Трудно е да се надцени ролята на желязото за човешкото тяло, тъй като то допринася за "създаването" на кръвта, съдържанието му влияе върху нивото на хемоглобина и миоглобина, желязото нормализира функционирането на ензимната система. Но какъв е този елемент от гледна точка на химията? Каква е валентността на желязото? Това ще бъде обсъдено в тази статия.
Малко история
Човечеството е знаело за този химичен елемент и дори е притежавало продукти от него още през 4-ти век пр.н.е. Това са били народите на Древен Египет и шумерите. Именно те първи започнаха да правят бижута, оръжия от сплав от желязо и никел, които бяха открити по време на археологически разкопки и внимателно проучени от химиците.
Малко по-късно племената на арийците, които се преселили в Азия, се научили как да извличат твърдо желязо от руда. Беше толкова ценно за хората от онова време, че продуктите бяха покрити със злато!
характеристики на желязо
Желязото (Fe) е на четвърто място по съдържание в недрата на земната кора. Заема място в 7-ма група на 4-ти период и има номер 26 вхимическа таблица на елементите на Менделеев. Валентността на желязото е в пряка зависимост от позицията му в таблицата. Но повече за това по-късно.
Този метал е най-разпространен в природата под формата на руда, намира се във водата като минерал, както и в различни съединения.
Най-големите запаси от желязна руда са в Русия, Австралия, Украйна, Бразилия, САЩ, Индия, Канада.
Физически свойства
Преди да преминем към валентността на желязото, е необходимо да разгледаме по-отблизо неговите физически свойства, така да се каже, да го разгледаме по-отблизо.
Този метал има сребрист цвят, доста е пластичен, но е способен да увеличи твърдостта си чрез взаимодействието си с други елементи (например с въглерод). Има и магнитни свойства.
Във влажна среда желязото може да корозира, тоест да ръждясва. Въпреки че абсолютно чистият метал е по-устойчив на влага, но ако съдържа примеси, именно те провокират корозия.
Желязото взаимодейства добре с киселинна среда, може дори да образува соли на желязна киселина (при условие че е силен окислител).
Във въздуха бързо се покрива с оксиден филм, който го предпазва от взаимодействия.
Химически свойства
Също така, този елемент има редица химични свойства. Желязото, подобно на останалите елементи на периодичната таблица, има заряда на атомното ядро, което съответства на поредния номер +26. И около ядрото се въртят 26 електрона.
Като цяло, ако разгледаме свойствата на желязото - химичен елемент, то това е метал с ниска активна способност.
Взаимодействайки с по-слаби окислители, желязото образува съединения, където е двувалентно (тоест степента му на окисление е +2). И ако със силни окислители, тогава степента на окисление на желязото достига +3 (тоест неговата валентност става равна на 3).
При взаимодействие с химични елементи, които не са метали, Fe действа като редуциращ агент по отношение на тях, докато степента му на окисление става, в допълнение към +2 и +3, дори +4, +5, +6. Такива съединения имат много силни окислителни свойства.
Както беше отбелязано по-горе, желязото във въздуха е покрито с оксиден филм. И при нагряване скоростта на реакцията се увеличава и може да се образува железен оксид с валентност 2 (температура под 570 градуса по Целзий) или оксид с валентност 3 (температурен индекс над 570 градуса).
Взаимодействието на Fe с халогени води до образуване на соли. Елементите флуор и хлор го окисляват до +3. Бромът е до +2 или +3 (всичко зависи от условията за осъществяване на химическа трансформация при взаимодействие с желязо).
Взаимодействайки с йод, елементът се окислява до +2.
Нагряването на желязо и сяра произвежда железен сулфид с валентност 2.
Ако стопите ферум и го комбинирате с въглерод, фосфор, силиций, бор, азот, получавате съединения, наречени сплави.
Желязото е метал,следователно, той също взаимодейства с киселини (това също беше обсъдено накратко малко по-високо). Например, сярна и азотна киселини с висока концентрация в среда с ниска температура не влияят на желязото. Но веднага щом се издигне, настъпва реакция, в резултат на която желязото се окислява до +3.
Колкото по-висока е концентрацията на киселина, толкова по-висока е температурата.
Нагряване на 2-валентно желязо във вода, получаваме неговия оксид и водород.
Също така, Fe има способността да измества метали с намалена активност от водни разтвори на соли. В същото време се окислява до +2.
Когато температурата се повиши, желязото възстановява металите от оксиди.
Какво е валентност
Вече в предишния раздел, концепцията за валентност, както и степента на окисление, се срещаха малко. Време е да помислим за валентността на желязото.
Но първо трябва да разберете какво свойство на химичните елементи е.
