Раствор соли железа с водой

В химическом отношении железо, кобальт и никель относятся к металлам средней активности. В электрохимическом ряду напряжений металлов они располагаются левее водорода, между цинком и оловом. Чистые металлы при комнатной температуре довольно устойчивы, их активность сильно увеличивается при нагревании, особенно если они находятся в мелкодисперсном состоянии. Наличие примесей значительно снижает устойчивость металлов.

Взаимодействие с неметаллами

При нагревании на воздухе выше 200 °С железо взаимодействует с кислородом, образуя оксиды нестехиометрического состава Fe_xO, мелкодисперсное железо сгорает с образованием смешанного оксида железа (II, III):

Кобальт и никель реагируют с кислородом при более высоких температурах, образуя в основном оксиды двухвалентных элементов, имеющие переменный состав в зависимости от условий получения:

С галогенами металлы реагируют, образуя галогениды :

Металлы довольно устойчивы к действию фтора, никель не разрушается фтором даже при температуре красного каления.

При взаимодействии с азотом при невысокой температуре железо, кобальт и никель образуют нитриды различного состава, например:

Взаимодействие с серой экзотермично и начинается при слабом нагревании, в результате образуются нестехиометрические соединения, которые имеют состав, близкий к ЭS:

С водородом металлы триады железа не образуют стехиометрических соединений, но они поглощают водород в значительных количествах.

С углеродом, бором, кремнием, фосфором также при нагревании образуют соединения нестехиометрического состава, например:

Взаимодействие с водой

В воде в присутствии кислорода железо медленно окисляется кислородом воздуха (корродирует):

При температуре 700–900 °С раскаленное железо реагирует с водяным паром:

Кобальт и никель с водой не взаимодействуют.

Взаимодействие с кислотами

Железо реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот, образуя соли железа (II):

с разбавленной азотной кислотой образует нитрат железа (III) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты, например:

При обычных условиях концентрированные (до 70 мас. %) серная и азотная кислоты пассивируют железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа (III):

По отношению к кислотам кобальт и никель устойчивее железа, медленно реагируют с неокисляющими кислотами с образованием солей кобальта (II) и никеля (II) и водорода. С разбавленной азотной кислотой образуют нитраты кобальта (II) и никеля (II) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты:

При обычных условиях концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют кобальт и никель, хотя в меньшей степени, чем железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа двухвалентных металлов:

Взаимодействие со щелочами

Разбавленные растворы щелочей на металлы триады железа не действуют. Возможно только взаимодействие железа с щелочными расплавами сильных окислителей:

Для кобальта и никеля взаимодействие с расплавами щелочей не характерно.

Железо, кобальт и никель вытесняют металлы, которые расположены правее в электрохимическом ряду напряжений их растворов солей:

Для металлов триады железа характерно образование карбонилов, в которых железо, кобальт и никель имеют степень окисления, равную 0. Карбонилы железа и никеля получаются при обычном давлении и температуре 20–60 °С:

Карбонилы никеля образуются при давлении 2·10 7 – 3·10 7 Па и температуре 150–200 °С:

Источник

Растворенное и не растворенное железо в воде

В земной коре присутствует значительное количество металлов в чистом виде и в различных соединениях. Наличие двухвалентного железа в воде определить практически невозможно, оно находится в растворенном состоянии и никак не влияет на прозрачность. Вместе с тем в подземных источниках водоснабжения в большинстве регионов России содержание этого химического элемента существенно превышает допустимые нормы.

Избыток растворенного железа в воде — это серьезная угроза здоровью человека. Организм способен усваивать только определенное количество этого металла, необходимое для обеспечения его жизнедеятельности. Вместе с тем излишки этого элемента полностью не выводятся и накапливаются в тканях, вытесняя или заменяя другие микроэлементы: медь, кальций, цинк и другие. Это приводит к различным заболеваниям, таким как сахарный диабет и функциональные расстройства центральной нервной системы.

