Je ťažké preceňovať úlohu železa pre ľudský organizmus, pretože prispieva k „tvorbe“krvi, jeho obsah ovplyvňuje hladinu hemoglobínu a myoglobínu, železo normalizuje činnosť enzýmového systému. Čo je však tento prvok z hľadiska chémie? Aká je mocnosť železa? Toto bude prediskutované v tomto článku.
Trošku histórie
Ľudstvo vedelo o tomto chemickom prvku a dokonca vlastnilo produkty z neho už v 4. storočí pred Kristom. Boli to národy starovekého Egypta a Sumeri. Boli to oni, ktorí ako prví začali vyrábať šperky, zbrane zo zliatiny železa a niklu, ktoré boli nájdené počas archeologických vykopávok a starostlivo preskúmané chemikmi.
O niečo neskôr sa kmene Árijcov, ktoré sa presťahovali do Ázie, naučili získavať pevné železo z rudy. Pre vtedajších ľudí to bolo také cenné, že výrobky boli pokryté zlatom!
Vlastnosti železa
Železo (Fe) je z hľadiska obsahu v útrobách zemskej kôry na štvrtom mieste. Zaberá miesto v 7. skupine 4. tretiny a má číslo 26 inchemická tabuľka prvkov Mendelejeva. Valencia železa priamo závisí od jeho pozície v tabuľke. Ale o tom neskôr.
Tento kov je v prírode najbežnejší vo forme rudy, nachádza sa vo vode ako minerál, ako aj v rôznych zlúčeninách.
Najväčšie zásoby železnej rudy sú v Rusku, Austrálii, na Ukrajine, v Brazílii, USA, Indii, Kanade.
Fyzikálne vlastnosti
Predtým, než prejdeme k mocenstvu železa, je potrebné sa bližšie pozrieť na jeho fyzikálne vlastnosti, takpovediac, bližšie sa naň pozrieť.
Tento kov má striebristú farbu, je dosť ťažný, ale je schopný zvýšiť tvrdosť prostredníctvom interakcie s inými prvkami (napríklad s uhlíkom). Má tiež magnetické vlastnosti.
Vo vlhkom prostredí môže železo korodovať, teda hrdzavieť. Absolútne čistý kov je síce odolnejší voči vlhkosti, no ak obsahuje nečistoty, sú to práve tie, ktoré vyvolávajú koróziu.
Železo dobre reaguje s kyslým prostredím, môže dokonca vytvárať soli kyseliny železa (za predpokladu silného oxidačného činidla).
Na vzduchu sa rýchlo pokryje oxidovým filmom, ktorý ho chráni pred interakciami.
Chemické vlastnosti
Tento prvok má tiež množstvo chemických vlastností. Železo, rovnako ako ostatné prvky periodickej tabuľky, má náboj atómového jadra, čo zodpovedá poradovému číslu +26. A okolo jadra rotuje 26 elektrónov.
Vo všeobecnosti, ak vezmeme do úvahy vlastnosti železa - chemického prvku, potom ide o kov s nízkou aktívnou schopnosťou.
V interakcii so slabšími oxidačnými činidlami vytvára železo zlúčeniny, kde je dvojmocné (to znamená, že jeho oxidačný stav je +2). A ak so silnými oxidačnými činidlami, potom oxidačný stav železa dosiahne +3 (to znamená, že jeho mocnosť sa rovná 3).
Pri interakcii s chemickými prvkami, ktoré nie sú kovmi, pôsobí Fe vo vzťahu k nim ako redukčné činidlo, pričom jeho oxidačný stav sa stáva okrem +2 a +3 dokonca +4, +5, +6. Takéto zlúčeniny majú veľmi silné oxidačné vlastnosti.
