2. Pamamahagi sa kalikasan, paggawa at paggamit ng mga simpleng sangkap ng 8-10 na grupo.

Sa mga tuntunin ng paglaganap sa kalikasan sa mga elemento ng mga pangkat 8-10, ang hindi mapag-aalinlanganang pinuno ay bakal, mas tiyak, ang isotope nito 56 Fe, ang nuclei na kung saan ay may pinakamataas na nagbubuklod na enerhiya ng mga proton at neutron, at, samakatuwid, ay lubos na matatag. .

Sa katunayan, ang bilang ng mga atomo ng bakal sa Uniberso ay higit na lumampas sa bilang ng mga atomo ng alinman sa mga kalapit na elemento sa Periodic system at malapit ito sa hydrogen at helium. Halimbawa, sa Araw, ang nilalaman ng hydrogen ay tinatantya sa 1 × 10 12 conventional units, helium - sa 6.31 × 10 10, at iron - sa 3.16 × 10 17. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang nucleus ng nuclide 56 Fe ay kabilang sa bilang ng magic, iyon ay, pagkakaroon ng ganap na napuno na mga nuclear shell. Habang tumataas ang bilang ng mga nucleon sa nucleus, mabilis na tumataas ang nagbubuklod na enerhiya sa bawat nucleon, na umaabot sa maximum sa iron nucleus, at pagkatapos ay unti-unting bumababa (Larawan 6.4. Binding energy bawat nucleon bilang isang function ng atomic number ng elemento).(R.J. Theiler, Pinagmulan ng mga elemento ng kemikal, M., Mir, 1975).

Ayon sa nilalaman sa crust ng lupa, ang bakal ay nasa ikaapat na puwesto (4.1%), pangalawa lamang sa oxygen, silikon at aluminyo, ang nikel (8 × 10 -3%) ay nasa pangalawang sampu, kobalt (2 × 10 -3). %) - sa pangatlo, at ang mga platinum na metal ay bihira (Ru 10–7%, Pt 10–7%, Pd 6×10–8%, Rh 2×10–8%, Os 10–8%, Ir 3× 10–10%) . Sa crust ng lupa, ang bakal ay pangunahing kinakatawan ng hematite Fe 2 O 3 (pulang iron ore), magnetite Fe 3 O 4 (magnetic iron ore), limonite Fe 2 O 3 ×xH 2 O (brown iron ore), siderite FeCO 3 (iron spar, spar iron ore ), ilmenite FeTiO 3 at sulfur-bearing mineral pyrite FeS 2 (iron pyrites). Sa pangkalahatan, higit sa 300 mineral na naglalaman ng bakal ang kilala. Ang isang malaking halaga ng bakal ay bahagi ng iba't ibang silicates at aluminosilicates na bumubuo sa mga bato. Kapag na-weather, ang mga compound ng bakal, pangunahin ang iron(III) oxide at oxohydroxide, ay pumapasok sa quartz sand, clay, at lupa, na nagbibigay sa kanila ng dilaw-kayumanggi, makalupang kulay. Ang bakal ng meteoric na pinagmulan ay matatagpuan sa libreng anyo sa lupa, kadalasan sa anyo ng isang haluang metal na may nikel. Ang katutubong bakal ay kilala rin sa anyo ng mga natuklap o maliliit na dahon na nakasabit sa mga basalt. Paminsan-minsan lamang ito ay bumubuo ng mga hiwalay na piraso. Ang ganitong mga nahanap ay napakabihirang na sa Panahon ng Bato at Tanso ang mga kasangkapang ginawa mula rito ay mas pinahahalagahan kaysa sa ginto. Ang mantle ng Earth ay naglalaman ng malaking halaga ng bakal sa anyo ng mga spinel, silicates, at oxides. Ito ay pinaniniwalaan na ang bakal na may pinaghalong nickel at sulfur ang pangunahing bahagi ng core ng daigdig. Sa ibabaw na layer ng Buwan, ang nilalaman ng bakal ay umabot sa 0.5%.

Ang pag-unlad ng pagkuha ng bakal mula sa iron ore ay ang simula ng Panahon ng Bakal. Upang mabawasan ang mga iron oxide na may karbon, kinakailangan ang temperatura sa itaas ng 1400 ° C, na hindi maibibigay ng ordinaryong apoy. Iyon ang dahilan kung bakit, sa mga unang yugto ng pag-unlad ng lipunan, ang mga iron ores ay hindi magagamit bilang isang hilaw na materyal para sa paggawa ng metal. Kinailangan ng mga tao na limitahan ang kanilang sarili sa mga random na paghahanap lamang ng meteoric na bakal. Sa simula ng unang milenyo BC. Noong ika-18 siglo, ang isang raw-working na paraan ng pagbawi ng ore ay pinagkadalubhasaan, batay sa paggamit ng isang forge - isang istraktura na gawa sa mga bato na pinahiran ng luad. Ang mga butas ay naiwan sa mga dingding ng forge, kung saan ang hangin ay na-injected sa pamamagitan ng mga espesyal na clay tubes - mga nozzle - sa tulong ng mga leather bag na tinatawag na furs. Ang uling at iron ore ay ibinuhos sa pugon, at isang apoy ang ginawa sa ibabaw. Ang resultang metal ay hinangin sa isang kritsa - isang buhaghag na masa, mula sa kung saan ang mga produkto ay nakuha sa pamamagitan ng forging. Ang produksyon ng blast-furnace ay dumating upang palitan ang paraan ng hilaw na kuwarta. Nangyari ito bilang isang resulta ng isang pagtaas sa taas ng pugon, na nangangailangan din ng pagpapakilala ng mga flux - mga espesyal na additives na bumubuo ng mga low-melting slags na may waste rock na nakapaloob sa ore. Dahil sa isang blast furnace, hindi tulad ng isang apuyan, ang tinunaw na metal ay nakikipag-ugnay sa karbon sa loob ng mahabang panahon, ito ay nag-carburize, nagiging cast iron. Nangangailangan ito ng karagdagang operasyon para sa "muling pamamahagi" ng cast iron sa bakal at bakal. Ang unang blast furnace ay lumitaw sa Netherlands sa pagtatapos ng ika-14 - simula ng ika-15 na siglo, noong ika-16 na siglo ay umabot sila sa taas na 4 - 5 m. Sa Russia, ang produksyon ng blast furnace ay lumitaw noong ika-17 siglo, at sa sa susunod na siglo ito ay binuo sa Urals.

Dagdag. Diagram ng estado ng iron-carbon system.

State diagram ng Fe-C system sa rehiyon hanggang 6.5 wt. Ang % C, na ipinapakita sa Fig. 6.5 a, ay mahalaga sa metalurhiya para sa target na produksyon ng iba't ibang grado ng mga bakal at cast iron. Ang purong bakal ay nag-kristal sa tatlong pagbabago, α, γ at δ, na ang bawat isa ay natutunaw ang isang tiyak na halaga ng carbon at matatag sa isang tiyak na hanay ng temperatura. Ang mga solidong solusyon ng carbon sa mga pagbabagong ito, α-Fe, γ-Fe at δ-Fe-C, ay tinatawag na α-ferrite, γ-austenite at δ-ferrite, ayon sa pagkakabanggit. Ang α-Fe at δ-Fe ay may cubic body-centered at ang γ-Fe ay may cubic face-centered na sala-sala. Ang solubility ng carbon ay pinakamalaki sa austenite (γ-Fe).

Natutunaw na naglalaman ng hanggang 1.75 wt. % C, pagkatapos ng mabilis na paglamig sa 1150 ° C, sila ay isang homogenous solid solution - austenite. Ang bakal ay ginawa mula sa mga haluang metal na ito. Sa mga natutunaw na naglalaman ng higit sa 1.75% C pagkatapos ng paglamig sa 1150 ° C, bilang karagdagan sa solid austenite, mayroon ding likidong eutectic ng komposisyon ng punto A (Larawan 6.5.a) Kapag pinalamig sa ibaba 1150 ° C, nag-crystallize ito at pinupuno ang espasyo sa pagitan ng mga kristal na austenite. Ang mga resultang solid system ay cast iron. Depende sa mga kondisyon, ang eutectic ay maaaring mag-kristal sa dalawang paraan. Sa mabilis na paglamig, ang solidified ectectics ay binubuo ng austenite crystals at hindi matatag na Fe 3 C crystals na tinatawag na cementite. Sa mabagal na paglamig, nabuo ang isang halo ng austenite crystals at stable graphite. Ang cast iron na naglalaman ng cementite ay tinatawag na puti, at ang grapayt na naglalaman ay tinatawag na gray. Ang solidified eutectic mula sa austenite at cementite ay tinatawag na ledeburite, at ang ledeburite lamang ang pinakawalan mula sa melt na naglalaman ng 4.3% C.

Kapag ang austenite ay pinalamig sa ibaba 1150 o C, ito ay nagre-recrystallize. Mula sa mga solidong solusyon na naglalaman ng mas mababa sa 0.9 wt. % C, ang ferrite α-Fe ay pangunahing inilabas (tingnan ang inset sa Fig. 6.5.a), at mula sa mga solusyon na naglalaman ng higit sa 0.9 wt. % C, ang cementite ay pangunahing inilabas, na tinatawag na pangalawang cementite. Sa parehong mga kaso, ang komposisyon ng natitirang solidong solusyon ay lumalapit sa eutectoid point B. Sa puntong ito, ang mga kristal na ferrite at cementite ay namuo nang sabay-sabay sa isang manipis na layered mixture na tinatawag na pearlite. Ang isang matunaw na naglalaman ng 0.9% C, sa paglamig, ay maaaring bumuo ng purong perlite, na hindi naglalaman ng malalaking kristal ng ferrite o Fe 3 C na naunang namuo.

Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng komposisyon ng unang pagkatunaw, ang bilis ng paglamig, at ang oras ng pag-init sa mga temperaturang pinili mula sa diagram, posibleng makakuha ng mga haluang metal na may iba't ibang microstructure, komposisyon, oryentasyon, at mga stress sa mga kristal. Kung pagkatapos ay ang nagresultang sistema ay pinalamig nang napakabilis (napatay), kung gayon ang lahat ng karagdagang mga pagbabagong-anyo ay malakas na inhibited, at ang nilikha na istraktura ay napanatili, bagaman ito ay lumalabas na hindi matatag sa thermodynamically. Ito ang paraan upang makakuha ng iba't ibang grado ng bakal.

kanin. 6.5. Phase diagram ng iron-carbon system

END OF SUPPLEMENT.

Sa kasalukuyan, ang iron ore ay nababawasan ng coke sa mga blast furnace, habang ang molten iron ay bahagyang tumutugon sa carbon, na bumubuo ng iron carbide Fe 3 C (cementite), at bahagyang natutunaw ito. Kapag tumigas ang tunaw, cast iron. Ang cast iron na ginagamit sa paggawa ng bakal ay tinatawag na pig iron. bakal, hindi tulad ng cast iron, naglalaman ng mas kaunting carbon. Ang sobrang carbon na nasa cast iron ay dapat sunugin. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng pagpasa ng oxygen-enriched na hangin sa ibabaw ng tinunaw na bakal. Mayroon ding direktang paraan para sa paggawa ng bakal, batay sa pagbabawas ng magnetic iron ore pellets na may natural gas o hydrogen:

Fe 3 O 4 + CH 4 \u003d 3Fe + CO 2 + 2H 2 O.

Ang napakadalisay na bakal sa anyo ng pulbos ay nakukuha sa pamamagitan ng agnas ng Fe(CO) 5 carbonyl.

DAGDAG. Mga haluang metal.

Ang mga bakal na haluang metal ay nahahati sa mga cast iron at steel.

Cast iron- isang haluang metal na bakal na may carbon (naglalaman mula 2 hanggang 6% C), na naglalaman ng carbon sa anyo ng isang solidong solusyon, pati na rin ang mga kristal ng grapayt at cementite Fe 3 C. Mayroong ilang mga uri ng cast iron na naiiba sa mga katangian at kulay ng bali. Ang puting cast iron ay naglalaman ng carbon sa anyo ng cementite. Ito ay lubos na malutong at hindi nakakahanap ng direktang aplikasyon. Lahat ng puting cast iron ay ginagawang bakal (pig iron). Ang gray cast iron ay naglalaman ng mga graphite inclusions - malinaw na nakikita ang mga ito sa bali. Ito ay hindi gaanong malutong kaysa puti at ginagamit upang gumawa ng mga flywheel at mga radiator ng pagpainit ng tubig. Ang pagdaragdag ng isang maliit na halaga ng magnesiyo sa matunaw ay nagiging sanhi ng pag-ulan ng grapayt hindi sa anyo ng mga plato, ngunit sa anyo ng mga spherical inclusions. Ang binagong cast iron na ito ay may mataas na lakas at ginagamit upang gumawa ng mga crankshaft ng makina. Ang mirror cast iron, na naglalaman ng 10–20% manganese at humigit-kumulang 4% na carbon, ay ginagamit bilang isang deoxidizer sa paggawa ng bakal.

Larawan.6.6. Gray na cast iron (a) at heavy duty cast iron (b) sa ilalim ng mikroskopyo.

