Είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί ο ρόλος του σιδήρου για τον άνθρωποοργανισμός, επειδή είναι αυτός που συμβάλλει στη "δημιουργία" του αίματος, το περιεχόμενό του επηρεάζει το επίπεδο της αιμοσφαιρίνης και της μυοσφαιρίνης, ο σίδηρος ομαλοποιεί το έργο του ενζυμικού συστήματος. Τι είναι όμως αυτό το στοιχείο από τη σκοπιά της χημείας; Ποιο είναι το σθένος του σιδήρου; Αυτό θα συζητηθεί σε αυτό το άρθρο.
Λίγο ιστορία
Η ανθρωπότητα γνώριζε αυτό το χημικό στοιχείο καικατείχε ακόμη και προϊόντα από αυτό τον 4ο αιώνα π.Χ. Αυτοί ήταν οι λαοί της Αρχαίας Αιγύπτου και οι Σουμέριοι. Ήταν αυτοί που άρχισαν πρώτοι να κατασκευάζουν κοσμήματα, όπλα από κράμα σιδήρου και νικελίου, τα οποία βρέθηκαν κατά τη διάρκεια αρχαιολογικών ανασκαφών και μελετήθηκαν προσεκτικά από χημικούς.
Λίγο αργότερα, οι Άριες φυλές που μετακόμισαν στην Ασία έμαθαν πώς να εξάγουν στερεό σίδηρο από μετάλλευμα. Ήταν τόσο πολύτιμο για τους ανθρώπους εκείνης της εποχής που τα αντικείμενα ήταν καλυμμένα με χρυσό!
Χαρακτηριστικό σιδήρου
Ο σίδηρος (Fe) βρίσκεται στην τέταρτη θέσητο περιεχόμενό του στα έγκατα του φλοιού της γης. Πραγματοποιείται στον 7ο όμιλο της 4ης περιόδου και έχει τον αριθμό 26 στον χημικό πίνακα των στοιχείων του Μεντελέεφ. Το σθένος του σιδήρου εξαρτάται άμεσα από τη θέση του στον πίνακα. Αλλά περισσότερα για αυτό αργότερα.
Αυτό το μέταλλο είναι πιο άφθονο στη φύση με τη μορφή μεταλλεύματος, βρίσκεται στο νερό ως ορυκτό, καθώς και σε διάφορες ενώσεις.
Η μεγαλύτερη ποσότητα αποθεμάτων σιδήρου με τη μορφή μεταλλεύματος βρίσκεται στη Ρωσία, την Αυστραλία, την Ουκρανία, τη Βραζιλία, τις ΗΠΑ, την Ινδία, τον Καναδά.
Φυσικές ιδιότητες
Πριν προχωρήσουμε στο σθένος του σιδήρου, είναι απαραίτητο να εξετάσουμε λεπτομερέστερα τις φυσικές του ιδιότητες, για να το λέμε έτσι, για να το δούμε πιο προσεκτικά.
Αυτό το μέταλλο έχει ένα ασημί χρώμα, αρκετάπλαστικό, αλλά ικανό να αυξήσει τη σκληρότητά του αλληλεπιδρώντας με άλλα στοιχεία (για παράδειγμα, άνθρακα). Έχει επίσης μαγνητικές ιδιότητες.
Σε υγρό περιβάλλον, ο σίδηρος μπορεί να διαβρωθεί, δηλαδή να σκουριάσει. Αν και το απολύτως καθαρό μέταλλο είναι πιο ανθεκτικό στην υγρασία, εάν υπάρχουν ακαθαρσίες σε αυτό, είναι αυτές που προκαλούν διάβρωση.
Ο σίδηρος αλληλεπιδρά καλά με ένα όξινο περιβάλλον, μπορεί ακόμη και να σχηματίσει άλατα τρισθενούς οξέος (υπό την προϋπόθεση ότι είναι ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας).
Στον αέρα, καλύπτεται γρήγορα με ένα φιλμ οξειδίου που το προστατεύει από αλληλεπιδράσεις.
Χημικές ιδιότητες
Επίσης, αυτό το στοιχείο έχει μια σειρά από χημικάιδιότητες. Ο σίδηρος, όπως και τα υπόλοιπα στοιχεία του περιοδικού πίνακα, έχει φορτίο του ατομικού πυρήνα, το οποίο αντιστοιχεί στον τακτικό αριθμό +26. Και γύρω από τον πυρήνα περιστρέφονται 26 ηλεκτρόνια.