Ako je uvedené vyššie, železo vo vzduchu je pokryté oxidovým filmom. A pri zahrievaní sa rýchlosť reakcie zvyšuje a môže sa tvoriť oxid železa s valenciou 2 (teplota menej ako 570 stupňov Celzia) alebo oxid s valenciou 3 (teplotný index vyšší ako 570 stupňov).
Interakcia Fe s halogénmi vedie k tvorbe solí. Prvky fluór a chlór ju oxidujú na +3. Bróm je až +2 alebo +3 (všetko závisí od podmienok pre realizáciu chemickej premeny pri interakcii so železom).
Pri interakcii s jódom sa prvok oxiduje na +2.
Zahrievaním železa a síry vzniká sulfid železa s mocnosťou 2.
Ak roztopíte železo a spojíte ho s uhlíkom, fosforom, kremíkom, bórom, dusíkom, získate zlúčeniny nazývané zliatiny.
Železo je kov,teda interaguje aj s kyselinami (o tom sa tiez kratko diskutovalo trochu vyssie). Napríklad kyselina sírová a dusičná, ktoré majú vysokú koncentráciu, v prostredí s nízkou teplotou neovplyvňujú železo. Akonáhle však stúpa, dôjde k reakcii, v dôsledku ktorej sa železo zoxiduje na +3.
Čím vyššia je koncentrácia kyseliny, tým vyššia by mala byť teplota.
Zahrievaním 2-mocného železa vo vode získame jeho oxid a vodík.
Fe má tiež schopnosť vytesňovať kovy so zníženou aktivitou z vodných roztokov solí. Zároveň sa oxiduje na +2.
Keď teplota stúpne, železo obnovuje kovy z oxidov.
Čo je to valencia
Už v predchádzajúcej časti sme sa trochu stretli s pojmom valencia, ako aj so stupňom oxidácie. Je čas zvážiť mocnosť železa.
Najskôr však musíte pochopiť, o aký druh vlastnosti chemických prvkov ide.
Chemické látky majú takmer vždy konštantné zloženie. Napríklad vo vzorci pre vodu H2O - 1 atóm kyslíka a 2 atómy vodíka. To isté platí pre iné zlúčeniny, v ktorých sú zahrnuté dva chemické prvky, z ktorých jeden je vodík: 1-4 atómy vodíka môžu byť pridané k 1 atómu chemického prvku. Ale nie naopak! Preto je jasné, že vodík na seba viaže iba 1 atóm inej látky. A práve tento jav sa nazýva valencia – schopnosť atómov chemického prvku pripájať špecificképočet atómov iných prvkov.
Hodnota valencie a grafický vzorec
Existujú prvky periodickej tabuľky, ktoré majú konštantnú valenciu – sú to kyslík a vodík.
A existujú chemické prvky, v ktorých sa mení. Napríklad železo je častejšie 2 a 3-mocné, síra 2, 4, 6, uhlík 2 a 4. Toto sú prvky s premenlivou valenciou.
Keď pochopíte, čo je valencia, môžete správne napísať grafický vzorec zlúčenín. Zobrazuje postupnosť spojenia atómov v molekule.
Aj keď poznáte valenciu jedného z prvkov v zlúčenine, môžete určiť valenciu druhého.
Železná valencia
Ako už bolo uvedené, železo sa vzťahuje na prvky s premenlivou valenciou. A môže kolísať nielen medzi 2 a 3, ale môže dosiahnuť aj 4, 5 a dokonca aj 6.
Samozrejme, že anorganická chémia študuje valenciu železa podrobnejšie. Pozrime sa stručne na tento mechanizmus na úrovni najjednoduchších častíc.
Železo je d-prvok, ku ktorému sa pridáva ďalších 31 prvkov periodickej tabuľky (ide o 4-7 periód). S rastúcim atómovým číslom sa vlastnosti d-prvkov mierne menia. Pomaly sa zvyšuje aj atómový polomer týchto látok. Majú premenlivú valenciu, ktorá závisí od skutočnosti, že predvonkajšia d-elektrónová podúroveň je neúplná.
