Сплавы железа, оксиды, подготовка, типы, свойства и значение

| 2 октября, 2021 | Химия

Сплав обычно состоит из двух металлов , он состоит из двух или более металлов с определенным соотношением, как сплавы железа (ферромарганец, феррохром), и он может состоять из металла и неметалла с определенным соотношением, таких как железо и углерод. Переходные элементы характеризуются образование нескольких сплавов, потому что атомные радиусы переходных элементов относительно постоянны.

Сплав представляет собой вещество, которое имеет физические свойства металлов. Металлы в сплавах используются в промышленности не как чистые металлы, потому что сплавы обладают новыми свойствами, которые отличаются от свойств чистых металлов, таких как:

  • Сплавы устойчивы к коррозии.
  • Сплавы обладают способностью повышать магнитные и электрические свойства.
  • Сплавам легко придать форму.
  • Сплавы отличаются твердостью.

Подготовка сплавов

  • Плавлением: сплавы обычно получают путем плавления металлов вместе и постепенного перехода от них к углю.
  • Методом электроосаждения: сплавы могут быть получены электроосаждением двух или более металлов одновременно, например, гальваническое покрытие железных ручек латунью (Cu + Zn) путем ее осаждения из раствора ионов меди и цинка.

Типы сплавов

  1. Промежуточный сплав
  2. Замещающий сплав
  3. Интерметаллический сплав

Промежуточный сплав

Сплавы, в которых металл, атомы которого меньше по размеру, чем атомы чистого металла, вводят в межмолекулярные пространства кристаллической решетки чистого металла для увеличения его твердости и изменения физических свойств, таких как пластичность, пластичность, температура плавления , электропроводность. и магнитные свойства, такие как железо и углеродистый сплав (сталь).

Чистое железо, как и другие металлы, образовано из кристаллической решетки атомов металла в закрытой упакованной структуре. При ударе по металлу слой атомов может скользить по другим слоям. В состоянии введения больших атомов с образованием сплава. атом больше, чем у чистого металла, структура чистого металла деформируется, и дислокация слоя становится более трудной, поэтому сплав тверже, чем чистый металл.

В состоянии введения небольших атомов для образования сплава, когда введенные атомы меньше, чем небольшие промежутки между атомами металла, они будут соответствовать этим пространствам и также приведут к изменению физических свойств металла.

Свойства сплава внедрения

  1. Измените пластичность и пластичность.
  2. Влияет на температуру плавления.
  3. Влияют на электропроводностьи магнитные свойства.
  4. Влияет на прочность чистого металла.

Замещающие сплавы

Сплавы, в которых некоторые атомы чистого металла заменены атомами другого металла, который имеет тот же радиус, кристаллическую решетку и химические свойства, такие как сплав ферроникеля (Fe, Ni), сплав нержавеющей стали (Fe, Cr), (золото и медь) Сплав, и он занимает место между двумя переходными металлами .

Условия замещающего сплава: они имеют одинаковый диаметр, кристаллическую структуру и химические свойства, медь и золото могут образовывать замещающий сплав, потому что они имеют одинаковый диаметр, кристаллическую структуру и химические свойства.

Интерметаллические сплавы (составной сплав)

Сплавы, образованные в результате химического сочетания металлов разных групп в периодической таблице, и химическая формула этих соединений не подчиняются законам валентности, например, алюминиево-никелевый сплав (Ni 3 Al), который называется дюралюминий, и свинцово-золотой. сплава (Au 2 pb) и цементита (Fe 3 C), дюралюминий представляет собой сплав алюминия и никеля, образованный химической комбинацией (Ni 3 Al).

Они образуются, когда элементы, образующие сплав, соединяются друг с другом, химически образуя химические соединения, которые не подчиняются законам валентности, и они являются твердыми. Химическая формула этих соединений не подчиняется законам валентности, и его сплав не может быть образован металлами. та же группа.

Физические свойства железа

Чистое железо не имеет промышленного значения, потому что оно относительно мягкое, оно довольно реактивно, с низкой твердостью, податливо, пластично, с магнитными свойствами, оно плавится при 1538 ° C и его плотность составляет 7,87 г / см³. Физические свойства железа зависят от его чистота и характер примесей. Сталь и другие сплавы железа могут быть произведены с особыми свойствами, подходящими для многих применений.

Химические свойства железа

Железо отличается от элементов до него в первой переходной серии , где у него нет максимальной степени окисления, соответствующей удалению всех электронов (8 электронов) из (4s и 3d), все степени окисления, указанные выше (+3) не важны, железо имеет степень окисления (+2), которая соответствует потере двух электронов с (4s) подуровня, и степень окисления (+3), соответствующую наполовину заполненному (3d 5 ) подуровню (стабильное состояние).

Воздействие воздуха: Раскаленное железо реагирует с сухим воздухом или кислородом с образованием оксида железа.

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

Влияние водяного пара: Раскаленное железо (> 500 ° C) реагирует с водяным паром, образуя магнитный оксид железа и водород. Железо в этой реакции является восстановителем, где раскаленное железо (температура> 500 ° C) восстанавливает пар, так как он удаляет кислород, давая магнитный оксид железа.

3Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

Эффект с неметаллами : Железо вступает в реакцию с хлором получения железа (III) , хлора и серы производства железа (II) сульфида, сера является слабым окисляющим агентом по сравнению с хлором , поскольку оно имеет меньшую электроотрицательность , когда железо вступает в реакцию с хлором, они производят хлор железа III, а не хлорид железа (II), потому что хлор является окислителем, который окисляет хлор железа II до хлора (III).

