આયર્ન (Fe) ના મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક સંયોજનો

આયર્નના મુખ્ય સંયોજનોનો પરિચય

આયર્ન (Fe), એક સંક્રાંતિ ધાતુ, મુખ્યત્વે +2 (ફેરસ) અને +3 (ફેરિક) ઓક્સિડેશન અવસ્થામાં વિવિધ સંયોજનો બનાવે છે. આ સંયોજનો ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ, જૈવિક પ્રણાલીઓ અને દૈનિક ઉપયોગમાં મહત્વપૂર્ણ છે. ઉચ્ચ શાળા રસાયણશાસ્ત્ર માટે, તેમની બનાવટ, ગુણધર્મો અને પ્રતિક્રિયાઓને સમજવું અનિવાર્ય છે.

1. આયર્ન(II) સલ્ફેટ હેપ્ટાહાઇડ્રેટ ($\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$)

• રાસાયણિક સૂત્ર: $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$
• સામાન્ય નામ: ગ્રીન વિટ્રિઓલ (તેના વિશિષ્ટ લીલા સ્ફટિકમય સ્વરૂપને કારણે)

પ્રયોગશાળામાં બનાવટ

આયર્ન(II) સલ્ફેટ સામાન્ય રીતે આયર્ન ધાતુ (દા.ત., આયર્નના ટુકડા) ને મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરાવીને તૈયાર કરવામાં આવે છે. પછી દ્રાવણને સાંદ્ર કરીને સ્ફટિકીકરણ માટે ઠંડુ કરવામાં આવે છે.

સંતુલિત સમીકરણ: $\text\{Fe(s)\} + \text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq, dil)\} \rightarrow \text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{H\}_2\text\{(g)\}$

$\text\{FeSO\}_4$ દ્રાવણને પછી સ્ફટિકીકરણ કરીને $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$ મેળવવામાં આવે છે. બનાવટ દરમિયાન $\text\{Fe\}^\{2+\}$ નું $\text\{Fe\}^\{3+\}$ માં ઓક્સિડેશન અટકાવવા માટે, દ્રાવણમાં આયર્ન ધાતુનો એક નાનો ટુકડો વારંવાર રાખવામાં આવે છે.

ગુણધર્મો અને પરીક્ષા-સંબંધિત પ્રતિક્રિયાઓ

1. ભૌતિક ગુણધર્મો: સ્ફટિકમય લીલો ઘન, પાણીમાં દ્રાવ્ય, ઉત્ફુલિત (હવાના સંપર્કમાં સ્ફટિકીકરણનું પાણી ગુમાવે છે).
2. ઓક્સિડેશન: જલીય દ્રાવણમાં, $\text\{Fe\}^\{2+\}$ આયનો ખાસ કરીને હવા અને એસિડની હાજરીમાં સરળતાથી $\text\{Fe\}^\{3+\}$ આયનોમાં ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે. $4\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{O\}_2\text\{(g)\} + 2\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. ઉષ્મીય વિઘટન: ગરમ કરવાથી, ગ્રીન વિટ્રિઓલ સૌપ્રથમ તેના સ્ફટિકીકરણનું પાણી ગુમાવે છે અને પછી આયર્ન(III) ઓક્સાઇડ, સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ અને સલ્ફર ટ્રાયોક્સાઇડમાં વિઘટિત થાય છે. $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ $2\text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + \text\{SO\}_2\text\{(g)\} + \text\{SO\}_3\text\{(g)\}$
4. રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ (રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે): $\text\{FeSO\}_4$ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે, ખાસ કરીને એસિડિક માધ્યમમાં, જ્યાં $\text\{Fe\}^\{2+\}$ નું $\text\{Fe\}^\{3+\}$ માં ઓક્સિડેશન થાય છે.
   • એસિડિક પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ ($\text\{KMnO\}_4$) સાથે: $10\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + 2\text\{KMnO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 5\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{MnSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (જાંબલી $\text\{KMnO\}_4$ રંગહીન બને છે કારણ કે $\text\{MnO\}_4^-$ નું $\text\{Mn\}^\{2+\}$ માં રિડક્શન થાય છે)
   • એસિડિક પોટેશિયમ ડાયક્રોમેટ ($\text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7$) સાથે: $6\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 3\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{Cr\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (નારંગી ડાયક્રોમેટ લીલા $\text\{Cr\}^\{3+\}$ માં રિડ્યુસ થાય છે)