Pre železo nie sú valenciou len c-elektróny umiestnené vo vonkajšej vrstve, ale aj nepárové 3d-elektróny predbežnej vonkajšej vrstvy. A v dôsledku toho aj valencia Fe v chemikáliizlúčeniny sa môžu rovnať 2, 3, 4, 5, 6. V podstate sa rovná 2 a 3 – ide o stabilnejšie zlúčeniny železa s inými látkami. V menej stabilných vykazuje valenciu 4, 5, 6. Takéto zlúčeniny sú však menej bežné.
Bivalentné železo
Keď dvojmocné železo interaguje s vodou, získa sa oxid železitý (2). Toto spojenie je čierne. Celkom ľahko reaguje s kyselinou chlorovodíkovou (nízka koncentrácia) a dusičnou (vysoká koncentrácia).
Ak takýto oxid 2-mocného železa interaguje buď s vodíkom (teplota 350 stupňov Celzia) alebo uhlíkom (koks) pri 1000 stupňoch, potom sa obnoví do čistého stavu.
Oxid železnatý 2-mocného železa extrahujte nasledujúcimi spôsobmi:
- prostredníctvom kombinácie oxidu železitého s oxidom uhoľnatým;
- keď sa ohrieva čisté Fe a tlak kyslíka je nízky;
- pri rozklade šťavelanu železnatého vo vákuu;
- keď čisté železo interaguje so svojimi oxidmi, teplota je 900-1000 stupňov Celzia.
Pokiaľ ide o prírodné prostredie, oxid železitý je dvojmocný, vyskytuje sa ako minerál wuestit.
Existuje ďalší spôsob, ako určiť mocenstvo železa v roztoku - v tomto prípade s indexom 2. Je potrebné vykonať reakcie s červenou soľou (hexakyanoželezitan draselný) as alkáliou. V prvom prípade sa pozoruje tmavomodrá zrazenina - komplexná soľ dvojmocného železa. Indruhý - získanie tmavo šedo-zelenej zrazeniny - hydroxid železitý je tiež 2-mocný, zatiaľ čo hydroxid 3-mocný má v roztoku tmavohnedú farbu.
Trivalentné železo
3-mocný oxid železitý má práškovú štruktúru, ktorej farba je červeno-hnedá. Má tiež názvy: oxid železa, minium železa, červený pigment, potravinárske farbivo, krokus.
V prírode sa táto látka vyskytuje vo forme minerálu - hematitu.
Oxid takého železa už neinteraguje s vodou. Ale spája sa s kyselinami a zásadami.
Oxid železitý (3) sa používa na farbenie materiálov používaných v stavebníctve:
- bricks;
- cement;
- keramické výrobky;
- concrete;
- dlažobné dosky;
- podlahy (linoleum).
Železo v ľudskom tele
Ako bolo uvedené na začiatku článku, látka železo je dôležitou zložkou ľudského tela.
Ak je tento prvok nedostatočný, môžu sa vyskytnúť tieto dôsledky:
- zvýšená únava a citlivosť na chlad;
- suchá pokožka;
- znížená mozgová aktivita;
- zhoršenie pevnosti nechtovej platničky;
- závrat;
- problémy s trávením;
- šedivé vlasy a vypadávanie vlasov.
Železo sa hromadí, zvyčajne v slezine a pečeni, ako aj v obličkách a pankrease.
Ľudská strava by mala obsahovať potraviny obsahujúce železo:
- hovädzia pečeň;
- pohánková kaša;
- arašidy;
- pistácie;
- zelený hrášok v konzerve;
- sušené hríby;
- kuracie vajcia;
- špenát;
- dogwood;
- jablká;
- hrušky;
- broskyne;
- beets;
- morské plody.
Nedostatok železa v krvi vedie k zníženiu hemoglobínu a rozvoju choroby, ako je anémia z nedostatku železa.
