Είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί ο ρόλος του σιδήρου για το ανθρώπινο σώμα, γιατί συμβάλλει στη «δημιουργία» του αίματος, η περιεκτικότητά του επηρεάζει το επίπεδο της αιμοσφαιρίνης και της μυοσφαιρίνης, ο σίδηρος ομαλοποιεί τη λειτουργία του ενζυμικού συστήματος. Τι είναι όμως αυτό το στοιχείο από άποψη χημείας; Ποιο είναι το σθένος του σιδήρου; Αυτό θα συζητηθεί σε αυτό το άρθρο.
Λίγη ιστορία
Η ανθρωπότητα γνώριζε για αυτό το χημικό στοιχείο και μάλιστα κατείχε προϊόντα από αυτό ήδη από 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 εξετάστηκαν προσεκτικά από χημικούς.
Λίγο αργότερα, οι φυλές των Αρίων που μετακόμισαν στην Ασία έμαθαν πώς να εξάγουν στερεό σίδηρο από μετάλλευμα. Ήταν τόσο πολύτιμο για τους ανθρώπους εκείνης της εποχής που τα προϊόντα ήταν καλυμμένα με χρυσό!
Χαρακτηριστικά σιδήρου
Ο σίδηρος (Fe) βρίσκεται στην τέταρτη θέση ως προς την περιεκτικότητά του στα έγκατα του φλοιού της γης. Καταλαμβάνει μια θέση στον 7ο όμιλο της 4ης περιόδου και έχει το νούμερο 26 inχημικός πίνακας στοιχείων του Mendeleev. Το σθένος του σιδήρου εξαρτάται άμεσα από τη θέση του στον πίνακα. Αλλά περισσότερα για αυτό αργότερα.
Αυτό το μέταλλο είναι πιο κοινό στη φύση με τη μορφή μεταλλεύματος, που βρίσκεται στο νερό ως ορυκτό, καθώς και σε διάφορες ενώσεις.
Τα μεγαλύτερα αποθέματα σιδηρομεταλλεύματος βρίσκονται στη Ρωσία, την Αυστραλία, την Ουκρανία, τη Βραζιλία, τις ΗΠΑ, την Ινδία, τον Καναδά.
Φυσικές ιδιότητες
Προτού προχωρήσετε στο σθένος του σιδήρου, είναι απαραίτητο να ρίξετε μια πιο προσεκτική ματιά στις φυσικές του ιδιότητες, ας πούμε, ρίξτε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτό.
Αυτό το μέταλλο έχει ασημί χρώμα, είναι αρκετά όλκιμο, αλλά μπορεί να αυξήσει τη σκληρότητα μέσω της αλληλεπίδρασής του με άλλα στοιχεία (για παράδειγμα, με άνθρακα). Έχει επίσης μαγνητικές ιδιότητες.
Σε ένα υγρό περιβάλλον, ο σίδηρος μπορεί να διαβρωθεί, δηλαδή να σκουριάσει. Αν και το απολύτως καθαρό μέταλλο είναι πιο ανθεκτικό στην υγρασία, αλλά αν περιέχει ακαθαρσίες, είναι αυτές που προκαλούν διάβρωση.
Ο σίδηρος αλληλεπιδρά καλά με όξινα περιβάλλοντα, μπορεί ακόμη και να σχηματίσει άλατα οξέος σιδήρου (παρέχεται 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 χημικές ιδιότητες. Ο σίδηρος, όπως και τα υπόλοιπα στοιχεία του περιοδικού πίνακα, έχει το φορτίο του ατομικού πυρήνα, που αντιστοιχεί στον αύξοντα αριθμό +26. Και γύρω από τον πυρήνα, 26 ηλεκτρόνια περιστρέφονται.
Γενικά, αν λάβουμε υπόψη τις ιδιότητες του σιδήρου - ένα χημικό στοιχείο, τότε είναι ένα μέταλλο με χαμηλή ενεργό ικανότητα.
Αλληλεπιδρώντας με ασθενέστερα οξειδωτικά μέσα, ο σίδηρος σχηματίζει ενώσεις όπου είναι δισθενής (δηλαδή η κατάσταση οξείδωσής του είναι +2). Και αν με ισχυρά οξειδωτικά μέσα, τότε η κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου φτάνει στο +3 (δηλαδή, το σθένος του γίνεται ίσο με 3).