2. આયર્ન(III) હાઇડ્રોક્સાઇડ ($\text\{Fe(OH)\}_3$)

• રાસાયણિક સૂત્ર: $\text\{Fe(OH)\}_3$
• સામાન્ય નામ: ફેરિક હાઇડ્રોક્સાઇડ

બનાવટ પ્રક્રિયા

આયર્ન(III) હાઇડ્રોક્સાઇડ સામાન્ય રીતે આયર્ન(III) ક્ષારના જલીય દ્રાવણમાં આલ્કલી (જેમ કે $\text\{NaOH\}$ અથવા $\text\{NH\}_4\text\{OH\}$) ઉમેરીને જિલેટીનસ અવક્ષેપ તરીકે તૈયાર કરવામાં આવે છે.

સંતુલિત સમીકરણ: $\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{NaOH(aq)\} \rightarrow \text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{NaCl(aq)\}$ (લાલ-ભુરો અવક્ષેપ બને છે)

ગુણધર્મો અને પરીક્ષા-સંબંધિત પ્રતિક્રિયાઓ

1. ભૌતિક ગુણધર્મો: લાલ-ભુરો, જિલેટીનસ અવક્ષેપ, પાણીમાં અદ્રાવ્ય.
2. ઉભયધર્મી સ્વભાવ (નબળો): તે એક મૂળભૂત હાઇડ્રોક્સાઇડ છે પરંતુ ખૂબ જ નબળો ઉભયધર્મી ગુણધર્મ દર્શાવે છે, જે મજબૂત આલ્કલીમાં સહેજ દ્રાવ્ય થઈને મેટાફેરાઇટ બનાવે છે. વધુ સ્પષ્ટ રીતે, તે એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે. $\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{HCl(aq)\} \rightarrow \text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. ઉષ્મીય વિઘટન: ગરમ કરવાથી, આયર્ન(III) હાઇડ્રોક્સાઇડ વિઘટિત થઈને આયર્ન(III) ઓક્સાઇડ અને પાણી બનાવે છે. $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ આ પ્રતિક્રિયા નિર્ણાયક છે કારણ કે તે સ્થિર આયર્ન(III) ઓક્સાઇડ બનાવે છે.

3. મહત્વપૂર્ણ આયર્ન ઓક્સાઇડ્સ અને કાટ

આયર્ન ઘણા ઓક્સાઇડ બનાવે છે, જેમાં સૌથી સામાન્ય આયર્ન(II) ઓક્સાઇડ ($\text\{FeO\}$), આયર્ન(III) ઓક્સાઇડ ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$) અને આયર્ન(II,III) ઓક્સાઇડ ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$) છે.

આયર્ન(III) ઓક્સાઇડ ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$)

• રાસાયણિક સૂત્ર: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$
• સામાન્ય નામો: હેમેટાઇટ (મુખ્ય અયસ્ક), ફેરિક ઓક્સાઇડ, રેડ ઓક્રે.
• સંક્ષિપ્ત માર્ગદર્શિકા: એક લાલ-ભુરો ઘન. તે આયર્નનો સૌથી સ્થિર ઓક્સાઇડ અને કાટનો મુખ્ય ઘટક છે. તે ડાયામેગ્નેટિક છે.
  • બનાવટ: $\text\{Fe(OH)\}_3$, $\text\{FeCO\}_3$ અથવા $\text\{FeSO\}_4$ ને સખત ગરમ કરવાથી બને છે. $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$
  • પ્રતિક્રિયાઓ: તે એક મૂળભૂત ઓક્સાઇડ છે, જે એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને આયર્ન(III) ક્ષાર બનાવે છે. $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 6\text\{HCl(aq)\} \rightarrow 2\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$

આયર્ન(II,III) ઓક્સાઇડ ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$)

