§ 37. Ферум

• Розкажіть про місце Феруму у періодичній системі хімічних елементів і зобразіть будову його атома. Напишіть електронну формулу атома Феруму.

Розміщення електронів на електронних шарах атома Феруму (+26) таке: 2, 8, 14, 2. Електронна конфігурація зовнішнього і передостаннього електронних шарів 3s²3p⁶3d⁶4s².

Отже, в атома Феруму, крім двох s-електронів зовнішнього шару, є ще шість d-електронів передостаннього, третього шару. З цих d - електронів найактивнішими є чотири неспарені. В утворенні валентних зв'язків Феруму особливо активну участь беруть шість електронів –два із зовнішнього і чотири з передостаннього шару. Для Феруму найхарактернішими є ступені окиснення +2 і +3. Проста речовина, яка складається з елемента Феруму, називається залізо.

Поширення у природі. За поширенням у природі Ферум посідає четверте місце серед елементів.

• Які три хімічні елементи за поширенням у природі випереджають Ферум?

Ферум входить до складу багатьох гірських порід. Важливими залізними рудами є:

магнітний залізняк – Fe₃O₄;

червоний залізняк – Fe₂O₃;

бурий залізняк – Fe₂O₃ • Н₂О, 2Fe₂O₃ • ЗН₂О;

шпатовий залізняк – FeCO₃.

Найбагатшим родовищем в Україні є Криворізький залізорудний басейн.

Фізіологічна дія. Сполуки Феруму мають велике значення у житті організмів. Рослини в разі нестачі елемента Феруму не утворюють хлорофілу, втрачають здатність асимілювати вуглекислий газ СО₂ і хворіють.

У тваринних організмах елемент Феруму входить до складу найголовнішого білка крові, червоного пігменту – гемоглобіну, який переносить кисень від органів дихання до різних тканин, а вуглекислий газ СО₂ – від тканин до органів дихання. Ферум є складовою частиною багатьох

окисно-відновних ферментів, які відіграють важливу роль у процесах тканинного дихання. В організмі дорослої людини міститься 4–5 г Феруму, з них 65% Fe –у крові. Елемент Ферум у вигляді сполук накопичується у печінці, кістковому мозку і селезінці. Ферум – необхідний елемент для кровотворення.

До організму людини Ферум надходить у складі харчових продуктів. Багато його в яблуках, салаті, шпинаті, гречці, яйцях, буряках. Лікарські препарати Феруму застосовують для лікування недокрів'я.

Фізичні властивості. За звичайних умов чисте залізо – це сріблясто-білий блискучий метал. Воно досить м'яке і пластичне, легко кується. Густина його становить 7,87 г/см³, температура плавлення 1535°С.

Хімічні властивості. Залізо належить до металів середньої хімічної активності.

1. Взаємодія з киснем. Якщо до тонкого сталевого дроту прикріпити сірник, запалити його і швидко опустити в циліндр, заповнений киснем, то від сірника, що горить, займеться й залізо. Воно горить, розкидаючи яскраві іскри залізної окалини.

3Fe + 2О₂ = Fe₃O₄

На повітрі під впливом вологи і кисню залізо легко кородує, вкриваючись іржею, яка не захищає його від подальшого окиснення. Тому поступово залізо окиснюєть-ся по всій масі металу.

• Напишіть рівняння реакцій, які відбуваються на поверхні залізного виробу у вологому повітрі. Розкрийте суть корозії заліза. У разі потреби зверніться за допомогою до § 26.

2. Взаємодія з іншими неметалами. Під час нагрівання залізо взаємодіє з багатьма неметалами, наприклад:

Fe + S = FeS

2Fe + ЗС1₂ = 2FeCl₃

3Fe + С = Fe₃C

|Із вуглецем під час прожарювання залізо утворює сплав (твердий розчин) і одночасно ферум карбід Fe₃C (цементит).

3. Взаємодія з водою. Залізо взаємодіє з водою лише за високих температур (понад 700 °С, по суті, з перегрітою водяною парою), утворюючи залізну окалину і відновлюючи водень:

3Fe + 4Н₂О = Fe₃O₄ + 4Н₂↑

4. Взаємодія з кислотами. Залізо реагує з хлоридною і розбавленою сульфатною кислотами, утворюючи солі феруму (ІІ) і відновлюючи водень:

Fe + 2НС1 = FeC1₂ + Н₂↑

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑

Дуже концентрована (практично безводна) сульфатна кислота пасивує залізо, що дає змогу зберігати і перевозити її у залізних цистернах. Концентрована нітратна кислота також пасивує залізо.

5. Взаємодія з солями. Залізо може відновлювати менш активні метали з розчинів їхніх солей, наприклад:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Сu

Застосування. У хімічній промисловості залізо використовують як каталізатор (у синтезі аміаку NH₃ та органічних cполук), у медицині – як засіб проти недокрів'я (Ферум входить до складу гемоглобіну крові). Використовують залізо як матеріал для осердя електромагнітів та якорів електромашин, для пластин акумуляторів. Велике значення для промисловості мають сполуки феруму та сплави заліза – чавун і сталь (див. § 31).

Завдання для самоконтролю

226. Виходячи з будови атома Феруму і розміщення електронів на орбіталях, зазначте усі можливі ступені окиснення цього елемента.

227. Схарактеризуйте фізичні й хімічні властивості заліза. Відповідь проілюструйте рівняннями реакцій.

228. Назвіть метали, що можуть бути відновлені залізом із розчинів їхніх солей.

229. Для боротьби із шкідниками плодових дерев викорис товують розчин мідного купоросу (CuSO₄ ∙ 5H₂O). Чи можна готувати і зберігати цей розчин у залізному відрі?

230. Маса хлоридної кислоти з масовою часткою НС1 36,5%, що потрібна для взаємодії із залізом масою 11,2 г, становить

1. 100 г; (3) 150 г;

2. 40 г; (4) 500 г.

231. Об'єм водню (н. у.), що відновлюється внаслідок дії перегрітої водяної пари на залізо кількістю речовини 1,5 моль, дорівнює

1. 11,2 л; (3) 33,6 л;

2. 22,4 л; (4) 44, 8 л.

232*. Залізну пластинку масою 20,4 г занурили у розчин купрум (ІІ) сульфату. Маса Феруму, який перейшов у розчин до того моменту, коли маса пластинки стала дорівнювати 22 г, становить

1. 22,4 г; (3)5,6г;

2. 11,2 г; (4) 2,8 г.