Ang iron ore at coke ay ang mga hilaw na materyales para sa produksyon ng bakal. Ang bakal na baboy ay tinutunaw sa mga blast furnace - malalaking furnace, hanggang 80 m ang taas, nilagyan ng refractory brick mula sa loob, at natatakpan ng bakal na pambalot sa itaas. Ang itaas na bahagi ng blast furnace ay tinatawag na baras, ang ibabang bahagi ay tinatawag na bundok, at ang itaas na butas, na nagsisilbing pagkarga ng singil, ay tinatawag na tuktok. Mula sa ibaba, ang mainit na hangin na pinayaman ng oxygen ay ipinapasok sa hurno. Sa itaas na bahagi ng apuyan, ang karbon ay sinusunog sa pagbuo ng carbon dioxide. Ang init na inilabas sa kasong ito ay sapat na para magpatuloy ang proseso. Ang carbon dioxide, na dumadaan sa mga layer ng coke, ay nabawasan sa carbon monoxide (II) CO, na, na tumutugon sa iron ore, ay binabawasan ito sa metal. Upang alisin ang mga impurities na nakapaloob sa ore, halimbawa, quartz sand SiO 2, ang mga flux ay idinagdag sa pugon - limestone o dolomite, na nabubulok sa oxides CaO, MgO, nagbubuklod ng slag sa mga low-melting fluxes (CaSiO 3, MgSiO 3). Bilang karagdagan sa bakal, binabawasan din ng coke ang mga impurities na nakapaloob sa ore, halimbawa, phosphorus, sulfur, manganese, at bahagyang silikon:

Ca 3 (PO 4) 2 + 5C = 3CaO + 5CO + 2P,

CaSO 4 + 4C \u003d CaS + 4CO,

MnO + C = Mn + CO

SiO2 + 2C = Si + 2CO.

Sa tinunaw na metal, ang asupre ay nasa anyo ng FeS sulfide, ang posporus ay nasa anyo ng Fe 3 P phosphide, ang silikon ay nasa anyo ng SiC silicide, at ang labis na carbon ay nasa anyo ng Fe 3 C carbide (cementite) . Ang mga gas na umaalis sa blast furnace ay tinatawag na blast furnace o blast furnace gas. Humigit-kumulang isang-katlo sa dami ang mga ito ay binubuo ng carbon monoxide, kaya ginagamit ang mga ito bilang panggatong upang magpainit ng hangin na pumapasok sa blast furnace.

BIGAS. 6.7 Scheme ng isang blast furnace

bakal– isang haluang metal na bakal na may carbon (naglalaman mula 0.5 hanggang 2% C), na naglalaman lamang ng carbon sa anyo ng isang solidong solusyon. Ang bakal ay mas matigas kaysa sa bakal, mas mahirap yumuko, mas nababanat, mas madaling masira, bagama't hindi kasing malutong ng cast iron. Kung mas maraming carbon ang nilalaman nito, mas mahirap ito. Sa ordinaryong mga grado ng bakal, hindi hihigit sa 0.05% sulfur at 0.08% phosphorus ang pinapayagan. Kahit na ang isang bahagyang paghahalo ng asupre ay nagiging malutong ng bakal kapag pinainit; sa metalurhiya, ang katangian ng bakal na ito ay tinatawag na pulang brittleness. Ang nilalaman ng phosphorus sa bakal ay nagiging sanhi ng malamig na brittleness - brittleness sa mababang temperatura. Ang tumigas na bakal ay nabuo sa pamamagitan ng isang matalim na paglamig ng bakal na pinainit sa isang pulang temperatura ng init. Ang ganitong bakal ay may mataas na tigas, ngunit malutong. Ang mga tool sa pagputol ay ginawa mula sa matigas na bakal. Sa mabagal na paglamig, ang tempered steel ay nakuha - ito ay malambot at malagkit. Sa pamamagitan ng pagpapasok ng mga haluang additives sa matunaw ( doping) - chromium, manganese, vanadium, atbp., Tumatanggap ng mga espesyal na grado ng bakal. Ang bakal na naglalaman ng higit sa 13% chromium ay nawawalan ng kakayahang mag-corrode sa hangin at nagiging hindi kinakalawang. Ginagamit ito sa industriya ng kemikal, sa pang-araw-araw na buhay, sa konstruksyon. Lalo na ang malalakas na bakal na naglalaman ng vanadium ay ginagamit para sa paghahagis ng baluti.

Ang hilaw na materyal para sa produksyon ng bakal ay cast iron, at ang kakanyahan ng mga proseso na nagaganap sa panahon ng smelting ay upang alisin ang labis na carbon mula sa haluang metal. Upang gawin ito, ang oxygen ay ipinapasa sa pamamagitan ng tinunaw na bakal, na nag-oxidize ng carbon na nakapaloob sa bakal sa anyo ng grapayt o cementite sa carbon monoxide CO. Gayunpaman, sa kasong ito, ang bahagi ng bakal ay na-oxidized din ng oxygen sa isang oxide:

2Fe + O 2 \u003d 2FeO.

Para sa reverse reduction ng FeO sa iron, ang mga deoxidizer ay ipinakilala sa matunaw, bilang panuntunan, ito ay mga aktibong metal - mangganeso, barium, calcium, lanthanum. Binabawasan nila ang oxidized iron sa metal:

Mn + FeO = MnO + Fe,

at pagkatapos ay ihiwalay mula sa matunaw, lumulutang sa ibabaw nito sa anyo ng fusible slag, na nakikipag-ugnayan sa alinman sa lining ng pugon o may espesyal na idinagdag mga flux:

MnO + SiO 2 \u003d MnSiO 3.

Ang bakal ay tinutunaw sa mga espesyal na hurno. Depende sa uri ng mga hurno, mayroong ilang mga paraan ng paggawa ng bakal. Sa isang open hearth furnace, ang natutunaw na espasyo ay isang paliguan na natatakpan ng vault ng refractory bricks (Figure 6.8. Steelmaking: (a) Open-hearth furnace, Oxygen converter). Ang gasolina ay iniksyon sa itaas na bahagi ng hurno - ang mga ito ay natural na gas o langis ng gasolina. Ang init na inilabas sa panahon ng pagkasunog nito ay nagpapainit sa timpla at nagiging sanhi ng pagkatunaw nito. Sa loob ng 6 - 8 na oras, kung saan ang tinunaw na cast iron ay nasa open-hearth furnace, unti-unting nasusunog ang carbon sa loob nito. Pagkatapos nito, ang tinunaw na bakal ay ibinubuhos at pagkaraan ng ilang sandali ay muling kinakarga ang bakal na bakal. Pana-panahon ang proseso ng open-hearth. Ang pangunahing bentahe nito ay ang nagresultang bakal ay maaaring ibuhos sa malalaking hulma. Sa mga tuntunin ng pagganap, ang proseso ng open-hearth ay mas mababa kaysa sa proseso ng oxygen-converter, na isinasagawa hindi sa mga malalaking hurno, ngunit sa mga maliliit na converter - hugis-peras na aparato na hinangin mula sa bakal at may linya na may mga refractory brick mula sa loob. Mula sa itaas, ang oxygen-enriched na hangin ay hinihipan sa pamamagitan ng isang converter na naka-mount sa isang pahalang na axis. Ang nabuo na mga oxide ng mangganeso at bakal ay tumutugon sa silicate lining ng converter, na bumubuo ng mga slags. Ang proseso ay tumatagal ng mga 40 minuto, pagkatapos kung saan ang converter ay inilipat sa isang hilig na posisyon at ang tinunaw na bakal at slag ay ibinubuhos nang sunud-sunod (Larawan 6.8. b). Ang mga sand-lime brick-lined converter, na tinatawag na Bessemer converter pagkatapos ng English inventor na si Henry Bessemer, ay hindi angkop para sa paggawa ng bakal mula sa mga bakal na naglalaman ng iron phosphides. Para sa muling pamamahagi ng cast iron na mayaman sa posporus, ginagamit ang mga Thomas converter, na nilagyan ng limestone o dolomite mula sa loob. Ang pagtunaw ng bakal ay isinasagawa sa pagkakaroon ng dayap, na nagbubuklod sa posporus na nakapaloob sa cast iron sa mga pospeyt, na bumubuo ng slag (Thomas slag), na ginagamit bilang isang pataba. Ang mga bakal na haluang metal ay tinutunaw sa mga electric furnace sa temperaturang higit sa 3000 °C. Ginagawa nitong posible na makakuha ng mga bakal na may mga espesyal na katangian, kabilang ang mga superstrong at refractory.

END OF SUPPLEMENT

Ang Cobalt ay nangyayari sa kalikasan pangunahin sa anyo ng mga compound na may arsenic, smaltite CoAs 2 (cobalt spice) at cobaltite CoAsS (cobalt luster), gayunpaman, ang mga mineral na ito ay napakabihirang at hindi bumubuo ng mga independiyenteng deposito. Ito rin ay bahagi ng kumplikadong copper-cobalt-nickel at copper-cobalt sulfide ores; ito ay matatagpuan sa maliit na halaga sa clays at shales, na nabuo sa ilalim ng mga kondisyon ng kakulangan sa oxygen.

Ang nikel, tulad ng cobalt, ay may mataas na pagkakaugnay para sa mga elemento ng post-transition ng ikalimang yugto - arsenic at sulfur, at dahil sa kalapitan ng ionic radii, madalas itong isomorphic sa mga compound ng kobalt, bakal, at tanso. Dahil dito, ang malalaking halaga ng nickel sa lithosphere ay nakatali sa polysulfide copper-nickel ores. Sa mga mineral na sulfide, ang millerite NiS (dilaw na nickel pyrite), pentlandite (Fe, Ni) 9 S 8 , at chloantite NiAs 2 (white nickel pyrite) ang pinakamahalaga. Ang isa pang mahalagang nickel raw material ay serpentine rocks, na mga pangunahing silicate, halimbawa, garnierite (Ni, Mg) 6 × 4H 2 O. Maliit na halaga ng nickel compound ay matatagpuan sa fossil coals, shale, at oil.

Ang pangunahing hilaw na materyales para sa paggawa ng cobalt at nickel ay polysulfide ores (footnote: silicates at iba pang oxygen-containing nickel ores ay unang na-convert sa sulfides sa pamamagitan ng pagsasanib na may dehydrated gypsum at coal sa 1500 ° C: CaSO 4 + 4C = CaS + 4CO ; 3NiO + 3CaS = Ni 3 S 2 + 3CaO + S). Ang pinagsama-samang ore ay hinaluan ng sulfuric acid at natunaw sa isang shaft furnace sa isang matte na binubuo ng iron, cobalt, nickel at copper sulfides. Pinapayagan ka nitong paghiwalayin ito mula sa mga silicate na bumubuo ng mga slags. Kapag ang molten matte ay pinalamig, ang mga sulfide ay inilabas sa mala-kristal na anyo. Ang mga ito ay dinudurog at pagkatapos ay pinainit sa 1300 °C sa isang stream ng hangin. Ang kakayahan ng mga sulfide na mag-oxidize ay bumababa sa seryeng FeS > CoS > Ni 3 S 2, samakatuwid, ang iron sulfide ay unang tumutugon sa oxygen, na na-convert sa slag sa pamamagitan ng pagdaragdag ng silica. Ang karagdagang oksihenasyon ay humahantong sa pagbuo ng mga oksido ng kobalt at nikel

2Ni 2 S 3 + 7O 2 \u003d 6NiO + 4SO 2.

Ang mga ito ay dinadala sa solusyon sa pamamagitan ng paggamot na may sulfuric acid o sa pamamagitan ng paggamit sa anodic oxidation. Ang karumihan ng tanso ay tinanggal sa pamamagitan ng pagpapakilala ng nickel powder, na binabawasan ito sa isang simpleng sangkap. Ang kobalt at nikel ay may magkatulad na mga katangian ng kemikal. Upang paghiwalayin ang mga ito, ang solusyon ay alkalized at ginagamot ng sodium chlorate, na nag-oxidize lamang ng mga cobalt ions:

2CoSO 4 + Cl 2 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Co (OH) 3 ¯ + 2NaCl + 3CO 2 + 2Na 2 SO 4.

Sa isang bahagyang acidic na kapaligiran, ang cobalt ay nananatili sa precipitate sa anyo ng hydroxide, at ang nickel ay pumasa sa solusyon sa anyo ng isang asin, na na-convert sa hydroxide. Ang mga oxide na nakuha sa pamamagitan ng calcining hydroxides ay nababawasan ng karbon:

Co 3 O 4 + 4C \u003d 3CO + 4CO,

NiO + C = Ni + CO.

Sa panahon ng pagbawas, ang mga carbides Co 3 C, Ni 3 C ay nabuo din, upang alisin ang mga ito, ang oksido ay kinuha nang labis:

Ni 3 C + NiO = 4Ni + CO.

Ginagamit ang electrolytic refining upang makakuha ng mga dalisay na metal. Ginagawa rin nitong posible na ihiwalay ang mga platinum na metal na nakapaloob sa matte.

Mahigit sa kalahati ng ginawang cobalt at nickel ay ginugugol sa paggawa ng mga haluang metal. Ang mga magnetic alloy na nakabase sa cobalt (Fe-Co-Mo, Fe-Ni-Co-Al, Sm-Co) ay nakakapagpanatili ng mga magnetic na katangian sa mataas na temperatura. Ang mga metal-ceramic na haluang metal, na titanium, tungsten, molibdenum, vanadium at tantalum carbide na semento na may kobalt, ay ginagamit sa paggawa ng mga tool sa paggupit. Ang mga bakal na may mataas na nilalaman ng nickel at chromium ay hindi nabubulok sa hangin; ginagamit ang mga ito sa paggawa ng mga instrumento sa pag-opera at kagamitan para sa industriya ng kemikal. Ang heat-resistant chromium-nickel alloy nichrome, na naglalaman ng 20 - 30% chromium, ay may mataas na electrical resistance, ginagamit ito upang gumawa ng mga electric heater coils. Copper-nickel alloys constantan (40% Ni, 60% Cu) at nickeline (30% Ni, 56% Cu, 14% Zn), mula sa monel (68% Ni, 28% Cu, 2.5 % Fe, 1.5% Mn) mint isang barya.

