लोह (Fe): गुणधर्म आणि अभिक्रिया

रासायनिक गुणधर्मांचे विहंगावलोकन

लोह (Fe) हा 26 अणुक्रमांक असलेला d-ब्लॉक संक्रमणी धातू आहे. तो बदलणारी संयुजा दर्शवितो, मुख्यतः +2 (फेरस) आणि +3 (फेरिक), ज्यामध्ये सामान्य परिस्थितीत +3 अधिक स्थिर असतो.

अभिक्रियाशीलतेच्या श्रेणीतील स्थान

लोह अभिक्रियाशीलतेच्या श्रेणीत हायड्रोजनच्या वर (H पेक्षा अधिक अभिक्रियाशील) परंतु Na, K, Ca, Mg आणि Al सारख्या अधिक अभिक्रियाशील धातूंच्या खाली ठेवला जातो. हे आम्ल आणि वाफेतून हायड्रोजन विस्थापित करण्याची त्याची क्षमता दर्शवते.

विद्युतऋणता (Electronegativity)

लोहाची विद्युतऋणता (पॉलिंग स्केलनुसार) अंदाजे 1.83 आहे. हे मूल्य धातूंचे वैशिष्ट्य आहे आणि रासायनिक अभिक्रियांमध्ये इलेक्ट्रॉन गमावण्याची त्याची प्रवृत्ती दर्शवते.

सामान्य अभिक्रियाशीलता

लोह हा मध्यम अभिक्रियाशील धातू आहे. तो सहजपणे ऑक्सिडेशन करतो, विशेषतः आर्द्रतेच्या उपस्थितीत. तो आम्ल, वाफ आणि हॅलोजन यांच्याशी अभिक्रिया करून आयनिक संयुगे (ionic compounds) तयार करतो.

हवा आणि ऑक्सिजनची क्रिया

1. कोरड्या हवा/ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया

खोलीच्या तापमानावर, लोह कोरड्या हवा किंवा ऑक्सिजनशी अभिक्रिया करत नाही.

2. दमट हवा/ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया (गंजणे)

ऑक्सिजन आणि आर्द्रता या दोन्हीच्या उपस्थितीत, लोहाचे क्षरण होते, ज्याला सामान्यतः गंजणे म्हणतात. यामुळे जलयुक्त फेरिक ऑक्साईड (hydrated ferric oxide) तयार होते. ही एक विद्युतरासायनिक प्रक्रिया आहे. एकूण सरलीकृत अभिक्रिया: 4Fe(s) + 3O2(g) + 2xH2O(l) → 2Fe2O3⋅xH2O(s) (लाल-तपकिरी जलयुक्त फेरिक ऑक्साईड, सामान्यतः गंज म्हणून ओळखले जाते)

3. तापवल्यावर ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया

हवा किंवा ऑक्सिजनमध्ये गरम केल्यावर, लोह जळून मॅग्नेटिक आयर्न ऑक्साईड (iron(II,III) oxide) तयार होते. 3Fe(s) + 2O2(g) \xrightarrow\{\text\{heat\}\} Fe3O4(s) (मॅग्नेटिक आयर्न ऑक्साईड)

पाणी आणि वाफेची क्रिया

1. थंड पाण्यासोबत अभिक्रिया

लोह थंड किंवा उकळलेल्या पाण्याशी अभिक्रिया करत नाही.

2. वाफेशी अभिक्रिया

जेव्हा लाल गरम लोह वाफेतून जाते, तेव्हा मॅग्नेटिक आयर्न ऑक्साईड (Fe3O4) आणि हायड्रोजन वायू तयार होतो. 3Fe(s) + 4H2O(g) \xrightarrow\{\text\{red heat\}\} Fe3O4(s) + 4H2(g)

आम्ल आणि आम्लारीची क्रिया

1. आम्लांची क्रिया

a. विरल हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl)

लोह विरल HCl सोबत अभिक्रिया करून फेरस क्लोराईड (ferrous chloride) आणि हायड्रोजन वायू तयार करतो. Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl2(aq) + H2(g) (फेरस क्लोराईड)

b. विरल सल्फ्यूरिक आम्ल (H2SO4)

लोह विरल H2SO4 सोबत अभिक्रिया करून फेरस सल्फेट (ferrous sulfate) आणि हायड्रोजन वायू तयार करतो. Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g) (फेरस सल्फेट)

c. विरल नायट्रिक आम्ल (HNO3)

