химия. БХ сабак №11 Лекция. Viіiв тобыны элементтері. Темір, кобальт, никель. Масаты

• Название: Viіiв тобыны элементтері. Темір, кобальт, никель. Масаты
• Анкор: химия
• Дата: 18.04.2022
• Размер: 34.13 Kb.
• Имя файла: БХ сабак №11 Лекция.docx
• Тип: Документы; #482154

VIІIВ тобының элементтері. Темір, кобальт, никель.
Мақсаты: Тәжірбие көмегімен темір, кобальт, никель қосылыстары мысалында студенттерге VIII В тобының элементтерінің және олардың қосылыстарының қышқыл-негіздік және тотығу-тотықсыздану қасиеттерінің жалпы заңдылықтарын анықтауды үйрету.
Оқытудың міндеттері:

Үйрету:

• VIII В тобының атомдарының электронды формулаларын құрастыру;

• тотығу-тотықсыздануды, қышқылдық-негіздік реакциялардың иондық-молекулалық және электрон-иондық теңдеулерін жазу;

• комплексті қосылыстар мен олардың түзілу реакцияларын жазып, оларды атау.

Өтілу түрі: шағын топтарда жұмыс істеу
Тақырыптың негізгі сұрақтары:

1. VIII В тобының жалпы сипаттамалары. Элементтердің периодты жүйесіндегі VIII В тобының құрылымының ерекшелігі.

2. Темір, кобальт, никельдің табиғатта кездесуі, алынуы және физика-химиялық қасиеттері.

3.Темір және платиналық металлдардың қасиеттері.

4. Темір, химиялық белсенділік. Қышқылдармен және бейметаллдармен реакциялар. Темір (II) және темір(III) гидроксидтері мен тұздары . Олардың ерігіштігі мен гидролизі.

5.Кобальт, никель. Химиялық қасиеттері .

Ақпараттық-дидактикалық блок

Темір туыстастары: VIII В тобының мына топша элементтерінен тұрады: темір (Fe), кобальт (Co), никель(Ni)

Темір ерте кезден белгілі металлдар тобына жатады (бастауы I-мыңжылдыққа жататын «темір дәуірі»)

Табиғатта таралуы: Темір – жерде таралуы бойынша төртінші элемент, ауыр металлдар арасындағы ең кең тараған элемент. Оның жер қыртысындағы үлесі 5,1%. Жер ядросы темірдің никельмен балқымасынан тұрады деген гипотеза бар. Табиғатта темір байланысқан күйде кездеседі: тау жыныстары құрамында, тірі ағзалар құрамында кездеседі. Таза темір тек метеорит түрінде кездеседі. Темірдің минералды көздері темір сульфаты FeSO₄ және темір гидрокарбонатың Fe(НСО₃)_2; құрамында темірдің мөлшері 100мг/л дейін жетеді.

Минералдар:

Оксидтер:

магнетит -магнитті темір Fe₃O₄

гематит –қызыл темірFe₂O₃

лимонит- сұр темір Fe₂O_{3 *} п Н₂О

Карбонаттар:

Сидерит –темір шпаты- FeCO₃

Cульфидтер:

Пирит –магнитті колчедан , күкіртті колчедан FeS₂

Пирротин –магнитті колчедан FeS

Силикаттар:

Оливин –( Mg,Fe )₂SiO₄

Биологиялық рөлі: Темір қосылыстары барлық ағзалар үшін өмірлік маңызы бар элемент. Өсімдіктер темір тапшылығы кезінде хлорофилл түзбейді, СО₂-мен ассимиляциялау қабілетін жоғалтады, хлорозбен ауырады. Жануарлар ағзасындағы гемоглобин-қанның құрмында темірі бар пигмнті- тыныс алу органдарынан тіндерге оттегін тасымалдайды, көміртек диоксидін тіндерден тыныс алу органдарына тасымалдауға қатысады. Цитохромдар, пероксидаза және каталазы сияқты ферменттер құрамына да темір қосылыстары кіреді. Ересек адам ағзасында 4-5 г темір бар, соның ішінде 65% қанда (гемоглобинде) болады. Темір қосылыстардың екі маңызды функциялары - оттегін тасымалдау және электрондарды тасымалдау тізбегіне қатысу (ағзадағы тотығу-тотықсыздану процестерінің катализінде). Құрамында темірі бар ақуыз ферритин көмегімен темір бауырда, сүйек кемігінде және көкбауырда жинақталады. Қан плазмасы, сүт және жұмыртқа ақуызы құрамында темір (III) иондарының тасымалдауымен айналысатын күрделі ақуыз трансферрин бар. Темір ағзаға негізінен тағамның органикалық заттары арқылы түседі. Алма, жұмыртқа, қызылша құрамында темір көп мөлшерде болады. Темір тапшылығы кезінде адам тез шаршай бастайды, бас ауруы, нашар көңіл күйдің пайда болуы және анемия (қаназдық) дамиды. Анемия кезінде гемоглобин санының азаюы байқалады. Анемияны емдеу үшін қолданылатын темір препараттар ұнтақтар, таблеткалар, таблеткалар түрінде болады. Олар қан түзу ағзаларының қызметін ынталандырады және темірдің жетіспеушілігін қалпына келтіреді. Ең жиі қолданылатындарға тотыққан темір және органикалық қышқылдардың тұздары (темір (II) лактаты, темір (II) аскорбаты, темір (II) глицерофосфаты және т.б.).