• રાસાયણિક સૂત્ર: $\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$ ($\text\{FeO\}$ અને $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$ ના મિશ્ર ઓક્સાઇડ તરીકે ગણી શકાય)
• સામાન્ય નામો: મેગ્નેટાઇટ (મુખ્ય અયસ્ક), બ્લેક આયર્ન ઓક્સાઇડ, ફેરોસોફેરિક ઓક્સાઇડ.
• સંક્ષિપ્ત માર્ગદર્શિકા: એક કાળો, સ્ફટિકમય ઘન, જે ફેરોમેગ્નેટિક છે. તે ત્યારે બને છે જ્યારે આયર્ન ઊંચા તાપમાને વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે અથવા આયર્નના ધીમા ઓક્સિડેશન દરમિયાન.
  • બનાવટ: $3\text\{Fe(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{O(g, steam)\} \xrightarrow\{\text\{red hot\}\} \text\{Fe\}_3\text\{O\}_4\text\{(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{(g)\}$

કાટ (હાઇડ્રેટેડ આયર્ન(III) ઓક્સાઇડ)

• રાસાયણિક સૂત્ર: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O\}$
• સંક્ષિપ્ત માર્ગદર્શિકા: કાટ એ લાલ-ભૂરા રંગના ભીંગડાવાળા પદાર્થનું સામાન્ય નામ છે જે ત્યારે બને છે જ્યારે આયર્ન અથવા તેની મિશ્ર ધાતુઓ (જેમ કે સ્ટીલ) લાંબા સમય સુધી ઓક્સિજન અને ભેજના સંપર્કમાં રહે છે. તે એક ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયા છે.

કાટ લાગવાની પ્રક્રિયા: કાટ લાગવા માટે ઓક્સિજન અને પાણી બંને જરૂરી છે. એકંદર સરળીકૃત પ્રક્રિયાને આ રીતે રજૂ કરી શકાય છે: $4\text\{Fe(s)\} + 3\text\{O\}_2\text\{(g)\} + x\text\{H\}_2\text\{O(l)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O(s)\}$

આયર્ન આયનોના તુલનાત્મક ગુણધર્મો ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ વિ $\text\{Fe\}^\{3+\}$)

ગુણધર્મ	આયર્ન(II) આયન ($\text\{Fe\}^\{2+\}$, ફેરસ)	આયર્ન(III) આયન ($\text\{Fe\}^\{3+\}$, ફેરિક)
ઇલેક્ટ્રોનિક સંરચના.	$[\text\{Ar\}] 3\text\{d\}^6$	$[\text\{Ar\}] 3\text\{d\}^5$
રંગ (જલીય)	આછો લીલો	પીળો-ભુરો (દ્રાવણમાં $\text\{Fe(OH)\}_3$ માં જળવિભાજનને કારણે)
સ્થિરતા	ઓછો સ્થિર, સરળતાથી $\text\{Fe\}^\{3+\}$ માં ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે	વધુ સ્થિર
ચુંબકીય સ્વભાવ	પેરામેગ્નેટિક (4 અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન)	પેરામેગ્નેટિક (5 અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન)
રેડોક્સ ગુણધર્મ	સારો રિડ્યુસિંગ એજન્ટ ($\text\{Fe\}^\{3+\}$ માં ઓક્સિડાઇઝ્ડ થાય છે)	નબળો ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ માં રિડ્યુસ થાય છે)
હાઇડ્રોક્સાઇડ	$\text\{Fe(OH)\}_2$, સફેદ/લીલો અવક્ષેપ, ઓક્સિડેશન પર ભૂરા રંગનો થાય છે	$\text\{Fe(OH)\}_3$, લાલ-ભુરો જિલેટીનસ અવક્ષેપ
સલ્ફાઇડ	$\text\{FeS\}$, કાળો અવક્ષેપ	$\text\{Fe\}_2\text\{S\}_3$ અથવા $\text\{FeS\}$ ($\text\{Fe(OH)\}_3$ અને $\text\{H\}_2\text\{S\}$ માં જળવિભાજન થાય છે)