Ay mahalaga mga superalloy– mga materyales na batay sa bakal, kobalt o nikel, espesyal na idinisenyo para sa mataas na temperatura na serbisyo. Mayroon silang mataas na paglaban sa kaagnasan, nagpapanatili ng lakas sa hanay ng temperatura kung saan gumagana ang mga turbine ng gas, ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mataas na modulus ng pagkalastiko at isang mababang koepisyent ng thermal expansion. Ang kumbinasyon ng paglaban sa oksihenasyon at lakas ng mga materyales na ito ay walang kapantay. Maraming mga superalloy ang may nakasentro sa mukha na kubiko na sala-sala, na, bilang ang pinakasiksik sa lahat ng mga istrukturang kristal, ay nagbibigay ng pambihirang thermomechanical na katangian ng materyal. Ang haluang metal ay binubuo ng isang base (Fe, Co, Ni), naglalaman ng mga metal additives na nagpapataas ng resistensya sa ibabaw (Cr) at mga elemento (Al), na bumubuo ng isang cubic γ'-phase (γ'-Ni 3 Al), na may mataas na lakas at paglaban sa oksihenasyon. Ang pagpapakilala ng maliit na halaga ng carbon (0.05 - 0.2%) sa mga superalloy ay humahantong sa pagbuo ng mga carbide, halimbawa, TiC, na, sa panahon ng pagpapatakbo ng haluang metal sa mataas na temperatura, unti-unting nagiging mga carbide ng komposisyon M 23 C 6 at M 6 C, na madaling maapektuhan ng heat treatment. Ang nagresultang carbon ay pumasa sa anyo ng isang solidong solusyon. Kaya, ang istraktura ng isang superalloy ay maaaring kinakatawan bilang isang solidong solusyon na may makinis na mala-kristal na mga pagsasama ng mga intermetallic compound at carbide, na nagbibigay ng katigasan at lakas nito. Ang karagdagang doping ay nag-aambag sa pagbagal ng mga proseso ng pagsasabog, pagtaas ng katatagan ng istraktura sa mataas na temperatura. Ang isa sa mga unang superalloy ay binuo noong 1935, Rex-78, na binubuo ng 60% na bakal, 18% Ni, 14% Cr, at naglalaman din ng maliit na halaga ng molibdenum, titanium, tanso, boron, carbon. Ito ay ginagamit para sa paggawa ng turbine blades at nozzles (Superalloys II. Heat-resistant materials para sa aerospace at industrial power plants, M., Metalurgy, 1995)

Ang pinong dispersed cobalt at nickel ay may mataas na catalytic activity. Ang pinong cobalt powder na idineposito sa suporta ay nagsisilbing aktibong katalista para sa Fischer-Tropsch hydrocarbonylation. Madalas na pinapalitan ng nikel ang platinum sa mga proseso ng hydrogenation, tulad ng mga taba ng gulay. Sa laboratoryo, ang catalytically active fine nickel powder (skeletal nickel, Raney nickel) ay nakukuha sa pamamagitan ng paggamot sa isang nickel-aluminum alloy na may alkali sa isang inert o reducing atmosphere. Ang nikel ay napupunta sa paggawa ng mga alkaline na baterya.

Maraming mga kobalt compound ang maliwanag na kulay at ginamit mula noong sinaunang panahon bilang mga pigment para sa paghahanda ng mga pintura: cobalt aluminate CoAl 2 O 4 (“asul na kobalt”, “Gzhel blue”) ay may asul na kulay, stannate Co 2 SnO 4 (“ ceruleum”, “sky-blue”) - asul na may mala-bughaw na tint, phosphates Co 3 (PO 4) 2 ("cobalt purple dark") at CoNH 4 PO 4 × H 2 O ("cobalt purple light") - mamula-mula- violet, mixed oxide ng cobalt (II ) at zinc CoO × xZnO (“green cobalt”) - maliwanag na berde, cobalt silicates (“schmalt”, “cobalt glass”) - dark blue (E.F. Belenky, I.V. Riskin, Chemistry and Technology of Pigments, L., Chemistry, 1974). Ang pagdaragdag ng cobalt oxide sa salamin ay nagbibigay ito ng asul na kulay.

Ang mga bakal na pigment ay karaniwang dilaw-kayumanggi o pula-kayumanggi sa iba't ibang kulay. Sa mga natural na pigment, ang pinakakilala ay ocher - crystalline oxohydroxide FeOOH at sienna na naglalaman ng luad. Kapag na-calcined, nag-dehydrate sila, nakakakuha ng pulang kulay. Ang brown umber ay nabuo sa pamamagitan ng weathering ng mga iron ores na naglalaman ng manganese. Ang itim na pigment ay magnetite.

Ang mga metal na platinum ay nangyayari sa kalikasan pangunahin sa kanilang katutubong anyo - sa anyo ng mga simpleng sangkap, mga haluang metal sa bawat isa at sa iba pang mga marangal na metal. Sa napakaliit na dami, ang mga ito ay bahagi ng ilang polysulfide ores; ang mga paghahanap ng kanilang sariling sulfide mineral ay napakabihirang, halimbawa, RuS 2 laurite, PtS cooperite. Ang average na kabuuang nilalaman ng mga platinum na metal sa Ural sulphide rad ay 2-5 gramo bawat tonelada. Sa likas na katangian, ang mga butil ng platinum ay madalas na matatagpuan sa parehong mga placer bilang ginto, samakatuwid, sa anyo ng mga hiwalay na inklusyon, kung minsan ay kapansin-pansin ang mga ito sa ibabaw ng mga sinaunang bagay na ginto, pangunahin sa pinagmulan ng Egypt. Ang malalaking reserba ng katutubong platinum ay puro sa South American Andes. Sa kanilang mga constituent na bato, ang mga butil ng platinum, kasama ang mga butil ng ginto, ay madalas na kasama sa mga pyroxenes at iba pang mga pangunahing silicate, kung saan, bilang isang resulta ng pagguho, sila ay pumasa sa mga buhangin ng ilog. Ang gintong nahugasan mula sa mga ito ay naglalaman ng maliliit na kristal ng platinum, na napakahirap paghiwalayin. Sa Middle Ages, hindi sila nagsusumikap para dito: ang admixture ng mabibigat na butil ay nadagdagan lamang ang masa ng mahalagang metal. Paminsan-minsan mayroon ding malalaking nuggets ng platinum, hanggang siyam na kilo. Ang mga ito ay kinakailangang naglalaman ng mga dumi ng bakal, tanso, platinum iodide, at kung minsan ay ginto at pilak. Halimbawa, ang metal mula sa Choco deposit sa Colombia, na binuo ng mga sinaunang Inca, ay may tinatayang komposisyon na Pt 86.2%, Pd 0.4%, Rh 2.2%, Ir 1.2%, Os 1.2%, Cu 0, 40% , Fe 8.0%, Si 0.5%. Ang katutubong iridium ay naglalaman ng 80 - 95% Ir, hanggang 2.7% Ru, hanggang 6.1% Pt; osmium - 82 - 98.9% Os, 0.9 - 19.8% Ir, hanggang 10% Ru, 0.1 - 3.0% Pt, hanggang 1.3% Rh, hanggang 1% Fe.

Sa Russia, ang unang platinum placer ay natuklasan noong 1824 sa Northern Urals, at sa lalong madaling panahon nagsimula ang pagmimina sa rehiyon ng Nizhny Tagil. Mula sa oras na iyon hanggang 1934, ang Russia ang nangunguna sa merkado ng mga tagapagtustos ng platinum sa mundo, na unang nagbigay daan sa Canada, at mula 1954 sa South Africa, na may pinakamalaking deposito ng metal.

DAGDAG. Pinipino.

Ang pagpino ay ang paggawa ng mataas na kadalisayan na mahahalagang metal. Ang pagpino ng mga platinum na metal ay batay sa paghihiwalay ng mga kemikal na compound ng mga elementong ito, dahil sa pagkakaiba sa ilan sa kanilang mga katangian - solubility, volatility, reactivity. Ang hilaw na materyal ay pinayaman na putik na natitira mula sa produksyon ng tanso at nikel, na nakuha sa pamamagitan ng pagtunaw ng scrap ng mga teknikal na produkto na naglalaman ng mahahalagang metal, kabilang ang mga ginugol na catalyst. Ang mga putik ay naglalaman ng mga platinum na metal, gayundin ng ginto, pilak, tanso, at bakal. Upang alisin ang silica at base metal, karamihan sa mga teknolohikal na pamamaraan ay gumagamit ng pagtunaw ng putik na may lead litharge at uling. Sa kasong ito, ang mga base na metal na nakapaloob sa putik ay na-oxidize ng lead litharge sa mga oxide, at ang nagreresultang lead ay nagko-concentrate sa mga metal ng grupong pilak, ginto at platinum. Ang resultang lead bead, na tinatawag ding werkble, ay sumasailalim sa cupellation - oxidative melting sa isang drop - isang porous na sisidlan na gawa sa bone ash, magnesite at Portland cement. Sa kasong ito, karamihan sa tingga ay na-oxidized at nasisipsip ng droplet na materyal. Pagkatapos ng cupellation, ang haluang metal ay ginagamot ng sulfuric acid upang alisin ang pilak. Ngayon ay naglalaman ito ng mga marangal na metal. Ang pinakamahalagang operasyon sa pagpino ay ang pakikipag-ugnayan sa aqua regia (Larawan 6.9. Pinasimpleng pagpino ng mga marangal na metal), kung saan ang karamihan sa ginto, palladium at platinum ay natutunaw, habang ang ruthenium, osmium, rhodium at iridium ay pangunahing nananatili sa sediment. Upang paghiwalayin ang ginto mula sa platinum at palladium, ang iron sulfate ay inilapat sa solusyon, na humahantong sa paglabas ng ginto sa isang libreng anyo. Ang Palladium at platinum, na nasa solusyon sa anyo ng mga chlorides at chloride complex, ay pinaghihiwalay batay sa iba't ibang solubilities ng mga salts. Maraming oras ng pagpapakulo ng putik sa aqua regia ay humahantong sa isang bahagyang paglipat ng iba pang mga platinum na metal sa solusyon, kaya ang platinum na nakuha ayon sa pamamaraang ito ay naglalaman ng mga impurities ng rhodium at iridium. Mula sa nalalabi, hindi matutunaw sa aqua regia, ang rhodium ay nakahiwalay sa pamamagitan ng pagsasanib sa sodium hydrosulfate. Kapag natunaw ang natunaw, napupunta ito sa solusyon sa anyo ng mga kumplikadong sulpate. Ang Ruthenium, osmium at iridium, na lumalaban sa pag-atake ng acid, ay napapailalim sa oxidative fusion na may alkali. Ang solusyon na nakuha sa pamamagitan ng leaching ang matunaw ay naglalaman ng ruthenate at osmates, at karamihan sa iridium precipitates sa anyo ng dioxide. Ang paghihiwalay ng ruthenium mula sa osmium ay batay sa sublimation ng kanilang mas mataas na mga oksido sa kanilang pag-trap sa isang solusyon ng hydrochloric acid. Sa kasong ito, ang ruthenium oxide ay nabawasan at napupunta sa solusyon, habang ang osmium anhydride ay napupunta sa gas phase at bahagyang tumakas sa atmospera. Ito ay hindi nakakagulat, dahil ang osmium ay ang hindi gaanong hinahangad sa mga platinum na metal. Ang eksaktong pamamaraan ng pagpino ay pinili para sa isang tiyak na hilaw na materyal, depende sa porsyento ng iba't ibang mga metal sa loob nito.

END OF SUPPLEMENT.

Dahil sa mataas na punto ng pagkatunaw nito, ang platinum, hindi katulad ng ginto at pilak, ay hindi natutunaw sa isang hurno, hindi maaaring huwad alinman sa malamig o mainit. Samakatuwid, ang metal ay hindi nakahanap ng praktikal na aplikasyon sa loob ng mahabang panahon, ito ay hinihiling lamang sa mga pekeng, na pinaghalo ito ng ginto upang madagdagan ang masa nito. Ang mga bagay ay umabot sa punto na ang Hari ng Espanya noong 1755 ay naglabas ng isang utos ayon sa kung saan ang lahat ng platinum na mina sa panahon ng pagbuo ng mga Colombian placer sa Choco ay maingat na ihiwalay sa ginto at malunod sa mga ilog. Sa loob ng 43 taon ng kautusan, hanggang apat na tonelada ng mahalagang metal ang nawasak.

Sa kauna-unahang pagkakataon, ang mga inhinyero ng Russia ay nakakuha ng isang ingot ng metal noong 1826. Upang gawin ito, ang mga butil ng katutubong platinum ay natunaw sa aqua regia at pagkatapos ay na-precipitate sa anyo ng isang porous na spongy mass, na hinulma sa ilalim ng presyon sa 1000 °. C. Sa kasong ito, ang metal ay nakakuha ng malleability at ductility. Sa Russia, mula 1828 hanggang 1845, ang mga platinum na barya ay ginawa, pati na rin ang mga medalya at alahas. Ang pagtatakda para sa mga diamante at maraming iba pang mahahalagang bato na gawa sa platinum ay mukhang mas kahanga-hanga kaysa sa pilak. Ang pagdaragdag ng platinum sa pilak na alahas ay ginagawa itong mas mabigat at mas matibay. Ang malawakang paggamit sa alahas ay "puting ginto" - isang kulay-pilak-puting haluang metal ng paleydyum at ginto sa isang ratio na 1: 5. Kapansin-pansin, ang ginto ay hindi nahahalo sa platinum sa solidong anyo, ang gayong haluang metal ay isang halo ng mga solidong solusyon ng platinum sa ginto at ginto sa platinum. Sa pagtaas ng porsyento ng platinum, ang kulay ng ginto ay nagbabago sa kulay-abo na dilaw at kulay-pilak na kulay abo. Ang ganitong mga haluang metal ay ginamit ng mga alahas ng Faberge.

