આયર્ન (Fe): ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાઓ

રાસાયણિક ગુણધર્મોની ઝાંખી

આયર્ન (Fe) એ d-બ્લોક સંક્રાંતિ ધાતુ છે, જેનો પરમાણુ ક્રમાંક 26 છે. તે ચલ સંયોજકતા દર્શાવે છે, મુખ્યત્વે +2 (ફેરસ) અને +3 (ફેરિક), જેમાં +3 સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં વધુ સ્થિર છે.

સક્રિયતા શ્રેણીમાં સ્થાન

સક્રિયતા શ્રેણીમાં આયર્ન હાઈડ્રોજનથી ઉપર (H કરતાં વધુ સક્રિય) મૂકવામાં આવે છે, પરંતુ Na, K, Ca, Mg અને Al જેવી વધુ સક્રિય ધાતુઓથી નીચે છે. આ તેની એસિડ અને વરાળમાંથી હાઈડ્રોજનને વિસ્થાપિત કરવાની ક્ષમતા સૂચવે છે.

વિદ્યુતઋણતા

આયર્ન (પૉલિંગ સ્કેલ) ની વિદ્યુતઋણતા આશરે 1.83 છે. આ મૂલ્ય ધાતુઓની લાક્ષણિકતા છે અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાની તેની વૃત્તિ સૂચવે છે.

સામાન્ય સક્રિયતા

આયર્ન એક મધ્યમ સક્રિય ધાતુ છે. તે સરળતાથી ઓક્સિડેશન પામે છે, ખાસ કરીને ભેજની હાજરીમાં. તે એસિડ, વરાળ અને હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને આયોનિક સંયોજનો બનાવે છે.

હવા અને ઓક્સિજનની અસર

1. સૂકી હવા/ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા

ઓરડાના તાપમાને, આયર્ન સૂકી હવા અથવા ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી.

2. ભેજવાળી હવા સાથે પ્રતિક્રિયા (કાટ લાગવો)

ઓક્સિજન અને ભેજ બંનેની હાજરીમાં, આયર્ન ક્ષારણ પામે છે, જેને સામાન્ય રીતે કાટ લાગવો કહેવાય છે, અને હાઈડ્રેટેડ ફેરિક ઓક્સાઇડ બનાવે છે. આ એક વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રક્રિયા છે. સમગ્ર સરળ પ્રતિક્રિયા: 4Fe(s) + 3O2(g) + 2xH2O(l) → 2Fe2O3⋅xH2O(s) (લાલ-ભૂરા રંગનું હાઈડ્રેટેડ ફેરિક ઓક્સાઇડ, જેને સામાન્ય રીતે કાટ કહેવાય છે)

3. ગરમ કરવાથી ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા

જ્યારે હવા અથવા ઓક્સિજનમાં ગરમ ​​કરવામાં આવે છે, ત્યારે આયર્ન બળીને મેગ્નેટિક આયર્ન ઓક્સાઇડ (આયર્ન(II,III) ઓક્સાઇડ) બનાવે છે. 3Fe(s) + 2O2(g) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} Fe3O4(s) (મેગ્નેટિક આયર્ન ઓક્સાઇડ)

પાણી અને વરાળની અસર

1. ઠંડા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા

આયર્ન ઠંડા અથવા ઉકળતા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી.

2. વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા

જ્યારે લાલ-ગરમ આયર્ન વરાળ પર પસાર કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે મેગ્નેટિક આયર્ન ઓક્સાઇડ (Fe3O4) અને હાઈડ્રોજન વાયુ બનાવે છે. 3Fe(s) + 4H2O(g) \xrightarrow\{\text\{red heat\}\} Fe3O4(s) + 4H2(g)

એસિડ અને બેઝની અસર

1. એસિડની અસર

a. મંદ હાઈડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl)

આયર્ન મંદ HCl સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ફેરસ ક્લોરાઇડ અને હાઈડ્રોજન વાયુ બનાવે છે. Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl2(aq) + H2(g) (ફેરસ ક્લોરાઇડ)

b. મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H2SO4)

આયર્ન મંદ H2SO4 સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ફેરસ સલ્ફેટ અને હાઈડ્રોજન વાયુ બનાવે છે. Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g) (ફેરસ સલ્ફેટ)

c. મંદ નાઈટ્રિક એસિડ (HNO3)

