Težko je preceniti vlogo železa za človeško telo, saj prispeva k "ustvarjanju" krvi, njegova vsebnost vpliva na raven hemoglobina in mioglobina, železo normalizira delovanje encimskega sistema. Toda kaj je ta element v kemijskem smislu? Kakšna je valenca železa? O tem bomo razpravljali v tem članku.
Malo zgodovine
Človeštvo je poznalo ta kemični element in je imelo celo izdelke iz njega že v 4. stoletju pr. To so bila ljudstva starega Egipta in Sumerci. Prav oni so prvi začeli izdelovati nakit, orožje iz zlitine železa in niklja, ki so ga našli med arheološkimi izkopavanji in jih skrbno pregledali kemiki.
Malo kasneje so se plemena Arijcev, ki so se preselila v Azijo, naučila pridobivati trdno železo iz rude. Za ljudi tistega časa je bilo tako dragoceno, da so bili izdelki prekriti z zlatom!
Lastnosti železa
Železo (Fe) je na četrtem mestu po vsebnosti v črevesju zemeljske skorje. Zavzema mesto v 7. skupini 4. obdobja in ima številko 26 inkemična tabela elementov Mendelejeva. Valentnost železa je neposredno odvisna od njegovega položaja v tabeli. Toda več o tem kasneje.
Ta kovina je v naravi najpogostejša v obliki rude, ki jo najdemo v vodi kot mineral, pa tudi v različnih spojinah.
Največje zaloge železove rude so v Rusiji, Avstraliji, Ukrajini, Braziliji, ZDA, Indiji, Kanadi.
Fizične lastnosti
Preden preidemo na valenco železa, si je treba natančneje ogledati njegove fizikalne lastnosti, tako rekoč, podrobneje si ga ogledati.
Ta kovina ima srebrno barvo, je precej duktilna, vendar je sposobna povečati trdoto z interakcijo z drugimi elementi (na primer z ogljikom). Ima tudi magnetne lastnosti.
V vlažnem okolju lahko železo korodira, torej rja. Čeprav je popolnoma čista kovina bolj odporna na vlago, če pa vsebuje nečistoče, so ti tisti, ki povzročajo korozijo.
Železo dobro sodeluje s kislim okoljem, lahko celo tvori soli železove kisline (če je močan oksidant).
Na zraku se hitro prekrije z oksidnim filmom, ki ga ščiti pred interakcijami.
Kemijske lastnosti
Ta element ima tudi številne kemične lastnosti. Železo, tako kot ostali elementi periodnega sistema, ima naboj atomskega jedra, kar ustreza zaporedni številki +26. In okoli jedra se vrti 26 elektronov.
Na splošno, če upoštevamo lastnosti železa - kemični element, potem je to kovina z nizko aktivno sposobnostjo.
V interakciji s šibkejšimi oksidanti tvori železo spojine, kjer je dvovalentno (to je, da je njegovo oksidacijsko stanje +2). In če z močnimi oksidanti, potem oksidacijsko stanje železa doseže +3 (to pomeni, da njegova valenca postane enaka 3).
Pri interakciji s kemičnimi elementi, ki niso kovine, Fe v zvezi z njimi deluje kot redukcijsko sredstvo, medtem ko njegovo oksidacijsko stanje postane poleg +2 in +3 celo +4, +5, +6. Takšne spojine imajo zelo močne oksidativne lastnosti.
Kot je navedeno zgoraj, je železo v zraku prekrito z oksidnim filmom. In ko se segreje, se hitrost reakcije poveča in lahko nastane železov oksid z valenco 2 (temperatura pod 570 stopinj Celzija) ali oksid z valenco 3 (temperaturni indeks več kot 570 stopinj).
Interakcija Fe s halogeni vodi do tvorbe soli. Elementa fluor in klor ga oksidirata na +3. Brom je do +2 ali +3 (vse je odvisno od pogojev za izvedbo kemične transformacije pri interakciji z železom).
V interakciji z jodom se element oksidira na +2.
Segrevanje železa in žvepla proizvaja železov sulfid z valenco 2.
Če stopite železo in ga združite z ogljikom, fosforjem, silicijem, borom, dušikom, dobite spojine, imenovane zlitine.
Železo je kovina,zato sodeluje tudi s kislinami (tudi o tem smo na kratko govorili malo višje). Na primer, žveplova in dušikova kislina z visoko koncentracijo v okolju z nizko temperaturo ne vplivata na železo. Toda takoj, ko se dvigne, pride do reakcije, zaradi katere se železo oksidira na +3.
Višja kot je koncentracija kisline, višjo je treba dati temperaturo.
S segrevanjem 2-valentnega železa v vodi dobimo njegov oksid in vodik.
Prav tako ima Fe sposobnost, da iz vodnih raztopin soli izpodriva kovine, ki imajo zmanjšano aktivnost. Hkrati se oksidira na +2.
Ko se temperatura dvigne, železo obnovi kovine iz oksidov.
Kaj je valenca
Že v prejšnjem razdelku smo se malo srečali s konceptom valence, pa tudi s stopnjo oksidacije. Čas je, da razmislimo o valenci železa.
Toda najprej morate razumeti, kakšna lastnost kemičnih elementov je.