Ang taunang pagkonsumo sa mundo ng mga platinum na metal ay tinatantya sa 200 tonelada. Ang platinum ay bahagyang mas mahal kaysa sa ginto, habang ang rhodium, iridium, ruthenium at osmium ay ilang beses na mas mahal kaysa sa platinum. Ang pinakamurang sa mga metal na platinum ay palladium. Nagkakahalaga ito ng mas mababa sa $4 kada gramo.

Ang pinakamahalagang lugar ng paggamit ng mga platinum na metal ay ipinakita sa talahanayan

Talahanayan 6.4. Istraktura ng pagkonsumo ng mga platinum na metal sa %

Hindi kasama dito ang osmium, ang taunang produksyon ng mundo na kung saan ay ilang kilo lamang. Kahit na ang hydrogenation catalysts na binuo sa batayan nito ay mas mahusay kaysa sa mga platinum, at ang pagdaragdag nito sa mga haluang metal ay lubos na nagpapataas ng kanilang wear resistance, ang osmium at ang mga compound nito ay hindi pa nakakahanap ng praktikal na aplikasyon dahil sa kanilang mataas na gastos.

Sa mga mamimili ng platinum, rhodium at palladium, ang industriya ng automotive ay nasa unang lugar, na malawakang nagpapakilala ng mga catalyst na ginawa sa kanilang batayan na nagpapabuti sa afterburning ng mga maubos na gas. Ang kahusayan ng kanilang paggamit ay direktang nakasalalay sa kalidad ng gasolina - isang mataas na nilalaman ng mga organikong sulfur compound sa loob nito ay humahantong sa isang mabilis na pagkalason ng katalista at binabawasan ang epekto nito sa wala. Sa mga proseso ng pagbabago, ginagamit ang platinum-rhenium alloys, sa hydrogenation, pati na rin sa oksihenasyon ng ammonia sa nitric oxide (II) at sulfur dioxide sa sulfuric anhydride - platinized asbestos, sa paggawa ng synthetic acetaldehyde (Wacker process) - palladium (II) klorido. Ang mga rhodium compound ay nakakahanap ng aplikasyon pangunahin sa homogenous catalysis. Kabilang sa mga ito, ang triphenylphosphinerhodium(I) chloride Rh(PPh 3) 3 Cl, na madalas na tinutukoy bilang Wilkinson's catalyst, ay pinakakilala. Sa presensya nito, maraming mga proseso ng hydrogenation ang nagpapatuloy kahit na sa temperatura ng silid.

Dahil sa kanilang mataas na thermal stability at mataas na thermal EMF values, ang mga platinum metal alloy ay ginagamit sa paggawa ng mga thermocouples para sa pagsukat ng mataas na temperatura: ang mga platinum-rhodium thermocouples ay nagpapatakbo sa temperatura hanggang sa 1300 °C, at rhodium-iridium - 2300 °C.

Ang chemical inertness at refractoriness ay gumagawa ng platinum at platinoids na maginhawang mga materyales para sa paggawa ng mga electrodes, laboratoryo glassware, chemical reactors, halimbawa, glass melters. Ang Palladium ay ang pangunahing materyal para sa multilayer ceramic capacitors na ginagamit sa mga computer at mobile phone. Sa electrical engineering, ang platinum at palladium ay ginagamit upang maglapat ng mga protective coatings sa mga electrical contact at resistances, upang maalis ang mga ito sa mga ginamit na electrical device. Ang mga paghahanda ng platinum ay ginagamit sa chemotherapy ng mga sakit sa oncological tumor.

Ang pangalawang subgroup ay binubuo ng tinatawag na triads: ang triad ng iron (iron, cobalt, nickel) at dalawang triads ng platinum metals (ruthenium, rhodium, palladium at osmium, iridium, platinum).

Pangkalahatang katangian ng mga triad.

1. Ang lahat ng mga elemento ay may variable na valence. Ang mga elemento ng iron triad ay maaaring magkaroon ng mga estado ng oksihenasyon sa kanilang mga compound na +2, +3, +6, at para sa Co at Ni ang pinaka-katangiang estado ng oksihenasyon ay +2. Para sa mga platinum na metal, kilala ang mga estado ng oksihenasyon mula +2 hanggang +8.

2. Ang lahat ng elemento ng subgroup na ito ay napakahusay na mga ahente sa pagpapakumplikado. Ang mga ito ay mga catalyst para sa iba't ibang mga proseso ng kemikal.

3. Ang mga elemento ng iron triad ay may magnetic properties at mas mataas na aktibidad ng kemikal kumpara sa mga platinum metal.

4. Ang mga metal na platinum ay natural na nangyayari sa kalikasan. Iron, cobalt, nickel - sa ores lamang.

5. Ang mga katangian ng mga elemento ng iron triad ay magkatulad sa isa't isa (horizontal analogy). Para sa mga platinum na metal, ang pagkakatulad ay sinusunod kapwa sa loob ng mga triad (pahalang na pagkakatulad) at sa mga pares ng Ru-Os, Rh-Ir, at Pd-Pt (vertical na pagkakatulad).

bakal

Ang pinakakaraniwang elemento ng pangalawang subgroup ng pangkat VIII ay bakal - ang batayan ng industriya ng metalurhiko. Ito ay nangyayari sa kalikasan sa anyo ng magnetite (Fe 3 O 4), pulang iron ore (Fe 2 O 3), brown iron ore (FeO. xH 2 O), siderite (FeCO 3), pyrite (FeS 2).

Ang mga ores na ito ay naglalaman ng hanggang 40% na bakal, na nakuha mula sa kanila sa proseso ng blast-furnace. Ang blast furnace ay isang tuluy-tuloy na yunit ng operasyon, kung saan ang ore, coke (espesyal na inihandang karbon, bilang isang ahente ng pagbabawas) at flux (upang magbigkis ng mga impurities) ay nilo-load nang patong-patong mula sa itaas. Ang MgCO 3 ay ginagamit bilang mga flux . CaCO 3 , CaF 2 , CaCO 3 . Ang blast furnace ay maaaring nahahati sa ilang mga zone (patayo mula sa ibaba hanggang sa itaas), kung saan nagaganap ang iba't ibang mga proseso:

zone ko(t = 200 o C) - dehydration ng singil;

II sona(t \u003d 450 - 500 ° C) - pagbawas ng Fe 2 O 3 hanggang Fe 3 O 4 na may carbon monoxide (II):

3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2Fe 3 O 4 + CO 2;

III sona(t \u003d 600 ° C) - pagbawas ng Fe 3 O 4 hanggang FeO:

Fe 3 O 4 + CO \u003d 3FeO + CO 2

IV zone(t \u003d 700 - 800 ° C) - pagbabawas ng FeO sa metal:

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

V zone(t \u003d 800 - 1000 ° C) - pagkabulok ng pagkilos ng bagay:

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2

VI zone(t \u003d 1200 ° C) - ang pagbuo ng slag:

CaO + SiO 2 \u003d CaSiO 3,

3CaO + P 2 O 5 \u003d Ca 3 (PO 4) 2,

CaO + FeS = CaS + FeO

VII zone(t \u003d 1300 o C) - ang pagbuo ng cast iron - isang haluang metal ng bakal, carbon at iron carbide Fe 3 C, na nabuo dahil sa pakikipag-ugnayan ng bakal na may carbon na natunaw dito:

3Fe + C → Fe 3 C

Kasama ng carbon at Fe 3 C, ang cast iron ay may iba pang permanenteng impurities: silicon, manganese, phosphorus, sulfur. Ang pangunahing gamit nito: bilang isang paghahagis at para sa muling pagtunaw sa bakal (pag-alis ng mga dumi mula sa cast iron na ginagawa itong malutong). Ang steel smelting ay binubuo sa pag-ihip ng oxygen sa pamamagitan ng molten cast iron, na nag-oxidize ng mga impurities (silicon, manganese, phosphorus, sulfur) sa mga oxide. Ang mga oxide ng impurities, na nakikipag-ugnayan sa flux, ay pumasa sa slag.

Ang side subgroup ng ikawalong grupo ng periodic system ay sumasaklaw sa tatlong triad ng d-element at tatlong artipisyal na nakuha at maliit na pinag-aralan na elemento: gassium, Hs, meitnerium, Mt, darmstadtium Ds. Ang unang triad ay nabuo ng mga elemento: iron, Fe, cobalt Co, nickel Ni; ang pangalawang triad - ruthenium Ru, radium Ro, palladium Pd; at ang ikatlong triad - osmium Os, iridium Ir at platinum Pt. Artipisyal na nakuha hassium, meitrenium, darmstadtium na may maikling buhay kumpletuhin ang listahan ng mga pinakamabibigat na elemento na kilala ngayon.

Karamihan sa mga itinuturing na elemento ng pangkat VIIB ay may dalawang valence electron sa panlabas na shell ng elektron ng atom; lahat sila ay mga metal. Bilang karagdagan sa mga panlabas na ns-electron, ang mga electron ng penultimate electron shell (n-1)d ay nakikibahagi sa pagbuo ng mga bono.

Dahil sa pagtaas ng nuclear charge, ang huling elemento ng bawat triad ay may katangiang estado ng oksihenasyon na mas mababa kaysa sa unang elemento. Kasabay nito, ang pagtaas sa bilang ng panahon kung saan matatagpuan ang elemento ay sinamahan ng pagtaas sa katangian ng antas ng occlusion (Talahanayan 9.1)

Talahanayan 9.1 Mga katangian ng estado ng oksihenasyon ng mga elemento ng ikawalong bahagi ng subgroup

Ang pinakakaraniwang estado ng oksihenasyon ng mga elemento sa kanilang mga compound ay naka-highlight sa Talahanayan. 41 sa naka-bold.

Ang mga elementong ito kung minsan ay nahahati sa tatlong subgroup: ang iron subgroup (Fe, Ru, Os), ang cobalt subgroup (Co, Rh, Ir), at ang nickel subgroup (Ni, Pd, Pt). Ang nasabing dibisyon ay sinusuportahan ng mga katangian ng estado ng oksihenasyon ng mga elemento (Talahanayan 42) at ilang iba pang mga katangian. Halimbawa, ang lahat ng elemento ng iron subgroup ay mga aktibong catalyst para sa synthesis ng ammonia, at ang nickel subgroup ay para sa hydrogenation reactions ng mga organic compound. Ang mga elemento ng cobalt subgroup ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng mga kumplikadong compound [E (NH 3) 6] G 3, kung saan ang G ay isang halogen ion

Ang mga katangian ng redox ng mga elemento ng pangkat VIIIB ay tinutukoy ng sumusunod na pamamaraan:

Pagpapalakas ng oxidizing properties ng mga metal ions

Ang lahat ng mga metal ng Group VIIIB ay catalytically active. Ang lahat ay higit pa o hindi gaanong may kakayahang sumipsip ng hydrogen at i-activate ito; lahat sila ay bumubuo ng mga may kulay na ion (mga compound). Ang lahat ng mga metal ay madaling kapitan ng kumplikadong pagbuo. Ang paghahambing ng pisikal at kemikal na mga katangian ng mga elemento ng subgroup VIII-B ay nagpapakita na ang Fe, Ni, Co ay halos magkapareho sa bawat isa at sa parehong oras ay ibang-iba mula sa mga elemento ng iba pang dalawang triad, kaya sila ay nakahiwalay. sa pamilyang bakal. Ang natitirang anim na matatag na elemento ay pinagsama sa ilalim ng isang karaniwang pangalan - ang pamilya ng mga platinum na metal.

Mga metal ng pamilyang bakal

Sa triad ng bakal, ang pahalang na pagkakatulad, na katangian ng mga d-elemento sa kabuuan, ay pinaka-malinaw na ipinakita. Ang mga katangian ng mga elemento ng iron triad ay ibinibigay sa Talahanayan. 42.

Talahanayan 9.2 Mga katangian ng mga elemento ng iron triad

Mga likas na yaman. Ang bakal ay ang ikaapat (pagkatapos ng O 2 , Si, Al) na pinakamaraming elemento sa crust ng lupa. Ito ay maaaring mangyari sa kalikasan sa isang malayang estado: ito ay bakal ng meteoric na pinagmulan. Ang mga meteorite na bakal ay naglalaman ng average na 90% Fe, 8.5% Ni, 0.5% Co. Mayroong isang average ng isang bakal meteorites para sa dalawampung bato meteorites. Minsan ay matatagpuan ang katutubong bakal, na inilabas sa mga bituka ng lupa sa pamamagitan ng tinunaw na magma.

Upang makakuha ng bakal, ginagamit ang magnetic iron ore Fe 3 O 4 (magnetite mineral), pulang iron ore Fe 2 O 3 (hematite) at brown iron ore Fe 2 O 3 x H 2 O (limonite), FeS 2 - pyrite. Sa katawan ng tao, ang iron ay nasa hemoglobin.

Ang kobalt at nikel sa estadong metal ay matatagpuan sa mga meteorite. Ang pinakamahalagang mineral: cobaltite CoAsS (cobalt luster), iron-nickel pyrite (Fe,Ni) 9 S 8 . Ang mga mineral na ito ay matatagpuan sa polymetallic ores.

Ari-arian. Ang bakal, kobalt, nickel ay kulay-pilak-puting mga metal na may kulay-abo (Fe), pinkish (Co) at madilaw-dilaw na (Ni) tint. Ang mga purong metal ay malakas at ductile. Ang lahat ng tatlong metal ay ferromagnetic. Kapag pinainit sa isang tiyak na temperatura (Curie point), ang ferromagnetic properties ay nawawala at ang mga metal ay nagiging paramagnetic.

