Неорганическая химия. Т. 3, кн. 2. Под ред. Ю.Д. Третьякова (975566), страница 8
Текст из файла (страница 8)
При комнатной температуре в компактном виде железо не взаимодействует ни с кислородом, ни с водой, однако во влажном воздухе медленно ржавеет, покрываясь коричневой коркой гидратированного оксида Ге,Оз .хН,Π— ржавчины. Реакция с перегретым водяным паром приводит к образованию железной окалины Ге,04 (см. т. 2, с. 11), которая при более высокой температуре восстанавливается водородом до оксида ГеО. Этим способом раныпе получали водород, используя в качестве сырья железный лом.
Железо легко растворяется в разбавленных кислотах: соляной, серной, бромоводородной и иодоводороднои; Ге+ 2Н' = Гете г Н,'! Очень разбавленную (2 — 3%) азотную кислоту железо медленно восстанавливает до нитрата аммония (см. т. 2, с. 199). Восстановительная атмосфера, * Жидкий паллалий подобно серебру хорошо распюряет кислорол. ** Местонахожление аточов водорола в кристалличсскои решетке металла до конца не ясно. Высказывшотся предположения о точ, по при этом образуются гидриды переменного состава: возможно, атомы водорода в форме катионов нахолягся в чеждоузлиях кристаллической ре- .2 я щетки.
Волос устоичиаы гидридные комплексы, например К ! РШМ1,001ргГНз1, получасчые из гилридов щелочного металла, водорода и паляадия. сч., 02отмол-Миггеггззап М., ггаизтеглгагггг Ц, Тотггелхол Ц 22 Л.Атег. Сбеги. Вос. — 2000. — Хг. 122. — Р. б960. 36 обеспечиваемая выделением водорода или образованием ионов аммония, стабилизирует железо в степени окисления +2. В то же время в растворах азотной и серной кислот средних концентраций железо окисляется до солей железа(! П) (см. т. 2, с. 199); 2Ге + 6Н,БО,(70%) = Ее,(ЯО,)з + ЗЯО,Т + 6Н,О Для протекания этих реакций требуется нагревание. Холодные концентрированные растворы кислот-окислителей; серной и азотной, а также хромовая смесь пассивируют металл. Пассивное состояние металлов и сплавов Пассивация металла связана с изменением состояния его поверхности под действием некоторых реагентов.
Такие изменения предполагают образование на поверхности металла адсорбционных слоев кислорода или тонкой электропроводяшей пленки низшего оксида, что приводит к существенному отклонению потенциалов электрохимических реакций от равновесных значений (это явление в электрохимии называют поляризацией). В процессе пассивации электродный потенциал металла существенно возрастает, например в случае железа от — 0,47 до+1,0 В. Взаимодействие металла с кислотой-окислителем можно рассматривать как пример электрохимической коррозии, в результате которой на аноде происходит окисление металла (Геа — 2е -г Гец), а на катоде — восстановление ионов водорода, анионов кислоты или молекул воды.
Пассивация поверхности создает препятствия для перехола ионов железа в раствор, что вызывает рост потенциала и, следовательно, замедление процесса. Наглядно это показано на рис. 6.11, представляющем график зависимости потенциала (например, Е'(Ге"/Реа)) от плотности тока, возникающего между электродами при коррозии железа. Область 1 сбответствует активному растворению металла. При введении пассивируюшего агента ход кривой меняется (область 2).
Полной пассивапии поверхности металла соответствует вертикальная часть кривой (область 3). Если поверхность вновь активировать, кривая приобретает первоначальный наклон (область 4). Металл, находящийся в пассивном состоянии, теряет некоторые свои свойства. Так, пассивнрованное железо не вытесняет медь из растворов ее солей, не взаимодействует с разбавленными растворами кислот.
Чтобы вновь сделать ме- Рис. 6.1!. Потенциостатическая анодная поляризаци- онная кривая: 1 — область активного растворения металла; 2 — активнопассиапое состояние металла; 3 — пассивное состояние металла; 4 — нарушение пассианого состояния металла талл активным, его надо обработать восстановителями, например привести в соприкосновение с цинком, погрузить в раствор сульфита либо механически очистить поверхность напильником. Ионы, образующие с железом растворимые в воде комплексные соединения, например хлорид-ионы, вызывают усиление коррозии.
Именно по этой причине стальные изделия гораздо быстрее ржавеют в морской воле или на морском берегу. Лля защиты изделий от атмосферной коррозии используют ингибиторы: нитрит и бензоат натрия, карбонат циклогексиламина, хромат гексаметилендиамина. Их наносят, погружая летали в раствор, лобавляют в масла и смазки, пропитывают ими упаковочную бумагу. Алюминий, хром и никель пассивируются легче, чем железо, поэтому их вводят в стали лля повышения коррозионной стойкости.