Kemične snovi so skoraj vedno konstantne v svoji sestavi. Na primer, v formuli za vodo H2O - 1 atom kisika in 2 atoma vodika. Enako velja za druge spojine, v katerih sta vključena dva kemična elementa, od katerih je eden vodik: enemu atomu kemičnega elementa lahko dodamo 1-4 atome vodika. Ampak ne obratno! Zato je jasno, da vodik nase veže le 1 atom druge snovi. In prav ta pojav se imenuje valenca - sposobnost atomov kemičnega elementa, da pritrdijo določenoštevilo atomov drugih elementov.
Valenčna vrednost in grafična formula
Obstajajo elementi periodnega sistema, ki imajo konstantno valenco - to sta kisik in vodik.
In obstajajo kemični elementi, v katerih se spreminja. Na primer, železo je pogosteje 2 in 3 valentno, žveplo 2, 4, 6, ogljik 2 in 4. To so elementi s spremenljivo valenco.
Nadalje, če razumete, kaj je valenca, lahko pravilno napišete grafično formulo spojin. Prikazuje zaporedje povezav atomov v molekuli.
Prav tako, če poznate valenco enega od elementov v spojini, lahko določite valenco drugega.
valenca železa
Kot že omenjeno, se železo nanaša na elemente s spremenljivo valenco. In lahko niha ne le med 2 in 3, ampak doseže tudi 4, 5 in celo 6.
Seveda anorganska kemija podrobneje preučuje valenco železa. Oglejmo si na kratko ta mehanizem na ravni najpreprostejših delcev.
Železo je d-element, ki mu je dodanih še 31 elementov periodnega sistema (to je 4-7 pik). Ko se atomsko število poveča, se lastnosti d-elementov rahlo spremenijo. Tudi atomski polmer teh snovi se počasi povečuje. Imajo spremenljivo valenco, ki je odvisna od dejstva, da je pred-zunanja podnivo d-elektrona nepopolna.
Za železo niso valenčni le c-elektroni, ki se nahajajo v zunanji plasti, ampak tudi neparni 3d-elektroni pred-zunanje plasti. In posledično valenca Fe v kemijispojine je lahko enaka 2, 3, 4, 5, 6. V bistvu je enaka 2 in 3 - to so bolj stabilne spojine železa z drugimi snovmi. V manj stabilnih ima valenco 4, 5, 6. Vendar so takšne spojine manj pogoste.
bivalentni želez
Ko 2 valentno železo interagira z vodo, dobimo železov oksid (2). Ta povezava je črna. Precej enostavno reagira s klorovodikovo (nizko koncentracijo) in dušikovo (visoka koncentracija) kislino.
Če tak oksid 2-valentnega železa komunicira z vodikom (temperatura 350 stopinj Celzija) ali ogljikom (koks) pri 1000 stopinjah, se povrne v čisto stanje.
Odstranite železov oksid 2-valentnega železa na naslednje načine:
- s kombinacijo železovega oksida z ogljikovim monoksidom;
- ko se segreje čisti Fe, medtem ko je tlak kisika nizek;
- pri razgradnji železovega oksalata v vakuumskem okolju;
- ko je čisto železo v interakciji s svojimi oksidi, je temperatura 900-1000 stopinj Celzija.
V naravnem okolju je železov oksid dvovalenten, prisoten kot mineral wuestit.
Obstaja še en način za določitev valence železa v raztopini - v tem primeru z indeksom 2. Reakcije je treba izvesti z rdečo soljo (kalijev heksacianoferat) in z alkalijo. V prvem primeru opazimo temno modro oborino - kompleksno sol železovega 2-valentnega. Vdrugi - pridobivanje temno sivo-zelene oborine - je železov hidroksid prav tako 2-valentni, medtem ko ima 3-valentni železov hidroksid v raztopini temno rjavo barvo.
trivalentno železo
3-valentni železov oksid ima praškasto strukturo, katere barva je rdeče-rjava. Ima tudi imena: železov oksid, železov minium, rdeči pigment, barvilo za živila, crocus.
V naravi se ta snov pojavlja v obliki minerala - hematita.
Oksid takšnega železa ne komunicira več z vodo. Vendar se kombinira s kislinami in alkalijami.
Železov oksid (3) se uporablja za barvanje materialov, uporabljenih v gradbeništvu:
- opeke;
- cement;
- keramični izdelki;
- beton;
- tlakovci;
- talne obloge (linolej).
Železo v človeškem telesu
Kot je navedeno na začetku članka, je snov železo pomembna sestavina človeškega telesa.
Če ta element ni zadosten, se lahko pojavijo naslednje posledice:
- povečana utrujenost in občutljivost na mraz;
- suha koža;
- zmanjšana možganska aktivnost;
- poslabšanje trdnosti nohtne plošče;
- vrtoglavica;
- prebavne težave;
- sivi lasje in izpadanje las.
Železo se kopiči, običajno v vranici in jetrih, pa tudi v ledvicah in trebušni slinavki.
Človeška prehrana mora vsebovati živila, ki vsebujejo železo:
- goveja jetra;
- ajdova kaša;
- arašidi;
- pistacije;
- zeleni grah v pločevinkah;
- posušene jurčke;
- piščančja jajca;
- špinača;
- dogwood;
- jabolka;
- hruške;
- breskve;
- pesa;
- morska hrana.
Pomanjkanje železa v krvi vodi do znižanja hemoglobina in razvoja bolezni, kot je anemija zaradi pomanjkanja železa.