Ang bakal at kobalt ay nailalarawan sa pamamagitan ng polymorphism, habang ang nickel ay monomorphic at may istraktura ng fcc hanggang sa temperatura ng pagkatunaw.

Ang pagkakaroon ng mga impurities ay lubos na binabawasan ang paglaban ng mga metal na ito sa isang agresibong kapaligiran sa pagkakaroon ng kahalumigmigan. Ito ay humahantong sa pagbuo ng kaagnasan (rusting ng bakal) dahil sa pagbuo ng isang maluwag na layer ng isang halo ng mga oxide at hydroxides ng variable na komposisyon sa ibabaw, na hindi nagpoprotekta sa ibabaw mula sa karagdagang pagkawasak.

Paghahambing ng mga potensyal na elektrod ng E 2+ /E system para sa iron (-0.441 V), nickel (-0.277 V) at cobalt (-0.25 V), at ang electrode potential ng Fe 3+ /Fe system (-0.036 V), ay nagpapakita na ang pinaka-aktibong elemento ng triad na ito ay bakal. Ang dilute hydrochloric, sulfuric at nitric acid ay natutunaw ang mga metal na ito sa pagbuo ng mga E 2+ ions:

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.

Ang mas puro nitric acid at mainit na concentrated sulfuric acid (mas mababa sa 70%) ay nag-oxidize ng iron sa Fe (III) sa pagbuo ng NO at SO2, halimbawa:

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.

Ang napakakonsentradong nitric acid (sp.v. 1.4) ay nagpapasa ng iron, cobalt, nickel, na bumubuo ng mga oxide film sa kanilang ibabaw.

Sa paggalang sa mga solusyon sa alkali, ang Fe, Co, Ni ay matatag, ngunit tumutugon sa mga natutunaw sa mataas na temperatura. Ang lahat ng tatlong mga metal ay hindi tumutugon sa tubig sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ngunit sa isang mainit na temperatura, ang bakal ay nakikipag-ugnayan sa singaw ng tubig:

3Fe + 4H 2 o Fe 3 O 4 + 4H 2 .

Ang Cobalt at nickel ay kapansin-pansing mas lumalaban sa kaagnasan kaysa sa bakal, na naaayon sa kanilang posisyon sa serye ng mga karaniwang potensyal na elektrod.

Ang pinong bakal sa oxygen ay nasusunog kapag pinainit upang bumuo ng Fe 3 O 4 , na siyang pinaka-matatag na iron oxide at ang cobalt ay bumubuo ng parehong oxide. Ang mga oxide na ito ay mga derivatives ng mga elemento sa mga estado ng oksihenasyon +2, +3 (EO E 2 O 3). Ang thermal oxidation ng cobalt at nickel ay nagpapatuloy sa mas mataas na temperatura, kasama ang pagbuo ng NiO at CoO, na may variable na komposisyon depende sa mga kondisyon ng oksihenasyon.

Para sa iron, nickel, cobalt, oxides EO at E 2 O 3 ay kilala (Talahanayan 9.3)

Talahanayan 9.3 Mga compound na naglalaman ng oxygen ng mga elemento ng subgroup VIIIB

Pangalan ng elemento	Katayuan ng oksihenasyon		Hydroxides
	karakter		Pangalan	Formula ng ion	Pangalan
Bakal (Fe)			Basic		Iron(II) hydroxide		Mga asin ng bakal (II)
		Amphoteric na may nangingibabaw na basic		Iron(III) hydroxide		Mga asin ng bakal (III)
	ferrous acid
		Acid		iron acid
Cobalt (Co)			Basic		Cobalt(II) hydroxide		Mga asin ng kobalt (II)
		Basic		Cobalt(III) hydroxide		Mga asin ng kobalt (III)
Nikel (Ni)			Basic		Nickel(II) hydroxide		Mga asin ng nikel(II).
		Basic		Nickel(III) hydroxide		Mga asin ng nikel(III).

Ang mga oxide EO at E 2 O 3 ay hindi maaaring makuha sa purong anyo sa pamamagitan ng direktang synthesis, dahil ang isang hanay ng mga oxide ay nabuo sa kasong ito, na ang bawat isa ay isang yugto ng variable na komposisyon. Ang mga ito ay nakuha nang hindi direkta - sa pamamagitan ng agnas ng ilang mga asing-gamot at hydroxides. Ang Oxide E 2 O 3 ay matatag lamang para sa bakal at nakukuha sa pamamagitan ng pag-aalis ng tubig ng hydroxide.

Ang mga EO oxide ay hindi matutunaw sa tubig at hindi nakikipag-ugnayan dito o sa mga solusyon sa alkali. Ang parehong ay totoo para sa kaukulang E(OH) 2 hydroxides. Ang E(OH) 2 hydroxides ay madaling tumutugon sa mga acid upang bumuo ng mga asin. Ang mga katangian ng acid-base ng mga hydroxides ng mga elemento ng iron triad ay ibinibigay sa Talahanayan. 42.

Ang iron hydroxide (III) Fe (OH) 3 ay nabuo sa panahon ng oksihenasyon ng Fe (OH) 2 na may atmospheric oxygen:

4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.

Ang isang katulad na reaksyon ay tipikal para sa kobalt. Ang Nickel hydroxide (II) ay stable kaugnay ng atmospheric oxygen. Bilang resulta, iba ang kilos ng E(OH) 3 hydroxides kapag nakikipag-ugnayan sa mga acid. Kung ang Fe (OH) 3 ay bumubuo ng iron (III) na mga asing-gamot, kung gayon ang reaksyon ng Co (OH) 3 at Ni (OH) 3 na may mga acid ay sinamahan ng kanilang pagbawas sa E (+2):

Fe(OH)3 + 3HC? = FeC? 3+3H2O;

2Ni(OH)3 + 6HC? = 2 NiC? 2+C? 2+6H2O.

Ang Fe(OH) 3 hydroxide ay nagpapakita rin ng acid function, na tumutugon sa mainit na puro alkali solution upang bumuo ng mga hydroxo complex, halimbawa, Na 3 . Ang mga derivatives ng ferrous acid HFeO 2 (ferrites) ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsasama ng alkalis o carbonates na may Fe 2 O 3:

2NaOH + Fe 2 O 3 2NaFeO 2 + H 2 O;

MgCO 3 + Fe 2 O 3 MgFe 2 O 4 + CO 2.

Ang Ferrites Me II Fe 2 O 4 ay kabilang sa klase ng spinels. Ang Fe 3 O 4 at Co 3 O 4 oxides na tinalakay sa itaas ay pormal na FeFe 2 O 4 at CoCo 2 O 4 spinel.

Hindi tulad ng kobalt at nikel, ang mga compound ng bakal ay kilala kung saan ang estado ng oksihenasyon nito ay + 6. Ang mga ferrates ay nabuo sa panahon ng oksihenasyon ng Fe (OH) 3 sa mainit na puro alkali sa pagkakaroon ng isang oxidizing agent:

2Fe +3 (OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 Fe +6 O 4 + 6KBr + 2H 2 O.

Ang mga ferrates ay thermally unstable at may bahagyang pag-init (100-2000C) ay nagiging ferrites:

4K 2 FeO 4 4KfeO 2 + 2K 2 O + 3O 2 .

Sa libreng estado, ang iron acid at ang kaukulang FeO 3 oxide ay hindi pa nahiwalay. Sa pamamagitan ng solubility at structurally, ang ferrates ay malapit sa kaukulang chromates at sulfates. Ang potasa ferrate ay nabuo sa pamamagitan ng pagsasama ng Fe 2 O 3 sa KNO 3 at KOH:

Fe 2 O 3 + 3KNO 3 + 4KOH \u003d 2K 2 feO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O.

Ang mga ferrates ay red-violet crystalline substance. Kapag pinainit, nabubulok sila. Ang acid H 2 FeO 4 ay hindi maaaring ihiwalay, agad itong nabubulok sa Fe 2 O 3 , H 2 O at O ​​2 . Ang mga ferrates ay malakas na oxidizing agent. Sa acidic at neutral na kapaligiran, ang ferrates ay nabubulok, nag-o-oxidize ng tubig:

2Na 2 FeO 4 + 10 H 2 O 4Fe (OH) 3 + 4NaOH + O 2.

Mga compound na may mga di-metal. Ang Fe, Ni, Co halides ay medyo kakaunti at tumutugma sa pinakakaraniwang estado ng oksihenasyon na +2 at +3. Para sa bakal, ang halides na FeG 2 at FeG 3 na may fluorine, chlorine at bromine ay kilala. Sa direktang pakikipag-ugnayan, FeF 3 , FeC? 3, FeBr3. Ang mga dihalides ay nakuha nang hindi direkta - sa pamamagitan ng pagtunaw ng metal (o ang oksido nito) sa kaukulang hydrohalic acid. Cobalt trifluoride CoF 3 at trichloride CoC? 3 . Ang nikel ay hindi bumubuo ng trihalides. Ang lahat ng mga dihalide ng iron triad ay tipikal na mga compound na tulad ng asin na may makabuluhang ionic na kontribusyon sa chemical bond.

Ang bakal, cobalt, nickel ay masiglang nakikipag-ugnayan sa mga chalcogens at bumubuo ng chalcogenides: EX at EX 2 . Ang mga monochalcogenides ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng mga kaukulang sangkap sa mga solusyon:

CoC? 2 + (NH 4) 2 S \u003d CoS + 2NH 4 C?.

Ang lahat ng chalcogenides ay mga phase ng variable na komposisyon.

Ang mga compound ng mga metal ng iron triad kasama ng iba pang mga non-metal (pnictogens, carbon, silicon, boron) ay kapansin-pansing naiiba sa mga isinasaalang-alang sa itaas. Lahat sila ay hindi sumusunod sa mga patakaran ng pormal na valency at karamihan sa kanila ay may mga katangian ng metal.

Ang bakal, kobalt, nikel ay sumisipsip ng hydrogen, ngunit huwag magbigay ng ilang mga compound kasama nito. Kapag pinainit, ang solubility ng hydrogen sa mga metal ay tumataas. Ang hydrogen na natunaw sa kanila ay nasa atomic state.

Mga asin ng mga acid na naglalaman ng oxygen at mga kumplikadong compound. Ang lahat ng mga asin ng hydrochloric, sulfuric at nitric acid ay natutunaw sa tubig.

Ang nikel (II) na mga asing-gamot ay berde, kobalt (II) - asul, at ang kanilang mga solusyon at mala-kristal na hydrates - pink (halimbawa,), iron (II) salts - maberde, at iron (III) - kayumanggi. Ang pinakamahalagang asin ay: FeC? 36H2O; FeSO 4 7H 2 O - iron sulfate, (NH 4) 2 SO 4 FeSO 4 6H 2 O - Mohr's salt; NH 4 Fe (SO 4) 2 12H 2 O - iron ammonium alum; NiSO 4 6H 2 O, atbp.

Ang kakayahan ng iron, cobalt at nickel salts na bumuo ng crystalline hydrates ay nagpapahiwatig ng pagkahilig ng mga elementong ito sa kumplikadong pagbuo. Ang mga crystalline hydrates ay isang tipikal na halimbawa ng mga aquacomplex:

[E (H 2 O) 6] (ClO 4) 2; [E (H 2 O) 6] (NO 3) 2.

Ang mga anionic complex ay marami para sa mga elemento ng iron triad: halide (Me I (EF 3), Me 2 I [EG 4], Me 3 [EG 4], atbp.), thiocyanate (Me 2 I [E (CNS) 4] , Me 4 I [E (CNS) 6 ], Me 3 I [E (CNS) 6 ]), oxolate (Me 2 I [E (C 2 O 4) 2 ], Me 3 [E (C 2 O) 4) 3]). Ang mga cyanide complex ay partikular na katangian at matatag: K 4 - potassium hexacyanoferrate (II) (dilaw na asin sa dugo) at K 3 - potassium hexacyanoferrate (III) (pulang asin sa dugo). Ang mga salt na ito ay magandang reagents para sa pagtukoy ng Fe +3 ions (dilaw na asin) at Fe 2+ ions (pulang asin) sa pH ??7:

4Fe 3+ + 4- = Fe 4 3;

Prussian blue

3Fe 2+ + 2 3- = Fe 3 2 .

asul na turnbull

Ang Prussian blue ay ginagamit bilang asul na pangulay. Kapag ang thiocyanate salts KCNS ay idinagdag sa isang solusyon na naglalaman ng Fe 3+ ions, ang solusyon ay nagiging pula ng dugo dahil sa pagbuo ng iron thiocyanate:

FeC? 3 + 3KCNS = Fe(CNS) 3 + 3KC?.

Ang reaksyong ito ay napakasensitibo at ginagamit upang buksan ang Fe 3+ ion.

Ang Cobalt (II) ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga matatag na simpleng asing-gamot at hindi matatag na mga kumplikadong compound K 2, K 4, na nagiging mga kobalt (III) na compound: K 3, C? 3 .

Ang mga katangiang kumplikadong compound ng iron, iron, cobalt at nickel ay carbonyls. Ang mga katulad na compound ay isinasaalang-alang nang mas maaga para sa mga elemento ng chromium at manganese subgroup. Gayunpaman, ang pinakakaraniwan sa mga carbonyl ay: , , . Ang mga bakal at nickel carbonyl ay nakukuha bilang mga likido sa ordinaryong presyon at 20-60° C. sa pamamagitan ng pagpasa ng CO stream sa mga metal powder. Ang cobalt carbonyl ay nakukuha sa 150-200 o C at pressure (2-3) 10 7 Pa. Ito ay mga orange na kristal. Bilang karagdagan, may mga carbonyl na mas kumplikadong komposisyon: Fe (CO) 9 at trinuclear carbonyl, na mga compound ng isang uri ng cluster.

