Teško je precijeniti ulogu željeza za ljudski organizam, jer ono pridonosi "stvaranju" krvi, njegov sadržaj utječe na razinu hemoglobina i mioglobina, željezo normalizira rad enzimskog sustava. Ali što je ovaj element u smislu kemije? Kolika je valencija željeza? O tome će se raspravljati u ovom članku.
Malo povijesti
Čovječanstvo je znalo za ovaj kemijski element i čak je posjedovalo proizvode iz njega još u 4. stoljeću prije Krista. To su bili narodi starog Egipta i Sumerani. Oni su prvi počeli izrađivati nakit, oružje od legure željeza i nikla, koji su pronađeni tijekom arheoloških iskapanja i pažljivo ispitani od strane kemičara.
Nešto kasnije, plemena Arijaca koja su se preselila u Aziju naučila su kako iz rude izvlačiti čvrsto željezo. Za ljude tog vremena bila je toliko vrijedna da su proizvodi bili prekriveni zlatom!
Karakteristike željeza
Željezo (Fe) je na četvrtom mjestu po svom sadržaju u utrobi zemljine kore. Zauzima mjesto u 7. skupini 4. perioda i ima broj 26 inkemijska tablica elemenata Mendeljejeva. Valencija željeza izravno ovisi o njegovom položaju u tablici. Ali više o tome kasnije.
Ovaj metal je najčešći u prirodi u obliku rude, nalazi se u vodi kao mineral, kao iu raznim spojevima.
Najveće rezerve željezne rude nalaze se u Rusiji, Australiji, Ukrajini, Brazilu, SAD-u, Indiji, Kanadi.
Fizička svojstva
Prije nego što prijeđemo na valenciju željeza, potrebno je pobliže pogledati njegova fizička svojstva, da tako kažem, pobliže ga pogledati.
Ovaj metal ima srebrnastu boju, prilično je duktilan, ali je sposoban povećati tvrdoću kroz interakciju s drugim elementima (na primjer, s ugljikom). Također ima magnetska svojstva.
U vlažnom okruženju, željezo može korodirati, odnosno hrđati. Iako je apsolutno čisti metal otporniji na vlagu, ali ako sadrži nečistoće, one izazivaju koroziju.
Željezo dobro stupa u interakciju s kiselim sredinama, čak može formirati soli željezne kiseline (pod uvjetom da je jako oksidacijsko sredstvo).
U zraku se brzo prekriva oksidnim filmom koji ga štiti od interakcija.
Kemijska svojstva
Također, ovaj element ima niz kemijskih svojstava. Željezo, kao i ostali elementi periodnog sustava, ima naboj atomske jezgre, što odgovara serijskom broju +26. A oko jezgre rotira se 26 elektrona.
Općenito, ako uzmemo u obzir svojstva željeza - kemijskog elementa, onda je to metal s niskom aktivnošću.
U interakciji sa slabijim oksidantima, željezo stvara spojeve gdje je dvovalentno (tj. njegovo oksidacijsko stanje je +2). A ako s jakim oksidantima, tada oksidacijsko stanje željeza doseže +3 (to jest, njegova valencija postaje jednaka 3).
U interakciji s kemijskim elementima koji nisu metali, Fe djeluje kao redukcijsko sredstvo u odnosu na njih, dok njegovo oksidacijsko stanje postaje, pored +2 i +3, čak +4, +5, +6. Takvi spojevi imaju vrlo jaka oksidacijska svojstva.
Kao što je gore navedeno, željezo u zraku prekriveno je oksidnim filmom. A kada se zagrije, brzina reakcije se povećava i može nastati željezov oksid s valentnošću 2 (temperatura manja od 570 stupnjeva Celzija) ili oksid s valentnošću 3 (indeks temperature veći od 570 stupnjeva).
Interakcija Fe s halogenima dovodi do stvaranja soli. Elementi fluor i klor ga oksidiraju na +3. Brom je do +2 ili +3 (sve ovisi o uvjetima za provedbu kemijske transformacije pri interakciji sa željezom).
U interakciji s jodom, element se oksidira na +2.
Zagrijavanjem željeza i sumpora nastaje željezni sulfid s valentnošću od 2.
Ako otopite željezo i kombinirate ga s ugljikom, fosforom, silicijem, borom, dušikom, dobit ćete spojeve zvane legure.
Željezo je metal,dakle, on također stupa u interakciju s kiselinama (o tome se također ukratko raspravljalo malo više). Na primjer, sumporna i dušična kiselina, s visokom koncentracijom, u okruženju s niskom temperaturom, ne utječu na željezo. Ali čim poraste, dolazi do reakcije, uslijed koje se željezo oksidira na +3.
Što je viša koncentracija kiseline, to treba dati višu temperaturu.
Zagrijavanjem 2-valentnog željeza u vodi, dobivamo njegov oksid i vodik.
Također, Fe ima sposobnost istiskivanja metala koji imaju smanjenu aktivnost iz vodenih otopina soli. Istovremeno se oksidira na +2.
Kada temperatura poraste, željezo obnavlja metale iz oksida.
Što je valencija
Već u prethodnom dijelu malo se susrelo s pojmom valencije, kao i stupnjem oksidacije. Vrijeme je da razmotrimo valenciju željeza.
Ali prvo morate razumjeti o kakvom se svojstvu kemijskih elemenata radi.
