ELEMENTI TRIJADE GVOŽĐA (Fe, Co, Ni)

GVOŽĐE

Nalaženje u prirodi i dobijanje

• Gvožđe je posle aluminijuma najrasprostranjeniji metal u prirodi. Pojavljuje se kao meteorsko gvožđe ili u obliku ruda. Biogeni je element (ulazi u sastav hema, krvi). Deo industrije koji se bavi proizvodnjom gvožđa se naziva crna metalurgija, a deo koji se bavi proizvodnjom svih ostalih metala je obojena metalurgija.

Rude gvožđa:

FeS₂ – pirit

Fe₃O₄ – magnetit

FeCO₃ – siderit

Fe₂O₃  – hematit

Gvožđe se može dobiti redukcijom oksidnih ruda pomoću koksa u visokoj peći   Kroz gornji otvor peći (grotlo) u određenim količinama i po određenom redosledu ubacuju se koks, ruda i topitelji.

Koks: Koristi se kao gorivo, kao redukciono sredstvo (C → CO → CO₂), ali i kao supstanca koja vezuje gvožđe u cementit, Fe₃C (karbid gvožđa).

Rude: Veoma često se vrši sedimentacija, flotacija ili magnetna separacija kako bi se povećao udeo gvožđa u rudi.

Topitelji: Uloga topitelja je otklanjanje primesa iz ruda. Ako su primese pesak ili glina, dodaju se bazni topitelji, kao na primer krečnjak. Ako su primese bazne, dodaju se kiseli topitelji (glina, pesak).

Pored koksa, rude i topitelja, u  visoku peć se uduvava prethodno zagrejan vazduh  pod pritiskom kako bi na temperaturi od oko 1900 ⁰C od koksa nastao CO koji je glavno redukciono sredstvo u ovom procesu.

C + O₂ → CO₂

CO₂ + C → 2CO

Indirektna redukcija se postupno odvija u temperaturnom intervalu 700-900 °C pomoću CO, prema sledećim reakcijama:

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

Nastalo sirovo gvožđe se sakuplja na dnu peći, a zaostali oksidi se redukuju koksom na temperaturi od oko 1000 °C :

Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO

Fe₃O₄ + 4C → 3Fe + 4CO

FeO + C → Fe + CO

Proizvodi visoke peći su:

a) Sirovo gvožđe – može biti belo ili sivo, zavisno od sadržaja Mn i Si. Njegovim pretapanjem se dobija liveno gvožđe

b) Zgura, šljaka – sadrži CaO, MgO, SiO₂, Al₂O₃

c) Gas iz visoke peći – sadrži CO, CO₂, H₂, N₂

Čelik je legura gvožđa koja sadrži do 1,7 % C. Može biti manganski, nikleni i nerđajući čelik i ima različitu namenu.

 

 

 

Fizičke osobine

• Gvožđe je mek, žilav metal, srebrnastobele boje. Pokazuje magnetna svojstva. Dobar je provodnik toplote i elektriciteta, a odlikuje se velikom gustinom.

Hemijske osobine

• Oksidacioni brojevi: + 2,  + 3
• Stajanjem na vlažnom vazduhu podleže koroziji (rđa) pri čemu nastaje hidratisani gvožđe (III) – oksid, Fe₂O₃  n H₂O

Rastvara se u razblaženoj HCl i H₂SO₄ pri čemu se izdvaja vodonik:

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

Oksidi i hidroksidi gvožđa

Formula	Oksid	Vrsta oksida	Hidroksid
FeO	Gvožđe(II) – oksid Fero – oksid	Bazni	Fe(OH)2 Gvožđe (II) – hidroksid
Fe2O3	Gvožđe (III) – oksid Feri – oksid	Bazni	Fe(OH)3 Gvožđe (III) – hidroksid

Gvožđe (II) – oksid, FeO, je crn prah, koji stajanjem na vazduhu oksiduje u gvožđe (III) – oksid, Fe₂O₃ (mrkocrveni prah). Oba oksida su nerastvorna u vodi. Rastvorna jedinjenja Fe²⁺ u vodi su žutozelene boje. Hidroksidi gvožđa su takođe obojeni: Fe(OH)₂, svetlozelene boje i Fe(OH)₃, crvenomrke boje. Žarenjem gvožđe (III) – hidroksida, nastaje gvožđe (III) – oksid.

FeSO₄ + 2NaOH → Fe(OH)₂ ↓  + Na₂SO₄

FeCl₃ + 3NaOH →  Fe(OH)₃  ↓  + 3NaCl

2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O

 

 

 

Kompleksna jedinjenja gvožđa

Najvažnije kompleksne soli gvožđa (koordinacioni broj 6) su:

K₃[Fe(CN)₆] – kalijum – heksacijanoferat (III)

K₄[Fe(CN)₆] –  kalijum – heksacijanoferat (II)

Kalijum – heksacijanoferat (II) se koristi u analitičkoj hemiji za dokazivanje Fe³⁺

4FeCl₃ + 3 K₄[Fe(CN)₆] → Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12 KCl

berlinsko plavo

Trovalentne soli gvožđa daju sa rastvorom KSCN (kalijum – tiocijanat), kompleksnu so, kalijum – heksatiocijanatoferat(III) koja ima boju krvi.

FeCl₃ + 6KSCN → K₃[Fe(SCN)₆] + 3KCl

 

 

 

Važnije soli gvožđa:

FeSO₄ • 7H₂O – zelena galica (koristi se u farmaciji)

Primena

Gvožđe se zbog svoje krtosti ne koristi kao čist metal, već u obliku legure čelik.