Γενικά, αν λάβουμε υπόψη τις ιδιότητες του σιδήρου - ενός χημικού στοιχείου, τότε είναι ένα μέταλλο με χαμηλή ενεργό ικανότητα.
Αλληλεπίδραση με ασθενέστερα οξειδωτικά,Ο σίδηρος σχηματίζει ενώσεις όπου είναι δισθενής (δηλαδή η οξειδωτική του κατάσταση είναι +2). Και αν με ισχυρά οξειδωτικά, τότε η κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου φτάνει στο +3 (δηλαδή, το σθένος του γίνεται ίσο με 3).
Κατά την αλληλεπίδραση με χημικά στοιχεία,που δεν είναι μέταλλα, ο Fe δρα ως αναγωγικός παράγοντας σε σχέση με αυτά, ενώ η οξειδωτική του κατάσταση γίνεται, εκτός από +2 και +3, ακόμη και +4, +5, +6. Τέτοιες ενώσεις έχουν πολύ ισχυρές οξειδωτικές ιδιότητες.
Όπως σημειώθηκε παραπάνω, ο σίδηρος στον αέρακαλυμμένο με μεμβράνη οξειδίου. Και όταν θερμαίνεται, ο ρυθμός αντίδρασης αυξάνεται και μπορεί να σχηματιστεί οξείδιο σιδήρου με σθένος 2 (θερμοκρασία μικρότερη από 570 βαθμούς Κελσίου) ή οξείδιο με σθένος 3 (δείκτης θερμοκρασίας πάνω από 570 μοίρες).
Η αλληλεπίδραση του Fe με τα αλογόνα οδηγεί σεο σχηματισμός αλάτων. Τα στοιχεία φθόριο και χλώριο το οξειδώνουν στο +3. Το βρώμιο, από την άλλη πλευρά, είναι μέχρι +2 ή +3 (όλα εξαρτώνται από τις συνθήκες για τον χημικό μετασχηματισμό όταν αλληλεπιδρά με τον σίδηρο).
Σε αλληλεπίδραση με το ιώδιο, το στοιχείο οξειδώνεται σε +2.
Με θέρμανση σιδήρου και θείου, λαμβάνεται θειούχος σίδηρος με σθένος 2.
Εάν ο σίδηρος λιώσει και συνδυαστεί με άνθρακα, φώσφορο, πυρίτιο, βόριο, άζωτο, τότε προκύπτουν ενώσεις που ονομάζονται κράματα.
Ο σίδηρος είναι μέταλλο, άρα μπαίνει μέσααλληλεπίδραση με οξέα (αυτό συζητήθηκε επίσης εν συντομία ακριβώς παραπάνω). Για παράδειγμα, τα θειικά και νιτρικά οξέα, που έχουν υψηλή συγκέντρωση, δεν επηρεάζουν τον σίδηρο σε περιβάλλον με χαμηλή θερμοκρασία. Μόλις όμως ανέβει, συμβαίνει μια αντίδραση, με αποτέλεσμα ο σίδηρος να οξειδώνεται στο +3.
Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση του οξέος, τόσο υψηλότερη πρέπει να δοθεί η θερμοκρασία.
Με τη θέρμανση του δισθενούς σιδήρου σε νερό, παίρνουμε το οξείδιο και το υδρογόνο του.
Ο Fe έχει επίσης την ικανότητα να εκτοπίζει μέταλλα που έχουν μειωμένη δραστηριότητα από υδατικά διαλύματα αλάτων. Ταυτόχρονα, οξειδώνεται στο +2.
Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο σίδηρος μειώνει τα μέταλλα από τα οξείδια.
Τι είναι σθένος
Ήδη στην προηγούμενη ενότητα, η έννοια του σθένους, καθώς και η κατάσταση οξείδωσης, συναντήθηκε λίγο. Ήρθε η ώρα να εξετάσουμε το σθένος του σιδήρου.
Αλλά πρώτα πρέπει να καταλάβετε τι είδους ιδιότητα είναι τα χημικά στοιχεία.