Соединения двухвалентного железа в воде

В подземных источниках водоснабжение этот металл присутствует в растворимой и нерастворимой формах. В воде двухвалентное железо содержится преимущественно в виде бикарбоната закиси — Fe(HCO₃)₂, другое название двууглекислое железо. Это соединение не отличается высокой стойкостью и в результате реакции гидролиза разрушается и с потерей кислоты превращается в гидрат закиси Fe(OH)₂.

Повышенное содержание растворенного в воде железа (двухвалентного) характерно, прежде всего, для подземных водоносных горизонтов. Объясняется это низкой концентрацией кислорода в жидкости и отсутствием контакта с атмосферой. Закиси крайне неустойчивы и при контакте с воздухом доокисляются переходя в другие нерастворимые формы, это их свойство используется в некоторых методах очистки воды.

Отличие двухвалентного железа от трехвалентного

Этот химический элемент имеет одну очень интересную особенность — оно имеет несколько степеней окисления, а точнее две. Это свойство металла очень важно для геохимических процессов. Двухвалентное железо и трехвалентное железо в воде присутствуют одновременно в виде соединений и имеют ряд различий:

Закиси обладают высокой растворимостью, и их наличие не определяется визуально.
Трехвалентное железо — окислы могут находиться в виде раствора, взвеси или коллоидных частиц.
Двухвалентное железо может переходить в трехвалентное, окисляясь при контакте с кислородом. Обратный процесс в нормальных условиях невозможен.

Большое количество двухвалентного железа в воде из скважины обычной или артезианской, а также в колодезной — явление широко распространенное. В тоже время в открытых источниках в основном этот металл присутствует в трехвалентном состоянии. Этот элемент кроме того обладает способностью изменять степень окисления в ходе химических реакций.

Причины появления железа в воде и действующие нормативы

Содержание тех или иных микроэлементов в земной коре определяется сложными геохимическими процессами. От чего в воде двухвалентное железо находится в значительных количествах — вопрос, требующий внимательного рассмотрения. К числу основных причин появления растворимых соединений этого металла в подземных и поверхностных источниках можно отнести следующие:

Разрушение и растворение горных пород в воде при просачивании ее в глубинные водоносные пласты.
Образование органических соединений с участием преимущественно гуминовых кислот.
Стоки промышленных предприятий особенно металлургических и химических.
Коррозионные процессы в стальных трубопроводах систем централизованного и автономного водоснабжения.

Первые два фактора загрязнения воды относят к естественным и они обусловлены природными явлениями. Остальные причины являются антропогенными и являются результатом хозяйственной деятельности человека.

Содержание в воде двухвалентного железа отдельно не регламентируется, действующими санитарными нормативами устанавливается суммарный показатель. Качество жидкости, поступающей из централизованных систем водоснабжения, определяется требованиями СанПиН 1.4.1074-01. Согласно этому документу предельно допустимая концентрация этого элемента составляет 0,3 мг/л.

Основные методы определения количества железа в воде

При значительном превышении содержания этого металла в поверхностных и подземных водах этот факт можно установить и без специального оборудования. Железо двухвалентное в воде находится в растворенном состоянии и придает жидкости очень неприятный железистый привкус и специфический запах. При концентрациях этого элемента более 1 мг/л его присутствие будет ощутимо даже в крепком чае или кофе.

Точное определение содержания двухвалентного железа в воде описанным выше органолептическим способом невозможно. Он используется только для очень приблизительной оценки. Установить концентрацию металла в жидкости с достаточной точностью позволяет фотометрический метод, применяемый в специализированных лабораториях. Он основан на зависимости цвета проб от содержания комплексного соединения.

Способы очистки воды от растворенного железа

Большое количество данного микроэлемента опасно для здоровья человека и разрушительно для техники. Очистка воды от двухвалентного железа из скважины возможна различными способами как бытовыми, так и с применением профессионального оборудования. Рассмотрим подробнее те и другие способы и оценим их эффективность.