लोह विरल नायट्रिक आम्लासोबत अभिक्रिया करून फेरस नायट्रेट (ferrous nitrate), नायट्रिक ऑक्साईड (nitric oxide) आणि पाणी तयार करतो. 3Fe(s) + 8HNO3(dilute)(aq) → 3Fe(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l) (फेरस नायट्रेट)

d. सहत सल्फ्यूरिक आम्ल (H2SO4)

गरम सहत सल्फ्यूरिक आम्लासोबत, लोह अभिक्रिया करून फेरिक सल्फेट (ferric sulfate), सल्फर डायऑक्साइड (sulfur dioxide) आणि पाणी तयार करतो. 2Fe(s) + 6H2SO4(conc.)(hot)(aq) → Fe2(SO4)3(aq) + 3SO2(g) + 6H2O(l) (फेरिक सल्फेट)

e. सहत नायट्रिक आम्ल (HNO3)

सहत नायट्रिक आम्ल लोहावर एक पातळ, अभेद्य, संरक्षणात्मक लोह ऑक्साईडचा थर (उदा. Fe2O3 किंवा Fe3O4) तयार झाल्यामुळे लोहाला निष्क्रिय बनवते. यामुळे पुढील अभिक्रिया थांबते.

2. आम्लारीची क्रिया

लोह सामान्यतः आम्लारींच्या (bases) जलीय द्रावणांशी अभिक्रिया करत नाही.

महत्त्वाच्या प्रयोगशाळा चाचण्या/ओळख अभिक्रिया

फेरस (Fe²⁺) आयनांची ओळख

1. सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) द्रावणासोबत: फेरस हायड्रॉक्साईडचा (ferrous hydroxide) गलिच्छ हिरवा अवक्षेप, जो जास्त NaOH मध्ये अविद्राव्य असतो. Fe²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Fe(OH)2(s)

2. अमोनियम हायड्रॉक्साईड (NH4OH) द्रावणासोबत: फेरस हायड्रॉक्साईडचा (ferrous hydroxide) गलिच्छ हिरवा अवक्षेप, जो जास्त NH4OH मध्ये अविद्राव्य असतो. Fe²⁺(aq) + 2NH4OH(aq) → Fe(OH)2(s) + 2NH4⁺(aq)

3. पोटॅशियम फेरिसायनाइड (K3[Fe(CN)6]) द्रावणासोबत: टर्नबुलचे निळे (Turnbull’s Blue) म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या गडद निळ्या अवक्षेपाची निर्मिती. 3Fe²⁺(aq) + 2[Fe(CN)6]³⁻(aq) → Fe3[Fe(CN)6]2(s)

फेरिक (Fe³⁺) आयनांची ओळख

1. सोडियम हायड्रॉक्साईड (NaOH) द्रावणासोबत: फेरिक हायड्रॉक्साईडचा (ferric hydroxide) लालसर-तपकिरी जिलेटीनयुक्त अवक्षेप, जो जास्त NaOH मध्ये अविद्राव्य असतो. Fe³⁺(aq) + 3OH⁻(aq) → Fe(OH)3(s)

2. अमोनियम हायड्रॉक्साईड (NH4OH) द्रावणासोबत: फेरिक हायड्रॉक्साईडचा (ferric hydroxide) लालसर-तपकिरी जिलेटीनयुक्त अवक्षेप, जो जास्त NH4OH मध्ये अविद्राव्य असतो. Fe³⁺(aq) + 3NH4OH(aq) → Fe(OH)3(s) + 3NH4⁺(aq)

3. पोटॅशियम फेरोसायनाइड (K4[Fe(CN)6]) द्रावणासोबत: प्रशियन ब्लू (Prussian Blue) म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या गडद निळ्या अवक्षेपाची निर्मिती. 4Fe³⁺(aq) + 3[Fe(CN)6]⁴⁻(aq) → Fe4[Fe(CN)6]3(s)

4. पोटॅशियम थायोसायनेट (KCNS) किंवा अमोनियम थायोसायनेट (NH4CNS) द्रावणासोबत: फेरिक थायोसायनेट संकुलाच्या (ferric thiocyanate complex) निर्मितीमुळे रक्त-लाल रंग (blood-red coloration). Fe³⁺(aq) + 3CNS⁻(aq) → Fe(CNS)3(aq) (रक्त-लाल रंग)