铁
同修 / 2022-07-25
铁
除了这个元素现在没有氧化态等于价层电子总数(8)的化合物或化学上重要情况以外，已注意到连续氧化态的相对稳定性的趋势。已知铁的最高氧化态是VI，但也稀少和重要性不大。即使三价状态的重要性提高到铬的水平，到二价状态其重要性立刻下降。我们在下面将看到这种倾向的继续，Co有许许多多络合物是稳定的，这是唯一的例外。
铁的化合物适合于研究典型的核共振光谱，它取决于通称为穆斯堡效应的现象。虽然该效应已对约三分之一的元素进行了观察，只有铁和锡(在较小程度上)是化学较重要的研究工具。关于铁，这种效应决定于在Co衰变中形成的Fe核有一个激发态(t1/2～10-7秒)，高于基态14.4千电子伏特，这能引起很尖锐的共振吸收峰。因此，如果Co源的y-辐射落到与原子原环境相同的铁核的原子吸收器上，就会发生y-射线的共振吸收。然而，如果铁核处在不同环境，就不发生吸收，而辐射透过这是可以测量的。为了对有关的源得到共振吸收，必须对吸收器给予(相对于源的)速度。这种运动改变入射量子的能量(杜博勒(Doppler)效应)，因此一种确定的速度有着相应于吸收器内核的激发能。吸收位移相对于不锈钢作为零，通常以速度来表示(毫米·秒-)而不是用能量。共振吸收位移决定于化学环境和温度。
化学或异构体位移(8)是核上电子密度(由于电子占据s轨道)的线性函数。许多因素(氧化态、自旋态、Q键中的s-特征、d兀反馈键、离子性)同样也有影响，它们的关系是不简单的。说得更确切一些低自旋络合物的8值与从-2到+2的氧化态无关。甚至Fe(CN)46-和Fe(CN)36-几乎有着相同的8值。而高自旋络合物，8值随表观氧化态而显著改变，确实它为确立表观氧化态提供了一种良好的方法。现在就讨论如何用穆斯堡光谱研究铁的化学的几个例子；其它将在后面适当地方叙述。
一般含有二个或更多铁原子化合物的穆斯堡光谱能对结构上的非等同铁原子和一些这类有应用价值的例子的存在提供了证据。必须指出，相反的程序是很危险的，即当观察到没有分解成分隔的峰时就推断所有铁原子必须是等同的。某些情况下，当铁原子的环境是非对称，结果电场梯度相互作用足够强到由核四极产生共振的重大分裂，而这种观察通常可为结构提供资料。
在开始叙述中，虽然没有明白地说明，不言而喻的是穆斯堡谱只能记录刚体环境中的核界限。因此，主要应用于晶体物质，即使凝结成玻璃体的溶液也能适用。
由Fe3+和Fe(CN)46-形成普鲁士兰，由Fe2+和Fe(CN)36-形成滕氏兰已证明是相同的，两者都由Fe4[Fe(CN)6]3所组成，即亚铁氰化铁。高自旋Fell和低自旋Fel每一个都被鉴定过，指出个别的铁原子有差别，充分确定了它们的电子组态，生存期至少10-7秒。
有关一系列[Fe(CN)5L]n-离子中配位体L的兀-酸特性的知识已经获得，因为从Fe到L的兀给予作用解蔽Fe核。最强的x酸在核上有最大的S电子密度，因此8值最小。发现8值的次序为NO＜CO＜CN-＜SO23-＜Ph3P＜NO2-＜NH3。
25-E-1. 单质
铁是仅次于铝的第二位最丰富的金属，在地壳中是第四位丰富的元素。认为地球中心主要由铁和镍组成，许多铁陨石的出现暗示整个太阳系中铁是丰富的。主要铁矿石有赤铁矿Fe2O3，磁铁矿Fe3O4，褐铁矿FeO(OH)和菱铁矿FeCO3。
铁的生产技术和冶金不在这里讨论。化学纯的铁可以将纯的氧化铁(用草酸亚铁、碳酸亚铁或硝酸亚铁热分解得到)用氢还原、从铁盐的水溶液中电沉积或将基铁热分解而制得。
纯铁呈白色，有光泽金属，熔点1528℃。铁不是特别硬，但非常活泼。在潮湿空气中较快氧化，生成水合氧化物，它不产生保护层，成片的剥落而暴露出新鲜金属表面。粉末状态金属铁会自燃。稍热时铁与氯化合很激烈，也与其它各种非金属包括卤素、硫、磷、硼、碳和硅化合。碳化物和硅化物相在铁的冶金技术中起较重要的作用。
金属铁易溶于无机酸中。与非氧化性酸和没有空气时得到的是Fe。有空气存在或用温热的稀硝酸，则有些铁生成FellI。很强的氧化介质如浓硝酸或含有重铬酸盐的酸使铁钝化。除去空气的水和除去空气的稀碱对铁的作用不大，但热的氢氧化钠与铁起化学作用。有空气和水存在时，铁生锈生成水合氧化铁。
温度达到906℃时，铁是体心晶格。从906℃到1401°C是立方密堆积，但在1401℃又变成体心。铁是铁磁性物质，达到768℃居里温度时，铁变成简单顺磁性。
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