Бытовые методы очистки воды

В домашних условиях вполне возможно снизить содержание этого металла до требуемых значений. Качественно очистить воду от растворенного железа можно без особых затрат используя следующие способы:

Отстаивание в открытой емкости. По пришествие суток двухвалентное железо при контакте с воздухом перейдет в трехвалентное состояние и образует бурый осадок на дне. Ускорить процесс позволяет аэрация — нагнетание воздуха в воду при помощи аквариумного компрессора.

Кипячение в течении не менее чем 10 минут. Растворенное железо оседает на стенках посуды в виде ржавого налета. Побочным эффектом данного метода является уменьшение жесткости воды.

Получив ответ на вопрос, как очистить воду от растворенного в ней железа не спешим радоваться. Эти методы эффективных лишь при сравнительно небольших содержаниях металла не более 0,5 мг/л. Кроме того они очень неудобны, ждать сутки и сливать относительно чистую воду из отстойника — не лучшее решение.

Профессиональные методы фильтрации воды

Современные технологии применимы как для централизованных, так и для автономных источников водоснабжения. Подбирая фильтр для воды с растворенным железом, следует учитывать не только его количественное содержание, но и показатели pH. Для этих целей применяют следующие методы очистки:

Обезжелезивание с аэрацией;
Ионообменные смолы;
Обратный осмос.

Способы очистки воды от двухвалентного железа, упомянутые в перечне приведены в порядке убывания их эффективности. При оценке действенности этих методов принимаются во внимание не только качественные показатели получаемой жидкости, но и финансовые затраты.

Фильтры обезжелезивания и аэрации

Быстрое удаление растворенного железа из воды и снижение его содержания до требуемого уровня достигается за счет использования реагентных и безреагентных технологий. Первые обычно используются на промышленных предприятиях и для их реализации необходимо качественное дозирующее оборудование.

В основу безреагентных методов положен принцип окисления железа в воде воздухом, который подается в нее напорным или безнапорным способом. В первом варианте применяется компрессор высокого давления, а излишки газа стравливаются в атмосферы через специальный клапан. Во втором случае в фильтроустановках используются эжекция (подсос воздуха потоком жидкости) или душирование (распыление для увеличения площади контакта).

Данный метод в сочетании с аэрацией позволяет снизить содержание железа двухвалентного в процессе очистки воды до нормативных требований. Описанные способы обезжелезивания получили наибольшее распространение в промышленности и в быту благодаря высокой эффективности при сравнительно небольших начальных и эксплуатационных затратах.

Ионообменные фильтры

Качественная очистка воды от растворенного железа возможно за счет использования инновационных физико-химических методов. Ионообменные смолы Экотар обеспечивают замещение ионов Fe 2+ ионами Na + , при этом первые связываются и удерживаются в пористых гранулах катионитов. По мере накопления железа в рабочей среде эффективность процесса снижается и производится ее регенерация промывкой насыщенным раствором поваренной соли.

Ионообменные фильтры для очистки воды от растворенного железа используются при концентрациях последнего не более 5 мг Fe/л. При этом жидкость требует предварительной обработки, из нее необходимо удалить трехвалентное железо, марганец и сероводород. Наличие этих элементов и соединений приводит к быстрой деградации засыпки. Невзирая на недостатки, данный метод является вторым по популярности, уступая пальму первенства обезжелезиванию с аэрацией.

Установки обратного осмоса

Эффективно удалить двухвалентное железо из воды позволяет фильтр с полупроницаемой мембраной. Установки обратного осмоса обеспечивают полную очистку жидкости от всех видов примесей, концентрат которых сливается в дренаж. Получаемый при этом пермеат не содержит минералов и микроэлементов и нуждается в дополнительной обработке.

Технология обратного осмоса довольно затратная, для работы установки необходимо высокое давление, которое обеспечивается входящим в комплект насосом. Система кроме того имеет несколько элементов предфильтрации для очистки воды от механических примесей для сохранения ресурса картриджей.