Όταν αλληλεπιδρά με χημικά στοιχεία που δεν είναι μέταλλα, ο Fe δρα ως αναγωγικός παράγοντας σε σχέση με αυτά, ενώ η κατάσταση οξείδωσής του γίνεται, εκτός από +2 και +3, ακόμη και +4, +5, +6. Τέτοιες ενώσεις έχουν πολύ ισχυρές οξειδωτικές ιδιότητες.
Όπως σημειώθηκε παραπάνω, ο σίδηρος στον αέρα καλύπτεται με μια 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 μεγαλύτερος από 570 βαθμούς).
Η αλληλεπίδραση του Fe με τα αλογόνα οδηγεί στο σχηματισμό αλάτων. Τα στοιχεία φθόριο και χλώριο το οξειδώνουν στο +3. Το βρώμιο είναι έως +2 ή +3 (όλα εξαρτώνται από τις συνθήκες για την υλοποίηση ενός χημικού μετασχηματισμού όταν αλληλεπιδρά με τον σίδηρο).
Αλληλεπιδρώντας με το ιώδιο, το στοιχείο οξειδώνεται σε +2.
Η θέρμανση σιδήρου και θείου παράγει θειούχο σίδηρο με σθένος 2.
Αν λιώσετε σίδηρο και το συνδυάσετε με άνθρακα, φώσφορο, πυρίτιο, βόριο, άζωτο, θα λάβετε ενώσεις που ονομάζονται κράματα.
Ο σίδηρος είναι μέταλλο,επομένως, αλληλεπιδρά και με οξέα (αυτό συζητήθηκε επίσης εν συντομία λίγο πιο πάνω). Για παράδειγμα, τα θειικά και νιτρικά οξέα, που έχουν υψηλή συγκέντρωση, σε περιβάλλον με χαμηλή θερμοκρασία, δεν επηρεάζουν τον σίδηρο. Μόλις όμως ανέβει, εμφανίζεται μια αντίδραση, με αποτέλεσμα ο σίδηρος να οξειδώνεται σε +3.
Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση οξέος, τόσο υψηλότερη θα πρέπει να δοθεί η θερμοκρασία.
Θερμαίνοντας τον δισθενή σίδηρο σε νερό, παίρνουμε το οξείδιο και το υδρογόνο του.
Επίσης, ο Fe έχει την ικανότητα να εκτοπίζει μέταλλα που έχουν μειωμένη δραστηριότητα από υδατικά διαλύματα αλάτων. Ταυτόχρονα, οξειδώνεται στο +2.
Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, ο σίδηρος αποκαθιστά τα μέταλλα από τα οξείδια.
Τι είναι σθένος
Ήδη στην προηγούμενη ενότητα, η έννοια του σθένους, καθώς και ο βαθμός 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 σταθερές στη σύστασή τους. Για παράδειγμα, στον τύπο για το νερό H2O - 1 άτομο οξυγόνου και 2 άτομα υδρογόνου. Το ίδιο ισχύει και με άλλες ενώσεις στις οποίες εμπλέκονται δύο χημικά στοιχεία, ένα από τα οποία είναι υδρογόνο: 1-4 άτομα υδρογόνου μπορούν να προστεθούν σε 1 άτομο ενός χημικού στοιχείου. Όχι όμως και το αντίστροφο! Επομένως, είναι σαφές ότι το υδρογόνο συνδέει μόνο 1 άτομο άλλης ουσίας στον εαυτό του. Και είναι αυτό το φαινόμενο που ονομάζεται σθένος - η ικανότητα των ατόμων ενός χημικού στοιχείου να προσκολλούν ένα συγκεκριμένοο αριθμός των 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. Αυτά είναι στοιχεία με μεταβλητό σθένος.
Επιπλέον, κατανοώντας τι είναι σθένος, μπορείτε να γράψετε σωστά τον γραφικό τύπο των ενώσεων. Εμφανίζει την αλληλουχία σύνδεσης των ατόμων σε ένα μόριο.
Επίσης, γνωρίζοντας το σθένος ενός από τα στοιχεία της ένωσης, μπορείτε να προσδιορίσετε το σθένος του άλλου.
Iron valency
Όπως σημειώθηκε, ο σίδηρος αναφέρεται σε στοιχεία με μεταβλητό σθένος. Και μπορεί να κυμαίνεται όχι μόνο μεταξύ 2 και 3, αλλά και να φτάσει το 4, το 5 ακόμη και το 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 οποίο προστίθενται 31 ακόμη στοιχεία του περιοδικού πίνακα (αυτές είναι 4-7 περίοδοι). Καθώς ο ατομικός αριθμός αυξάνεται, οι ιδιότητες των στοιχείων d 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-ηλεκτρονίου είναι ατελές.
