ఐరన్ (Fe) యొక్క ముఖ్యమైన రసాయన సమ్మేళనాలు

ఐరన్ యొక్క ప్రధాన సమ్మేళనాలకు పరిచయం

ఐరన్ (Fe), ఒక పరివర్తన లోహం, ప్రధానంగా +2 (ఫెర్రస్) మరియు +3 (ఫెర్రిక్) ఆక్సీకరణ స్థితులలో వివిధ సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తుంది. ఈ సమ్మేళనాలు పారిశ్రామిక ప్రక్రియలు, జీవ వ్యవస్థలు మరియు రోజువారీ అనువర్తనాలలో కీలకమైనవి. ఉన్నత పాఠశాల కెమిస్ట్రీ కోసం, వాటి తయారీ, లక్షణాలు మరియు ప్రతిచర్యలను అర్థం చేసుకోవడం చాలా అవసరం.

1. ఐరన్(II) సల్ఫేట్ హెప్టాహైడ్రేట్ ($\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$)

• రసాయన సూత్రం: $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$
• సాధారణ పేరు: గ్రీన్ విట్రియోల్ (దాని ప్రత్యేకమైన ఆకుపచ్చ స్ఫటికాకార రూపం కారణంగా)

ప్రయోగశాల తయారీ

ఐరన్(II) సల్ఫేట్‌ను సాధారణంగా ఐరన్ లోహం (ఉదా., ఐరన్ ఫైలింగ్‌లు) పలుచని సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో చర్య జరపడం ద్వారా తయారు చేస్తారు. ద్రావణాన్ని తరువాత గాఢపరిచి, స్ఫటికీకరణ కోసం చల్లబరుస్తారు.

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

తరువాత $\text\{FeSO\}_4$ ద్రావణాన్ని స్ఫటికీకరించి $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O\}$ ను పొందుతారు. తయారీ సమయంలో $\text\{Fe\}^\{2+\}$ నుండి $\text\{Fe\}^\{3+\}$ కు ఆక్సీకరణం జరగకుండా నిరోధించడానికి, ఒక చిన్న ఐరన్ లోహ ముక్కను తరచుగా ద్రావణంలో ఉంచుతారు.

లక్షణాలు మరియు పరీక్షలకు సంబంధించిన చర్యలు

1. భౌతిక లక్షణాలు: స్ఫటికాకార ఆకుపచ్చ ఘనపదార్థం, నీటిలో కరుగుతుంది, ఎఫ్లోరెసెంట్ (గాలికి బహిర్గతం అయినప్పుడు స్ఫటికీకరణ నీటిని కోల్పోతుంది).
2. ఆక్సీకరణం: సజల ద్రావణంలో, $\text\{Fe\}^\{2+\}$ అయాన్లు సులభంగా $\text\{Fe\}^\{3+\}$ అయాన్లుగా ఆక్సీకరణం చెందుతాయి, ముఖ్యంగా గాలి మరియు ఆమ్లం సమక్షంలో. $4\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{O\}_2\text\{(g)\} + 2\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. ఉష్ణ విఘటనం: వేడి చేసినప్పుడు, గ్రీన్ విట్రియోల్ మొదట దాని స్ఫటికీకరణ నీటిని కోల్పోతుంది, ఆపై ఐరన్(III) ఆక్సైడ్, సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ మరియు సల్ఫర్ ట్రైయాక్సైడ్‌గా విఘటిస్తుంది. $\text\{FeSO\}_4 \cdot 7\text\{H\}_2\text\{O(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ $2\text\{FeSO\}_4\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + \text\{SO\}_2\text\{(g)\} + \text\{SO\}_3\text\{(g)\}$
4. రెడాక్స్ చర్యలు (క్షయకరణ కారకం వలె): $\text\{FeSO\}_4$ ఒక క్షయకరణ కారకం వలె పనిచేస్తుంది, ముఖ్యంగా ఆమ్ల మాధ్యమంలో, ఇక్కడ $\text\{Fe\}^\{2+\}$ అనేది $\text\{Fe\}^\{3+\}$ కు ఆక్సీకరణం చెందుతుంది.
   • ఆమ్లీకృత పొటాషియం పర్మాంగనేట్ ($\text\{KMnO\}_4$) తో: $10\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + 2\text\{KMnO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 5\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + 2\text\{MnSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 8\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (పర్పుల్ $\text\{KMnO\}_4$ రంగు కోల్పోతుంది, ఎందుకంటే $\text\{MnO\}_4^-$ అనేది $\text\{Mn\}^\{2+\}$ కు క్షయకరణం చెందుతుంది)
   • ఆమ్లీకృత పొటాషియం డైక్రోమేట్ ($\text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7$) తో: $6\text\{FeSO\}_4\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{Cr\}_2\text\{O\}_7\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} \rightarrow 3\text\{Fe\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{Cr\}_2(\text\{SO\}_4)_3\text\{(aq)\} + \text\{K\}_2\text\{SO\}_4\text\{(aq)\} + 7\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$ (ఆరెంజ్ డైక్రోమేట్ ఆకుపచ్చ $\text\{Cr\}^\{3+\}$ కు క్షయకరణం చెందుతుంది)

