Соединения железа

Соединения со степенью окисления 0. Железо способно образовывать соединения только за счет донорно-акцепторного взаимодействия. Так, нагреванием порошка железа в атмосфере оксида углерода(II) при 150 –200 ºС и давлении 1·10⁷ - 2·10⁷ Па образуется пентакарбонил железа – желтая летучая жидкость, нерастворимая в воде:

Fe + 5CO = [Fe(CO)₅]

Молекула пентакарбонила имеет геометрию тригональной бипирамиды, что соответствует dsp³-гибридизации орбиталей центрального атома:

		3d8				4s			4p
			

 на -связи Fe-CO 

 на -связи Fe-CO 

Получены карбонилы более сложного строения, например, [Fe₂(CO)₉]:

При нагревании карбонилы разрушаются, что используется для получения металла высокой степени чистоты.

Соединения со степенью окисления +2. Оксид железа(II) - черный диамагнитный порошок. В воде нерастворим, проявляет основные свойства:

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O

При нагревании на воздухе окисляется, сильными восстановителями (СО, Н₂) восстанавливается до металлического железа:

+ CO + O₂

Fe  FeO  Fe₂O₃

Гидроксид железа(II) - белое аморфное вещество, получаемое при действии щелочей на водные растворы солей железа(II). На воздухе быстро окисляется:

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃

Fe(OH)₂ - слабое основание с доминированием основных свойств.

Соли железа(II). Большинство солей хорошо растворимы в воде и слабо гидролизованы, окрашены в бледно-зеленый цвет, в водных растворах легко окисляются кислородом воздуха:

2Fe²⁺ + O₂ + 4H⁺ = 2Fe³⁺ + 2H₂O

Качественной реакцией на катион Fe²⁺ является образование синего осадка (турнбулева синь) при действии гексацианоферрата(III) калия (красной кровяной соли):

Fe²⁺ + K₃[Fe(CN)₆] = KFe[Fe(CN)₆] + 2K⁺

Хлорид железа(II) применяется при лечении анемии. Сульфат железа(II) (железный купорос) применяется для борьбы с вредителями растений.

Координационные соединения железа(II) бывают как катионного, так и анионного типов, наиболее характерно координационное число 6. К катионным соединениям относятся аквакомплексы и аммиакаты, которые получают взаимодействием аммиака с безводными соединениями железа(II). Координационные соединения железа(II) малостойкие, так при растворении в воде аммиакаты легко разрушаются. Для железа(II) наиболее устойчив цианидный комплекс:

FeSO₄ + 6KCN = K₄[Fe(CN)₆] + K₂SO₄

K₄[Fe(CN)₆]·3Н₂О – желтая кровяная соль – широко используется в аналитической практике и для получения неорганических пигментов. При действии на гексацианоферраты(II) сильных кислот получается Н₄[Fe(CN)₆] – белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде, в растворе является весьма сильной кислотой.

Соединения со степенью окисления +3. Оксид железа(III) - красный порошок, нерастворимый в воде, амфотерный оксид со слабым проявлением кислотных свойств.

Гидроксид железа(III) - красно-коричневое аморфное вещество, выделяющееся при действии щелочей на водные растворы солей железа(III). Проявляет свойства амфотерного гидроксида:

Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O; Fe(OH)₃ + 3KOH = K₃[Fe(OH)₆]

Катион Fe³⁺ образует соли с анионами многих кислот. В водных растворах соли железа окрашены в желто-коричневый цвет и сильно гидролизованы. По причине гидролиза нельзя получить карбонат железа(III):

2FeCl₃ + 3K₂CО₃ + 3H₂O = 2Fe(OH)₃ + 3CО₂ + 6KCl

Качественными реакциями на соли железа(III) являются реакция с гексацианоферратом(II) калия (желтая кровяная соль) или тиоцианатом (роданидом) калия:

Fe³⁺ + K₄[Fe(CN)₆] = KFe[Fe(CN)₆] + 3K⁺

темно-синий (берлинская лазурь)

Fe³⁺ + 3SCN^- = Fe(SCN)₃

кроваво-красный раствор

В отличие от солей железа(II), соли железа(III) проявляют свойства слабого окислителя и окисляют анионы некоторых кислот-восстановителей:

2Fe⁺³Cl₃ + 6KI^- = 2Fe⁺²I₂ + I₂⁰ + 6KCl;

2Fe⁺³Cl₃ + 3K₂S^-2 = 2Fe⁺²S + S⁰ + 6KCl

По этой же причине не удается выделить из раствора цианид железа(III) - Fe(CN)₃.

FeCl₃6H₂O применяется при лечении анемии, обладает кровоостанавливающим действием. Fe₂(SO₄)9H₂O используют как коагулятор при очистке воды.

Наиболее характерное координационное число для Fe(III) - 6. Катионные комплексы менее устойчивы аналогичных соединений железа(II). Координационные соединения анионного типа устойчивы, например, K₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль), K₃[Fe(ОН)₆], K₃[FeF₆], K₄[Fe(SCN)₆].

Соединения со степенью окисления +6. Соединения железа(VI) представлены производ-ными аниона FeO₄^2-, которые получаются окислением оксида железа(III) в щелочной среде:

Fe₂⁺³O₃ + 3KN⁺⁵O₃ + 4KOH = 2K₂Fe⁺⁶O₄ + 3KN⁺³O₂ + 2H₂O

Тетраоксоферраты(VI) - сильные окислители, в растворах быстро разлагаются с выделением кислорода:

4K₂FeO₄ + 10H₂O = 4Fe(OH)₃ + 8KOH + 3O₂