19.4. Соединения железа

Железо — активный металл, легко замещающий водород в разбавленных кислотах. Оно горит в кислороде с образованием смешанного окисла Fe₃O₄. Этот окисел образуется также при взаимодействии железа с перегретым водяным паром. В одном из методов предотвращения ржавления используют образование на железе плотно прилегающего поверхностного слоя этого окисла.

Железо становится пассивным, если его погрузить в очень концентрированную азотную кислоту. После такой обработки оно уже не вытесняет водород из разбавленных кислот; однако резкий удар по такому металлу вызывает изменение, которое распространяется по всей поверхности от места удара, и металл снова становится активным. Пассивность металла объясняется образованием защитного слоя окисла, а при нарушении его пассивность утрачивается. Пассивность вызывается также и другими окислителями, например хромат-ионом; лезвия для безопасных бритв дольше остаются острыми, если их хранить в растворе хромата калия.

Под действием влажного воздуха железо окисляется и его поверхность покрывается слоем ржавчины, которая частично состоит из гидратированной окиси железа(III).

Соединения железа(II), содержащие Fe²⁺-ион, обычно окрашены в зеленый цвет. Большинство солей железа(II) легко окисляется в соответствующие соли железа(III) атмосферным кислородом.

Сульфат железа(II) FeSO₄·7H₂O получают растворением железа в серной кислоте или окислением пирита на воздухе. Зеленые кристаллы этого соединения легко выцветают и часто покрываются коричневым слоем гидроксисульфата железа(III), образующимся при окислении на воздухе. Сульфат железа(II) применяют при крашении и при изготовлении чернил. Для получения чернил следует взять раствор дубильной кислоты (сложной органической кислоты, экстрагируемой из ореховой скорлупы) и смешать его с сульфатом железа(II), в результате чего образуется таннат железа(II). При окислении на воздухе это вещество дает блестящий черный нерастворимый пигмент.

Гидратированный ион железа(III) Fe(H₂O)₆³⁺ обладает бледно-фиолетовой окраской. Однако этот ион легко теряет протоны, и соли железа(III) в растворе обычно имеют желтую или коричневую окраску, что объясняется образованием гидроксо-комплексов. Нитрат железа(III) Fe(NO₃)₃·6H₂O существует в виде расплывающихся бледно-фиолетовых кристаллов. Безводный сульфат железа(III) Fe₂(SO₄)₃ образуется в виде белого порошка при выпаривании раствора этой соли. Железные квасцы KFe(SO₄)₂·12H₂O кристаллизуются в виде светло-фиолетовых октаэдрических кристаллов.

Ион железа(III) в растворе можно восстановить до иона железа(II) при обработке металлическим железом или путем восстановления сероводородом или ионом олова(II).

Гидроокись железа(III) Fe(OH)₃ образуется в виде коричневого осадка при добавлении щелочи к раствору, содержащему ионы Fe³⁺. При сильном нагревании гидроокись железа(III) превращается в окисел Fe₂O₃, который в виде тонкого порошка применяют для полирования (крокус) и используют в качестве пигмента (венецианский кармин).

Добавление цианид-иона к раствору, содержащему ионы Fe²⁺ или Fe³⁺, вызывает образование осадков, растворяющихся в избытке цианида, что обусловлено образованием комплексных ионов. Желтые кристаллы гексацианоферрата(II) калия K₄[Fe(CN)₆]·3H₂O образуются при нагревании органических веществ, например высушенной крови, с железными опилками и карбонатом калия. После нагревания массу экстрагируют горячей водой, и при выпаривании полученного таким образом раствора образуются кристаллы гексацианоферрата(II) калия. Гексацианоферрат(III) калия K₃Fe(CN)₆ образуется в виде красных кристаллов при окислении K₄[Fe(CN)₆].

Эти соединения содержат комплексные анионы Fe(CN)₆⁴⁻ и Fe(CN)₆³⁻ соответственно; из них легко можно получить подобные комплексные соли других металлов.

Пигменты турнбулеву синь и берлинскую лазурь получают добавлением раствора, содержащего ионы железа(II), к раствору ионов Fe(CN)₆³⁻ или добавлением раствора, содержащего ионы железа(III), к раствору ионов Fe(CN)₆⁴⁻. Пигменты, которые осаждаются, имеют ярко-голубую окраску и, по-видимому, состав KFeFe(CN)₆·H₂O. Ионы железа(II) и ионы Fe(CN)₆⁴⁻ дают белый осадок K₂FeFe(CN)₆, тогда как ион железа(III) и ионы Fe(CN)₆³⁻ не дают осадка, а вызывают лишь окрашивание раствора в коричневый цвет.