2. ఐరన్(III) హైడ్రాక్సైడ్ ($\text\{Fe(OH)\}_3$)

• రసాయన సూత్రం: $\text\{Fe(OH)\}_3$
• సాధారణ పేరు: ఫెర్రిక్ హైడ్రాక్సైడ్

తయారీ ప్రక్రియ

ఐరన్(III) హైడ్రాక్సైడ్‌ను సాధారణంగా ఒక ఆల్కలీ ($\text\{NaOH\}$ లేదా $\text\{NH\}_4\text\{OH\}$ వంటివి) ఐరన్(III) లవణం యొక్క సజల ద్రావణానికి కలపడం ద్వారా జిగురు వంటి అవక్షేపంగా తయారు చేస్తారు.

సమతుల్య సమీకరణం: $\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{NaOH(aq)\} \rightarrow \text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{NaCl(aq)\}$ (ఎరుపు-గోధుమ అవక్షేపం ఏర్పడుతుంది)

లక్షణాలు మరియు పరీక్షలకు సంబంధించిన చర్యలు

1. భౌతిక లక్షణాలు: ఎరుపు-గోధుమ, జిగురు వంటి అవక్షేపం, నీటిలో కరగదు.
2. ఉభయధర్మి స్వభావం (బలహీనంగా): ఇది ఒక క్షార హైడ్రాక్సైడ్, కానీ చాలా బలహీనమైన ఉభయధర్మి లక్షణాన్ని చూపుతుంది, బలమైన క్షారాలలో కొద్దిగా కరిగి మెటాఫెర్రైట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. మరింత ప్రముఖంగా, ఇది ఆమ్లాలతో చర్య జరుపుతుంది. $\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{HCl(aq)\} \rightarrow \text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$
3. ఉష్ణ విఘటనం: వేడి చేసినప్పుడు, ఐరన్(III) హైడ్రాక్సైడ్ విఘటనం చెంది ఐరన్(III) ఆక్సైడ్ మరియు నీటిని ఏర్పరుస్తుంది. $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$ ఈ చర్య చాలా కీలకమైనది, ఎందుకంటే ఇది స్థిరమైన ఐరన్(III) ఆక్సైడ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది.

3. ముఖ్యమైన ఐరన్ ఆక్సైడ్‌లు మరియు తుప్పు

ఐరన్ అనేక ఆక్సైడ్‌లను ఏర్పరుస్తుంది, వాటిలో అత్యంత సాధారణమైనవి ఐరన్(II) ఆక్సైడ్ ($\text\{FeO\}$), ఐరన్(III) ఆక్సైడ్ ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$), మరియు ఐరన్(II,III) ఆక్సైడ్ ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$).

ఐరన్(III) ఆక్సైడ్ ($\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$)

• రసాయన సూత్రం: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$
• సాధారణ పేర్లు: హెమటైట్ (ప్రధాన ధాతువు), ఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్, రెడ్ ఓచర్.
• సంక్షిప్త మార్గదర్శి: ఎరుపు-గోధుమ ఘనపదార్థం. ఇది ఐరన్ యొక్క అత్యంత స్థిరమైన ఆక్సైడ్ మరియు తుప్పు యొక్క ప్రధాన భాగం. ఇది డయామాగ్నెటిక్.
  • తయారీ: $\text\{Fe(OH)\}_3$, $\text\{FeCO\}_3$, లేదా $\text\{FeSO\}_4$ లను అధికంగా వేడి చేయడం ద్వారా ఏర్పడుతుంది. $2\text\{Fe(OH)\}_3\text\{(s)\} \xrightarrow\{\Delta\} \text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(g)\}$
  • చర్యలు: ఇది ఒక క్షార ఆక్సైడ్, ఆమ్లాలతో చర్య జరిపి ఐరన్(III) లవణాలను ఏర్పరుస్తుంది. $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3\text\{(s)\} + 6\text\{HCl(aq)\} \rightarrow 2\text\{FeCl\}_3\text\{(aq)\} + 3\text\{H\}_2\text\{O(l)\}$

ఐరన్(II,III) ఆక్సైడ్ ($\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$)

