Երկաթ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
26 ՄանգանԵրկաթԿոբալտ
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կլիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
26Fe
Cubic-body-centered.svg
Electron shell 026 Iron.svg
Ուլտրամաքուր երկաթ Կռելի, արծաթափայլ, սպիտակ, պինդ մետաղ է
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Երկաթ / Ferrum (Fe), 26
Խումբ, պարբերություն, բլոկ 8, 4, d
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
55,847(2) զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Ar] 3d6 4s2
Ատոմի շառավիղ 140 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտային շառավիղ 125 պմ
Վան-դեր-Վալսի շառավիղ ...
Էլեկտրոդային պոտենցիալ Fe←Fe3+ −0,04 В
Fe←Fe2+ −0,44 В
Օքսիդացման աստիճաններ +2, +3
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Խտություն (ս. պ.-ում) 7,874 գ/սմ³
Հալման ջերմաստիճան 1812 Կ (1538,85 ° C)
Եռման ջերմաստիճան 3134
Գոլորշիացման տեսակարար ջերմունակություն 6088 կՋ/կգ ~ 340 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն 25,14 Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ 7.1 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ 2,866
Դեբայի ջերմաստիճան 460 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն (300 Կ) 80.4 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար 7439-89-6
26
Երկաթ
Fe
55,847
3d64s2

Երկաթ, քիմիականնշանը՝ Fe (լատ.՝ Ferrum): Երկաթը d-տարր է, պարբերական համակարգի ութերորդ խմբի երկրորդական ենթախմբում է՝ ատոմային համարը՝ 26։ Այն սպիտակ-արծաթափայլ մետաղ է։ Ատոմի էլեկտրոնային բանաձևն է 1s22s22p63s23p63d64s2: Բացի Էներգիական չորրորդ մակարդակի 2 էլեկտրոնից, քիմիական կապերի առաջացմանը կարող են մասնակցել նաև երրորդ մակարդակի d-էլեկտրոնները: Երկաթին բնորոշ են գերազանցապես +2 և +3 օքսիդացման աստիճանները: Սակայն կան շատ քիչ թվով խիստ անկայուն միացություններ, որոնցում դրսևորվում է +6 օքսիդացման աստիճան: Բնության մեջ տարածվածությամբ (4,65%) զբաղեցնում է չորրորդն է՝ թթվածնից(O), սիլիցիումից (Si) և ալյումինից (Al[1]).) հետո: Ազատ վիճակում երբեմն հանդիպում է միայն որոշ երկաթաքարերի տեսքով: Գտնվում է հիմնականում օքսիդային հանքաքարերում, որոնցից կարևորներն են գորշ երկաթաքարը (լիմոնիտ)(Fe2O3 . nH2O), կարմիր երկաթաքարը (հեմատիտ)(Fe2O3), մագնիսական երկաթաքարը (մագնետիտ) (Fe3O4), սիդերիտը (FeCO3), պիրիտ (հրաքար)՝ FeS2 և այլն։ Մարդու օրգանիզմում կա ~ 3գ երկաթ տարր գերազանցապես հեմոգլոբինի բաղադրության մեջ:

Անվան ծագումը[խմբագրել]

Սլավոներենում *želězo (բելառուս.՝ жалеза, ուկրաիներեն՝ залізо, հին սլավ.՝ желѣзо, բուլղ.՝ желязо, լեհ.՝ żelazo, չեխ.՝ železo, սլովեն.՝ železo) ունի հստակ զուգահեռներ Բալթյան Լեզուներ հետ (լիտ.՝ geležis, լատվ.՝ dzelzs): Կա մի քանի տարբերակներ նաև բալթո-սլավոնական բառերի ստուգաբանությունում: Դրանցից մեկը կապվում է հունարեն բառի՝ χαλκός հետ, որը նշանակում է երկաթ ու պղինձ, համաձայն մի ուրիշ վարկածի *želězo բառը *žely նշանակում է «կրիա» և *glazъ-«ժայռ», ընդհանուր անվամբ «քար»[2][3].[4]: Ռոմանական լեզուներում՝ (իտալ.՝ ferro, ֆր.՝ fer, իսպ.՝ hierro, պորտ.՝ ferro, ռում.՝ fier) շարունակվում է լատ.՝ ferrum : Լատրներենում՝ ferrum (< *ferzom), ամենայն հավանականությամբ, վերցված է որոշ արևելյան լեզուներից, երևի փյունիկյան լեզուներից: Գերմանական լեզուներից երկաթի անվանումը վերցվել է (գոթ.՝ eisarn, անգլ.՝ iron, գերմ.՝ Eisen, հոլ.՝ ijzer, դանիերեն՝ jern, շվեդ.՝ järn) հինականում կելտերենից:[5]: Պրակելտական բառը *isarno- (> др.-ирл. iarn, др.-брет. hoiarn), հավանաբար թվագրվում է «ուժեղ, սուրբ, տիրապետող, գերբնական ուժեր» [6] հասկացությունների մասին: Հունարենում բառը σίδηρος, հնարավոր է վերցվել է նույն աղբյուրից, ինչը Սլավոնական լեզուներում էր, գերմաներենում և բալթյան լեզուներում վերցվել է արծաթ բառից[7]: Բնական երկաթի կարբոնատի անվանումը գալիս է լատ.՝ sidereus - աստղ բառից, իսկապես, առաջին անգամ երկաթը հայտնվելով մարդու ձեռքին ունեցել է մթնոլորտային ծագում: Հնարավոր է նաև որ այդ համընկնումը պատհական չի եղել: Մասնավորապես, հունարենում բառը նշանակում սիդերիտ (σίδηρος) երկաթի համար և լատիներենից sidus, «աստղ» բառից:

