आयरन (Fe) के महत्वपूर्ण रासायनिक यौगिक

आयरन के प्रमुख यौगिकों का परिचय

आयरन (Fe), एक संक्रमण धातु है, जो मुख्य रूप से +2 (फेरस) और +3 (फेरिक) ऑक्सीकरण अवस्थाओं में विभिन्न प्रकार के यौगिक बनाता है। ये यौगिक औद्योगिक प्रक्रियाओं, जैविक प्रणालियों और रोजमर्रा के अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण हैं। हाई स्कूल रसायन विज्ञान के लिए, उनकी तैयारी, गुण और अभिक्रियाओं को समझना आवश्यक है।

1. आयरन(II) सल्फेट हेप्टाहाइड्रेट ($\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$)

• रासायनिक सूत्र: $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$
• सामान्य नाम: ग्रीन विट्रिओल (इसके विशिष्ट हरे क्रिस्टलीय रूप के कारण)

प्रयोगशाला में तैयारी

आयरन(II) सल्फेट को आमतौर पर आयरन धातु (जैसे, लोहे की छीलन) की तनु सल्फ्यूरिक एसिड के साथ अभिक्रिया द्वारा तैयार किया जाता है। फिर घोल को सांद्रित किया जाता है और क्रिस्टलीकरण की अनुमति देने के लिए ठंडा किया जाता है।

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

$\text\{FeSO\}_4$ विलयन को फिर क्रिस्टलीकृत करके $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$ प्राप्त किया जाता है। तैयारी के दौरान $\text\{Fe\}^\{2+\}$ के $\text\{Fe\}^\{3+\}$ में ऑक्सीकरण को रोकने के लिए, लोहे का एक छोटा टुकड़ा अक्सर घोल में रखा जाता है।

गुण और परीक्षा-संबंधित अभिक्रियाएँ

1. भौतिक गुण: क्रिस्टलीय हरा ठोस, पानी में घुलनशील, उत्फुल्लनशील (हवा के संपर्क में क्रिस्टलीकरण का पानी खो देता है)।
2. ऑक्सीकरण: जलीय घोल में, $\text\{Fe\}^\{2+\}$ आयन आसानी से $\text\{Fe\}^\{3+\}$ आयनों में ऑक्सीकृत हो जाते हैं, खासकर हवा और अम्ल की उपस्थिति में। $4\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{O\}_2\text\{(g)\} + 2\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. ऊष्मीय अपघटन: गर्म करने पर, ग्रीन विट्रिओल पहले अपने क्रिस्टलीकरण का पानी खो देता है और फिर आयरन(III) ऑक्साइड, सल्फर डाइऑक्साइड और सल्फर ट्राइऑक्साइड में अपघटित हो जाता है। $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ $2\text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + \text\{SO\}_2\text\{(g)\} + \text\{SO\}_3\text\{(g)\}$
4. रेडॉक्स अभिक्रियाएँ (अपचायक के रूप में): $\text\{FeSO\}_4$ एक अपचायक के रूप में कार्य करता है, विशेष रूप से अम्लीय माध्यम में, जहाँ $\text\{Fe\}^\{2+\}$ का ऑक्सीकरण $\text\{Fe\}^\{3+\}$ में होता है।
   • अम्लीय पोटेशियम परमैंगनेट ($\text\{KMnO\}_4$) के साथ: $10\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + 2\text\{KMnO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 5\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{MnSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (बैंगनी $\text\{KMnO\}_4$ विरंजित हो जाता है क्योंकि $\text\{MnO\}_4^-$ का $\text\{Mn\}^\{2+\}$ में अपचयन होता है)
   • अम्लीय पोटेशियम डाइक्रोमेट ($\text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7$) के साथ: $6\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 3\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{Cr\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (नारंगी डाइक्रोमेट का हरे $\text\{Cr\}^\{3+\}$ में अपचयन होता है)

2. आयरन(III) हाइड्रॉक्साइड ($\text\{Fe(OH)\}_3$)

• रासायनिक सूत्र: $\text\{Fe(OH)\}_3$
• सामान्य नाम: फेरिक हाइड्रॉक्साइड

तैयारी प्रक्रिया

आयरन(III) हाइड्रॉक्साइड को आमतौर पर आयरन(III) लवण के जलीय घोल में एक क्षार (जैसे $\text\{NaOH\}$ या $\text\{NH\}_4\text\{OH\}$) मिलाकर एक जिलेटिनस अवक्षेप के रूप में तैयार किया जाता है।

संतुलित समीकरण: $\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{NaOH(aq)\} \rightarrow \text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{NaCl(aq)\}$ (एक लाल-भूरा अवक्षेप बनता है)

गुण और परीक्षा-संबंधित अभिक्रियाएँ

1. भौतिक गुण: लाल-भूरा, जिलेटिनस अवक्षेप, पानी में अघुलनशील।
2. उभयधर्मी प्रकृति (कमजोर): यह एक क्षारीय हाइड्रॉक्साइड है लेकिन बहुत कमजोर उभयधर्मी चरित्र दिखाता है, मजबूत क्षार में थोड़ा घुल जाता है और एक मेटाफेराइट बनाता है। अधिक प्रमुख रूप से, यह अम्लों के साथ अभिक्रिया करता है। $\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{HCl(aq)\} \rightarrow \text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. ऊष्मीय अपघटन: गर्म करने पर, आयरन(III) हाइड्रॉक्साइड आयरन(III) ऑक्साइड और पानी बनाने के लिए अपघटित हो जाता है। $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ यह अभिक्रिया महत्वपूर्ण है क्योंकि यह स्थिर आयरन(III) ऑक्साइड बनाती है।