2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3

Fe + S → FeS

Эффект от разбавленных кислот: железо растворяется в разбавленных минеральных кислотах, образуя соли железа (II) и водород, а не соли железа (III), которые восстанавливаются выделенным водородом.

Fe + H 2 So 4 → FeSO 4 + H 2 ↑

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2

Когда железо реагирует с HCl, образуется хлорид железа II, а не хлорид железа III, потому что образующийся водород восстанавливает то, что образуется из хлорида железа III, до хлорида железа II III. Когда железо реагирует с разбавленной H 2 So 4 , образуется сульфат железа II, а не железо III. сульфат, потому что производимый водород восстанавливает то, что образуется из сульфата железа III, до сульфата железа III.

Действие концентрированных кислот:  железо реагирует с горячей концентрированной серной кислотой с образованием сульфата железа (II), сульфата железа (III), диоксида серы и воды.

3Fe + 8H 2 SO 4 → FeSO 4 + Fe 2 (SO 4 ) 3 + 4 SO 2 + 8H 2 O

Когда железо вступает в реакцию с конц. H 2 SO 4 , как сульфата железа II, так и сульфата железа III образуются, поскольку конц. горячая серная кислота является окислителем, который окисляет железо до (Fe 3 O 4 ), в то время как кислота восстанавливается до SO 2 и H 2 O. В то же время Fe 3 O 4 реагирует с кислотой, образуя сульфат железа II, железо III сульфат и вода.

Пассивность железа — это образование тонкого непористого слоя оксида, который защищает металл от дальнейшей реакции с концентрированной азотной кислотой. Концентрированная азотная кислота вызывает пассивность железа из-за образования тонкого слоя оксида, который защищает металл от дальнейшей реакции, этот слой можно удалить абразивным способом или с помощью разбавленной соляной кислоты HCl.

Оксиды железа

  1. Оксид железа II (FeO).
  2. Оксид железа III (Fe 2O 3 ).
  3. Магнитный оксид железа (Fe 3O 4 ).

Оксид железа II (FeO)

При нагревании оксалата железа II в отсутствие воздуха образуется оксид железа II, а не оксид железа III, который образуется из-за присутствия монооксида углерода в качестве продукта реакции, который действует как восстановитель и преобразует оксид железа III в оксид железа II. Fe 2 O 3 не образуется, так как СО является восстановителем.

(COO) 2 Fe → FeO + CO + CO 2

Путем восстановления высших оксидов водородом или оксидом углерода.

Fe 2 O 3 + H 2 → 2 FeO + H 2 O

Fe 3 O 4 + H 2 → 3 FeO + H 2 O

Свойства оксида железа II

  1. Это черный порошок, не растворимый в воде.
  2. Легко окисляется горячим воздухом.
  3. Реагирует с минеральными кислотами с образованием солей железа II и воды.

4 FeO + O 2 → 2 Fe 2 O 3

FeO + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2 O

Оксид железа III (Fe 2 O 3 )

Приготовление: При добавлении щелочи к водному раствору солей железа III (красновато-коричневый) гидроксид железа III выпадает в осадок и при нагревании гидроксида железа III выше 200 ° C он превращается в оксиды железа III.

FeCl 3 + 3NH 4 OH → Fe (OH) 3 + 3NH 4 Cl

2 Fe (OH) 3 → Fe 2 O 3 + 3 H 2 O

При нагревании сульфата железа II получают оксид железа III.

2 FeSO 4 → Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3 

Его существование: Этот оксид присутствует в природе в виде гематита .

Характеристики

  1. Не растворяется в воде.
  2. Он используется в красном пигменте в красках и в румянцах.
  3. Реагирует с горячим концом. минеральные кислоты с образованием солей железа III и воды.

Fe 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O

Черный оксид (магнитный оксид железа) (Fe 3 O 4 )

Его существование: его можно рассматривать как смешанные оксиды железа II и III (FeO и Fe 2 O 3 ), естественно известные как магнетит .

Подготовка:

  1. Его готовят действием горячего воздуха или пара на раскаленный утюг.
  2. Путем восстановления оксида железа III.

3 Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3 Fe + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2

3 Fe 2 O 3 + CO → 2Fe 3 O 4 + CO 2

Характеристики

  1. Это сильный магнит.
  2. Он реагирует с горячими концентрированными кислотами с образованием солей железа II и III, что доказывает, что это смешанный оксид.

Fe 3 O 4 + 4H 2 SO 4 → FeSO 4 + Fe 2 (SO 4 ) 3 + 4H 2 O

При нагревании на воздухе он окисляется до оксида железа III.

2 Fe 3 O 4 + ½ O 2 → 3 Fe 2 O 3 

При добавлении конц. соляной кислоты до магнетита образуется смесь хлорида железа II и хлорида железа III, поскольку магнетит состоит из смеси оксида железа II и оксида железа III.

Кусок железа, предварительно погруженный в конц. азотная кислота не реагирует с раствором сульфата меди из-за явления пассивности, когда тонкий непористый слой оксида образуется на поверхности железа и защищает его от реакции с сульфатом меди.

Предпочтительно использовать железо в форме сплава, а не в чистом виде, потому что чистое железо относительно мягкое с низкой твердостью, ковкое и пластичное с магнитными свойствами, но сплавы железа производятся с особыми свойствами, подходящими для многих применений.