• రసాయన సూత్రం: $\text\{Fe\}_3\text\{O\}_4$ ($\text\{FeO\}$ మరియు $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3$ ల మిశ్రమ ఆక్సైడ్‌గా పరిగణించవచ్చు)
• సాధారణ పేర్లు: మాగ్నెటైట్ (ప్రధాన ధాతువు), బ్లాక్ ఐరన్ ఆక్సైడ్, ఫెర్రోసోఫెర్రిక్ ఆక్సైడ్.
• సంక్షిప్త మార్గదర్శి: ఒక నల్లటి, స్ఫటికాకార ఘనపదార్థం, ఇది ఫెర్రోమాగ్నెటిక్. ఐరన్ అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఆవిరితో చర్య జరిపినప్పుడు లేదా ఐరన్ నెమ్మదిగా ఆక్సీకరణం చెందేటప్పుడు ఇది ఏర్పడుతుంది.
  • తయారీ: $3\text\{Fe(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{O(g, steam)\} \xrightarrow\{\text\{red hot\}\} \text\{Fe\}_3\text\{O\}_4\text\{(s)\} + 4\text\{H\}_2\text\{(g)\}$

తుప్పు (హైడ్రేటెడ్ ఐరన్(III) ఆక్సైడ్)

• రసాయన సూత్రం: $\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O\}$
• సంక్షిప్త మార్గదర్శి: తుప్పు అనేది ఐరన్ లేదా దాని మిశ్రమాలు (ఉక్కు వంటివి) ఆక్సిజన్ మరియు తేమకు ఎక్కువ కాలం బహిర్గతం అయినప్పుడు ఏర్పడే ఎరుపు-గోధుమ పొరలుగా ఉండే పదార్థానికి సాధారణ పేరు. ఇది ఒక విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియ.

తుప్పు పట్టే ప్రక్రియ: తుప్పు పట్టడానికి ఆక్సిజన్ మరియు నీరు రెండూ అవసరం. మొత్తం సరళీకృత ప్రక్రియను ఈ క్రింది విధంగా సూచించవచ్చు: $4\text\{Fe(s)\} + 3\text\{O\}_2\text\{(g)\} + x\text\{H\}_2\text\{O(l)\} \rightarrow 2\text\{Fe\}_2\text\{O\}_3 \cdot x\text\{H\}_2\text\{O(s)\}$

ఐరన్ అయాన్ల పోల్చదగిన లక్షణాలు ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ vs $\text\{Fe\}^\{3+\}$)

లక్షణం	ఐరన్(II) అయాన్ ($\text\{Fe\}^\{2+\}$, ఫెర్రస్)	ఐరన్(III) అయాన్ ($\text\{Fe\}^\{3+\}$, ఫెర్రిక్)
ఎలక్ట్రానిక్ విన్యాసం.	$[ ext\{Ar\}] 3\text\{d\}^6$	$[ ext\{Ar\}] 3\text\{d\}^5$
రంగు (సజల ద్రావణంలో)	లేత ఆకుపచ్చ	పసుపు-గోధుమ (ద్రావణంలో $\text\{Fe(OH)\}_3$ కు జలవిశ్లేషణం కారణంగా)
స్థిరత్వం	తక్కువ స్థిరత్వం, సులభంగా $\text\{Fe\}^\{3+\}$ కు ఆక్సీకరణం చెందుతుంది	ఎక్కువ స్థిరత్వం
అయస్కాంత స్వభావం	పారామాగ్నెటిక్ (4 జతకాని ఎలక్ట్రాన్లు)	పారామాగ్నెటిక్ (5 జతకాని ఎలక్ట్రాన్లు)
రెడాక్స్ లక్షణం	మంచి క్షయకరణ కారకం ($\text\{Fe\}^\{3+\}$ కు ఆక్సీకరణం చెందుతుంది)	బలహీనమైన ఆక్సీకరణ కారకం ($\text\{Fe\}^\{2+\}$ కు క్షయకరణం చెందుతుంది)
హైడ్రాక్సైడ్	$\text\{Fe(OH)\}_2$, తెలుపు/ఆకుపచ్చ అవక్షేపం, ఆక్సీకరణంపై గోధుమ రంగులోకి మారుతుంది	$\text\{Fe(OH)\}_3$, ఎరుపు-గోధుమ జిగురు వంటి అవక్షేపం
సల్ఫైడ్	$\text\{FeS\}$, నలుపు అవక్షేపం	$\text\{Fe\}_2\text\{S\}_3$ లేదా $\text\{FeS\}$ ($\text\{Fe(OH)\}_3$ మరియు $\text\{H\}_2\text\{S\}$ కు జలవిశ్లేషణం చెందుతుంది)