Επειδή για τον σίδηρο, όχι μόνο τα ηλεκτρόνια c που βρίσκονται στο εξωτερικό στρώμα είναι σθένους, αλλά και τα ασύζευκτα 3d-ηλεκτρόνια του προ-εξωτερικού στρώματος. Και, κατά συνέπεια, το σθένος του Fe στο χημικόΟι ενώσεις μπορεί να είναι ίσες 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 νερό, λαμβάνεται οξείδιο του σιδήρου (2). Αυτή η σύνδεση είναι μαύρη. Αντιδρά αρκετά εύκολα με υδροχλωρικό (χαμηλή συγκέντρωση) και νιτρικό (υψηλής συγκέντρωσης) οξέα.
Εάν ένα τέτοιο οξείδιο του σιδήρου 2 σθένους αλληλεπιδράσει είτε με υδρογόνο (θερμοκρασία 350 βαθμοί Κελσίου) είτε με άνθρακα (οπτάνθρακες) στους 1000 βαθμούς, τότε αποκαθίσταται σε καθαρή κατάσταση.
Εξάγετε το οξείδιο του σιδήρου του δισθενούς σιδήρου με τους ακόλουθους τρόπους:
- μέσω του συνδυασμού οξειδίου του σιδήρου με μονοξείδιο του άνθρακα;
- όταν ο καθαρός Fe θερμαίνεται, ενώ η πίεση του οξυγόνου είναι χαμηλή,
- όταν αποσυντίθεται ο οξαλικός σίδηρος 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 είναι δισθενές και υπάρχει ως ορυκτό ουεστίτη.
Υπάρχει ένας άλλος τρόπος για να προσδιορίσετε το σθένος του σιδήρου σε ένα διάλυμα - σε αυτήν την περίπτωση, έχοντας τον δείκτη του 2. Είναι απαραίτητο να πραγματοποιήσετε αντιδράσεις με κόκκινο αλάτι (εξακυανοφερρικό κάλιο) και με αλκάλιο. Στην πρώτη περίπτωση, παρατηρείται ένα σκούρο μπλε ίζημα - ένα σύνθετο άλας σιδήρου 2-σθενούς. Σετο δεύτερο - λαμβάνοντας ένα σκούρο γκρι-πράσινο ίζημα - το υδροξείδιο του σιδήρου είναι επίσης 2-σθενές, ενώ το υδροξείδιο του σιδήρου 3 σθένους έχει σκούρο καφέ χρώμα στο διάλυμα.
Τρισθενής σίδηρος
Το
3-σθενές οξείδιο του σιδήρου έχει δομή σκόνης, το χρώμα της οποίας είναι κόκκινο-καφέ. Έχει επίσης τις ονομασίες: οξείδιο σιδήρου, minium σιδήρου, κόκκινη χρωστική ουσία, χρωστική τροφίμων, κρόκος.
Στη φύση, αυτή η ουσία εμφανίζεται με τη μορφή ορυκτού - αιματίτη.
Το οξείδιο αυτού του σιδήρου δεν αλληλεπιδρά πλέον με το νερό. Αλλά συνδυάζεται με οξέα και αλκάλια.
Οξείδιο σιδήρου (3) χρησιμοποιείται για το χρωματισμό υλικών που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή:
- τούβλα;
- τσιμέντο;
- κεραμικά προϊόντα;
- σκυρόδεμα;
- πλάκες πεζοδρομίου;
- δάπεδο (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:
- μοσχαρίσιο συκώτι;
- κουάκερ φαγόπυρου;
- φιστίκια;
- φιστίκια Αιγίνης;
- κονσέρβα πράσινα μπιζέλια;
- αποξηραμένα μανιτάρια πορτσίνι;
- αυγά κοτόπουλου;
- σπανάκι;
- dogwood;
- μήλα;
- αχλάδια;
- ροδάκινα;
- τεύτλα;
- θαλασσινά.
Η έλλειψη σιδήρου στο αίμα οδηγεί σε μείωση της αιμοσφαιρίνης και στην ανάπτυξη μιας ασθένειας όπως η σιδηροπενική αναιμία.