Очистка воды от валентного железа

Компания Diasel Engineering предлагает высокотехнологичные фильтры для удаления растворенного железа из воды и выполняет необходимые монтажные и регламентные работы. Осуществляем подбор оборудования для обезжелезивания с аэрацией, ионообменных смол или установок обратного осмоса исходя из технических требований заказчика. Применение предлагаемых систем водоподготовки позволит вам сохранить здоровье и предотвратит преждевременный выход из строя бытовой техники.

Источник

Свойства железа

Соединения железа. Чистое железо может быть получено восстановлением окиси железа водородом или электролизом некоторых солей железа. Оно представляет собой серебристо-белый блестящий вязкий металл, по внешнему виду очень похожий на платину. Уд. вес железа 7,87, темп. пл. 1539°. Чистое железо очень быстро намагничивается и размагничивается и потому применяется для сердечников динамомашин и электромоторов.

Обыкновенное железо не изменяется в сухом воздухе, но во влажном быстро ржавеет, т. е. покрывается бурым налетом гидрата окиси железа, который вследствие своей рыхлости не защищает железо от дальнейшего окисления. Долгое время считали, что способность ржаветь есть хотя и неприятное, но неотъемлемое свойство железа. Однако в настоящее время доказано, что химически чистое железо, получаемое электролитическим путем, почти не подвергается коррозии и хорошо сопротивляется действию кислот.

При накаливании в воздухе железо сгорает, превращаясь в закись-окись железа Fе₃O₄ (или FeO • Fe₂O₃). Это же вещество образуется при ковке раскаленного железа («железная окалина»). Нормальный потенциал железа равен —0,441 вольта. Поэтому железо легко растворяется в разбавленных кислотах, вытесняя из них водород и образуя ионы Fe •• . Холодная концентрированная серная кислота не реагирует с железом. Концентрированная азотная кислота действует на железо так же, как на алюминий и хром, т. е. делает его «пассивным». Щелочи не действуют на железо.

Железо образует два ряда соединений, отвечающих двум окислам: закиси железа FeO и окиси железа Fe₂О₃. В первом из них железо является двухвалентным, во втором — трехвалентным металлом. Кроме того, известны соли железной кислоты H₂FeО₄, в которых железо играет роль шестивалентного металлоида.

Соединения двухвалентного железа. Соли двухвалентного железа (соли закиси) получаются при растворении валентного железа (соли закиси) получаются при растворении железа в разбавленных кислотах. Самой важной из них является сульфат железа (II), или железный купорос, FeSО₄• 7Н₂О, образующий светлозеленые кристаллы, легко растворимые в воде. На воздухе железный купорос постепенно выветривается и одновременно окисляется с поверхности, переходя в желто-бурую основную соль трехвалентного железа.

Железный купорос получается путем растворения железных обрезков в 20—30%-ной серной кислоте:

а также в виде отходов при «травлении» железа серной кислотой перед покрытием его цинком.

Железный купорос применяется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, в производстве некоторых минеральных красок, при крашении тканей и т. д.

При нагревании железного купороса выделяется вода и получается белая масса безводной соли FeSО₄. При более сильном нагревании безводная соль разлагается с выделением двуокиси серы и серного ангидрида, который во влажном воздухе образует тяжелые белые пары серной кислоты:

Если к раствору железного купороса прибавить щелочи, то выпадает белый осадок гидрата закиси железа Fe(OH)₂, который на воздухе вследствие окисления быстро принимает зеленоватую, а затем бурую окраску, переходя в гидрат окиси железа Fe(ОН)₃:

Гидрат закиси железа имеет, почти исключительно основной характер и не растворяется в щелочах.

