Номер 11, страница 210 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 44. Соединения железа. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 11, страница 210.

Условие.

11. Что называют ржавчиной, зелёной ржавчиной?

Решение.

Решение 2.

Что называют ржавчиной?

Ржавчиной в быту называют продукты коррозии железа и его сплавов, таких как сталь. С химической точки зрения, это сложная смесь, состоящая в основном из гидратированных оксидов и гидроксидов железа(III). Наиболее общая формула ржавчины записывается как $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$.

Процесс образования ржавчины, или ржавление, является электрохимическим процессом, который происходит при одновременном наличии трех компонентов: железа (которое выступает в роли анода), кислорода (окислитель) и воды (которая служит электролитом). Процесс можно описать следующими основными стадиями:

1. Анодный процесс: окисление металлического железа до ионов железа(II) на анодном участке: $Fe - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$.
2. Катодный процесс: восстановление кислорода, растворенного в воде, на катодном участке: $O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$.
3. Образование гидроксида железа(II): ионы железа(II) и гидроксид-ионы реагируют с образованием нерастворимого осадка белого цвета (который почти мгновенно окисляется): $Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2$.
4. Окисление гидроксида железа(II) до гидроксида железа(III): в присутствии кислорода и воды гидроксид железа(II) окисляется до гидроксида железа(III), имеющего характерный буро-коричневый цвет: $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$.

Гидроксид железа(III) затем частично дегидратируется, образуя гидратированный оксид железа(III) ($Fe_2O_3 \cdot nH_2O$) и другие соединения (например, метагидроксид железа $FeO(OH)$), которые и являются основным компонентом рыхлого, пористого, красно-коричневого налета, известного как ржавчина. Из-за своей пористой структуры ржавчина не защищает металл от дальнейшей коррозии, в отличие от плотных оксидных пленок на некоторых других металлах (например, на алюминии или хроме).

Ответ: Ржавчина — это общее название продуктов коррозии железа, представляющих собой смесь гидратированных оксидов и гидроксидов железа(III) переменного состава (общая формула $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$), которая образуется в результате электрохимического процесса в присутствии кислорода и воды.

Что называют зелёной ржавчиной?

Зелёная ржавчина — это специфический продукт коррозии железа, который образуется в условиях с ограниченным доступом или полным отсутствием кислорода (аноксидных или анаэробных), часто в присутствии определенных анионов, таких как сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$) или хлорид-ионы ($Cl^-$). В отличие от обычной (красно-коричневой) ржавчины, зелёная ржавчина содержит ионы железа как в степени окисления +2, так и +3.

По своей химической структуре зелёная ржавчина относится к классу слоистых двойных гидроксидов (LDH). Её состав может варьироваться в зависимости от аниона, находящегося в межслоевом пространстве. Общую формулу можно представить как $[Fe^{II}_{1-x}Fe^{III}_x(OH)_2]^{x+} \cdot [(x/n)A^{n-} \cdot mH_2O]^{x-}$, где $A^{n-}$ — это межслоевой анион (например, $Cl^-$, $SO_4^{2-}$, $CO_3^{2-}$).

Зелёная ржавчина является промежуточным и химически нестабильным соединением. При контакте с кислородом воздуха она быстро окисляется, превращаясь в более стабильные соединения железа(III), такие как гётит ($\alpha-FeOOH$) или лепидокрокит ($\gamma-FeOOH$), которые являются компонентами обычной ржавчины. Этот процесс сопровождается изменением цвета с зелёного на оранжево-коричневый.

Встретить зелёную ржавчину можно в почвах, лишённых кислорода, в донных отложениях, на стальных конструкциях, находящихся под водой (например, на сваях или корпусах затонувших кораблей), а также в качестве промежуточного продукта при коррозии стали в бетоне.

Ответ: Зелёная ржавчина — это нестабильный продукт коррозии железа зелёного цвета, представляющий собой слоистый двойной гидроксид, содержащий ионы железа(II) и железа(III). Она образуется в условиях недостатка кислорода и в присутствии определённых анионов (например, $SO_4^{2-}$ или $Cl^-$) и является промежуточным продуктом в общем процессе ржавления железа.