Οι χημικές ουσίες είναι σχεδόν πάντα σταθερέςτη σύνθεσή του. Για παράδειγμα, στον τύπο για το νερό H2O - 1 άτομο οξυγόνου και 2 άτομα υδρογόνου. Το ίδιο συμβαίνει και με άλλες ενώσεις, στις οποίες εμπλέκονται δύο χημικά στοιχεία, εκ των οποίων το ένα είναι υδρογόνο: 1-4 άτομα υδρογόνου μπορούν να προστεθούν σε 1 άτομο ενός χημικού στοιχείου. Όχι όμως το αντίστροφο! Επομένως, είναι σαφές ότι το υδρογόνο προσκολλά στον εαυτό του μόνο 1 άτομο άλλης ουσίας. Και είναι αυτό το φαινόμενο που ονομάζεται σθένος - η ικανότητα των ατόμων ενός χημικού στοιχείου να προσκολλούν έναν συγκεκριμένο αριθμό ατόμων άλλων στοιχείων.
Τιμή σθένους και γραφικός τύπος
Υπάρχουν στοιχεία του περιοδικού πίνακα που έχουν σταθερό σθένος - αυτά είναι το οξυγόνο και το υδρογόνο.
Και υπάρχουν χημικά στοιχεία στα οποία αλλάζει. Για παράδειγμα, ο σίδηρος είναι πιο συχνά 2 και 3 σθένος, το θείο 2, 4, 6, ο άνθρακας 2 και 4. Πρόκειται για στοιχεία με μεταβλητό σθένος.
Επιπλέον, κατανοώντας τι είναι το σθένος, μπορείτε να γράψετε σωστά τον γραφικό τύπο των ενώσεων. Εμφανίζει την αλληλουχία ένωσης ατόμων σε ένα μόριο.
Επίσης, γνωρίζοντας το σθένος ενός από τα στοιχεία της ένωσης, μπορείτε να προσδιορίσετε το σθένος του άλλου.
Σιδερένιο σθένος
Όπως σημειώθηκε, ο σίδηρος ανήκει στα στοιχεία με μεταβλητό σθένος. Και μπορεί να κυμαίνεται όχι μόνο μεταξύ των δεικτών 2 και 3, αλλά και να φτάσει τα 4, 5 και ακόμη και 6.
Φυσικά, η ανόργανη χημεία μελετά το σθένος του σιδήρου με περισσότερες λεπτομέρειες. Ας εξετάσουμε εν συντομία αυτόν τον μηχανισμό στο επίπεδο των απλούστερων σωματιδίων.
Ο σίδηρος είναι ένα στοιχείο d στο οποίοΚαταμετρούνται 31 ακόμη στοιχεία του περιοδικού πίνακα (αυτές είναι 4-7 περίοδοι). Με την αύξηση του σειριακού αριθμού, οι ιδιότητες των q-στοιχείων αποκτούν μικρές αλλαγές. Η ατομική ακτίνα αυτών των ουσιών αυξάνεται επίσης αργά. Έχουν ένα μεταβλητό σθένος, το οποίο εξαρτάται από το γεγονός ότι το προ-εξωτερικό υποεπίπεδο d-ηλεκτρονικού είναι ατελές.
Επομένως, για τον σίδηρο, το σθένος δεν είναι μόνοc-ηλεκτρόνια στο εξωτερικό στρώμα, αλλά και μη ζευγαρωμένα 3d-ηλεκτρόνια του προ-εξωτερικού στρώματος. Και, κατά συνέπεια, το σθένος του Fe σε χημικές ενώσεις μπορεί να είναι ίσο με 2, 3, 4, 5, 6. Βασικά, είναι ίσο με 2 και 3 - αυτές είναι πιο σταθερές ενώσεις σιδήρου με άλλες ουσίες. Σε λιγότερο σταθερές, εμφανίζει σθένος 4, 5, 6. Όμως, τέτοιες ενώσεις είναι λιγότερο συχνές.
Δισθενές σίδηρο
Όταν ο σίδηρος 2 σθένους αλληλεπιδρά με το νερόλαμβάνεται οξείδιο του σιδήρου (2). Αυτή η ένωση είναι μαύρη. Αλληλεπιδρά αρκετά εύκολα με υδροχλωρικό (χαμηλή συγκέντρωση) και νιτρικό (υψηλής συγκέντρωσης) οξέα.
Αν ένα τέτοιο οξείδιο του 2σθενούς σιδήρουαλληλεπιδρούν είτε με το υδρογόνο (θερμοκρασία 350 βαθμοί Κελσίου), είτε με τον άνθρακα (οπτάνθρακα) στους 1000 βαθμούς, τότε ανάγεται σε καθαρή κατάσταση.