3. महत्वपूर्ण आयरन ऑक्साइड और जंग

आयरन कई ऑक्साइड बनाता है, जिनमें सबसे आम आयरन(II) ऑक्साइड ($\text\{FeO\}$), आयरन(III) ऑक्साइड ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$), और आयरन(II,III) ऑक्साइड ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$) हैं।

आयरन(III) ऑक्साइड ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$)

• रासायनिक सूत्र: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$
• सामान्य नाम: हेमेटाइट (प्रमुख अयस्क), फेरिक ऑक्साइड, रेड ओचर।
• संक्षिप्त मार्गदर्शिका: एक लाल-भूरा ठोस। यह लोहे का सबसे स्थिर ऑक्साइड है और जंग का मुख्य घटक है। यह प्रतिचुंबकीय होता है।
  • तैयारी: $\text\{Fe(OH)\}_3$, $\text\{FeCO\}_3$, या $\text\{FeSO\}_4$ को तीव्र गर्म करने से बनता है। $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$
  • अभिक्रियाएँ: यह एक क्षारीय ऑक्साइड है, जो अम्लों के साथ अभिक्रिया करके आयरन(III) लवण बनाता है। $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 6\text\{HCl(aq)\} \rightarrow 2\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$

आयरन(II,III) ऑक्साइड ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$)

• रासायनिक सूत्र: $\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$ (इसे $\text\{FeO\}$ और $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$ का मिश्रित ऑक्साइड माना जा सकता है)
• सामान्य नाम: मैग्नेटाइट (प्रमुख अयस्क), ब्लैक आयरन ऑक्साइड, फेरोसोफेरिक ऑक्साइड।
• संक्षिप्त मार्गदर्शिका: एक काला, क्रिस्टलीय ठोस, जो लौह-चुंबकीय है। यह तब बनता है जब लोहा उच्च तापमान पर भाप के साथ अभिक्रिया करता है या लोहे के धीमे ऑक्सीकरण के दौरान।
  • तैयारी: $3\text\{Fe(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{O(g, steam)\} \xrightarrow\{\text\{red hot\}\} \text\{Fe\}_3\text\{O\}_4\text\{(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{(g)\}$

जंग (हाइड्रेटेड आयरन(III) ऑक्साइड)

• रासायनिक सूत्र: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O\}$
• संक्षिप्त मार्गदर्शिका: जंग लाल-भूरे रंग के परतदार पदार्थ का सामान्य नाम है जो तब बनता है जब लोहा या उसके मिश्र धातु (जैसे स्टील) को लंबे समय तक ऑक्सीजन और नमी के संपर्क में रखा जाता है। यह एक विद्युत रासायनिक प्रक्रिया है।

जंग लगने की प्रक्रिया: जंग लगने के लिए ऑक्सीजन और पानी दोनों की आवश्यकता होती है। समग्र सरलीकृत प्रक्रिया को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है: $4\text\{Fe(s)\} + 3\text\{O\}_2\text\{(g)\} + x\text\{H\}_2\text\{O(l)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O(s)\}$

आयरन आयनों के तुलनात्मक गुण ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ बनाम $\text\{Fe\}^\{3+\}$)

गुण	आयरन(II) आयन ($\text\{Fe\}^\{2+\}$, फेरस)	आयरन(III) आयन ($\text\{Fe\}^\{3+\}$, फेरिक)
इलेक्ट्रॉनिक विन्यास	$[\text\{Ar\}] 3\text\{d\}^6$	$[\text\{Ar\}] 3\text\{d\}^5$
रंग (जलीय)	हल्का हरा	पीला-भूरा (घोल में $\text\{Fe(OH)\}_3$ में जल-अपघटन के कारण)
स्थिरता	कम स्थिर, आसानी से $\text\{Fe\}^\{3+\}$ में ऑक्सीकृत हो जाता है	अधिक स्थिर
चुंबकीय प्रकृति	अनुचुंबकीय (4 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन)	अनुचुंबकीय (5 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन)
रेडॉक्स गुण	अच्छा अपचायक ($\text\{Fe\}^\{3+\}$ में ऑक्सीकृत होता है)	कमजोर ऑक्सीकारक ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ में अपचयित होता है)
हाइड्रॉक्साइड	$\text\{Fe(OH)\}_2$, सफेद/हरा अवक्षेप, ऑक्सीकरण पर भूरा हो जाता है	$\text\{Fe(OH)\}_3$, लाल-भूरा जिलेटिनस अवक्षेप
सल्फाइड	$\text\{FeS\}$, काला अवक्षेप	$\text\{Fe\}_2\text\{S\}_3$ या $\text\{FeS\}$ (जल-अपघटन द्वारा $\text\{Fe(OH)\}_3$ और $\text\{H\}_2\text\{S\}$ बनाता है)