இரும்பின் (Fe) முக்கியமான வேதியியல் சேர்மங்கள்

இரும்பின் முக்கிய சேர்மங்களுக்கான அறிமுகம்

இரும்பு (Fe) ஒரு இடைநிலை உலோகம் ஆகும். இது முதன்மையாக +2 (ஃபெரஸ்) மற்றும் +3 (ஃபெரிக்) ஆக்சிஜனேற்ற நிலைகளில் பலவிதமான சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது. இந்த சேர்மங்கள் தொழில்துறை செயல்முறைகள், உயிரியல் அமைப்புகள் மற்றும் அன்றாடப் பயன்பாடுகளில் முக்கியமானவை. உயர்நிலைப் பள்ளி வேதியியலைப் பொறுத்தவரை, அவற்றின் தயாரிப்பு, பண்புகள் மற்றும் வினைகள் பற்றிய புரிதல் அவசியம்.

1. இரும்பு(II) சல்பேட் ஹெப்டாஹைட்ரேட் (\text{FeSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O})

• வேதியியல் வாய்ப்பாடு: $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$
• பொதுப் பெயர்: கிரீன் விட்ரியால் (அதன் தனித்துவமான பச்சை படிக வடிவம் காரணமாக)

ஆய்வகத் தயாரிப்பு

இரும்பு(II) சல்பேட் பொதுவாக இரும்பு உலோகம் (எ.கா., இரும்புத் தூள்) நீர்த்த சல்பூரிக் அமிலத்துடன் வினைபுரிவதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகிறது. பின்னர் கரைசல் செறிவூட்டப்பட்டு, படிகமாக்கலுக்கு அனுமதிக்க குளிர்விக்கப்படுகிறது.

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

பின்னர் $\text\{FeSO\}_4$ கரைசல் படிகமாக்கப்பட்டு $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$ பெறப்படுகிறது. தயாரிப்பின் போது $\text\{Fe\}^\{2+\}$ அயனியானது $\text\{Fe\}^\{3+\}$ ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைவதைத் தடுக்க, ஒரு சிறிய இரும்புத் துண்டு கரைசலில் வைக்கப்படுகிறது.

பண்புகள் மற்றும் தேர்வு தொடர்பான வினைகள்

1. இயற்பியல் பண்புகள்: படிகப் பச்சை திடப்பொருள், நீரில் கரையக்கூடியது, வெளிர்வுத்தன்மை கொண்டது (காற்றில் வெளிப்படும் போது படிகநீர் இழக்கிறது).
2. ஆக்சிஜனேற்றம்: நீர்க்கரைசலில், $\text\{Fe\}^\{2+\}$ அயனிகள் காற்றில் மற்றும் அமிலத்தின் முன்னிலையில் எளிதில் $\text\{Fe\}^\{3+\}$ அயனிகளாக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைகின்றன. $4\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{O\}_2\text\{(g)\} + 2\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. வெப்பச் சிதைவு: வெப்பப்படுத்தும் போது, கிரீன் விட்ரியால் முதலில் அதன் படிகநீரை இழந்து, பின்னர் இரும்பு(III) ஆக்சைடு, சல்பர் டை ஆக்சைடு மற்றும் சல்பர் ட்ரை ஆக்சைடு என சிதைகிறது. $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ $2\text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + \text\{SO\}_2\text\{(g)\} + \text\{SO\}_3\text\{(g)\}$
4. ரெடாக்ஸ் வினைகள் (ஒடுக்கும் காரணியாக): $\text\{FeSO\}_4$ ஒரு ஒடுக்கும் காரணியாக செயல்படுகிறது, குறிப்பாக அமிலச் சூழலில் $\text\{Fe\}^\{2+\}$ அயனியானது $\text\{Fe\}^\{3+\}$ ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைகிறது.
   • அமிலமாக்கப்பட்ட பொட்டாசியம் பெர்மாங்கனேட்டுடன் ($\text\{KMnO\}_4$): $10\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + 2\text\{KMnO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 5\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{MnSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (ஊதா நிற $\text\{KMnO\}_4$ ஆனது $\text\{MnO\}_4^-$ அயனியானது $\text\{Mn\}^\{2+\}$ ஆக ஒடுக்கப்படுவதால் நிறமிழக்கிறது)
   • அமிலமாக்கப்பட்ட பொட்டாசியம் டைகுரோமேட்டுடன் ($\text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7$): $6\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 3\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{Cr\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (ஆரஞ்சு நிற டைகுரோமேட் ஆனது பச்சை நிற $\text\{Cr\}^\{3+\}$ ஆக ஒடுக்கப்படுகிறது)