Көп мөлшерде темірдің ерігіш қосылыстары улы (Fe ³⁺ тұздарымен салыстырғанда Fe²⁺). Медицинада мына қосылыстар қолданылады:

FeCI₃∙6H₂O- темір хлориді (ІІІ) дезинфекциялаушы және қан тоқтататын зат ретінде қолданылады.
Fe(HS)₂-темір гидросульфиді (II) кейбір емдік балшықтардың маңызды құрам бөлігі болып табылады.
 

Алынуы:
1. Темір оксидтерін алюминий (термитті әдіс) немесе сутегі арқылы тотықтыру:
Fe₂O₃ +2AI = 2Fe +AI₂O₃

Fe₂O₃ +3H₂ = 2Fe +3H₂O
2. Темір пентакарбонилдің термиялық ыдырауы:
[Fe (CO)₅] = Fe + 5CO
Физикалық қасиеттері: Темір- күміс-ақ, иілгіш, салыстырмалы жұмсақ металл. Қатты қыздырғанда жұмсарады және сол күйде дәнекерлеуге, илектеуге және соғуға жақсы ұшырайды. 768⁰С төмен температурада темір ферромагнитті, бірақ қалдық магнетизм қасиеті жоқ, яғни магнит өрісін жойғаннан кейін магниттік қасиет көрсетпейді. Темірдің балқу температурасы 1539⁰С. Темір екі түрлі кристалды модификация түзеді:α-темір және γ-темір. Біріншісі көлемді центрленген торлы, екіншісі центрленген текше торлы. α-темір екі температуралық диапазонда термодинамикалық тұрақты болып табылады: 911⁰ С-тан төмен және 1392⁰С-тан бастап балқу температурасына дейін. γ-темір 911 и 1392⁰С аралығында тұрақты. α-темірдің қатты көміртекпен ерітіндісі феррит, ал γ-темірдің қатты көміртекпен ерітіндісі-аустенин деп аталады. Құрамында 2,14% көміртектен аз темірдің көміртекпен балқымасын болат деп, ал 2,14% -даназ көміртекпен балқымасын шойын деп атайды.
Химиялық қасиеттері

Ылғалды ауада темір (тотығады) таттанады, нәтижесінде Fe₃O₄ және FeO(OH) түзіледі. Тат борпылдақ қасиетіне байланысты темірді тотығудан қорғай алмайды.

4Fe + O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃

Темірді күйдіргенде ауада шоқтық қабат Fe₃O₄ түзіледі:

2Fe + O₂ = 2FeO

4Fe +O₂ = 2Fe₂O₃

6Fe +4 O₂ = 2Fe₃O₄
Сұйылтылған қышқыл-тотықсыздандырғыштармен – темір (II) тұздары түзіледі:

Fe +2 HCI = FeCI₂ + H₂↑

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑

Концентрлі азот қышқылында темір белсенділігін жояды, бірақ қайнатқан кезде нитрозды газ (негізінен NO₂) бөлінетін ерітіндіге ауысады және темір (III) нитраты түзіледі:
Fe +6HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ +3H₂O

2Fe +6H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ +3SO₂ + 6H₂O
Азот қышқылының сұйылтылған және қалыпты концентрленген ерітінділерінде темір ериді:
Fe +4 HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + NO +2H₂O
Азот қышқылының жоғарғы концентрациясында (˃40%) ерігіштік баяулайды және темір белсенділігін жоғалтады. Сілтілерге қарағанда темір суыққа тұрақты, ал сілтілік ерітінділерде қайнатылған кезде, оның үстіңгі қабаты жойылып, металл қара-қоңыр түске боялады.