Ang lahat ng mga carbonyl ay diamagnetic, dahil ang mga CO ligand (pati na rin ang CN?) ay lumikha ng isang malakas na larangan, bilang isang resulta kung saan ang mga valence d-electron ng complexing agent ay bumubuo ng mga p-bond na may mga molekula ng CO sa pamamagitan ng mekanismo ng donor-acceptor. Ang mga y-bond ay nabuo dahil sa nag-iisang pares ng elektron ng mga molekula ng CO at ang natitirang mga bakanteng orbital ng complexing agent:

Ang nikel (II), sa kabaligtaran, ay bumubuo ng maraming matatag na kumplikadong mga compound: (OH) 2 , K 2 ; dark blue ang 2+ ion.

Ang reaksyong ito ay malawakang ginagamit sa qualitative at quantitative analysis para sa pagtukoy ng nickel. Ang mga compound ng nickel at lalo na ang kobalt ay nakakalason.

Aplikasyon. Ang bakal at ang mga haluang metal nito ay bumubuo ng batayan ng modernong teknolohiya. Ang nikel at kobalt ay mahalagang mga karagdagan ng haluang metal sa mga bakal. Ang mga alloy na lumalaban sa init na nakabatay sa nikel (nichrome na naglalaman ng Ni at Cr, atbp.) ay malawakang ginagamit. Ang mga haluang tanso-nikel (melchior, atbp.) ay ginagamit sa paggawa ng mga barya, alahas, at mga gamit sa bahay. Maraming iba pang mga haluang metal na naglalaman ng nickel at cobalt ay may malaking praktikal na kahalagahan. Sa partikular, ang kobalt ay ginagamit bilang isang malapot na bahagi ng mga materyales kung saan ginawa ang mga tool sa pagputol ng metal, kung saan ang mga particle ng pambihirang matitigas na carbides na MoC at WC ay pinagsalubungan. Ang mga electroplated nickel coatings ng mga metal ay nagpoprotekta sa huli mula sa kaagnasan at nagbibigay sa kanila ng magandang hitsura.

Ang mga metal ng pamilyang bakal at ang kanilang mga compound ay malawakang ginagamit bilang mga katalista. Sponge iron na may mga additives - isang katalista para sa synthesis ng ammonia. Ang highly dispersed nickel (Raney nickel) ay isang napakaaktibong katalista para sa hydrogenation ng mga organikong compound, sa partikular na mga taba. Nakukuha ang Raney nickel sa pamamagitan ng pagkilos gamit ang alkali solution sa NiA? intermetallic compound, habang ang aluminyo ay bumubuo ng isang natutunaw na aluminate, at ang nickel ay nananatili sa anyo ng maliliit na particle. Ang katalista na ito ay nakaimbak sa ilalim ng isang layer ng organikong likido, dahil sa isang tuyong estado ay agad itong na-oxidized ng atmospheric oxygen. Ang Cobalt at manganese ay bahagi ng katalista na idinagdag sa mga pintura ng langis upang mapabilis ang kanilang "pagpatuyo".

Ang Fe 2 O 3 oxide at ang mga derivatives nito (ferrites) ay malawakang ginagamit sa radio electronics bilang magnetic materials.

Matatagpuan sa ikaapat na yugto.
Ang atomic weight ng iron ay 55.84, ang nuclear charge ay +26. Pamamahagi ng mga electron ayon sa mga antas ng enerhiya (+26): 2, 8, 14, 2. Electronic na pagsasaayos ng panlabas at pre-outer na layer ng bakal na 3s23p63d64s2.

Kaya, para sa isang iron atom, bilang karagdagan sa dalawa s-mga electron ng ikaapat na panlabas na layer, may anim pa d-mga electron ng ikatlong preexternal na layer. Sa mga ito d-Ang mga electron ay pinaka-aktibo 4 na walang kapares. Dahil dito, 6 na electron ang partikular na aktibong kasangkot sa pagbuo ng mga iron valence bond - 2 mula sa panlabas at 4 mula sa pre-outer na mga layer. Ang pinakakaraniwang estado ng oksihenasyon ng bakal ay Fe +2 at Fe +3. Ang bakal ay isa sa mga pinakakaraniwang nakikitang elemento sa kalikasan. Sa mga tuntunin ng pagkalat sa iba pang mga elemento, ito ay nasa ikaapat na ranggo.

■ 57. Batay sa istruktura ng iron atom, pati na rin ang distribusyon ng mga electron sa mga orbital, ipahiwatig ang posibleng mga estado ng oksihenasyon ng elementong ito.

Ang bakal sa free state ay isang silver-gray na makintab na metal na may density na 7.87, isang melting point na 1535° at isang boiling point na 2740°. Ang bakal ay binibigkas ang mga katangian ng ferromagnetic, ibig sabihin, sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field, ito ay nagiging magnetized at, kapag ang field ay tumigil, pinapanatili ang mga magnetic na katangian nito, na nagiging isang magnet. Ang lahat ng mga elemento ng pangkat ng bakal ay may mga katangiang ito.
Ayon sa mga kemikal na katangian nito, ang bakal ay isang napakaaktibong metal. Sa kawalan ng kahalumigmigan, ang bakal ay hindi nagbabago sa hangin, ngunit kapag nakalantad sa kahalumigmigan at oxygen sa hangin, ito ay sumasailalim sa matinding kaagnasan at natatakpan ng maluwag na pelikula ng kalawang, na kung saan ay bakal, na hindi pinoprotektahan ito mula sa karagdagang oksihenasyon. , at unti-unting nag-oxidize ang iron sa buong masa nito:
4Fe + 2Н2О + 3О2 = 2Fe2O3 2H2O
Ang isang bilang ng mga pamamaraan ay binuo upang maprotektahan ang pinakamahalagang metal mula sa kaagnasan.

Sa serye ng mga boltahe, ang bakal ay matatagpuan sa kaliwa ng hydrogen. Sa pagsasaalang-alang na ito, madali itong nalantad sa pagkilos ng mga dilute acid, na nagiging isang ferrous na asin, halimbawa:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Ang iron ay hindi tumutugon sa puro sulfuric at nitric acid. Ang mga acid na ito ay lumikha ng isang malakas at siksik na oxide film sa ibabaw ng metal na ang metal ay nagiging ganap na passive at hindi na pumapasok sa iba pang mga reaksyon. Kasabay nito, sa direktang pakikipag-ugnayan sa mga malakas na ahente ng oxidizing tulad ng iron ay palaging nagpapakita ng isang estado ng oksihenasyon ng +3:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Ang bakal ay tumutugon sa sobrang init na singaw; sa parehong oras, ito ay inilipat mula sa tubig, at ang pulang mainit na bakal ay nagiging oxide, at ito ay palaging alinman sa ferrous oxide FeO o ferrous oxide Fe3O4 (Fe2O3 FeO):
Fe + H2O = FeO + H2

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
Ang bakal na pinainit sa purong oxygen ay nasusunog nang husto sa pagbuo ng sukat ng bakal (tingnan ang Fig. 40).

3Fe + 2O2 = Fe3O4

Kapag na-calcined, ang bakal ay bumubuo ng isang haluang metal na may carbon at, sa parehong oras, ang bakal na karbida Fe3C.

■ 58. Ilista ang mga pisikal na katangian ng bakal.
59. Ano ang mga kemikal na katangian ng bakal? Magbigay ng makatwirang sagot.

Mga compound ng bakal

Ang bakal ay bumubuo ng dalawang serye ng mga compound - mga compound na Fe +2 at Fe +3. Ang bakal ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang oxides - oxide FeO at oxide Fe2O3. Totoo, kilala ang isang halo-halong oxide Fe3O4, ang molekula nito ay two- at ferric iron: Fe2O3 · FeO. Ang oxide na ito ay tinatawag ding iron oxide, o ferrous oxide.

Ang mga compound ng ferrous iron ay hindi gaanong matatag kaysa sa oxide-o, at sa pagkakaroon ng isang oxidizing agent, kahit na ito ay hangin lamang, kadalasan ay nagiging mga ferric iron compound. Halimbawa, ang iron (II) hydroxide Fe (OH) 2 ay isang puting solid, ngunit maaari itong makuha sa purong anyo lamang kapag ang mga solusyon ng mga reactant ay hindi naglalaman ng dissolved oxygen at kung ang reaksyon ay isinasagawa sa kawalan ng atmospera. oxygen:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO4
Ang asin kung saan nakuha ang iron (II) hydroxide, siyempre, ay hindi dapat maglaman ng kaunting karumihan ng mga oxidic compound. Dahil napakahirap lumikha ng ganitong mga kondisyon sa isang ordinaryong laboratoryo sa edukasyon, ang iron (II) hydroxide ay nakuha sa anyo ng isang mas marami o mas kaunting madilim na berdeng gelatinous precipitate, na nagpapahiwatig ng patuloy na oksihenasyon ng mga ferrous compound sa ferric. Kung ang iron (II) hydroxide ay pinananatili sa hangin sa loob ng mahabang panahon, ito ay unti-unting nagiging iron (III) hydroxide Fe (OH) 3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Ang bakal ay karaniwang hindi matutunaw na hydroxides. Ang iron hydroxide (II) ay may mga pangunahing katangian, habang ang Fe (OH) 3 ay may napakahina na ipinahayag na mga katangian ng amphoteric.

■ 60. Ilista ang mga katangian ng iron oxide bilang isang tipikal na basic oxide. Magbigay ng makatwirang sagot. Isulat ang lahat ng mga equation ng reaksyon sa buo at pinaikling mga ionic na anyo.

61. Ilista ang mga katangian ng iron hydroxide (II). Suportahan ang iyong sagot gamit ang mga equation ng reaksyon.

Kabilang sa mga salts ng iron (II), ang iron sulfate FeSO4 7H2O, na naglalaman ng 7 molecule ng tubig ng crystallization, ay ang pinakamalaking kahalagahan. Ang iron sulphate ay lubos na natutunaw sa tubig. Ginagamit ito upang makontrol ang mga peste sa agrikultura, gayundin sa paggawa ng mga tina.
Sa mga ferric salt, ang pinakamahalaga ay ang ferric chloride FeCl3, na isang napaka-hygroscopic na orange na kristal na sumisipsip ng tubig sa panahon ng pag-iimbak at kumakalat sa isang brown slurry.

Ang mga asin ng bakal (II) ay madaling maging mga asin ng bakal (III), halimbawa, kapag pinainit ng nitric acid o potassium permanganate sa pagkakaroon ng sulfuric acid:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
Ang oksihenasyon ng Fe +2 salts sa Fe +3 salts ay maaari ding mangyari sa ilalim ng pagkilos ng atmospheric oxygen sa panahon ng pag-iimbak ng mga compound na ito, ngunit ang prosesong ito lamang ang mas mahaba. Para sa pagkilala sa mga Fe 2+ at Fe 3+ na mga kasyon, ginagamit ang mga napaka-katangiang partikular na reagents. Halimbawa, upang makilala ang ferrous iron, kumukuha sila ng red blood salt K3, na, sa pagkakaroon ng mga ferrous ions, ay nagbibigay sa kanila ng isang katangian na matinding asul na precipitate ng turnbull blue:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32 + 3K2SO4
o sa ionic form
3Fe 2+ + 2 3- = Fe32
Upang makilala ang Fe3 + salts, ang isang reaksyon na may dilaw na blood salt K4 ay ginagamit:
4FeCl3 + 3K4 = Fe43 + 12KCl

4Fe 3+ + 3 4- = Fe43
Sa kasong ito, isang matinding asul na precipitate ng Prussian blue ang namuo. Ang Prussian blue at turnbull blue ay ginagamit bilang mga tina.
Bilang karagdagan, ang ferric iron ay maaaring makilala gamit ang mga natutunaw na asing-gamot - potassium thiocyanate KCNS o ammonium thiocyanate NH4CNS. Kapag ang mga sangkap na ito ay nakikipag-ugnayan sa Fe(III) na mga asing-gamot, ang solusyon ay nakakakuha ng kulay-dugo na pula.

■ 62. Ilista ang mga katangian ng mga asin Fe +3 at Fe +2. Aling estado ng oksihenasyon ang mas matatag?
63. Paano i-convert ang Fe +2 salt sa Fe +3 salt at vice versa? Magbigay ng halimbawa.

Ang reaksyon ay napupunta ayon sa equation:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl
o sa ionic form
Fe 3+ + 3CNS - \u003d Fe (CNS),
Ang mga compound ng bakal ay may mahalagang papel sa buhay ng mga organismo. Halimbawa, ito ay bahagi ng pangunahing protina ng dugo - hemoglobin, pati na rin ang mga berdeng halaman - chlorophyll. Ang bakal ay pumapasok sa katawan pangunahin sa organikong bagay ng mga produktong pagkain. Ang maraming bakal ay naglalaman ng mga mansanas, itlog, spinach, beets. Bilang mga gamot, ang bakal ay ginagamit sa anyo ng mga asing-gamot ng mga organikong acid. Ang Ferric chloride ay nagsisilbing hemostatic agent.