2. இரும்பு(III) ஹைட்ராக்சைடு ($\text\{Fe(OH)\}_3$)

• வேதியியல் வாய்ப்பாடு: $\text\{Fe(OH)\}_3$
• பொதுப் பெயர்: ஃபெரிக் ஹைட்ராக்சைடு

தயாரிப்பு செயல்முறை

இரும்பு(III) ஹைட்ராக்சைடு பொதுவாக ஒரு இரும்பு(III) உப்புக் கரைசலுடன் ஒரு காரத்தை (எ.கா., $\text\{NaOH\}$ அல்லது $\text\{NH\}_4\text\{OH\}$) சேர்ப்பதன் மூலம் ஒரு ஜெலட்டின் போன்ற வீழ்படிவாக தயாரிக்கப்படுகிறது.

சமன்படுத்தப்பட்ட சமன்பாடு: $\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{NaOH(aq)\} \rightarrow \text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{NaCl(aq)\}$ (ஒரு செம்பழுப்பு நிற வீழ்படிவு உருவாகிறது)

பண்புகள் மற்றும் தேர்வு தொடர்பான வினைகள்

1. இயற்பியல் பண்புகள்: செம்பழுப்பு நிற, ஜெலட்டின் போன்ற வீழ்படிவு, நீரில் கரையாதது.
2. ஈரியல்பு தன்மை (பலவீனமாக): இது ஒரு கார ஹைட்ராக்சைடு ஆகும், ஆனால் மிக பலவீனமான ஈரியல்பு தன்மையை வெளிப்படுத்துகிறது, வலிமையான காரங்களில் சிறிதளவு கரைந்து ஒரு மெட்டாஃபெரைட்டை உருவாக்குகிறது. மேலும் முக்கியமாக, இது அமிலங்களுடன் வினைபுரிகிறது. $\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{HCl(aq)\} \rightarrow \text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. வெப்பச் சிதைவு: வெப்பப்படுத்தும் போது, இரும்பு(III) ஹைட்ராக்சைடு சிதைந்து இரும்பு(III) ஆக்சைடு மற்றும் நீரை உருவாக்குகிறது. $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ இந்த வினை நிலையான இரும்பு(III) ஆக்சைடை உருவாக்குவதால் முக்கியமானது.

3. முக்கியமான இரும்பு ஆக்சைடுகள் மற்றும் துரு

இரும்பு பல ஆக்சைடுகளை உருவாக்குகிறது, அவற்றில் மிகவும் பொதுவானவை இரும்பு(II) ஆக்சைடு ($\text\{FeO\}$), இரும்பு(III) ஆக்சைடு ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$) மற்றும் இரும்பு(II,III) ஆக்சைடு ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$) ஆகும்.

இரும்பு(III) ஆக்சைடு ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$)

• வேதியியல் வாய்ப்பாடு: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$
• பொதுப் பெயர்கள்: ஹேமடைட் (முக்கிய தாது), ஃபெரிக் ஆக்சைடு, சிகப்பு ஓக்கர்.
• சுருக்கமான வழிகாட்டி: ஒரு செம்பழுப்பு நிற திடப்பொருள். இது இரும்பின் மிகவும் நிலையான ஆக்சைடு மற்றும் துருவின் முக்கிய கூறு ஆகும். இது டயாமக்னடிக் தன்மை கொண்டது.
  • தயாரிப்பு: $\text\{Fe(OH)\}_3$, $\text\{FeCO\}_3$ அல்லது $\text\{FeSO\}_4$ ஆகியவற்றை அதிக வெப்பநிலைக்கு சூடாக்குவதன் மூலம் உருவாகிறது. $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$
  • வினைகள்: இது ஒரு கார ஆக்சைடு, அமிலங்களுடன் வினைபுரிந்து இரும்பு(III) உப்புகளை உருவாக்குகிறது. $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 6\text\{HCl(aq)\} \rightarrow 2\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$

இரும்பு(II,III) ஆக்சைடு ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$)