Никель легко переходит в пассивное состояние при обработке его поверхности лимонной, уксусной, борной, фосфорной кислотами, алюминий — при погружении в концентрированную азотную кислоту или хромовую смесь. хром — в разбавленной азотной кислоте". * Малахов А.О., Титина К.М., Цуяак Т.Е. Коррозия и основы твяьввностегии. — Мх Химия, 1987; 5слиадс К. 77 Апветт. Сцепи! пь Ео. — 1966. — Ч. 5. — Р. 185. Железо устойчиво к действию даже расплавленных щелочей, однако при кипячении порошка металла с концентрированным раствором щелочи в инертной атмосфере образуются синие растворы, из которых кристаллизуются тетрагидроксоферраты(П): Ге + 2)т!аОН + 2Н70 = )т!аз[Ге(ОН)4] -в Нт! При нагревании железо активно взаимодействует со многими неметаллами. В кислороде оно сгорает с образованием железной окалины' Ге,Оси с хлором дает июрид ГеС!,, с серой — сульфид ГеБ.
Взаимодействие железа с бромом для получения трибромида ГеВг, проводят при температуре 200'С; повышение температуры вызывает частичную термическую диссоциацию продукта до бромида железа(!1). Иодид железа(! П) прямым синтезом получить не удается, реакция приводит к образованию Ге!,, а при избытке иода — смешанного иодида железа(!1, П1) Гез!„. При внесении в атмосферу фтора куска железа его поверхность покрывается пленкой фторида ГеГ,, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. Порошок железа во фторе сгорает.
С углеродом железо образует карбид Ге,С вЂ” цементит. Он представляет собой серые тугоплавкие кристаллы (температура плавления ! 770 'С), по твердости превосходящие корунд, но очень хрупкие. Подобно а-железу цементит ферромагнитен, однако магнитные свойства выражены слабее и исчезают при температуре 217 'С. Карбид железа построен из сильно искаженных тригональных призм, образованных атомами железа и соединенных друг с другом (рис.
6.12, а, б). Внутри каждой призмы находится атом углерода. Структура "Железная окалина также образуется при ковке рвскатенного железа чолоточ. 38 цементита предполагает образование растворов замещения путем замены атомов углерода на азот или кислород и атомов железа на марганец, хром и другие металлы.
Цементит инертен к воде и раствору уксусной кислоты, на этом основан метод вьщеления его из чугуна путем анодного растворения железа или растворения его в уксусной кислоте. Концентрированная соляная кислота разлагает цементит с выделением водорода и смеси углеводородов. При низких температурах (< 600'С) цементит термодинамически неустойчив по отношению к распаду на простые вещества, но кинетически этот процесс крайне затруднен. Другие карбиды железа, например Ее,С, устойчивый при температуре ниже 500'С, подробно не изучены.
Система железа — кремний необычайно важна в металлургии, так как кремнезем содержится в виде примеси к железным рудам. Диаграмма состояния этой системы еще сложнее, чем рассмотренная диаграмма железо — углерод. При добавлении кремния в железо температура плавления понижается вплоть до эвтектики (1!95'С), образованной железом и силицидом ЕеЯ, плавящимся при 1 410'С. Известны также силипиды Ге,Я и ГеЯь Азот напрямую с железом не реагирует. Азотирование стали проводят длительным действием аммиака на нагретый до 500'С металл.
При азотировании азот образует на поверхности стали слой нитридов, чем существенно повышает се твердость и устойчивость к коррозии. Некоторые из нитридов представляют собой соединения включе- Эс Э Ге Ом Рис. б.12. Структура карбидов железа и никеля М,С: а, б — цеиеитит Ее,С (общий аил (и) и проекция кристаллическои решетки (о)); в — М,С (проекция кристаллической решетки) 39 ния атомов азота в кристаллическую решетку металла (Ге)малти Ге)Чь,п„), другие (Ге1!Ч, Ге,!ч, Ге,)Ч) являются самостоятельными фазами. Нитрид Ге4)Ч имеет с!ехиометрический состав, обладает ферромагнетизмом.
Он существует в виде двух модификаций: одна имеет структуру у-Ге, где в центре кристаллической решетки расположен атом азота, лругая — гексагональную структуру е-Гс, в чистом виде устойчивую лишь при высоких давлениях. С фосфором железо образует фосфиды Гер, Ге,Р, Гер,, ГеР„. Они обусловливают хладоломкость стали. Известны бориды Ге,В, ГеВ, а также ГеВм, прелставляющий собой фазу внелрения в ))-ромбоэдрический бор". В отличие от железа кобальт и никель не подвержены коррозии даже при хранении на влажном воздухе, Однако мелкодисперсный порошок кобальта, полученный разложением оксалата, пирофорен — он самораскаляется на воздухе.
При нагревании на воздухе стружка металлов сначала мелленно окисляется, а при температуре примерно ! 000 С сгорает, образуя оксиды %О и Соз04. При высокой температуре оба металла легко соединяются с серой, превращаясь в сульфиды Со8, %8, реагируют с кремнием, фосфором, углеродом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
