§ 50. Важнейшие соединения железа: Оксиды и гидроксиды железа(II, III)

§ 50. Важнейшие соединения железа

Оксиды и гидроксиды железа(II, III)

Оксид и гидроксид железа в степени окисления +2 обладают основными свойствами — они взаимодействуют с кислотами:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle indentalign=¨center¨»«mi»FeO«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mi»§#1053;§#1057;l«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»FeCl«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»,«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi»Fe«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mi»§#1053;§#1057;l«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»FeCl«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo».«/mo»«/mstyle»«/math»

С другой стороны, соединения железа(II) участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, проявляя, как правило, восстановительные свойства. Без окисления соединения Fe(II) могут сохраняться только в инертной среде. На воздухе под действием кислорода или в водном растворе под действием окислителей, например О₂, H₂О₂, железо в гидроксиде железа(II) окисляется до степени окисления +3. При этом окраска суспензии гидроксида железа(II) меняется от белой с серо-зелёным оттенком до бурой (рис. 118, а, б, Приложение 3):

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle indentalign=¨center¨»«mn»4«/mn»«mover»«mi»Fe«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»4«/mn»«mover»«mi»Fe«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»;«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mn»2«/mn»«mover»«mi»Fe«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mover»«mi»Fe«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»3«/mn»«/msub»«mo».«/mo»«/mstyle»«/math»

В то же время железо в оксиде FeO (рис. 118, в) восстанавливается в реакциях с водородом, углеродом, угарным газом, более активными металлами:

Гидроксид железа(II) получают действием раствора щёлочи на соли, например:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»FeCl«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mi»NaOH«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»Fe«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8595;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mi»NaCl«/mi»«/math»,

а оксид можно получить разложением гидроксида:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»Fe«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mi»t«/mi»«/mover»«mi»FeO«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«/math».

Оксид железа(II, III) Fe₃O₄ — магнетит — кристаллическое вещество, в котором железо находится в двух степенях окисления +2 и +3, или «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«mi»Fe«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/mover»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo mathvariant=¨bold¨»§#183;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mover»«mi»Fe«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«/math», обладает магнитными свойствами.

При его взаимодействии с кислотами образуется две соли:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«mi»Fe«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/mover»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo mathvariant=¨bold¨»§#183;«/mo»«msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mi»Fe«/mi»«/mrow»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»8«/mn»«mi»§#1053;§#1057;l«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mi»Fe«/mi»«/mrow»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mi»Cl«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mover»«mi»Fe«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mi»Cl«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»4«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«/math».

Оксид и гидроксид железа(III). Оксид и гидроксид железа в степени окисления +3 нерастворимы в воде и обладают слабо выраженными амфотерными свойствами (рис. 118, б, г). Они легко взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами, проявляя основные свойства:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mn»2«/mn»«mi»Fe«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»3«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi»S§#1054;«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»Fe«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«msub»«mi»S§#1054;«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»6«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«/math»,

а со щелочами и основными оксидами реагируют лишь при спекании, образуя ферриты:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle indentalign=¨center¨»«mi»Fe«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»NaOH«/mi»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mi»t«/mi»«/mover»«msub»«mi»NaFe§#1054;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mo»;«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi»Fe«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»§#1057;a§#1054;«/mi»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mi»t«/mi»«/mover»«mi»Ca«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«msub»«mi»Fe§#1054;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mo».«/mo»«/mstyle»«/math»

Гидроксид железа(III) получают из растворов солей осаждением раствором щёлочи:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»FeCl«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»3«/mn»«mi»NaOH«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»Fe«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»3«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8595;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»3«/mn»«mi»N§#1072;Cl«/mi»«/math».

Fe₂О₃ образуется при термическом разложении Fe(OH)₃:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mn»2«/mn»«mi»Fe«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»OH«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»3«/mn»«/msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mi»t«/mi»«/mover»«msub»«mi»Fe«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»3«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«/math».