लोह (Fe) ची महत्त्वाची रासायनिक संयुगे

लोहाच्या (Fe) प्रमुख संयुगांची ओळख

लोह (Fe), एक संक्रमण धातू, +2 (फेरस) आणि +3 (फेरिक) या मुख्य ऑक्सिडेशन अवस्थांमध्ये विविध प्रकारची संयुगे तयार करतो. ही संयुगे औद्योगिक प्रक्रिया, जैविक प्रणाली आणि दैनंदिन उपयोगांमध्ये महत्त्वाची आहेत. उच्च माध्यमिक रसायनशास्त्रासाठी, त्यांची निर्मिती, गुणधर्म आणि अभिक्रिया समजून घेणे आवश्यक आहे.

1. आयर्न(II) सल्फेट हेप्टाहायड्रेट (\text{FeSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O})

• रासायनिक सूत्र: $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$
• सामान्य नाव: ग्रीन विट्रिओल (त्याच्या विशिष्ट हिरव्या स्फटिकाच्या स्वरूपामुळे)

प्रयोगशाळेतील निर्मिती

आयर्न(II) सल्फेट सामान्यतः लोह धातूची (उदा. लोह कीस) सौम्य सल्फ्यूरिक आम्लासोबत अभिक्रिया करून तयार केले जाते. त्यानंतर द्रावण संहत करून स्फटिकीकरणासाठी थंड केले जाते.

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

त्यानंतर $\text\{FeSO\}_4$ द्रावणाचे स्फटिकीकरण करून $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$ मिळवले जाते. निर्मिती दरम्यान $\text\{Fe\}^\{2+\}$ चे $\text\{Fe\}^\{3+\}$ मध्ये ऑक्सिडेशन होऊ नये म्हणून, द्रावणात बऱ्याचदा लोह धातूचा एक छोटा तुकडा ठेवला जातो.

गुणधर्म आणि परीक्षेच्या दृष्टीने महत्त्वाच्या अभिक्रिया

1. भौतिक गुणधर्म: स्फटिकी हिरवा घन पदार्थ, पाण्यात विद्राव्य, उत्फुल्ली (हवेच्या संपर्कात आल्यावर स्फटिकीकरणाचे पाणी गमावते).
2. ऑक्सिडेशन: जलीय द्रावणामध्ये, $\text\{Fe\}^\{2+\}$ आयन सहजपणे $\text\{Fe\}^\{3+\}$ आयनमध्ये ऑक्सिडाइज होतात, विशेषतः हवा आणि आम्लाच्या उपस्थितीत. $4\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{O\}_2\text\{(g)\} + 2\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. औष्णिक अपघटन: गरम केल्यावर, ग्रीन विट्रिओल प्रथम स्फटिकीकरणाचे पाणी गमावते आणि नंतर आयर्न(III) ऑक्साईड, सल्फर डायऑक्साइड आणि सल्फर ट्रायऑक्साइडमध्ये अपघटन पावते. $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ $2\text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + \text\{SO\}_2\text\{(g)\} + \text\{SO\}_3\text\{(g)\}$
4. रेडॉक्स अभिक्रिया (क्षपणक म्हणून): $\text\{FeSO\}_4$ एक क्षपणक म्हणून कार्य करते, विशेषतः आम्लयुक्त माध्यमात, जिथे $\text\{Fe\}^\{2+\}$ चे $\text\{Fe\}^\{3+\}$ मध्ये ऑक्सिडेशन होते.
   • आम्लयुक्त पोटॅशियम परमँगनेट ($\text\{KMnO\}_4$) सोबत: $10\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + 2\text\{KMnO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 5\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{MnSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (जांभळ्या रंगाचे $\text\{KMnO\}_4$ रंगहीन होते कारण $\text\{MnO\}_4^-$ चे $\text\{Mn\}^\{2+\}$ मध्ये क्षपण होते)
   • आम्लयुक्त पोटॅशियम डायक्रोमेट ($\text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7$) सोबत: $6\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 3\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{Cr\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (केशरी डायक्रोमेटचे हिरव्या $\text\{Cr\}^\{3+\}$ मध्ये क्षपण होते)

2. आयर्न(III) हायड्रॉक्साईड ($\text\{Fe(OH)\}_3$)

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

निर्मिती प्रक्रिया

आयर्न(III) हायड्रॉक्साईड सामान्यतः आयर्न(III) लवणाच्या जलीय द्रावणात अल्कली (जसे की $\text\{NaOH\}$ किंवा $\text\{NH\}_4\text\{OH\}$) टाकून जेलाटिनमय अवक्षेप म्हणून तयार केले जाते.

संतुलित समीकरण: $\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{NaOH(aq)\} \rightarrow \text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{NaCl(aq)\}$ (लालसर-तपकिरी अवक्षेप तयार होतो)

गुणधर्म आणि परीक्षेच्या दृष्टीने महत्त्वाच्या अभिक्रिया

1. भौतिक गुणधर्म: लालसर-तपकिरी, जेलाटिनमय अवक्षेप, पाण्यात अविद्राव्य.
2. उभयधर्मी स्वरूप (कमजोर): हे एक आम्लारीधर्मी हायड्रॉक्साईड आहे, परंतु ते खूप कमकुवत उभयधर्मी स्वरूप दर्शवते, मजबूत अल्कलीमध्ये अंशतः विरघळून मेटाफेराइट तयार करते. अधिक प्रामुख्याने, ते आम्लासोबत अभिक्रिया करते. $\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{HCl(aq)\} \rightarrow \text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. औष्णिक अपघटन: गरम केल्यावर, आयर्न(III) हायड्रॉक्साईडचे अपघटन होऊन आयर्न(III) ऑक्साईड आणि पाणी तयार होते. $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ ही अभिक्रिया महत्त्वपूर्ण आहे कारण ती स्थिर आयर्न(III) ऑक्साईड तयार करते.