આયર્ન મંદ નાઈટ્રિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ફેરસ નાઈટ્રેટ, નાઈટ્રિક ઓક્સાઇડ અને પાણી બનાવે છે. 3Fe(s) + 8HNO3(dilute)(aq) → 3Fe(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l) (ફેરસ નાઈટ્રેટ)

d. સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H2SO4)

ગરમ સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે, આયર્ન પ્રતિક્રિયા કરીને ફેરિક સલ્ફેટ, સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ અને પાણી બનાવે છે. 2Fe(s) + 6H2SO4(conc.)(hot)(aq) → Fe2(SO4)3(aq) + 3SO2(g) + 6H2O(l) (ફેરિક સલ્ફેટ)

e. સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ (HNO3)

સાંદ્ર નાઈટ્રિક એસિડ આયર્નને નિષ્ક્રિય બનાવે છે કારણ કે તેની સપાટી પર આયર્ન ઓક્સાઇડ (દા.ત., Fe2O3 અથવા Fe3O4) નું પાતળું, અભેદ્ય, રક્ષણાત્મક સ્તર બને છે. આ વધુ પ્રતિક્રિયા અટકાવે છે.

2. બેઝની અસર

આયર્ન સામાન્ય રીતે આલ્કલી (બેઝ) ના જલીય દ્રાવણ સાથે અપ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે.

મુખ્ય પ્રયોગશાળા પરીક્ષણ/ઓળખ પ્રતિક્રિયાઓ

ફેરસ (Fe²⁺) આયનોની ઓળખ

1. સોડિયમ હાઈડ્રોક્સાઇડ (NaOH) દ્રાવણ સાથે: ફેરસ હાઈડ્રોક્સાઇડનો ગંદો લીલો અવક્ષેપ, જે વધારાના NaOH માં અદ્રાવ્ય છે. Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)2(s)

2. એમોનિયમ હાઈડ્રોક્સાઇડ (NH4OH) દ્રાવણ સાથે: ફેરસ હાઈડ્રોક્સાઇડનો ગંદો લીલો અવક્ષેપ, જે વધારાના NH4OH માં અદ્રાવ્ય છે. Fe²⁺(aq) + 2NH4OH(aq) → Fe(OH)2(s) + 2NH4⁺(aq)

3. પોટેશિયમ ફેરીસાયનાઈડ (K3[Fe(CN)6]) દ્રાવણ સાથે: ટર્નબુલ બ્લુ તરીકે ઓળખાતા ઘેરા વાદળી અવક્ષેપનું નિર્માણ. 3Fe²⁺(aq) + 2[Fe(CN)6]³⁻(aq) → Fe3[Fe(CN)6]2(s)

ફેરિક (Fe³⁺) આયનોની ઓળખ

1. સોડિયમ હાઈડ્રોક્સાઇડ (NaOH) દ્રાવણ સાથે: ફેરિક હાઈડ્રોક્સાઇડનો લાલ-ભૂરા રંગનો જેલી જેવો અવક્ષેપ, જે વધારાના NaOH માં અદ્રાવ્ય છે. Fe³⁺(aq) + 3OH⁻(aq) → Fe(OH)3(s)

2. એમોનિયમ હાઈડ્રોક્સાઇડ (NH4OH) દ્રાવણ સાથે: ફેરિક હાઈડ્રોક્સાઇડનો લાલ-ભૂરા રંગનો જેલી જેવો અવક્ષેપ, જે વધારાના NH4OH માં અદ્રાવ્ય છે. Fe³⁺(aq) + 3NH4OH(aq) → Fe(OH)3(s) + 3NH4⁺(aq)

3. પોટેશિયમ ફેરોસાયનાઈડ (K4[Fe(CN)6]) દ્રાવણ સાથે: પ્રુશિયન બ્લુ તરીકે ઓળખાતા ઘેરા વાદળી અવક્ષેપનું નિર્માણ. 4Fe³⁺(aq) + 3[Fe(CN)6]⁴⁻(aq) → Fe4[Fe(CN)6]3(s)

4. પોટેશિયમ થાયોસાયનેટ (KCNS) અથવા એમોનિયમ થાયોસાયનેટ (NH4CNS) દ્રાવણ સાથે: ફેરિક થાયોસાયનેટ સંકુલ બનવાને કારણે લોહી જેવો લાલ રંગ. Fe³⁺(aq) + 3CNS⁻(aq) → Fe(CNS)3(aq) (લોહી જેવો લાલ રંગ)