Úlohu železa pro lidský organismus lze jen těžko přeceňovat, protože přispívá k „tvorbě“krve, jeho obsah ovlivňuje hladinu hemoglobinu a myoglobinu, železo normalizuje činnost enzymového systému. Ale co je tento prvek z hlediska chemie? Jaká je mocnost železa? To bude probráno v tomto článku.
Trocha historie
Lidstvo vědělo o tomto chemickém prvku a dokonce z něj vlastnilo produkty již ve 4. století před naším letopočtem. Byli to národy starověkého Egypta a Sumerové. Byli to oni, kdo jako první začali vyrábět šperky, zbraně ze slitiny železa a niklu, které byly nalezeny při archeologických vykopávkách a pečlivě prozkoumány chemiky.
O něco později se kmeny Árijců, které se přestěhovaly do Asie, naučily získávat pevné železo z rudy. Pro tehdejší lidi to bylo tak cenné, že výrobky byly pokryty zlatem!
Vlastnosti železa
Železo (Fe) je z hlediska obsahu v útrobách zemské kůry na čtvrtém místě. Zaujímá místo v 7. skupině 4. periody a má číslo 26 inchemická tabulka prvků Mendělejeva. Valence železa je přímo závislá na jeho pozici v tabulce. Ale o tom později.
Tento kov je v přírodě nejběžnější ve formě rudy, nacházející se ve vodě jako minerál a také v různých sloučeninách.
Největší zásoby železné rudy jsou v Rusku, Austrálii, Ukrajině, Brazílii, USA, Indii, Kanadě.
Fyzikální vlastnosti
Než přejdeme k mocenství železa, je nutné se blíže podívat na jeho fyzikální vlastnosti, takříkajíc se na něj blíže podívat.
Tento kov má stříbřitou barvu, je docela tažný, ale je schopen zvýšit tvrdost prostřednictvím interakce s jinými prvky (například s uhlíkem). Má také magnetické vlastnosti.
Ve vlhkém prostředí může železo korodovat, tedy rezavět. Absolutně čistý kov je sice odolnější vůči vlhkosti, ale pokud obsahuje nečistoty, jsou to právě ty, které vyvolávají korozi.
Železo dobře reaguje s kyselým prostředím, může dokonce tvořit soli kyseliny železa (za předpokladu silného oxidačního činidla).
Na vzduchu se rychle pokryje oxidovým filmem, který ho chrání před interakcemi.
Chemické vlastnosti
Tento prvek má také řadu chemických vlastností. Železo, stejně jako zbytek prvků periodické tabulky, má náboj atomového jádra, což odpovídá pořadovému číslu +26. A kolem jádra rotuje 26 elektronů.
Obecně, pokud vezmeme v úvahu vlastnosti železa - chemického prvku, pak se jedná o kov s nízkou aktivní schopností.
V interakci se slabšími oxidačními činidly železo tvoří sloučeniny, kde je dvojmocné (to znamená, že jeho oxidační stav je +2). A pokud se silnými oxidačními činidly, pak oxidační stav železa dosáhne +3 (to znamená, že jeho mocenství se rovná 3).
Při interakci s chemickými prvky, které nejsou kovy, působí Fe vůči nim jako redukční činidlo, přičemž jeho oxidační stav se stává kromě +2 a +3 dokonce +4, +5, +6. Takové sloučeniny mají velmi silné oxidační vlastnosti.
Jak je uvedeno výše, železo ve vzduchu je pokryto oxidovým filmem. A při zahřátí se rychlost reakce zvýší a může vzniknout oxid železa s valencí 2 (teplota nižší než 570 stupňů Celsia) nebo oxid s mocenstvím 3 (teplotní index vyšší než 570 stupňů).
Interakce Fe s halogeny vede k tvorbě solí. Prvky fluor a chlor jej oxidují na +3. Brom je až +2 nebo +3 (vše závisí na podmínkách provádění chemické přeměny při interakci se železem).
Při interakci s jódem se prvek oxiduje na +2.
Zahříváním železa a síry vzniká sulfid železa s mocenstvím 2.
Pokud roztavíte železo a zkombinujete ho s uhlíkem, fosforem, křemíkem, borem, dusíkem, získáte sloučeniny zvané slitiny.
Železo je kov,interaguje tedy i s kyselinami (o tom bylo také krátce pojednáno o něco výše). Například kyselina sírová a dusičná, které mají vysokou koncentraci, v prostředí s nízkou teplotou neovlivňují železo. Jakmile ale stoupne, dojde k reakci, v jejímž důsledku se železo zoxiduje na +3.
Čím vyšší je koncentrace kyseliny, tím vyšší by měla být teplota.
Zahříváním 2-mocného železa ve vodě získáme jeho oxid a vodík.
Fe má také schopnost vytěsňovat kovy, které mají sníženou aktivitu, z vodných roztoků solí. Současně se oxiduje na +2.
Když teplota stoupne, železo obnovuje kovy z oxidů.
Co je to valence
Již v předchozí části jsme se trochu setkali s pojmem valence a také stupněm oxidace. Je čas zvážit mocenství železa.
Nejprve ale musíte pochopit, o jaký druh vlastnosti chemických prvků se jedná.