Химическите вещества почти винаги са постоянни в техния състав. Например във формулата за вода H2O - 1 кислороден атом и 2 водородни атома. Същото важи и за други съединения, в които участват два химични елемента, единият от които е водород: 1-4 водородни атома могат да бъдат добавени към 1 атом от химичен елемент. Но не и обратното! Следователно е ясно, че водородът прикрепя към себе си само 1 атом от друго вещество. И това явление се нарича валентност - способността на атомите на химичен елемент да прикрепят специфиченброят на атомите на други елементи.
Валентна стойност и графична формула
Има елементи от периодичната таблица, които имат постоянна валентност - това са кислород и водород.
И има химически елементи, в които се променя. Например желязото е по-често 2 и 3 валентно, сярата 2, 4, 6, въглерод 2 и 4. Това са елементи с променлива валентност.
Освен това, разбирайки какво е валентност, можете правилно да напишете графичната формула на съединенията. Той показва последователността на свързване на атоми в молекула.
Също така, като знаете валентността на единия от елементите в съединението, можете да определите валентността на другия.
Валентност на желязото
Както е отбелязано, желязото се отнася до елементи с променлива валентност. И може да варира не само между 2 и 3, но и да достигне 4, 5 и дори 6.
Разбира се, неорганичната химия изучава валентността на желязото по-подробно. Нека разгледаме накратко този механизъм на нивото на най-простите частици.
Iron е d-елемент, към който се добавят още 31 елемента от периодичната таблица (това са 4-7 периода). С увеличаване на атомния номер свойствата на d-елементите придобиват леки промени. Атомният радиус на тези вещества също бавно се увеличава. Те имат променлива валентност, която зависи от факта, че пред-външното d-електронно подниво е непълно.
Тъй като за желязо, не само c-електроните, разположени във външния слой, са валентни, но и несдвоените 3d-електрони на пред-външния слой. И като следствие, валентността на Fe в химсъединенията могат да бъдат равни на 2, 3, 4, 5, 6. По принцип е равно на 2 и 3 - това са по-стабилни съединения на желязото с други вещества. В по-малко стабилните, той проявява валентност 4, 5, 6. Но такива съединения са по-рядко срещани.
Двувалентно железо
Когато 2 валентно желязо взаимодейства с вода, се получава железен оксид (2). Тази връзка е черна. Реагира доста лесно със солна (ниска концентрация) и азотна (висока концентрация) киселини.
Ако такъв оксид на 2-валентно желязо взаимодейства или с водород (температура 350 градуса по Целзий), или с въглерод (кокс) при 1000 градуса, тогава той се възстановява до чисто състояние.
Извличане на железен оксид от 2-валентно желязо по следните начини:
- чрез комбинацията от железен оксид с въглероден оксид;
- когато чистият Fe се нагрява, докато налягането на кислорода е ниско;
- при разлагане на железен оксалат във вакуумна среда;
- когато чистото желязо взаимодейства с неговите оксиди, температурата е 900-1000 градуса по Целзий.
Що се отнася до естествената среда, железният оксид е двувалентен, присъства като минерал вуестит.
Има и друг начин за определяне на валентността на желязото в разтвор - в този случай с неговия индекс 2. Необходимо е да се проведат реакции с червена сол (калиев хексацианоферат) и с алкали. В първия случай се наблюдава тъмносиня утайка - сложна сол на фери 2-валентна. Ввторият - получаване на тъмно сиво-зелена утайка - железният хидроксид също е 2-валентен, докато 3-валентен железен хидроксид има тъмнокафяв цвят в разтвора.
Тривалентно желязо
3-валентният железен оксид има прахообразна структура, чийто цвят е червено-кафяв. Има още имената: железен оксид, железен миниум, червен пигмент, хранителни оцветители, минзухар.
В природата това вещество се среща под формата на минерал - хематит.
Окисът на такова желязо вече не взаимодейства с водата. Но се комбинира с киселини и основи.
Железният оксид (3) се използва за оцветяване на материали, използвани в строителството:
- тухли;
- цимент;
- керамични продукти;
- бетон;
- тротоарни плочи;
- подова настилка (линолеум).
Желязо в човешкото тяло
Както е отбелязано в началото на статията, веществото желязо е важен компонент на човешкото тяло.
Когато този елемент е недостатъчен, могат да възникнат следните последици:
- повишена умора и чувствителност към студ;
- суха кожа;
- намалена мозъчна активност;
- влошаване на здравината на нокътната плоча;
- замаяност;
- проблеми с храносмилането;
- сива коса и косопад.
Желязо се натрупва, обикновено в далака и черния дроб, както и в бъбреците и панкреаса.
Човешката диета трябва да съдържа храни, съдържащи желязо:
- говежди черен дроб;
- каша от елда;
- фъстъци;
- шамфъстък;
- консервиран зелен грах;
- сушени манатарки;
- пилешки яйца;
- спанак;
- дрян;
- ябълки;
- круши;
- праскови;
- цвекло;
- морска храна.
Липсата на желязо в кръвта води до намаляване на хемоглобина и развитие на заболяване като желязодефицитна анемия.
