Жалеза - адзін з найбольш шырока выкарыстоўваюцца металаў у гісторыі чалавецтва, а яго прымяненне вар'іруецца ад старажытных інструментаў да сучасных будаўнічых матэрыялаў. Сярод самых простых і звыклых формаў - гэта жалезныя пазногці, якія выкарыстоўваюцца тысячамі гадоў для далучэння да дрэва, металу і іншых матэрыялаў. Распаўсюджанае пытанне, якое ўзнікае як у навуковай адукацыі, так і ў практычных дыскусіях, заключаецца ў тым, ці з'яўляюцца жалезныя пазногці Fe²⁺ (чорны), альбо Fe³⁺ (жалеза) у іх хімічнай прыродзе. Каб адказаць на гэта, нам трэба зразумець розніцу паміж металічным жалезам, акісляльнымі станамі і тым, як жалеза паводзіць сябе ў навакольным асяроддзі.
Жалеза як метал (fe⁰)
Калі мы гаворым пра жалезны цвік у першапачатковым выглядзе, ён складаецца з металічнага жалеза, напісанага хімічна як fe⁰. У гэтым стане атамы жалеза не з'яўляюцца іёнамі (яны не страцілі і не набылі электронаў). Замест гэтага яны існуюць у металічнай структуры рашоткі, дзе валентныя электроны делокалізуюцца і распаўсюджваюцца ў многіх атамах. Менавіта таму металічнае жалеза праводзіць электраэнергію, падатлівая і можа быць сфарміравана ў пазногці, бэлькі або прасціны.
Такім чынам, строга кажучы, новы жалезны цвік не з'яўляецца fe²⁺ або fe³⁺ - гэта fe⁰.
Што адбываецца, калі жалезныя пазногці іржавыя?
У той час як свежапрыгатаваны жалезны цвік з'яўляецца металічным Fe⁰, ён рэдка застаецца такім чынам. Жалеза рэактыўна і, калі падвяргаецца ўздзеянню вільгаці і кіслароду, падвяргаецца карозіі, утвараючы аксіды жалеза - звычайна вядомы як іржа.
Fe²⁺ (іёны жалеза): Калі атомы жалеза губляюць два электроны, яны становяцца Fe²⁺. Звычайна гэта адбываецца на ранніх стадыях карозіі альбо калі жалеза раствараецца ў кіслых растворах. Такія злучэнні, як Feo (IIS (II) аксід), утрымліваюць жалеза.
Fe³⁺ (іён жалеза): Калі жалеза губляе тры электроны, ён становіцца Fe³⁺. Гэта часта сустракаецца ў больш акісленых злучэннях, такіх як аксід Fe₂o₃ (III). Іёны жалеза часта звязаны з чырванавата-карычневым колерам іржы.
Іржа не з'яўляецца адзіным, раўнамерным злучэннем, а, хутчэй, сумессю Fe²⁺ і Fe³⁺ аксідаў і гідраксідаў, якія часта прадстаўлены ў выглядзе гідратаванага аксіду жалеза (III), Fe₂o₃ · xh₂o.
Гэта азначае, што пры іржы жалезных пазногцях, як Fe²⁺, так і Fe³ ⁺ могуць прысутнічаць, у залежнасці ад мясцовага асяроддзя і стадыі акіслення.
Fe² супраць Fe³: хімічнае адрозненне
Розніца паміж Fe²⁺ і Fe³⁺ заключаецца ў іх канфігурацыі электронных і хімічных паводзінах:
Fe²⁺ (чорны))
Страціў два электроны
Крыху большы іённы радыус
Больш стабільны ў асяроддзі з бедным кіслародам
Знойдзены ў такіх злучэннях, як feo, feso₄
Fe³⁺ (жалеза)
Страціў тры электроны
Больш моцныя акісляльныя ўласцівасці
Больш стабільны ў багатых кіслародзе ўмовамі
Знойдзены ў такіх злучэннях, як fe₂o₃, fecl₃
Паколькі пазногці падвяргаюцца ўздзеянню паветра (багатага кіслародам) і часта вільгаці, злучэнні Fe³⁺ дамінуюць у іржы з цягам часу, што дае яму характэрны чырванаваты адценне.
Практычныя наступствы
У будаўніцтве: Пры выбары пазногцяў для на свежым паветры ці структурным выкарыстанні, карозія - гэта ключавая праблема. Вытворцы часта пакрываюць жалезныя пазногці з цынкам (ацынкаваннем) або іншымі ахоўнымі пластамі для прадухілення іржы, паколькі ўтварэнне Fe²⁺ і Fe³ ⁺ аслабляюць пазногаць.
У галіне хімічнай адукацыі: студэнты часта блытаюць стану акіслення жалеза. Сам цвік з'яўляецца fe⁰, але, як толькі падвяргаецца навакольнаму асяроддзю, ён ператвараецца ў злучэнні Fe²⁺ і Fe³⁺.
У прамысловасці: Разуменне таго, ці ёсць жалеза ў стане Fe²⁺ або Fe³⁺, мае вырашальнае значэнне ў такіх працэсах, як ачыстка вады, металургія і дызайн батарэі, паколькі два іёны маюць вельмі розную хімічную рэактыўнасць.
Выснова
Такім чынам, гэта жалезныя пазногці Fe² ці Fe³? Адказ - ні адзін - прынамсі, не першапачаткова. Чысты жалезны цвік выраблены з металічнага жалеза, fe⁰. Аднак, як толькі ён рэагуе з кіслародам і вільгаці, ён пачынае раз'ядаць. На ранніх этапах іёны Fe²⁺ (жалеза), і па меры таго, як акісленне працягваецца, іёны Fe³⁺ (жалеза) становяцца больш распаўсюджанымі, што прыводзіць да фарміравання іржы. У рэальных умовах карозіраваны цвік часта з'яўляецца сумессю злучэнняў Fe²⁺ і Fe³⁺.
Карацей кажучы: Жалезныя пазногці пачынаюцца як Fe⁰, але ўздзеянне навакольнага асяроддзя ператварае іх у злучэнні як у Fe²⁺, так і Fe³ ⁺ з цягам часу.
Час паведамлення: 09-13-2025