Қолданылуы: Темір таза күйінде трансформатор, электромагнит жүрекшелерін дайындауға, сонымен қатар арнайы балқытпа өндірісінде қолданылады.

Темір қосылыстары

Жасыл түсті кристаллогидрат түріндегі темір (II) қосылыстары ауада, әсіресе сілтілік ортада сары түске боялған темір (III) қосылысына жеңіл ауысады:

4 Fe(OH)₂ +O₂ +2H₂O = 4 Fe(OH)₃

Темір (II) –нің (III) темірге ауысуы көміртек асқын тотығы және ыстық азот қышқылы тотықтырғыштарымен жылдамдайды. Керісінше, темірдің (III) қосылыстары темірдің (II) қосылыстарына ауысуы қиын. Реакцияны темірдің (III) тұздарының ерітіндісін темір үгінділерімен шайқау арқылы жүргізсе болады. Мысалы:

2FeCI₃ + Fe = 3FeCI₂

Темірдің (VI) қосылыстары, мысалы қызыл барий ферраты

ВаFе О₄ өте тұрақты(күшті тотықтырғыш).

Оксидтер

Темір оксиді (II)FeO- қара ұнтақ

Темір оксиді (III)-темір оксиді (II)-табиғатта магнетит минералы ретінде кездеседі, темірді соғу кезінде шоқ түрінде қалыптасады, ауадағы темір үгінділерінің жану өнімі болып табылады, болаттың арнайы тотығуымен (қараю) болат заттар бетінде жасанды түрде алынады. Қоңыр көмір күлінің құрамында (ЖЭС да) 8 Ғе-ға дейінгі магнетит бар және ол магниттік сепарация арқылы бөлініп, қара металлургияда қолданылады.

Темір оксиді (III)-Fe₂O₃ қызыл-қоңыр ұнтақ, Fe₂O₃-тің ірі кристалдары сұрдан қараға дейінгі түске ие, балқу температурасы 1565⁰ C. Табиғатта гематит минералы ретінде кездеседі. Жылудың көп бөлінуімен қышқылдардың әсерінен ерітіндіге өтеді.

Темір-дәнекерлеуде болат пен шыныға арналған жылтыратқыш материал ретінде, бояғыш ретінде (темір балауыз) пайдаланылады. γ-Fe₂O₃ тің полиморфты модификациясы магниттік таспалардағы дыбыстың және суреттің тасымалдаушысы болып табылады.

Гидроксидтер

Темір гидроксиді (II) Fe(ОН)₂- темір (II) тұздарының сулы ерітінділерінен сілтілердің қосылуы арқылы тұнады:

FeSO₄ + 2 NaOH = Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄

Ауа болмаған кезде ақ түске ие, бірақ ауада (II) темірдің (III) темірге ішінара тотығуына байланысты жасыл түсті, содан кейін қоңыр түсті болады.

Темірдің (III) тұздарының су ерітіндісінен Fe₂O₃ * п Н₂О полигидраты қызыл-қоңыр тұнбаға түседі.

Белгілі жағдайларда темір метагидроксидін FeO (OH) алуға болады. Сілті ерітіндісінің артық мөлшерінде темір гидроксидтері іс жүзінде ерімейді.

Анықталуы:

Темір (III) тұздарына сапалық реакциямен:

1. 
   Ерітіндінің қанық қызыл түсті боялуымен калий тиоцианатпен өзара әрекеттесу:
   

Fe₂(SO₄)₃ +6NH₄SNC = 2Fe(SNC)₃ + 3(NH₄)₂ SO₄

Fe ³⁺+ 3SNC ^-= Fe(SNC)₃

2. 
   Қанық көк түсті берлин лазурі тұнбасы түзілу арқылы калийдің(II) гексацианферриатпен өзара әрекеттесуі
   

4FeCI₃ + 3K₄[Fe(CN)₆] = Fe₄[Fe(CN)₆]₃ ↓+ 12KCI

4Fe³⁺+ 3[Fe(CN)₆]^4- = Fe₄[Fe(CN)₆]₃

Темір (II) тұздарына сапалық реакциямен:

Калий(III) гексацианоферратымен қанық-көк түсті тұнба түзіп әрекеттесуі

FeSO₄ + K₃[Fe(CN)₆] = Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓+ K₂SO₄

3Fe²⁺+ 2 [Fe(CN)₆]^4- = Fe₃[Fe(CN)₆]₂

Кобальт және оның қосылыстары

Кобальт элементі: Со; тотығу дәрежесі (+II), сирек (+III).