Իզոտոպներ[խմբագրել]

    1rightarrow.png Հիմնական հոդված ՝ Երկաթի իզոտոպներ

Բնական երկաթը ունի չորսը կայուն իզոտոպներ. 54Fe (իզոտոպի տարածվածությունը 5,845 %), 56Fe (91,754 %), 57Fe (2,119 %) և 58Fe (0,282 %): Հայտնի է ավելի քան 20 անկայուն երկաթի իզոտոպներ հետևյալ զանգվածային թվերով 45-ից 72, որոնցից առավել կայուն է 60Fe իզոտոպը: 56Fe երկաթի իզոտոպը պատկանում է առավել կայուն միջուկների թվին. հետևյալ բոլոր տարրերը կարող ենփոքրացնել էներգիայի կապը մեկ նուկլոնի անկման միջոցով, իսկ բոլոր նախորդ տարրեր, սկզբունքորեն, կարող են նվազեցնել պարտադիր էներգիայի կապը մեկ նուկլոնի սինթեզի միջոցով:

Երկաթի ստացումը[խմբագրել]

Արդյունաբերությունում երկաթը ստանում են երկաթի հանքաքարից հիմնականում հեմատիտից (Fe2O3) և մագնիտից (FeO·Fe2O3): Գոյություն ունեն տարբեր որակական եղանակներ երկաթը հանքաքարից ստանալու համար: Առավել տարածված եղանակներից է, երբ երկաթը ստանում են բացառապես հրամետաղարտադրական եղանակով՝ դոմնային վառարանում:

Արտադրության առաջին փուլը.[խմբագրել]

Երկաթը վերականգնում են ածխածնով դոմնային վառարանում 2000°C ջերմաստիճանում: Ստանում են ածխածնով կամ ածխածնի օքսիդով օքսիդներից վերականգնման միջոցով: Վառարանում ածխածինը օքսիդանում է մինչև ածխածնի մոնօքսիդը.

\mathsf{2C + O_2  \rightarrow 2CO}

Իր հերթին ածխածնի մոնօքսիդը վերականգնում է երկաթը հանքաքարից: Որպեսզի հետևյալ ռեակցիան ընթանա արագ, տաքացված շմոլ գազը բաց են թողնում երկաթի(III) օքսիդի վրայով.

\mathsf{3CO + Fe_2O_3  \rightarrow 2Fe + 3CO_2}
\mathsf{Fe + C  \rightarrow Fe + CO}
\mathsf{Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 2Fe + CO}

Օդում, խոնավության առկայությամբ, հեշտությամբ օքսիդանում է (ժանգոտում է).

\mathsf{4Fe + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3}

Ֆիզիկական հատկությունները[խմբագրել]

Երկաթը արծաթափայլ, սպիտակ, պինդ մետաղ է, խտությունը 7,87 գ/սմ3 է, հալման ջերմաստիճանը՝ 1539 °C: Շնորհիվ ատոմում առկա չզույգված շատ էլեկտրոնների՝ երկաթն ունի պարամագնիսական հատկություն. ձգվում է մագնիսի կողմից: Այդ մետաղին բնորոշ են արագ մագնիսանալու և ապամագնիսանալու հատկությունները, ինչը հնարավորություն է տալիս երկաթը լայնորեն օգտագործելու էլեկտրատեխնիկայում և էլեկտրոնային սարքերում: Չափազանց մաքուր երկաթը բավականին կայուն է օդի թթվածնի նկատմամբ, սակայն սովորական մետաղը (խառնուկներ պարունակող) օդում աստիճանաբար ենթարկվում է կերամշակման, մանավանդ խոնավության առկայությամբ.

\mathsf{2Fe + O_2 + 2H_2O \rightarrow 2Fe(OH)_2 }

Քիմիական հատկությունները[խմբագրել]

Օքսիդացման աստիճանի բնույթը[խմբագրել]
Օքսիդացման աստիճանը օքսիդ Հիդրօքսիդ Բնույթը Ծանոթությունը
+2 FeO Fe(OH)2 Թույլ հիմնային Թույլ վերականգնող
+3 Fe2O3 Fe(OH)3 Շատ թույլ հիմնային, հաճախ ամֆոտերիկ Թույլ օքսիդացնող
+6 ձեռք չի բերվել <H2FeO4>* Թթու Ուժեղ օքսիդացնող

Երկաթի տաքացված լարը թթվածնի մեջ մտցնելիս բուռն այրվում է՝ արձակելով շիկացած շիթեր և վերածվելով, այսպես կոչված, «խառը» օքսիդի՝ Fe3O4.

