Введение
Химические соединения, содержащие железо Окислительное состояние Представительное соединение −4 (d10s2) [FeIn6−xSnx] −2 (d10) Динатриевый тетракарбонилферрат (реагент Колмана) −1 (d9) 0 (d8) Пентакарбонил железа 1 (d7) Циклопентадиенилирон дикарбонилдимер ("Fp2") 2 (d6) Сульфат железа, ферроцен 3 (d5) Хлорид железа, тетрафторборат ферроцения 4 (d4) , тетрафтортор железа 5 (d3) FeO43 6 (d2) Калий7 (d1) [FeO4] (матричная изоляция, 4K) Железо показывает характерные химические свойства переходных металлов, а именно способность формировать переменные окислительные состояния с помощью больших шагов дифференцирования и координации и органометрических свойств: это действительно было революционным открытием последнего соединения железа в 1950 году, которое вполе железа. Железо иногда считается прототипом для всего блока переходных металлов из-за его обилия и огромной роли, которую оно сыграло в технологическом прогрессе человечества. Железо образует соединения в основном в окислительных состояниях +2 (железо (II), "железный") и +3 (железо (III), "железный"). Железо также встречается в более высоких окислительных состояниях, например, фиолетовый феррат калия (K2FeO4), который содержит железо в своем окислительном состоянии +6. Хотя окись железа (FeO4) была заявлена, отчет не мог быть воспроизведен, и такой вид от удаления всех электронов элемента за пределами предыдущей инертной газовой конфигурации (по крайней мере с железом в его окислительном состоянии +8) был найден, чтобы быть маловероятным с точки зрения вычислений. Однако одна форма анионного [FeO4] с железом в его окислительном состоянии +7, вместе с изомером пероксо-железа V, была обнаружена при инфракрасной спектроскопии при 4 К после конденсации лазерно аблированных атомов Fe с смесью O2/Ar. Железо (IV) является распространенным промежуточным средством во многих биохимических окислительных реакциях. Многочисленные соединения органожелеза содержат формальные окислительные состояния +1, 0, −1 или даже −2. Окислительные состояния и другие свойства связывания часто оцениваются с использованием метода спектроскопии Мёссбауэра. Многие смешанные соединения валентности содержат как железо (II), так и железо (III) центры, такие как магнетит и прусский синий (berber Fe4 (Fe[CN]6) 3). Железо является первым из переходных металлов, который не может достичь своего группового окислительного состояния +8, хотя его более тяжелые родственники рутений и осмий могут, причем рутений имеет больше трудностей, чем осмий. В отличие от многих других металлов, железо не образует амальгамы с ртутью. В результате ртуть продается в стандартных 34-килограммовых колбах из железа. Железо является самым реактивным элементом в своей группе; оно пирофорическое, когда тонко разделено и легко растворяется в разбавленных кислотах, давая Fe2+. Однако он не реагирует с концентрированной азотной кислотой и другими окислительными кислотами из-за образования непроницаемого оксидного слоя, который, тем не менее, может реагировать с соляной кислотой.
Oxidation state Representative compound −4 (d10s2) [FeIn6−xSnx] −2 (d10) Disodium tetracarbonylferrate (Collman's reagent) −1 (d9) 0 (d8) Iron pentacarbonyl 1 (d7) Cyclopentadienyliron dicarbonyl dimer ("Fp2") 2 (d6) Ferrous sulfate, ferrocene 3 (d5) Ferric chloride, ferrocenium tetrafluoroborate 4 (d4) , iron tetrafluoride 5 (d3) FeO43 6 (d2) Potassium ferrate7 (d1)[FeO4]– (matrix isolation, 4K)
Iron shows the characteristic chemical properties of the transition metals, namely the ability to form variable oxidation states differing by steps of one and a very large coordination and organometallic chemistry: indeed, it was the discovery of an iron compound, ferrocene, that revolutionalized the latter field in the 1950s. Iron is sometimes considered as a prototype for the entire block of transition metals, due to its abundance and the immense role it has played in the technological progress of humanity. Iron forms compounds mainly in the oxidation states +2 (iron(II), "ferrous") and +3 (iron(III), "ferric"). Iron also occurs in higher oxidation states, e. g. the purple potassium ferrate (K2FeO4), which contains iron in its +6 oxidation state. Although iron(VIII) oxide (FeO4) has been claimed, the report could not be reproduced and such a species from the removal of all electrons of the element beyond the preceding inert gas configuration (at least with iron in its +8 oxidation state) has been found to be improbable computationally. However, one form of anionic [FeO4]– with iron in its +7 oxidation state, along with an iron(V) peroxo isomer, has been detected by infrared spectroscopy at 4 K after cocondensation of laser ablated Fe atoms with a mixture of O2/Ar. Iron(IV) is a common intermediate in many biochemical oxidation reactions. Numerous organoiron compounds contain formal oxidation states of +1, 0, −1, or even −2. The oxidation states and other bonding properties are often assessed using the technique of Mössbauer spectroscopy. Many mixed valence compounds contain both iron(II) and iron(III) centers, such as magnetite and Prussian blue (|Fe4(Fe[CN]6)3). Iron is the first of the transition metals that cannot reach its group oxidation state of +8, although its heavier congeners ruthenium and osmium can, with ruthenium having more difficulty than osmium. Unlike many other metals, iron does not form amalgams with mercury. As a result, mercury is traded in standardized 76 pound flasks (34 kg) made of iron. Iron is by far the most reactive element in its group; it is pyrophoric when finely divided and dissolves easily in dilute acids, giving Fe2+. However, it does not react with concentrated nitric acid and other oxidizing acids due to the formation of an impervious oxide layer, which can nevertheless react with hydrochloric acid.