Безводная закись железа FeO может быть получена восстановлением окиси железа окисью углерода при 500° и представляет собой черный, легко окисляющийся порошок:

Карбонаты щелочных металлов осаждают из растворов солей двухвалентного железа белыйкарбонат железа (II) FеСО₃. При действии воды, содержащей углекислый газ, карбонат железа, подобно карбонату кальция, частично переходит в более растворимую кислую соль Fе(НСО₃)₂. В виде этой соли железо содержится в природных железистых водах.

Соли двухвалентного железа легко могут быть переведены в соли трехвалентного железа действием различных окислителей: азотной кислоты, перманганата калия, хлора и др.; например: 1) 6FeSO₄ + 2HNO₃ + 3H₂SO₄ = 3Fe₂(SO₄)₃ + 2NO + 4H₂O

Ввиду способности легко окисляться соли двухвалентного железа часто применяются как восстановители.

Соединения трехвалентного железа. Из солей трехвалентного железа (солей окиси) больше всего применяется хлорное железо FeCl₃. Безводная соль получается в виде темно-зеленых чешуек при пропускании хлора над нагретым железом. Обыкновенное хлорное железо — темножелтое кристаллическое легко расплывающееся вещество состава FeCl₃ • 6Н₂О.

Сульфат железа (III)

Fe ₂(SO₄)₃ получается окислением FeSO₄ азотной кислотой в сернокислом растворе. С сульфатом аммония он образует железоаммониевые квасцы,NH₄Fe (SO₄)₂ • 12Н₂0, кристаллизующиеся в виде красивых бледнолиловых кристаллов, изоморфных с кристаллами алюминиевых и хромовых квасцов.

При действии на растворы солей трехвалентного железа аммиака или щелочи выпадает красно-бурый гидрат окиси железа Fe(OH)₃, нерастворимый в избытке щелочи.

Гидрат окиси железа

Более слабое основание, чем гидрат закиси железа; это выражается в том, что соли окиси железа сильно гидролизуются, а со слабыми кислотами (например, с угольной, сероводородной) Fe(OH)₃ совсем не образует солей. Гидролизом же объясняется цвет растворов солей трехвалентного железа; несмотря на то, что ион Fe ••• почти бесцветен, растворы окрашены в желто-бурый цвет, что объясняется присутствием в растворе ионов основных солей или Fe(OH)₃, которые образуются благодаря гидролизу:

От нагревания окраска темнеет, а от прибавления кислот становится более светлой вследствие обратного хода реакции.

При прокаливании гидрат окиси железа, теряя воду, переходит в окись железа Fe₂O₃. Окись железа применяется как коричневая краска — железный сурик, или мумия.

Наряду с чисто основными свойствами окись железа и ее гидрат обнаруживают также некоторые, хотя и очень слабо выраженные кислотные свойства. Так, например, при сплавлении окиси железа с содой или поташом получаются соли — ферриты, аналогичные хромитам или алюминатам и являющиеся производными метажелезистой кислоты HFeO₂:

Горячая вода полностью гидролизует ферриты с образова вшем окиси железа и соответствующей щелочи:

На образовании феррита натрия и его последующем разложении водой основан один из технических способов получения едкого натра из соды.

Характерной реакцией, отличающей окисные соли железа от закисных, является действие роданистого калия KCNS или роданистого аммония NH₄CNS на железные соли. Роданистый калий содержит в растворе бесцветные ионы CNS’, которые соединяются с ионами Fe ••• образуя кроваво-красный, слабо диссоциированный роданид железа Fe(CNS)₃ . Ионы двухвалентного железа не дают этой реакции.

Цианистые соединения железа

При действии на растворы солей двухвалентного железа цианистого калия получается белый осадок цианистого железа (II):

В избытке цианистого калия осадок растворяется вследствие образования комплексной соли K4[Fe(CN)₆], называемой ферро-цианидом калия:

Ферроцианид калия, или железистосинеродистый калий

K₄[Fe(CN)₆] • 3Н₂O кристаллизуется в виде больших светложелтых призм. Эта соль называется также желтой кровяной солью, так как прежде приготовлялась накаливанием высушенной крови с поташом и железом. При растворении в воде соль диссоциирует на ионы К • и чрезвычайно устойчивые комплексные ионы [Fe(CN)6]»» . Практически такой раствор совершенно не содержит ионов Fe •• и не дает ни одной реакции, характерной для двухвалентного железа.