3. महत्त्वाची लोह ऑक्साईड आणि गंज

लोह अनेक ऑक्साईड्स तयार करतो, त्यापैकी सर्वात सामान्य म्हणजे आयर्न(II) ऑक्साईड ($\text\{FeO\}$), आयर्न(III) ऑक्साईड ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$) आणि आयर्न(II,III) ऑक्साईड ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$).

आयर्न(III) ऑक्साईड ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$)

• रासायनिक सूत्र: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$
• सामान्य नावे: हेमेटाइट (प्रमुख धातू खनिजे), फेरिक ऑक्साईड, रेड ऑकर.
• संक्षिप्त मार्गदर्शन: लालसर-तपकिरी घन पदार्थ. हे लोहाचे सर्वात स्थिर ऑक्साईड आणि गंजाचा मुख्य घटक आहे. ते डायमॅग्नेटिक आहे.
  • निर्मिती: $\text\{Fe(OH)\}_3$, $\text\{FeCO\}_3$, किंवा $\text\{FeSO\}_4$ ला जोरदार गरम करून तयार होते. $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$
  • अभिक्रिया: हे एक आम्लारीधर्मी ऑक्साईड आहे, जे आम्लासोबत अभिक्रिया करून आयर्न(III) लवणे तयार करते. $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 6\text\{HCl(aq)\} \rightarrow 2\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$

आयर्न(II,III) ऑक्साईड ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$)

• रासायनिक सूत्र: $\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$ ($\text\{FeO\}$ आणि $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$ चे मिश्र ऑक्साईड मानले जाऊ शकते)
• सामान्य नावे: मॅग्नेटाइट (प्रमुख धातू खनिजे), ब्लॅक आयर्न ऑक्साईड, फेरोसोफेरिक ऑक्साईड.
• संक्षिप्त मार्गदर्शन: एक काळा, स्फटिकी घन पदार्थ, जो फेरोमॅग्नेटिक आहे. लोह उच्च तापमानात वाफेसोबत अभिक्रिया करतो तेव्हा किंवा लोहाच्या मंद ऑक्सिडेशन दरम्यान ते तयार होते.
  • निर्मिती: $3\text\{Fe(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{O(g, steam)\} \xrightarrow\{\text\{red hot\}\} \text\{Fe\}_3\text\{O\}_4\text\{(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{(g)\}$

गंज (हायड्रेटेड आयर्न(III) ऑक्साईड)

• रासायनिक सूत्र: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O\}$
• संक्षिप्त मार्गदर्शन: गंज हे लालसर-तपकिरी रंगाच्या पापुद्रेदार पदार्थाचे सामान्य नाव आहे जो लोह किंवा त्याच्या मिश्रधातू (जसे की स्टील) दीर्घकाळ ऑक्सिजन आणि आर्द्रतेच्या संपर्कात आल्यावर तयार होतो. ही एक विद्युतरासायनिक प्रक्रिया आहे.

गंजण्याची प्रक्रिया: गंजण्यासाठी ऑक्सिजन आणि पाणी दोन्ही आवश्यक आहेत. एकूण सोपी प्रक्रिया खालीलप्रमाणे दर्शविली जाऊ शकते: $4\text\{Fe(s)\} + 3\text\{O\}_2\text\{(g)\} + x\text\{H\}_2\text\{O(l)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O(s)\}$

लोह आयनांचे तुलनात्मक गुणधर्म ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ वि $\text\{Fe\}^\{3+\}$)

गुणधर्म	आयर्न(II) आयन ($\text\{Fe\}^\{2+\}$, फेरस)	आयर्न(III) आयन ($\text\{Fe\}^\{3+\}$, फेरिक)
इलेक्ट्रॉनिक संरूपण	$[ ext\{Ar\}] 3\text\{d\}^6$	$[ ext\{Ar\}] 3\text\{d\}^5$
रंग (जलीय द्रावण)	फिकट हिरवा	पिवळसर-तपकिरी (द्रावणात $\text\{Fe(OH)\}_3$ मध्ये जल अपघटन झाल्यामुळे)
स्थिरता	कमी स्थिर, सहजपणे $\text\{Fe\}^\{3+\}$ मध्ये ऑक्सिडाइज होतो	अधिक स्थिर
चुंबकीय स्वरूप	पॅरामॅग्नेटिक (4 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन)	पॅरामॅग्नेटिक (5 अयुग्मित इलेक्ट्रॉन)
रेडॉक्स वैशिष्ट्य	चांगला क्षपणक ($\text\{Fe\}^\{3+\}$ मध्ये ऑक्सिडाइज होतो)	कमकुवत ऑक्सिडीकारक ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ मध्ये क्षपण होते)
हायड्रॉक्साईड	$\text\{Fe(OH)\}_2$, पांढरा/हिरवा अवक्षेप, ऑक्सिडेशनवर तपकिरी होतो	$\text\{Fe(OH)\}_3$, लालसर-तपकिरी जेलाटिनमय अवक्षेप
सल्फाईड	$\text\{FeS\}$, काळा अवक्षेप	$\text\{Fe\}_2\text\{S\}_3$ किंवा $\text\{FeS\}$ ($\text\{Fe(OH)\}_3$ आणि $\text\{H\}_2\text\{S\}$ मध्ये जल अपघटन होते)