\mathsf{3Fe + 2O_2  \rightarrow Fe_3O_4}

Ջրածնի հետ երկաթը չի փոխազդում: Հալոգենների հետ օքսիդանում է մինչև +3 օքսիդացման աստիճան: Օրինակ՝

\mathsf{3Fe + 3Cl_2  \rightarrow 2FeCl_3}

Դիտարժան է նաև երկաթի ռեակցիան ծծմբի հետ: Այդ նյութերի փոշիների խառնուրդը փորձանոթում տաքացնելիս սկսվում է բուռն ջերմանջատիչ ռեակցիա, որի հետևանքով գոյանում է երկաթի սուլֆիդ.

\mathsf{Fe + S  \rightarrow FeS}

Երկաթը սովորական թթուներից անջատում է ջրածին՝ առաջացնելով երկվալենտ երկաթի աղ: Օրինակ՝

\mathsf{Fe + 2HCl  \rightarrow FeCl_2 + H_2}
\mathsf{Fe + H_2SO_4  \rightarrow FeSO_4 + H_2}

Օքսիդիչ թթուներից խիտ ծծմբականի հետ չի փոխազդում սովորական ջերմաստիճաններում, ինչը հնարավորություն է տալիս մեծաքանակ թթուն տեղափոխելու երկաթե տարողություններով: Խիտ ազոտական թթուն ևս չի փոխազդում երկաթի հետ: Նշված երկու թթուներն էլ պասիվացնում են երկաթը՝ վերջինիս մակերևույթի վրա առաջացնելով օքսիդացման այնպիսի արգասիքներ, որոնք արգելափակում են թթվի անմիջական հպումը մետաղի հետ: Նոսր ազոտական թթուն, այնուամենայնիվ, փոխազդու է երկաթի հետ.

\mathsf{8Fe + 30HNO_3  \rightarrow 8Fe(NO_3)_3 + 3NH_4NO_3 + 9H_2O}

Երկաթն ակտիվ մետաղ է և կարող է մի շարք մետաղների դուրս մղել իրենց աղերի ջրային լուծույթներից.

\mathsf{Fe + CuCl_2  \rightarrow FeCl_2 + Cu}

Ջրի հետ փոխազդում է միայն շատ բարձր ջերմաստիճաններում (ջրային գոլորշու հետ).

\mathsf{3Fe + 4H_2O  \rightarrow Fe_3O_4 + 4H_2}
Փոխազդեցությունը թթուների հետ[խմբագրել]
  • Աղաթթվի հետ.
\mathsf{Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow}
  • Նոսր ծծմբական թթվի հետ.
\mathsf{Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow}
  • Խիտ ազոտական և ծծմբական թթուների հետ.
\mathsf{2Fe + 6H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2\uparrow + 6H_2O}
  • Երկաթը արյվում է օդում
\mathsf{3Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4}
  • Այրումը մաքուր թթվածնով.
\mathsf{4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3}
\mathsf{2Fe + O_2 \rightarrow 2FeO}
\mathsf{Fe + S \rightarrow FeS}
\mathsf{2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3}
\mathsf{2Fe + 3Br_2 \rightarrow 2FeBr_3}
\mathsf{3Fe + 4I_2 \rightarrow Fe_3I_8}
\mathsf{6Fe + N_2 \rightarrow 2Fe_3N}
\mathsf{Fe + P \rightarrow FeP}
\mathsf{2Fe + P \rightarrow Fe_2P}
\mathsf{3Fe + P \rightarrow Fe_3P}
\mathsf{3Fe + C \rightarrow Fe_3C}
\mathsf{Fe + Si \rightarrow FeSi}
\mathsf{3Fe + 4H_2O \rightarrow Fe_3O_4 + 4H_2\uparrow}
\mathsf{Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu}
\mathsf{Fe + 2FeCl_3 \rightarrow 3FeCl_2}

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]


Տես նաև[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов. — 4-е изд., стер. — М.: Химия, 2000, ISBN 5-7245-1130-4, с. 529
  2. М. Фасмер. Этимологический словарь русского языка. — Прогресс. — 1986. — Т. 2. — С. 42—43.
  3. Трубачёв О. Н. Славянские этимологии. // Вопросы славянского языкознания, № 2, 1957.
  4. Boryś W. Słownik etymologiczny języka polskiego. — Kraków: Wydawnictwo Literackie. — 2005. — С. 753—754.
  5. Мейе А. Основные особенности германской группы языков. — УРСС. — 2010. — С. 141.
  6. Matasović R. Etymological Dictionary of Proto-Celtic. — Brill. — 2009. — С. 172.
  7. Mallory, J. P., Adams, D. Q. Encyclopedia of Indo-European Culture. — Fitzroy-Dearborn. — 1997. — P. 314.