Галиды
Двойные железо- и железогальгиды хорошо известны. Железные галоиды обычно получают при обработке железного металла соответствующей гидрогаловой кислотой для получения соответствующих гидратированных солей.
Координационные соединения
Из-за своей электронной структуры железо имеет очень большую координацию и органометаллическую химию. Известно много координационных соединений железа, хотя немногие из них обладают высокой валентностью железа. Типичным шестикоординатным анионом является гексахлороферрат (III), [FeCl6]3−, обнаруженный в смешанной соли тетракис (метиламоний) гексахлороферрат (III) хлорида. Комплексы с несколькими бидентальными лигандами имеют геометрические изомеры. Например, комплекс трансхлорогидридбис (((бис 1,2 (дифенилфосфино) этан) железо (((II) используется в качестве исходного материала для соединений с фракцией Fe (((dppe) 2). Ферриоксалатный ион с тремя оксалатными лигандами (показано справа) демонстрирует спиральную хиральность с двумя не накладывающимися геометрией, обозначенными Λ (ламбда) для левой винтовой оси и Δ (дельта) для правой винтовой оси, в соответствии с конвенциями IUPAC. Комплексы железа (III) довольно похожи на комплексы хрома (III), за исключением предпочтения железа (III) донору O вместо лигандов донора N. Последние имеют тенденцию быть более нестабильными, чем железные ((II) комплексы, и часто диссоциируют в воде. Многие комплексы FeO имеют яркие цвета и используются в качестве тестов для фенолов или энолов. Например, в тесте на хлорид железа, используемом для определения наличия фенолов, хлорид железа (III) реагирует с фенолом, образуя глубокий фиолетовый комплекс: эталоном в этой области было открытие в 1951 году замечательно стабильного сэндвич-соединения ферроцена (Fe) (C5H5) 2 Паусоном и Кили и независимо Миллером и коллегами, чья удивительная молекулярная структура была определена только год спустя Вудвордом и Уилкинсоном и Фишером. Ферроцен по-прежнему является одним из самых важных инструментов и моделей в этом классе. Органометаллические виды, сосредоточенные в железе, используются в качестве катализаторов. Например, комплекс Кнелкера является катализатором гидрогенизации для кетонов.
A landmark in this field was the discovery in 1951 of the remarkably stable sandwich compound ferrocene |Fe(C5H5)2, by Pauson and Kealy and independently by Miller and colleagues, whose surprising molecular structure was determined only a year later by Woodward and Wilkinson and Fischer. Ferrocene is still one of the most important tools and models in this class. Iron centered organometallic species are used as catalysts. The Knölker complex, for example, is a transfer hydrogenation catalyst for ketones.
Промышленное использование
Соединения железа, производимые в промышленности в наибольших масштабах, - это сульфат железа (FeSO4·7H2O) и хлорид железа (FeCl3). Первый является одним из наиболее доступных источников железа, но менее устойчив к воздушной окислению, чем соль Мора (gladium) (NH4) 2Fe (SO4) 2 * 6H2O). Соединения железа (II) имеют тенденцию к окислению в соединения железа (III) в воздухе.