شناسایی و استخراج عناصر

قانون کلی: در طبیعت، فلزی که واکنش‌پذیری (قدرت) بیشتری دارد، می‌تواند فلز ضعیف‌تر را از ترکیب‌هایش خارج کرده و جایگزین آن شود. اگر فلز آزاد واکنش‌پذیرتر باشد، واکنش به طور طبیعی (خودبه‌خودی) انجام می‌شود.

مثال معروف (واکنش ترمیت):

واکنش پودر آلومینیم با آهن (III) اکسید:

تحلیل: چون آلومینیم (Al) از آهن (Fe) واکنش‌پذیرتر است، در رقابت برای به دست آوردن اکسیژن پیروز می‌شود. این واکنش گرماده است و آهن به صورت مذاب جدا می‌شود (برای جوشکاری ریل قطار استفاده می‌شود).

حالت برعکس:

اگر فلز ضعیف‌تر را در کنار ترکیب فلز قوی‌تر قرار دهیم، واکنشی انجام نمی‌شود:

استخراج آهن از سنگ معدن به کمک کربن

چرا از کربن استفاده می‌کنیم؟

آهن در طبیعت به صورت خالص یافت نمی‌شود و بیشتر به شکل سنگ معدن هماتیت \((Fe_{2}O_{3})\)وجود دارد. برای استخراج آهن، باید اکسیژن را از آن جدا کنیم.

تخته قبل، باید عنصری پیدا کنیم که از آهن واکنش‌پذیرتر باشد تا اکسیژن را برباید. اگرچه عناصری مثل سدیم (Na) یا آلومینیم (Al) از آهن قوی‌ترند، اما استفاده از آن‌ها بسیار گران و غیراقتصادی است.

بنابراین در صنعت (کوره بلند) از کربن (C) استفاده می‌شود که هم ارزان است و هم در دمای بالا، واکنش‌پذیری بیشتری نسبت به آهن دارد.

معادله کلی استخراج آهن:

در این واکنش، کربن اکسید شده و آهن (III) اکسید، احیا (کاهیده) می‌شود و آهن مذاب به دست می‌آید

شناسایی کاتیون‌های آهن \((Fe^{2+})\) و \((Fe^{3+})\)

همان‌طور که قبلاً گفتیم، آهن دارای دو عدد اکسایش متفاوت است. اگر دو لوله آزمایش داشته باشیم که یکی حاوی یون آهن (II) و دیگری حاوی یون آهن (III) باشد، با استفاده از محلول سدیم هیدروکسید (NaOH) می‌توانیم آن‌ها را از روی رنگ رسوبی که تشکیل می‌دهند شناسایی کنیم.

یون هیدروکسید \((OH^{-})\) با کاتیون‌های آهن واکنش داده و رسوب‌های نامحلول در آب تولید می‌کند:

شناسایی یون آهن (II) یا  \((Fe^{2+})\):

با افزودن\((NAOH)\)، یک رسوب سبز رنگ تشکیل می‌شود.

شناسایی یون آهن (III) یا \(Fe^{3+}\) :

با افزودن NaOH، یک رسوب قهوه‌ای مایل به قرمز (زنگاری) تشکیل می‌شود.

نکته کلیدی: رنگ رسوب‌ها دقیقاً نشان‌دهنده نوع کاتیون حاضر در محلول اولیه است و یک روش استاندارد برای شناسایی در آزمایشگاه محسوب می‌شود.