■ 64. Tatlong test tube ang naglalaman ng: a) iron (II) sulfate, b) iron (III) sulfate at c) iron (III) chloride. Paano matukoy kung aling test tube ang naglalaman ng aling asin?
65. Paano magsagawa ng serye ng mga pagbabago:
Fe → FeCl2 → FeSO4 → Fe2(SO4)3 → Fe(OH)3 → Fe2O3.
66. Ang mga sumusunod ay ibinigay: iron, caustic soda. Paano, gamit lamang ang mga sangkap na ito, upang makakuha ng iron (II) hydroxide at iron (III) hydroxide?
67. Ang isang solusyon na naglalaman ng chromium (III) chloride at iron (III) chloride ay ginagamot na may labis na alkali. Ang nagresultang precipitate ay na-filter off. Ano ang nananatili sa filter at ano ang pumasa sa filtrate? Magbigay ng matalinong sagot gamit ang mga equation ng reaksyon sa molecular, full ionic, at abbreviated ionic forms.

bakal na haluang metal

Ang bakal ay ang batayan ng ferrous metalurhiya, kaya ito ay minahan sa napakalaking dami. Ang bagong programa para sa ganap na konstruksyon ng komunismo ay nagbibigay para sa produksyon ng 250 milyong tonelada ng bakal noong 1980. Ito ay 3.8 beses na mas mataas kaysa noong 1960.
Ang bakal ay halos hindi ginagamit sa dalisay na anyo nito, ngunit sa anyo lamang ng mga haluang metal. Ang pinakamahalagang haluang metal ng bakal ay ang carbon nito - iba't ibang cast irons at steels. Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng cast iron at steel ay ang carbon content: ang cast iron ay naglalaman ng higit sa 1.7% carbon, habang ang bakal ay naglalaman ng mas mababa sa 1.7%.

Ang pinakamahalagang praktikal ay ang ferroalloys (isang haluang metal na bakal na may silikon), ferrochrome (isang haluang metal na bakal na may chromium), at ferromanganese (isang haluang metal na bakal na may mangganeso). Ang mga ferroalloy ay mga cast iron na naglalaman ng higit sa 10% na bakal at hindi bababa sa 10% ng kaukulang bahagi. Bilang karagdagan, naglalaman ang mga ito ng parehong mga elemento tulad ng sa cast iron. Ang mga ferroalloy ay pangunahing ginagamit sa "deoxidation" ng bakal at bilang mga impurities ng alloying.
Kabilang sa mga cast iron, ang mga linear at pig iron ay nakikilala. Ang Foundry iron ay ginagamit para sa paghahagis ng iba't ibang bahagi, ang pig iron ay natutunaw sa bakal, dahil ito ay may napakataas na tigas at hindi maproseso. Ang bakal ng baboy ay puti, at ang pandayan ay kulay abo. Ang baboy na bakal ay naglalaman ng mas maraming mangganeso.

Ang mga bakal ay carbon at alloyed. Ang mga bakal na carbon ay karaniwang isang haluang metal na bakal at carbon, habang ang mga bakal na haluang metal ay naglalaman ng mga haluang additives, ibig sabihin, mga dumi ng iba pang mga metal na nagbibigay sa bakal ng mas mahalagang mga katangian. nagbibigay ng steel malleability, elasticity, stability sa panahon ng hardening, at - hardness at heat resistance. Ang mga bakal na may zirconium additives ay napaka nababanat at ductile; ginagamit ang mga ito sa paggawa ng mga armor plate. Ginagawa ng mga impurities ng manganese ang bakal na lumalaban sa epekto at alitan. Pinapabuti ng Boron ang mga katangian ng pagputol ng bakal sa paggawa ng mga tool steel.
Minsan kahit na ang mga maliliit na dumi ng mga bihirang metal ay nagbibigay ng mga bagong katangian ng bakal. Kung ang isang bahagi ng bakal ay pinananatili sa beryllium powder sa temperatura na 900-1000 °, ang tigas ng bakal at ang wear resistance nito ay tumataas nang malaki.
Ang Chrome-nickel o, gaya ng tawag sa kanila, ang mga hindi kinakalawang na asero ay lumalaban sa kaagnasan. Ang mga impurities ng sulfur at phosphorus ay lubhang nakakapinsala sa bakal - ginagawa nilang malutong ang metal.

■ 68. Ano ang pinakamahalagang bakal na alam mo?
69. Ano ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng bakal at cast iron?
70. Ano ang mga katangian ng cast iron at anong uri ng cast iron ang alam mo?
71. Ano ang mga bakal na haluang metal at mga additives ng haluang metal?

proseso ng domain

Ang bakal ng baboy ay ginawa sa pamamagitan ng pagbabawas ng smelting sa mga blast furnace. Ang mga ito ay malalaking istruktura tatlumpung metro ang taas, na gumagawa ng higit sa 2,000 tonelada ng cast iron bawat araw. Ang scheme ng blast furnace device ay ipinapakita sa fig. 83.
Ang itaas na bahagi ng blast furnace, kung saan ang singil ay ikinarga, ay tinatawag na tuktok. Sa pamamagitan ng tuktok ng bayad

kanin. 83. Scheme ng device ng isang blast furnace.

nahuhulog sa isang mahabang baras ng hurno, na lumalawak mula sa itaas hanggang sa ibaba, na nagpapadali sa paggalaw ng na-load na materyal mula sa itaas hanggang sa ibaba. Habang ang singil ay gumagalaw sa pinakamalawak na bahagi ng pugon - singaw - isang serye ng mga pagbabagong-anyo ang nangyayari kasama nito, bilang isang resulta kung saan nabuo ang cast iron, na dumadaloy sa apuyan - ang pinakamainit na bahagi ng pugon. Dito nagtitipon ang slag. Ang cast iron at slag ay inilalabas mula sa furnace sa pamamagitan ng mga espesyal na butas sa apuyan, na tinatawag na tapholes. Sa pamamagitan ng itaas na bahagi ng pugon, ang hangin ay hinihipan sa blast furnace, na sumusuporta sa pagkasunog ng gasolina sa pugon.

Isaalang-alang ang mga kemikal na proseso na nagaganap sa panahon ng pagtunaw ng bakal. Ang singil ng isang blast furnace, ibig sabihin, ang complex ng mga substance na na-load dito, ay binubuo ng iron ore, fuel at fluxes, o fluxes. Maraming iron ores. Ang mga pangunahing ores ay magnetic iron ore Fe3O4, red iron ore Fe2O3, brown iron ore 2Fe2O8 3H2O. Sa proseso ng blast-furnace, ang siderite na FeCO3, at kung minsan ay FeS2, ay ginagamit bilang iron ore, na, pagkatapos ng pagpapaputok sa mga pyrite furnace, ay nagiging Fe2O3 cinder, na maaaring magamit sa metalurhiya. Ang nasabing mineral ay hindi gaanong kanais-nais dahil sa malaking admixture ng asupre. Hindi lamang cast iron, kundi pati na rin ang mga ferroalloy ay natunaw sa isang blast furnace. Ang gasolina na na-load sa pugon ay nagsisilbi nang sabay-sabay upang mapanatili ang isang mataas na temperatura sa pugon at upang mabawi ang bakal mula sa ore, at nakikibahagi din sa pagbuo ng isang haluang metal na may carbon. Ang panggatong ay karaniwang coke.

Sa proseso ng pagtunaw ng bakal, ang coke ay gasified, nagiging, tulad ng sa isang generator ng gas, una sa dioxide at pagkatapos ay sa carbon monoxide:
C + O2 = CO3 CO2 + C = 2CO
Ang resultang carbon monoxide ay isang magandang gaseous reducing agent. Sa tulong nito, ang iron ore ay naibalik:
Fe2O3 + 3CO = 3CO2 + 2Fe
Kasama ng iron-containing ore, ang mga dumi ng basurang bato ay siguradong papasok sa pugon. Ang mga ito ay napaka-refractory at maaaring makabara sa isang pugon na patuloy na tumatakbo sa loob ng maraming taon. Upang ang basurang bato ay madaling maalis mula sa hurno, ito ay na-convert sa isang mababang-natutunaw na tambalan, na ginagawa itong slag na may mga flux (fluxes). Upang ilipat sa slag ang base rock na naglalaman, halimbawa, limestone, na nabubulok sa isang pugon ayon sa equation
CaCO3 = CaO + CO2
magdagdag ng buhangin. Ang pagsasama sa calcium oxide, ang buhangin ay bumubuo ng silicate:
CaO + SiO3 = CaSiO3
Ito ay isang sangkap na may hindi maihahambing na mas mababang punto ng pagkatunaw. Sa isang likidong estado, maaari itong ilabas mula sa pugon.

Kung ang bato ay acidic, na naglalaman ng isang malaking halaga ng silikon dioxide, kung gayon, sa kabaligtaran, ang limestone ay na-load sa pugon, na nagpapalit ng silikon dioxide sa silicate, at ang parehong slag ay nakuha bilang isang resulta. Dati, ang slag ay isang basura, ngunit ngayon ito ay pinalamig ng tubig at ginagamit bilang isang materyales sa gusali.
Upang mapanatili ang pagkasunog ng gasolina, ang pinainit, pinayaman ng oxygen na hangin ay patuloy na ibinibigay sa blast furnace. Ito ay pinainit sa mga espesyal na air heater - kiupers. Ang Cowper ay isang mataas na tore na gawa sa mga refractory brick, kung saan ang mga maiinit na gas mula sa blast furnace ay pinalalabas. Ang mga blast-furnace gas ay naglalaman ng carbon dioxide CO2, N2 at carbon monoxide CO. Ang carbon monoxide ay nasusunog sa cowper, sa gayon ay nagpapataas ng temperatura nito. Pagkatapos ang mga blast-furnace na gas ay awtomatikong ipinadala sa isa pang cowper, at sa pamamagitan ng una, ang pag-ihip ng hangin na nakadirekta sa blast furnace ay nagsisimula. Sa isang mainit na cowper, ang hangin ay pinainit, at sa gayon ay nai-save ang gasolina, na gagastusin sa malalaking dami sa pagpainit ng hangin na pumapasok sa pugon ng sabog. Ang bawat blast furnace ay may ilang cowper.

■ 72. Ano ang komposisyon ng singil sa blast furnace?
73. Ilista ang mga pangunahing proseso ng kemikal na nagaganap sa panahon ng pagtunaw ng bakal.
74. Ano ang komposisyon ng blast-furnace gas at paano ito ginagamit sa mga cowper?
75. Magkano ang cast iron na naglalaman ng 4% carbon ay maaaring makuha mula sa 519.1 kg ng magnetic iron ore na naglalaman ng 10% impurities?
76. Anong halaga ng coke ang nagbibigay ng dami ng carbon monoxide na sapat upang mabawasan ang 320 kg ng iron oxide kung ang coke ay naglalaman ng 97% purong carbon?
77. Paano dapat iproseso ang siderite upang makakuha ng bakal mula sa kanila?

pagtunaw ng bakal

Ang bakal ay tinutunaw sa tatlong uri ng mga hurno - mga open-hearth na regenerative furnace, mga Bessemer converter at mga electric furnace.
Ang open-hearth furnace ay ang pinakamodernong furnace na idinisenyo para sa pagtunaw ng pangunahing masa ng bakal (Fig. 84). Ang open-hearth furnace, hindi katulad ng blast furnace, ay hindi patuloy na gumaganang furnace.

kanin. 84. Scheme ng device ng open-hearth furnace

Ang pangunahing bahagi nito ay isang paliguan, kung saan ang mga kinakailangang materyales ay ikinarga sa mga bintana ng isang espesyal na makina. Ang paliguan ay konektado sa pamamagitan ng mga espesyal na daanan sa mga regenerator, na nagsisilbing init ng mga nasusunog na gas at hangin na ibinibigay sa hurno. Ang pag-init ay nangyayari dahil sa init ng mga produkto ng pagkasunog, na ipinapasa sa mga regenerator paminsan-minsan. Dahil may ilan sa kanila, sila ay nagtatrabaho sa turn at umiinit. Ang isang open-hearth furnace ay maaaring makagawa ng hanggang 500 tonelada ng bakal sa bawat pagtunaw.

Ang singil ng isang open-hearth furnace ay napaka-magkakaibang: ang komposisyon ng singil ay kinabibilangan ng pig iron, scrap metal, ore, fluxes (fluxes) ng parehong kalikasan tulad ng sa proseso ng blast furnace. Tulad ng sa proseso ng blast furnace, sa panahon ng paggawa ng bakal, ang hangin at mga nasusunog na gas ay pinainit sa mga regenerator dahil sa init ng mga maubos na gas. Ang panggatong sa mga open-hearth furnace ay alinman sa fuel oil na na-spray ng mga nozzle o mga nasusunog na gas, na kasalukuyang ginagamit lalo na nang malawakan. Ang gasolina dito ay nagsisilbi lamang upang mapanatili ang isang mataas na temperatura sa pugon.
Ang proseso ng steel smelting ay sa panimula ay naiiba sa proseso ng blast furnace, dahil ang proseso ng blast furnace ay isang proseso ng pagbabawas, at ang steel smelting ay isang proseso ng oxidative, ang layunin nito ay upang mabawasan ang nilalaman ng carbon sa pamamagitan ng pag-oxidize nito sa masa ng metal. Ang mga prosesong kasangkot dito ay medyo kumplikado.