Kemijske tvari su gotovo uvijek konstantne u svom sastavu. Na primjer, u formuli za vodu H2O - 1 atom kisika i 2 atoma vodika. Isto je i s drugim spojevima u kojima su uključena dva kemijska elementa, od kojih je jedan vodik: 1-4 atoma vodika mogu se dodati 1 atomu kemijskog elementa. Ali ne obrnuto! Stoga je jasno da vodik na sebe veže samo 1 atom druge tvari. A upravo se taj fenomen naziva valencija - sposobnost atoma kemijskog elementa da vežu određenibroj atoma drugih elemenata.
Valencijska vrijednost i grafička formula
Postoje elementi periodnog sustava koji imaju konstantnu valenciju - to su kisik i vodik.
I postoje kemijski elementi u kojima se mijenja. Na primjer, željezo je češće 2 i 3 valentno, sumpor 2, 4, 6, ugljik 2 i 4. Ovo su elementi s promjenjivom valentnošću.
Dalje, razumijevajući što je valencija, možete ispravno napisati grafičku formulu spojeva. Prikazuje slijed povezivanja atoma u molekuli.
Također, znajući valenciju jednog od elemenata u spoju, možete odrediti valenciju drugog.
Valentnost željeza
Kao što je navedeno, željezo se odnosi na elemente s promjenjivom valentnošću. I može varirati ne samo između 2 i 3, već i dosegnuti 4, 5, pa čak i 6.
Naravno, anorganska kemija detaljnije proučava valenciju željeza. Razmotrimo ukratko ovaj mehanizam na razini najjednostavnijih čestica.
Željezo je d-element, kojem se dodaje još 31 element periodnog sustava (to su 4-7 razdoblja). Kako se atomski broj povećava, svojstva d-elemenata dobivaju neznatne promjene. Atomski radijus ovih tvari također se polako povećava. Imaju promjenjivu valenciju, koja ovisi o činjenici da je pred-vanjska podrazina d-elektrona nepotpuna.
Zato što za željezo nisu valentni samo c-elektroni smješteni u vanjskom sloju, već i nespareni 3d-elektroni predvanjskog sloja. I, kao posljedica toga, valencija Fe u kemijskojspojevi mogu biti jednaki 2, 3, 4, 5, 6. U osnovi, to je jednako 2 i 3 - to su stabilniji spojevi željeza s drugim tvarima. U manje stabilnim, pokazuje valentnost 4, 5, 6. Ali takvi su spojevi rjeđi.
Bivalentni ferum
Kada 2 valentno željezo stupi u interakciju s vodom, dobiva se željezni oksid (2). Ova veza je crna. Vrlo lako reagira s klorovodičnom (niska koncentracija) i dušičnom (visoke koncentracije) kiselinama.
Ako takav oksid 2-valentnog željeza stupi u interakciju s vodikom (temperatura 350 stupnjeva Celzija) ili ugljikom (koks) na 1000 stupnjeva, tada se vraća u čisto stanje.
Izvadite željezni oksid 2-valentnog željeza na sljedeće načine:
- kombinacijom željeznog oksida s ugljičnim monoksidom;
- kada se čisti Fe zagrijava, dok je tlak kisika nizak;
- prilikom razlaganja željeznog oksalata u vakuumskom okruženju;
- kada čisto željezo stupi u interakciju sa svojim oksidima, temperatura je 900-1000 stupnjeva Celzija.
Što se tiče prirodnog okoliša, željezni oksid je dvovalentan, prisutan kao mineral wuestit.
Postoji još jedan način za određivanje valencije željeza u otopini - u ovom slučaju s indeksom 2. Potrebno je provesti reakcije s crvenom soli (kalijev heksacijanoferat) i s lužinom. U prvom slučaju uočava se tamnoplavi talog - složena sol željeza 2-valentna. Udrugi - dobivanje tamno sivo-zelenog taloga - željezov hidroksid je također 2-valentan, dok 3-valentni željezov hidroksid ima tamno smeđu boju u otopini.
trovalentno željezo
3-valentni ferum oksid ima strukturu praha, čija je boja crveno-smeđa. Također ima nazive: željezni oksid, željezo minijum, crveni pigment, prehrambena boja, šafran.
U prirodi se ova tvar javlja u obliku minerala - hematita.
Oksid takvog željeza više ne stupa u interakciju s vodom. Ali kombinira se s kiselinama i lužinama.
Željezni oksid (3) koristi se za bojenje materijala koji se koriste u građevinarstvu:
- cigle;
- cement;
- keramički proizvodi;
- beton;
- ploče za popločavanje;
- podovi (linoleum).
Željezo u ljudskom tijelu
Kao što je navedeno na početku članka, tvar željezo je važna komponenta ljudskog tijela.
Kada ovaj element nije dovoljan, mogu se pojaviti sljedeće posljedice:
- povećan umor i osjetljivost na hladnoću;
- suha koža;
- smanjena aktivnost mozga;
- pogoršanje čvrstoće ploče nokta;
- vrtoglavica;
- probavni problemi;
- sijeda kosa i gubitak kose.
Željezo se nakuplja, obično u slezeni i jetri, kao i u bubrezima i gušterači.
Ljudska prehrana treba sadržavati hranu koja sadrži željezo:
- goveđa jetra;
- kaša od heljde;
- kikiriki;
- pistacije;
- konzervirani zeleni grašak;
- sušeni vrganji;
- kokošja jaja;
- špinat;
- dogwood;
- jabuke;
- kruške;
- breskve;
- cikla;
- plodovi mora.
Nedostatak željeza u krvi dovodi do smanjenja hemoglobina i razvoja bolesti kao što je anemija zbog nedostatka željeza.