Ашылуы: алғаш рет бос күйінде 1735 жылы алынды (Брандт, Германия).

Табиғатта таралуы: тек қана никельмен қосылыс түрінде кездеседі.

Минералдары:

Смальтин CoAs₂

Кобальтин (кобальт жылтыры) CoAsS

Линнеит (кобальт-никелді колчедан) (Со, Ni)₃S₄
Физикалық қасиеттері: кобальт –жоғарғы ағзалар үшін өмірлік маңызы бар микроэлемент. Витамин В₁₂ (кобаламин) құрамында кобальт бар. Ағзада кобальт жетіспегенде қатерлі анемия дамиды (ауыр, өмірге қауіпі бар ауру).

Радиоактивтілігі: жасанды жолмен алынатын нуклид кобальт-60 қарқынды γ-сәуленің көзі болып табылады; жартылай ыдырау периоды 5,272 жыл. Медицинада қатерлі ісіктерді емдеу үшін қолданылады.

Алынуы: арсенидті және сульфоарсенидті рудаларды металлургиялық қайта өңдеу (Со и Ni бар), келесі сатылардан тұрады: руданы күйдіру, қышқылдармен өңдеу кезінде сәйкес оксидтерді ерітіндіге өткізу, рН 3,9-4,2 және ауамен желдетілу кезінде NaCIO ерітіндісімен әрекеттестіріп Со(ОН)₃ гидроксидін никелді тұнбадан бөлу, оксидке айналдырып көмірмен, алюминимен немесе сутегімен тотықсыздандыру.

Қасиеті: Кобальт сұр-ақ, аздап қызғылт металл; болатқа қарағанда қатты және берік болып келеді. 1115º дейінгі температурада ферромагнитті қасиет көрсетеді. Ауада қалыпты жағдайда тұрақты; сілтілермен әрекеттеспейді.

Қолданылуы: Кобальт темірді легирлеу үшін (тез кесетін болат алу) және аса қатты қоспа– победит өндірісінде (Со және WC тұрады) қолданылады.

Кобальт қосылыстары: кобальттың (II) қосылыстары тұрақты; кобальт(III) тек қана комплексті қосылыстар түзеді. Кобальт (II) сусыз тұздары көк түске, кристаллогидраттары қызғылт және қызыл түске боялған.

Кобальт (II) хлориді CoCI₂˖6H₂O кристаллогидраты түрінде– қызыл зат, сулы ерітіндіде қыздырғанда суы аз көк түсті затқа өтеді (симпатикалық бояулардың әсері осыған негізделген), бірақта ерітіндіні суытқан кезде қайтадан ашық-қызыл бояу пайда болады. Бұл тұзды ауаның ылғалдылық индикаторы ретінде пайдаланады.

Кобальт (II)гидроскидіСо(ОН)₂ сілтінің артық мөлшерін қосқанда кобальт (II) тұздарының сулы ерітіндісінен қызғылт тұнба ретінде шөгеді (сілті жетіспеген кезде негізгі тұздардың әр түрлі құрамының көк түсті тұнбасы түзіледі).

Кобальт (III) оксиді жартылай гидрат Со₂О₃˖nH₂O түрінде алынады, кептірген кезде қара-қоңыр ұнтақ болады; әйнек, фарфор, эмальдерге арналған көк бояу ретінде қолданылады. Көк кобальтты әйнек деп аталатын зат –кобальт және калийдің силикаты (техникалық атауы көк смальта).

Кобальт(II) стеараты Со(С₁₇Н₃₅СОО)₂ майлы бояулар үшін сиккатив ретінде қолданылады.

Кобальтті бояулар:

Кобальттікөк (тенарова синь) (СоАI₂)О₄

Кобальттікөгілдір (СоSn)O₃

Кобальтті жасыл (ринманова зелень) CoO˖xZnO (Co₂Zn)O₄

Кобальттісары (ауреолин) K₃[Co(NO₂)₆]

Кобальтті смальта – кобальт және калий силикаты
Анықталуы: Борат және фосфат інжулері көк түстегі кобальт қосылыстарымен боялады.