Na nilalaman sa ore at ibinibigay ng hangin sa hurno para sa pagsunog ng gas na gasolina, nag-oxidize ito, pati na rin ang isang malaking halaga ng bakal, na ginagawa itong higit sa lahat sa iron oxide (II): 2Fe + O2 \u003d 2FeO
Nakapaloob sa cast iron, o anumang mga dumi ng iba pang mga metal sa mataas na temperatura, bawasan muli ang resultang iron (II) oxide sa metallic iron ayon sa equation: Si + 2FeO \u003d SiO2 + 2Fe Mn + FeO \u003d MnO + Fe
Parehong tumutugon sa iron oxide (II) at: C + FeO = Fe + CO
Sa pagtatapos ng proseso, upang maibalik ang natitirang iron oxide (II) (o, tulad ng sinasabi nila, upang "deoxidize" ito), "deoxidizers" - ferroalloys - ay idinagdag. Ang mga additives ng mangganeso at silikon na naroroon sa kanila ay binabawasan ang natitirang iron oxide (II) ayon sa mga equation sa itaas. Pagkatapos nito, nagtatapos ang pagtunaw. Ang pagtunaw sa mga open-hearth furnace ay tumatagal ng 8-10 oras.

kanin. 85. Bessemer converter device diagram

Bessemer converter (Larawan 85) - isang mas lumang uri ng hurno, ngunit may napakataas na pagganap. Dahil ang converter ay gumagana nang walang pagkonsumo ng gasolina, ang pamamaraang ito ng paggawa ng bakal ay sumasakop sa isang makabuluhang lugar sa metalurhiya. Ang converter ay isang hugis-peras na bakal na sisidlan na may kapasidad na 20-30 tonelada, na may linya mula sa loob na may matigas na mga brick. Ang bawat init sa converter ay tumatagal ng 12-15 minuto. Ang converter ay may isang bilang ng mga disadvantages: maaari lamang itong gumana sa likidong bakal. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang oksihenasyon ng carbon ay isinasagawa sa pamamagitan ng hangin na dumadaan mula sa ibaba sa buong masa ng likidong bakal, na makabuluhang pinabilis ang pagtunaw at pinatataas ang intensity ng oksihenasyon. Naturally, ang "basura" ng bakal sa kasong ito ay lalong mahusay. Kasabay nito, ang maikling oras ng pagkatunaw ay hindi pinapayagan na ayusin ito, upang magdagdag ng mga impurities ng alloying, samakatuwid, higit sa lahat ang carbon steels ay natunaw sa mga converter. Sa dulo ng pagkatunaw, ang suplay ng hangin ay huminto at, tulad ng sa open-hearth na proseso, ang "deoxidizers" ay idinagdag.

Sa mga electric furnace (Larawan 86), ang haluang metal na bakal ng mga espesyal na grado ay natunaw, pangunahin na may mataas na temperatura ng pagkatunaw, na naglalaman at iba pang mga additives. Ang tapos na bakal ay ipinadala sa rolling. Doon, sa malalaking rolling mill - namumulaklak at mga slab - pinipiga nila ang mga red-hot steel ingot sa tulong ng mga roll, na ginagawang posible na makagawa ng iba't ibang mga hugis mula sa isang bakal na ingot.

Fig 86. Scheme ng isang electric arc furnace. 1 - electrodes, 2 - loading window, 3 - chute para sa paglabas ng bakal, 4 - rotary mechanism

Ang bakal sa anyo ng mga haluang metal ay malawakang ginagamit sa pambansang ekonomiya. Wala ni isang sangay ng pambansang ekonomiya ang magagawa kung wala ito. Upang mai-save ang mga ferrous na metal, sa kasalukuyan, hangga't maaari, sinusubukan nilang palitan ang mga ito ng mga sintetikong materyales.
Ang mga kagamitan sa makina at mga sasakyan, mga eroplano at kasangkapan, mga kasangkapan para sa reinforced concrete structures, lata para sa mga kahon ng lata at mga roofing sheet, mga barko at tulay, mga makinang pang-agrikultura at mga beam, mga tubo at isang buong hanay ng mga produktong pambahay ay gawa sa mga ferrous na metal.

■ 78. Ano ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng proseso ng paggawa ng bakal at ng proseso ng blast furnace?
79. Anong mga hurno ang ginagamit para sa pagtunaw ng bakal?
80. Ano ang mga regenerator sa isang open hearth furnace?

81. Tukuyin ang komposisyon ng singil ng isang open-hearth furnace at ang pagkakaiba nito mula sa komposisyon ng singil ng isang blast furnace?
82. Ano ang "deoxidizers"?
83. Bakit tinatawag na oxidative smelting ang steel smelting?
84. Magkano ang bakal na naglalaman ng 1% carbon ay maaaring makuha mula sa 116.7 kg ng cast iron na naglalaman ng 4% carbon?
85. Gaano karaming ferromanganese na naglalaman ng 80% manganese ang kakailanganin para "mag-deoxidize" ng 36 kg ng ferrous oxide?

Artikulo sa paksa ng Iron, isang pangalawang subgroup ng pangkat VIII

IRON AT KURYENTE Ang mga katangian ng bakal ay iba-iba. May mga bakal na idinisenyo para sa mahabang pananatili sa tubig dagat, mga bakal na makatiis sa mataas na temperatura at...

Sa pangkat ng IB (pangkat ng tanso) mayroong mga metal na transisyon Cu, Ag, Au, na may katulad na pamamahagi ng mga electron, na tinutukoy ng phenomenon ng "breakthrough" o "failure" ng mga electron.

Ang phenomenon ng "leakage" ay isang simbolikong paglipat ng isa sa dalawang valence s-electron sa d-sublevel, na sumasalamin sa hindi pare-parehong pagpapanatili ng mga panlabas na electron ng nucleus.

Ang paglipat ng isang s-electron sa panlabas na antas ay humahantong sa pagpapapanatag ng d-sublevel. Samakatuwid, depende sa antas ng paggulo, ang mga atomo ng pangkat ng IB ay maaaring mag-abuloy mula isa hanggang tatlong elektron sa pagbuo ng isang kemikal na bono. Bilang resulta, ang mga elemento ng pangkat ng IB ay maaaring bumuo ng mga compound na may mga estado ng oksihenasyon na +1, +2 at +3. Gayunpaman, may mga pagkakaiba: para sa tanso, ang pinaka-matatag na estado ng oksihenasyon ay +1 at +2; +1 para sa pilak, at +1 at +3 para sa ginto. Ang pinakakatangiang mga numero ng koordinasyon sa pangkat na ito ay 2, 3, 4.

Ang mga elemento ng IB-group ay medyo hindi gumagalaw. Sa serye ng electrochemical, tumayo sila pagkatapos ng hydrogen, na ipinakita sa kanilang mahinang pagbabawas ng kakayahan. Samakatuwid, natural na nangyayari ang mga ito sa kalikasan. Ang mga ito ay kabilang sa mga unang metal na natagpuan at ginamit ng sinaunang tao. Ang mga sumusunod na compound ay matatagpuan bilang mga fossil: Cu 2 O - cuprite, Cu 2 S - chalcosine, Ag 2 S - argentite, acanthite, AgCl - kerargyrite, AuTe 2 - calaverite, (Au, Ag) Te 4 - sylvanite .

Sa pangkat IB, ang pagbabawas at pangunahing mga katangian ay bumaba mula sa tanso hanggang sa ginto.

Mga kemikal na katangian ng mga compound ng tanso, pilak, ginto.

Ang silver oxide (I) ay nakukuha sa pamamagitan ng pagpainit ng pilak na may oxygen o sa pamamagitan ng paggamot sa mga solusyon sa AgNO 3 na may alkalis:

2 AgNO 3 + 2KOH > Ag 2 O + 2KNO 3 + H 2 O

Ang pilak (I) oxide ay bahagyang natutunaw sa tubig, gayunpaman, dahil sa hydrolysis, ang mga solusyon ay may alkaline na reaksyon.

Ag 2 O + H 2 O > 2Ag + + 2OH -

sa mga solusyon sa cyanide ito ay nagiging isang kumplikado:

Ag 2 O + 4KSN + H 2 O > 2K [Ag (CN) 2] + 2KOH

Ag 2 O ay isang masiglang oxidizing agent. Nag-oxidize ng chromium (III) salts:

3Ag 2 O + 2Cr(OH) 3 + 4NaOH > 2Na 2 CrO 4 + 6Ag + 5H 2 O,

pati na rin ang mga aldehydes at halocarbon.

Tinutukoy ng mga katangian ng oxidizing ng silver oxide (I) ang paggamit ng suspensyon nito bilang isang antiseptiko.

Sa serye ng electrochemical ng mga normal na potensyal na redox, ang pilak ay kasunod ng hydrogen. Samakatuwid, ang metal na pilak ay tumutugon lamang sa oxidizing concentrated nitric at sulfuric acid:

2Ag + 2H 2 SO 4 > Ag 2 SO 4 + 5O 2 + 2H 2 O

Karamihan sa mga silver salt ay bahagyang o mahinang natutunaw. Praktikal na hindi matutunaw halides, phosphates. Ang silver sulfate at silver carbonate ay hindi gaanong natutunaw. Ang mga solusyon ng silver halides ay nabubulok sa ilalim ng pagkilos ng ultraviolet at X-ray:

2AgCl -- hn > 2Ag + Cl 2

Ang mas sensitibo sa pagkilos ng ultraviolet at X-ray ay ang mga kristal na AgCl na may admixture ng bromides. Sa ilalim ng pagkilos ng isang dami ng liwanag sa isang kristal, nangyayari ang mga reaksyon

Вr -- + hn > Вг ° + e -

Ag ++ e ~ > Ag°

2AgBr > 2Ag 0 + Br 2

Ang pag-aari na ito ng mga silver halides ay ginagamit sa paggawa ng mga photosensitive na materyales, sa partikular na mga photographic na pelikula, mga x-ray na pelikula.

Ang hindi matutunaw na silver chloride at silver bromide ay natutunaw sa ammonia upang bumuo ng ammonia:

AgCl + 2NH 3 > [Ag (NH 3) 2] Cl

Ang paglusaw ng AgCl ay posible dahil ang mga silver ions ay nagbubuklod sa isang napakalakas na complex ion. Kaya ilang mga silver ions ang nananatili sa solusyon na hindi sapat sa kanila upang bumuo ng isang namuo, dahil ang produkto ng mga konsentrasyon ay mas mababa kaysa sa pare-pareho ng solubility.

Ang mga bactericidal na katangian ng AgCl ay ginagamit sa mga paghahanda para sa paggamot ng mga mucous membrane ng gas. Para sa isterilisasyon at pag-iingat ng mga produktong pagkain, ginagamit ang "tubig na pilak" - distilled water na ginagamot sa mga kristal na AgCl.

Tulad ng pilak, ang tanso (I) ay bumubuo ng mga hindi matutunaw na halides. Ang mga asin na ito ay natutunaw sa ammonia at bumubuo ng mga complex:

CuCl + 2NH 3 > [Cu(NH 3) 2 ]Cl

Mga hindi matutunaw na tubig na oksido at hydroxides ng tanso (II), na pangunahing sa kalikasan at natutunaw sa mga acid:

Cu (OH) 2 + 2HCl + 4H 2 O > [Cu (H 2 O) 6] Cl 2

Ang resultang aquacation [Cu(H 2 O) 6 ] 2+ ay nagbibigay ng maliwanag na asul na kulay sa mga solusyon.

Ang tanso (II) hydroxide ay natutunaw sa ammonia, bumubuo ng isang kumplikadong nagiging asul ang solusyon:

Cu (OH) 2 + 4NH 3 + 2H 2 O > [Cu (NH 3) 4 (H 2 O) 2] (OH) 2

Ang reaksyong ito ay ginagamit para sa isang husay na reaksyon sa mga ion ng tanso (II).

Ang mga asin ng tanso, pilak at ginto ay nakikipag-ugnayan sa alkali metal sulfide at hydrogen sulfide upang bumuo ng hindi malulutas na tubig na mga precipitate - Ag 2 S, Cu 2 S, CuS, Au 2 S 3 .

Ang mataas na pagkakaugnay ng mga metal ng pangkat IB para sa asupre ay tumutukoy sa mataas na M-S na enerhiya ng bono, at ito naman, ay tumutukoy sa tiyak na katangian ng kanilang pag-uugali sa mga biological system.

Ang mga kasyon ng mga metal na ito ay madaling nakikipag-ugnayan sa mga sangkap na naglalaman ng mga pangkat na naglalaman ng asupre. Halimbawa, ang mga Ag + at Cu + ions ay tumutugon sa mga dithiol enzymes ng mga microorganism ayon sa scheme:

Ang pagsasama ng mga metal ions sa komposisyon ng protina ay hindi aktibo ang mga enzyme, sinisira ang mga protina.

Ang parehong mekanismo ay sumasailalim sa pagkilos ng mga gamot na naglalaman ng pilak at ginto na ginagamit sa dermatolohiya.

Ang pinakakaraniwang gintong (III) compound ay AuCl 3 chloride, na madaling natutunaw sa tubig.

Ang gold oxide at hydroxide (III) ay mga amphoteric compound na may mas malinaw na acidic na mga katangian. Ang gintong hydroxide (III) ay hindi natutunaw sa tubig, ngunit natutunaw sa alkalis na may pagbuo ng isang hydroxo complex:

AuO (OH) + NaOH + H 2 O > Na [Au (OH) 4]

Tumutugon sa mga acid upang bumuo ng isang acid complex:

AuO (OH) + 2H 2 SO 4 > H [Au (SO 4) 2] + 2H 2 O

Ang isang malaking bilang ng mga kumplikadong compound ay kilala para sa ginto at mga analogue nito. Ang sikat na reaksyon ng pagtunaw ng ginto sa "aqua regia" (1 volume ng conc. HMO3 at 3 volume ng conc. HCl) ay ang pagbuo ng isang complex acid:

Au + 4HCl + HNO 3 > H [AuCl 4] + NO + 2H 2 O

Sa katawan, gumagana ang tanso sa +1 at +2 na mga estado ng oksihenasyon. Ang mga Cu + at Cu 2+ ions ay bahagi ng "asul" na mga protina na nakahiwalay sa bakterya. Ang mga protina na ito ay may katulad na mga katangian at tinatawag na azurin.

Ang tanso (I) ay nagbubuklod nang mas malakas sa mga ligand na naglalaman ng asupre, at ang tanso (II) sa mga carboxyl, phenolic, at amino group ng mga protina. Ang Copper (I) ay nagbibigay ng mga complex na may bilang ng koordinasyon na 4. Ang isang tetrahedral na istraktura ay nabuo (kung ang isang kahit na bilang ng mga d-electron ay kasangkot). Para sa tanso (II), ang numero ng koordinasyon ay 6; tumutugma ito sa orthorhombic geometry ng complex.