Složení chemických látek je téměř vždy konstantní. Například ve vzorci pro vodu H2O - 1 atom kyslíku a 2 atomy vodíku. Totéž platí s jinými sloučeninami, ve kterých jsou zahrnuty dva chemické prvky, z nichž jeden je vodík: k 1 atomu chemického prvku lze přidat 1-4 atomy vodíku. Ale ne naopak! Proto je jasné, že vodík na sebe váže pouze 1 atom jiné látky. A právě tomuto jevu se říká valence – schopnost atomů chemického prvku vázat konkrétnípočet atomů ostatních prvků.
Hodnota valence a grafický vzorec
Existují prvky periodické tabulky, které mají konstantní valenci – jsou to kyslík a vodík.
A existují chemické prvky, ve kterých se mění. Například železo je častěji 2 a 3mocné, síra 2, 4, 6, uhlík 2 a 4. Toto jsou prvky s proměnnou valenci.
Když dále pochopíte, co je valence, můžete správně napsat grafický vzorec sloučenin. Zobrazuje sekvenci spojení atomů v molekule.
Znáte-li také valenci jednoho z prvků ve sloučenině, můžete určit valenci druhého.
Železná valence
Jak bylo uvedeno, železo se týká prvků s proměnnou mocností. A může kolísat nejen mezi 2 a 3, ale může také dosáhnout 4, 5 a dokonce 6.
Anorganická chemie samozřejmě studuje valenci železa podrobněji. Podívejme se krátce na tento mechanismus na úrovni nejjednodušších částic.
Železo je d-prvek, ke kterému je přidáno dalších 31 prvků periodické tabulky (jedná se o 4-7 period). S rostoucím atomovým číslem se vlastnosti d-prvků mírně mění. Také atomový poloměr těchto látek se pomalu zvyšuje. Mají proměnnou valenci, která závisí na skutečnosti, že před-vnější d-elektronová podúroveň je neúplná.
Protože u železa jsou valenční nejen c-elektrony umístěné ve vnější vrstvě, ale také nepárové 3d-elektrony předvnější vrstvy. A v důsledku toho valence Fe v chemikáliisloučenin se může rovnat 2, 3, 4, 5, 6. V zásadě se rovná 2 a 3 - to jsou stabilnější sloučeniny železa s jinými látkami. V méně stabilních vykazuje valenci 4, 5, 6. Takové sloučeniny jsou však méně časté.
Bivalentní železo
Když 2 valenční železo interaguje s vodou, získá se oxid železa (2). Toto spojení je černé. Docela snadno reaguje s kyselinou chlorovodíkovou (nízká koncentrace) a kyselinou dusičnou (vysoká koncentrace).
Pokud takový oxid 2-mocného železa interaguje buď s vodíkem (teplota 350 stupňů Celsia) nebo uhlíkem (koks) při 1000 stupních, pak je obnoven do čistého stavu.
Extrahujte oxid železitý dvoumocného železa následujícími způsoby:
- prostřednictvím kombinace oxidu železitého s oxidem uhelnatým;
- když se ohřívá čisté Fe a tlak kyslíku je nízký;
- při rozkladu šťavelanu železnatého ve vakuovém prostředí;
- při interakci čistého železa se svými oxidy je teplota 900-1000 stupňů Celsia.
Pokud jde o přírodní prostředí, oxid železitý je dvojmocný, přítomný jako minerál wuestit.
Existuje další způsob, jak určit mocenství železa v roztoku - v tomto případě s indexem 2. Je nutné provést reakce s červenou solí (hexakyanoželezitan draselný) as alkálií. V prvním případě je pozorována tmavě modrá sraženina - komplexní sůl železité 2-valentní. vdruhý - získání tmavě šedozelené sraženiny - hydroxid železa je také 2-mocný, zatímco hydroxid 3-mocný má v roztoku tmavě hnědou barvu.
Trivalentní železo
3mocný oxid železitý má práškovou strukturu, jejíž barva je červenohnědá. Má také názvy: oxid železa, minium železa, červený pigment, potravinářské barvivo, krokus.
V přírodě se tato látka vyskytuje ve formě minerálu - hematitu.
Oxid takového železa již neinteraguje s vodou. Ale spojuje se s kyselinami a zásadami.
Oxid železitý (3) se používá k barvení materiálů používaných ve stavebnictví:
- cihly;
- cement;
- keramické výrobky;
- beton;
- dlažební desky;
- podlahy (linoleum).
Železo v lidském těle
Jak bylo uvedeno na začátku článku, látka železo je důležitou součástí lidského těla.
Pokud je tento prvek nedostatečný, mohou nastat následující důsledky:
- zvýšená únava a citlivost na chlad;
- suchá pokožka;
- snížená mozková aktivita;
- zhoršení pevnosti nehtové ploténky;
- závratě;
- problémy s trávením;
- šedivé vlasy a vypadávání vlasů.
Železo se hromadí, obvykle ve slezině a játrech, stejně jako v ledvinách a slinivce.
Lidská strava by měla obsahovat potraviny obsahující železo:
- hovězí játra;
- pohanková kaše;
- arašídy;
- pistácie;
- zelený hrášek v konzervě;
- sušené hříbky;
- kuřecí vejce;
- špenát;
- dogwood;
- jablka;
- hrušky;
- peaches;
- řepa;
- plody moře.
Nedostatek železa v krvi vede ke snížení hemoglobinu a rozvoji onemocnění, jako je anémie z nedostatku železa.
