Geležis yra vienas iš plačiausiai naudojamų metalų žmonijos istorijoje, o jo pritaikymas yra nuo senovinių įrankių iki šiuolaikinių statybinių medžiagų. Tarp paprasčiausių ir labiausiai žinomų formų yra geležiniai nagai, kurie tūkstančius metų buvo naudojami sujungti medieną, metalą ir kitas medžiagas. Bendras klausimas, kylantis tiek mokslo ugdyme, tiek praktinėse diskusijose yra tai, ar geležiniai nagai yra Fe²⁺ (geležies), arba Fe³⁺ (geležies) jų cheminiame pobūdyje. Norėdami tai atsakyti, turime suprasti skirtumą tarp metalinės geležies, oksidacijos būsenų ir to, kaip geležis elgiasi aplinkoje.
Geležis kaip metalas (Fe⁰)
Kai mes kalbame apie originalios formos geležies nagą, jį sudaro metalinė geležis, chemiškai parašyta kaip Fe⁰. Šioje būsenoje geležies atomai nėra jonai (jie neprarado ir negavo elektronų). Vietoj to, jie egzistuoja metalinėje grotelių struktūroje, kur valentiniai elektronai yra delokalizuojami ir dalijami daugelyje atomų. Štai kodėl „Metallic Gelex“ gamina elektrą, yra kalimus ir gali būti suformuotas į nagus, sijas ar lakštus.
Taigi, griežtai tariant, naujas geležinis nagas nėra fe²⁺ ar fe³⁺ - tai yra Fe⁰.
Kas nutinka, kai geležies nagai rūdys?
Nors šviežiai pagamintas geležies nagas yra metalinis Fe⁰, jis retai būna toks ilgai. Geležis yra reaktyvi ir, veikiama drėgmės ir deguonies, patiria koroziją, sudarydama geležies oksidus - paprastai žinomus kaip rūdis.
Fe²⁺ (geležies jonas): Kai geležies atomai praranda du elektronus, jie tampa Fe²⁺. Paprastai tai pasireiškia ankstyvosiose korozijos stadijose arba kai geležis ištirpsta rūgščiuose tirpaluose. Tokiuose junginiuose kaip FeO (geležies (II) oksidas) yra geležies geležis.
Fe³⁺ (geležies jonas): Kai geležis praranda tris elektronus, jis tampa Fe³⁺. Tai būdinga daugiau oksiduotų junginių, tokių kaip Fe₂o₃ (geležies (III) oksidas). Geležies jonai dažnai siejami su rausvai rudos rūdžių spalva.
Rūdis nėra vienas, vienodas junginys, o greičiau Fe²⁺ ir Fe³⁺ oksidų ir hidroksidų mišinys, dažnai vaizduojamas kaip hidratuoto geležies (III) oksidas, Fe₂o₃ · xh₂o.
Tai reiškia, kad kai geležies nagai rūdys, gali būti tiek Fe²⁺, tiek Fe³⁺ rūšys, atsižvelgiant į vietinę aplinką ir oksidacijos stadiją.
Fe² ir Fe³: cheminis skirtumas
Skirtumas tarp Fe²⁺ ir Fe³⁺ yra jų elektronų konfigūracija ir cheminis elgesys:
Fe²⁺ (geležies)
Prarado du elektronus
Šiek tiek didesnis joninis spindulys
Stabilesnė deguonies neturtingų aplinkoje
Rasta tokiuose junginiuose kaip FeO, Feso₄
Fe³⁺ (geležies)
Prarado tris elektronus
Stipresnės oksiduojančios savybės
Stabilesnė deguonies turtingoje aplinkoje
Rasta tokiuose junginiuose kaip Fe₂o₃, FECL₃
Kadangi nagai yra veikiami oro (turtingo deguonies) ir dažnai drėgmės, laikui bėgant rūdyje dominuoja Fe³⁺ junginiai, suteikdami jam būdingą rausvą atspalvį.
Praktiniai padariniai
Statyboje: renkantis nagus lauko ar konstrukciniam naudojimui, korozija yra pagrindinis rūpestis. Gamintojai dažnai dengia geležinius nagus cinku (galvanizacija) ar kitus apsauginius sluoksnius, kad būtų išvengta rūdžių, nes tiek Fe²⁺, tiek Fe³⁺ formavimas susilpnina nagą.
Chemijos ugdyme: Studentai dažnai supainioja geležies oksidacijos būsenas. Pats nagas yra Fe⁰, tačiau, veikiamas aplinkos, jis virsta Fe²⁺ ir Fe³⁺ junginiais.
Pramonėje: suprasti, ar geležis yra Fe²⁺ ar Fe³⁺ būsenoje, yra labai svarbi tokiuose procesuose kaip vandens valymas, metalurgija ir akumuliatoriaus projektavimas, nes abu jonai turi labai skirtingą cheminį reaktyvumą.
Išvada
Taigi, ar geležiniai nagai Fe² ar Fe³? Atsakymas nėra nei - bent jau ne iš pradžių. Grynas geležies nagas pagamintas iš metalinės geležies, Fe⁰. Tačiau, kai jis reaguoja su deguonimi ir drėgme, jis pradeda koroduoti. Ankstyvosiose stadijose formuojasi Fe²⁺ (geležies) jonai, o oksidacija tęsiasi, Fe³⁺ (geležies) jonai tampa labiau paplitę, todėl susidaro rūdis. Realaus pasaulio sąlygomis korozija nagai dažnai yra Fe²⁺ ir Fe³⁺ junginių mišinys.
Trumpai tariant: geležies nagai prasideda kaip FE⁰, tačiau aplinkos poveikis laikui bėgant juos paverčia tiek Fe²⁺, tiek Fe³⁺ junginiais.
Pašto laikas: 2012-13-13