Никель және оның қосылыстары

Элемент: никель Ni; белгілі тотығу дәрежелері – (+2), сирек (+3) және (+4).

Ашылуы: никель алғаш рет металл түрінде 1751 жылы алынды (Кронстедт, Швеция), дегенмен ежелгі Қытайда көптеген құрамында никелі бар құймалар белгілі болған.

Табиғатта таралуы: жер қыртысында тек байланыс түрінде кездеседі(оның серіктері: Со, As, Sb); темір метеориттарда таза никель кездеседі ( 8% дейін).

Минералдар:

Никелин (қызыл никелді колчедан, купферникель) NiAs

Хлорантит (ақ никелді колчедан) (Ni, Co, Fe)As₂

Гарниерит (Mg, Ni)₆(Si₄O₁₁)(OH)₆˖H₂O және басқа да силикаттар

Магнитті колчедан (Fe, Ni, Cu)S
Алынуы: никелді өндірісте алу үшін гарниерит және магнитті колчеданды қолданады.

1. Темір-никель түйіршіктеріне (5-8% Ni) дейін силикат рудасын айналатын құбырлы пештерде көмір шаңымен тотықсыздандырады, содан кейін күкірттен тазартылып, аммиак ерітіндісімен өңдейді. Ерітіндіні қышқылданғаннан кейін электролитикалық түрде метал алады.

2. Карбонильді тәсіл (Монд әдісі). Бастапқыда сульфидті рудадан мыс никельді алынады, СО-ны жоғары қысымда өткізеді. Оңай ұшатын тетракарбонил никель (Ni (Co)₄) түзіледі, оның термиялық ыдырауында аса таза металл бөлінеді.

3. Оксидтік рудалардан никельдің алюминоферментті тотықсыздану әдісі:

3NiO + 2AI = 3Ni + AI₂O₃

Никелді алудың басқа да әдістері бар.

Қасиеті: никель- сәл сарғыш түсті метал, өте мықты және тұтқыр. 356⁰ С температураға дейін ферромагниттік қасиеттері бар. Ауаға өте төзімді, сілтілер және қышқылдармен біртіндеп әрекет етеді.

Қолданылуы:

Никель-қорытпалардың құрамдас бөлігі, мысалы арнайы болаттар, тиын қорытпасы, анодты пластина өндіру үшін материал, зертханалық шыны ыдыс және жабдық, гидрлеу катализаторы. Никель-кадмий батареяларын өндіруде қолданылады.

Қорытпалары:

Монель-металл (65-67% Ni + 30-32% Cu +1% Mn), 500ºС дейін ыстыққа төзімді, коррозияға өте төзімді;

Нихром (60% Ni + 40% Cr);

Пермаллой (76% Ni + 17% Fe + 5% Cu + 2% Cr), өте төмен гистерезис шығындарында жоғары магниттік сезімталдығы бар;

Инвар (65% Fe + 35% Ni), қыздырғанда ұзармайды.

Сонымен қатар, никель қорытпаларына никель мен хром-никельді болаттар, никель күмісі және константа, никель және манганин сияқты әртүрлі қарсылық қорытпалары жатады.

Әдебиет

Негізгі:

1. 
   Общая химия. Под ред. Ершова Ю.А. – М.: ВШ, 2002. – С. 450-464.
   
2. 
   Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. - М.: ВШ, 2003. - С.
   
3. 
   Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – Л.: Химия, 1988. – С. 147-191.
   
4. 
   Практикум по неорганической химии. Под редакцией Н.А. Остапкевича. – М.: 2001. – С. 39-58.
   
5. 
   Бейорганикалық химия практикумы.Биогенді s.p,d- элементтер.КусаиноваАК., Кожамжарова А.С. Алмабекова А.А:, Алмабеков О.А. «ЭВЕРО», Алматы, 2021,-248 бет
   

Қосымша

1. 
   Евстратова К.И. и др. Физическая и коллоидная химия. - М.: ВШ, 1990. – С. 139-160.
   
2. 
   ГлинкаН.Л. Общая химия -Л , Химия. 1994. – С.172-174.
   
3. 
   Пузаков С.А., Попков В.А., Филиппова А.А. Сборник задач и упражнений по общей химии. – М.: ВШ, - 2004. – С. 116-178.