Ферроидшниду калия соответствует железистосинеродистая кислота H₄[Fe(CN)₆]— белое твердое вещество, образующее, кроме калийной соли, много других солей.

Замечательно. что ферроцианид калия, несмотря на содержание в нем железа, может служить чувствительным реактивом на ионы трёх валентного железа, так как ионы [Fe (CN)6]»» , встречаясь в растворе с ионами Fe ••• , соединяются с ними и образуют нерастворимую в воде железную соль железистосинеродистой кислоты — ферроцианид железа Fe₄[Fe(CN )6]3, характерного синего цвета; эта соль получила название берлинской лазури:

Берлинская лазурь применяется в качестве краски. Щелочи разлагают ее с образованием гидрата окиси железа и освобождением ионов [Fe(CN)₆]»»:

При действии хлора или брома на раствор желтой кровяной соли анион ее окисляется, переходя из четырехвалентного в трехвалентный:

Соответствующая этому аниону калийная соль К₃[Fе(СN)₆] называется феррицианидом калия или железосинеродистым калием, а также красной кровяной солью. Она кристаллизуется в тёмнокрасных безводных кристаллах. Раствор ее со—держит анионы [Fe(CN)₆]»’ такого же состава, как и анионы желтой соли, но несущие не четыре, а три отрицательных заряда и поэтому обладающие иными свойствами, чем ионы

Если подействовать красной кровяной солью на раствор двух валентного железа, то получается синий осадок так называемой турнбулевой сини, внешне очень похожей на берлинскую лазурь, но имеющей иной состав:

С солями трехвалентного железа К₃[Fе(СN)₆] дает бурый раствор.

Реакция образования турнбулевой сини широко используется при печатании копий с чертежей, сделанных на кальке. Печатание основано на том, что некоторые соли трехвалентного железа и органических кислот восстанавливаются под действием света в соли двухвалентного железа. Бумага, служащая для печатания, покрывается обычно смесью К₃[Fе(СN)₆] с аммонневожелезной солью лимонной кислоты. Если наложить на такую бумагу чертеж, сделанный на кальке, и подвергнуть его интенсивному освещению, то трехвалентное железо восстанавливается в двухвалентное во всех местах, кроме закрытых линиями чертежа. После этого бумагу опускают в воду. На освещенных местах в порах бумаги осаждается турнбулева синь; места же, защищенные от света, остаются белыми. В результате получается белый чертеж на синем фоне.

Соединения шестивалентного железа. Если нагревать железные о пилки или окись железа с селитрой и едким кали, то образуется сплав, содержащий калиевую соль железной кислоты Н₂FeO₄ так называемый феррат калия К₂FeO₄ :

При растворении сплава в воде получается красно-фиолетовый раствор, из которого действием хлористого бария можно осадить нерастворимый в воде феррат бария BaFeО₄.

Все ферраты — очень сильные окислители, превосходящие в этом отношении перманганаты. Соответствующая ферратам железная кислота H₂FeО₄ и ее ангидрид FeО₃ в свободном состоянии не получены.

Карбонилы железа

Железо образует чрезвычайно своеобразные летучие соединения с окисью углерода, называемые карбонилами железа. Пентакарбонил железа Fе(СО)₅ представляет собой бледножелтую жидкость удельного веса 1,5, сильно преломляющую лучи света и кипящую при 100°. Он получается при пропускании окиси углерода над мелко раздробленным железом под давлением и при повышенной температуре. Пентакарбонил железа нерастворим в воде, но растворяется во многих органических растворителях. При 250° он разлагается на окись углерода и совершенно чистое железо.

Вы читаете, статья на тему Свойства железа

Раствор соли железа с водой