• வேதியியல் வாய்ப்பாடு: $\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$ ($\text\{FeO\}$ மற்றும் $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$ ஆகியவற்றின் கலப்பு ஆக்சைடாகக் கருதலாம்)
• பொதுப் பெயர்கள்: மேக்னடைட் (முக்கிய தாது), கருப்பு இரும்பு ஆக்சைடு, ஃபெரோசோஃபெரிக் ஆக்சைடு.
• சுருக்கமான வழிகாட்டி: ஒரு கருப்பு, படிகத் திடப்பொருள், இது ஃபெரோமக்னடிக் தன்மை கொண்டது. இரும்பு அதிக வெப்பநிலையில் நீராவியுடன் வினைபுரியும் போது அல்லது இரும்பின் மெதுவான ஆக்சிஜனேற்றத்தின் போது இது உருவாகிறது.
  • தயாரிப்பு: $3\text\{Fe(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{O(g, steam)\} \xrightarrow\{\text\{red hot\}\} \text\{Fe\}_3\text\{O\}_4\text\{(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{(g)\}$

துரு (நீர் உறிஞ்சப்பட்ட இரும்பு(III) ஆக்சைடு)

• வேதியியல் வாய்ப்பாடு: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O\}$
• சுருக்கமான வழிகாட்டி: துரு என்பது இரும்பு அல்லது அதன் உலோகக் கலவைகள் (எஃகு போன்றவை) நீண்ட நேரம் ஆக்சிஜன் மற்றும் ஈரப்பதத்திற்கு வெளிப்படும் போது உருவாகும் செம்பழுப்பு நிற செதில் போன்ற பொருளின் பொதுவான பெயர். இது ஒரு மின்வேதியியல் செயல்முறை.

துருப்பிடித்தல் செயல்முறை: துருப்பிடித்தலுக்கு ஆக்சிஜன் மற்றும் நீர் இரண்டுமே தேவை. ஒட்டுமொத்த எளிமையான செயல்முறையை பின்வருமாறு குறிப்பிடலாம்: $4\text\{Fe(s)\} + 3\text\{O\}_2\text\{(g)\} + x\text\{H\}_2\text\{O(l)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O(s)\}$

இரும்பு அயனிகளின் ஒப்பீட்டுப் பண்புகள் ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ vs $\text\{Fe\}^\{3+\}$)

பண்பு	இரும்பு(II) அயனி ($\text\{Fe\}^\{2+\}$, ஃபெரஸ்)	இரும்பு(III) அயனி ($\text\{Fe\}^\{3+\}$, ஃபெரிக்)
எலக்ட்ரான் அமைப்பு	$[\text\{Ar\}] 3\text\{d\}^6$	$[\text\{Ar\}] 3\text\{d\}^5$
நிறம் (நீர்க்கரைசல்)	வெளிர் பச்சை	மஞ்சள்-பழுப்பு (கரைசலில் $\text\{Fe(OH)\}_3$ ஆக நீராற்பகுப்பு அடைவதால்)
நிலைத்தன்மை	குறைவான நிலைப்புத்தன்மை, எளிதில் $\text\{Fe\}^\{3+\}$ ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் அடையும்	அதிக நிலைப்புத்தன்மை
காந்தத்தன்மை	பாராமக்னடிக் (4 ஒற்றை எலக்ட்ரான்கள்)	பாராமக்னடிக் (5 ஒற்றை எலக்ட்ரான்கள்)
ரெடாக்ஸ் தன்மை	நல்ல ஒடுக்கும் காரணி ($\text\{Fe\}^\{3+\}$ ஆக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைகிறது)	பலவீனமான ஆக்சிஜனேற்ற காரணி ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ ஆக ஒடுக்கப்படுகிறது)
ஹைட்ராக்சைடு	$\text\{Fe(OH)\}_2$, வெள்ளை/பச்சை வீழ்படிவு, ஆக்சிஜனேற்றத்தின் போது பழுப்பு நிறமாக மாறுகிறது	$\text\{Fe(OH)\}_3$, செம்பழுப்பு நிற ஜெலட்டின் போன்ற வீழ்படிவு
சல்பைடு	$\text\{FeS\}$, கருப்பு வீழ்படிவு	$\text\{Fe\}_2\text\{S\}_3$ அல்லது $\text\{FeS\}$ ($\text\{Fe(OH)\}_3$ மற்றும் $\text\{H\}_2\text\{S\}$ ஆக நீராற்பகுப்பு அடைகிறது)