Το δισθενές οξείδιο του σιδήρου εξορύσσεται με τους ακόλουθους τρόπους:
- μέσω του συνδυασμού τρισθενούς οξειδίου του σιδήρου με μονοξείδιο του άνθρακα.
- κατά τη θέρμανση καθαρού Fe, ενώ η πίεση οξυγόνου είναι χαμηλή.
- όταν ξεδιπλώνεται οξαλικό 2-σθενές σίδηρο σε περιβάλλον κενού.
- όταν ο καθαρός σίδηρος αλληλεπιδρά με τα οξείδια του, η θερμοκρασία είναι 900-1000 βαθμοί Κελσίου.
Όσον αφορά το φυσικό περιβάλλον, το οξείδιο του σιδήρου 2-σθενούς υπάρχει με τη μορφή του ορυκτού wustite.
Υπάρχει ένας άλλος τρόπος για τον προσδιορισμό σε μια λύσησθένος σιδήρου - σε αυτή την περίπτωση, έχοντας τον δείκτη του 2. Είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν αντιδράσεις με ένα κόκκινο άλας (εξακυανοφερρικό κάλιο) και με αλκάλι. Στην πρώτη περίπτωση, λαμβάνεται ένα σκούρο μπλε ίζημα - ένα σύνθετο άλας σιδήρου 2 σθένους. Στο δεύτερο, λαμβάνεται ένα σκούρο γκρι-πράσινο ίζημα - το υδροξείδιο του σιδήρου είναι επίσης 2-σθενές, ενώ το υδροξείδιο του σιδήρου 3-σθενούς έχει σκούρο καφέ χρώμα στο διάλυμα.
Σίδηρος σιδήρου
Το οξείδιο του τρισθενούς σιδήρου έχει δομή σκόνης, το χρώμα του οποίου είναι κόκκινο-καφέ. Έχει επίσης τα ακόλουθα ονόματα: οξείδιο του σιδήρου, κόκκινος μόλυβδος, κόκκινη χρωστική ουσία, χρωστική τροφίμων, κρόκος.
Στη φύση, αυτή η ουσία βρίσκεται με τη μορφή ορυκτού - αιματίτη.
Το οξείδιο αυτού του σιδήρου δεν αλληλεπιδρά πλέον με το νερό. Συνδυάζεται όμως με οξέα και αλκάλια.
Το οξείδιο του σιδήρου (3) χρησιμοποιείται για τη βαφή υλικών που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές:
- τούβλα?
- τσιμέντο;
- κεραμικά προϊόντα?
- σκυρόδεμα;
- πλακόστρωτες πλάκες?
- επενδύσεις δαπέδου (λινέλαιο).
Σίδηρος στο ανθρώπινο σώμα
Όπως σημειώθηκε στην αρχή του άρθρου, η ουσία σίδηρος είναι ένα σημαντικό συστατικό του ανθρώπινου σώματος.
Όταν αυτό το στοιχείο είναι ανεπαρκές, ενδέχεται να προκύψουν οι ακόλουθες συνέπειες:
- αυξημένη κόπωση και ευαισθησία στο κρύο.
- ξηρό δέρμα;
- μειωμένη εγκεφαλική δραστηριότητα?
- επιδείνωση της αντοχής της πλάκας νυχιών.
- ζάλη;
- προβλήματα πέψης.
- γκρίζα μαλλιά και τριχόπτωση.
Ο σίδηρος συσσωρεύεται, συνήθως στον σπλήνα και στο συκώτι, καθώς και στα νεφρά και το πάγκρεας.
Η ανθρώπινη διατροφή πρέπει να περιέχει τροφές που περιέχουν σίδηρο:
- συκώτι βοείου κρέατος
- κουάκερ φαγόπυρου
- αράπικο φιστίκι;
- φιστίκια Αιγίνης?
- κονσερβοποιημένα πράσινα μπιζέλια?
- αποξηραμένα μανιτάρια πορτσίνι?
- αυγά κοτόπουλου
- σπανάκι;
- σκυλόξυλο?
- μήλα
- αχλάδια?
- ροδάκινα?
- παντζάρι;
- θαλασσινά.
Η έλλειψη σιδήρου στο αίμα οδηγεί σε μείωση της αιμοσφαιρίνης και στην ανάπτυξη μιας ασθένειας όπως η σιδηροπενική αναιμία.
