Este greu de supraestimat rolul fierului pentru organismul uman, deoarece contribuie la „crearea” sângelui, conținutul acestuia afectează nivelul hemoglobinei și mioglobinei, fierul normalizează funcționarea sistemului enzimatic. Dar ce este acest element din punct de vedere chimic? Care este valența fierului? Acest lucru va fi discutat în acest articol.
Un pic de istorie
Omenirea știa despre acest element chimic și chiar deținea produse din el încă din secolul al IV-lea î. Hr. Acestea erau popoarele Egiptului Antic și sumerienii. Ei au fost cei care au început să producă bijuterii, arme dintr-un aliaj de fier și nichel, care au fost găsite în timpul săpăturilor arheologice și examinate cu atenție de chimiști.
Puțin mai târziu, triburile arienilor care s-au mutat în Asia au învățat cum să extragă fier solid din minereu. Era atât de valoros pentru oamenii de atunci, încât produsele erau acoperite cu aur!
Caracteristicile fierului
Fierul (Fe) se află pe locul al patrulea în ceea ce privește conținutul său în intestinele scoarței terestre. Ocupă un loc în grupa a 7-a din perioada a 4-a și are numărul 26 inTabelul chimic al elementelor lui Mendeleev. Valența fierului depinde direct de poziția sa în tabel. Dar mai multe despre asta mai târziu.
Acest metal este cel mai frecvent în natură sub formă de minereu, găsit în apă ca mineral, precum și în diverși compuși.
Cele mai mari rezerve de minereu de fier sunt în Rusia, Australia, Ucraina, Brazilia, SUA, India, Canada.
Proprietăți fizice
Înainte de a trece la valența fierului, este necesar să aruncăm o privire mai atentă asupra proprietăților sale fizice, ca să spunem așa, aruncați o privire mai atentă la el.
Acest metal are o culoare argintie, este destul de ductil, dar este capabil să crească duritatea prin interacțiunea sa cu alte elemente (de exemplu, cu carbonul). Are și proprietăți magnetice.
Într-un mediu umed, fierul se poate coroda, adică ruginește. Deși metalul absolut pur este mai rezistent la umiditate, dar dacă conține impurități, acestea sunt cele care provoacă coroziune.
Fierul interacționează bine cu mediile acide, poate forma chiar săruri ale acidului de fier (furnizat cu un agent oxidant puternic).
În aer, devine rapid acoperit cu o peliculă de oxid care îl protejează de interacțiuni.
Proprietăți chimice
De asemenea, acest element are o serie de proprietăți chimice. Fierul, ca și restul elementelor tabelului periodic, are sarcina nucleului atomic, care corespunde numărului de serie +26. Și în jurul nucleului se rotesc 26 de electroni.
În general, dacă luăm în considerare proprietățile fierului - un element chimic, atunci acesta este un metal cu o capacitate activă scăzută.
Interacționând cu agenți oxidanți mai slabi, fierul formează compuși în care este divalent (adică, starea sa de oxidare este +2). Și dacă cu agenți oxidanți puternici, atunci starea de oxidare a fierului ajunge la +3 (adică valența sa devine egală cu 3).
Atunci când interacționează cu elemente chimice care nu sunt metale, Fe acționează ca un agent reducător în raport cu acestea, în timp ce starea sa de oxidare devine, pe lângă +2 și +3, chiar +4, +5, +6. Astfel de compuși au proprietăți oxidante foarte puternice.
După cum sa menționat mai sus, fierul din aer este acoperit cu o peliculă de oxid. Și atunci când este încălzit, viteza de reacție crește și se poate forma oxid de fier cu valență 2 (temperatura mai mică de 570 de grade Celsius) sau oxid cu valență 3 (indice de temperatură mai mare de 570 de grade).
Interacțiunea Fe cu halogenii duce la formarea de săruri. Elementele fluor și clor îl oxidează la +3. Bromul este de până la +2 sau +3 (totul depinde de condițiile pentru implementarea unei transformări chimice atunci când interacționează cu fierul).
Interacționând cu iodul, elementul este oxidat la +2.
Încălzirea fierului și a sulfului produce sulfură de fier cu o valență de 2.
Dacă topești ferul și îl combini cu carbon, fosfor, siliciu, bor, azot, obții compuși numiți aliaje.
Fierul este un metal,prin urmare, interacționează și cu acizii (de asemenea, acest lucru a fost discutat pe scurt puțin mai sus). De exemplu, acizii sulfuric și azotic, având o concentrație mare, într-un mediu cu temperatură scăzută, nu afectează fierul. Dar de îndată ce crește, are loc o reacție, în urma căreia fierul este oxidat la +3.
Cu cât concentrația de acid este mai mare, cu atât temperatura ar trebui să fie mai mare.
Încălzind fierul bivalent în apă, obținem oxidul și hidrogenul acestuia.
De asemenea, Fe are capacitatea de a înlocui metalele care au activitate redusă din soluțiile apoase de săruri. În același timp, este oxidat la +2.
Când temperatura crește, fierul reface metalele din oxizi.
Ce este valența
Deja în secțiunea anterioară, conceptul de valență, precum și gradul de oxidare, a fost puțin întâlnit. Este timpul să luați în considerare valența fierului.
Dar mai întâi trebuie să înțelegeți ce fel de proprietate a elementelor chimice este.
Substanțele chimice sunt aproape întotdeauna constante în compoziția lor. De exemplu, în formula pentru apă H2O - 1 atom de oxigen și 2 atomi de hidrogen. Același lucru este valabil și cu alți compuși în care sunt implicate două elemente chimice, dintre care unul este hidrogen: la 1 atom dintr-un element chimic pot fi adăugați 1-4 atomi de hidrogen. Dar nu invers! Prin urmare, este clar că hidrogenul atașează la sine doar 1 atom dintr-o altă substanță. Și acest fenomen se numește valență - capacitatea atomilor unui element chimic de a atașa un anumitnumărul de atomi ai altor elemente.
Valoarea valenței și formula grafică
Există elemente ale tabelului periodic care au o valență constantă - acestea sunt oxigenul și hidrogenul.
Și există elemente chimice în care se modifică. De exemplu, fierul are mai des 2 și 3 valent, sulful 2, 4, 6, carbonul 2 și 4. Acestea sunt elemente cu valență variabilă.
În plus, înțelegând ce este valența, puteți scrie corect formula grafică a compușilor. Afișează secvența conexiunii atomilor dintr-o moleculă.
De asemenea, cunoscând valența unuia dintre elementele din compus, puteți determina valența celuil alt.
Valenta de fier
După cum sa menționat, fierul se referă la elemente cu valență variabilă. Și poate fluctua nu numai între 2 și 3, dar poate ajunge și la 4, 5 și chiar 6.
Desigur, chimia anorganică studiază valența fierului mai detaliat. Să luăm în considerare pe scurt acest mecanism la nivelul celor mai simple particule.
Fierul este un element d, la care se adaugă încă 31 de elemente ale tabelului periodic (acestea sunt 4-7 perioade). Pe măsură ce numărul atomic crește, proprietățile elementelor d capătă ușoare modificări. De asemenea, raza atomică a acestor substanțe crește încet. Au o valență variabilă, care depinde de faptul că subnivelul pre-exterior al electronului d este incomplet.
Deoarece pentru fier, nu numai electronii c localizați în stratul exterior sunt de valență, ci și electronii 3d neperechi ai stratului pre-exterior. Și, în consecință, valența Fe în chimiecompușii pot fi egali cu 2, 3, 4, 5, 6. Practic, este egal cu 2 și 3 - aceștia sunt compuși mai stabili ai fierului cu alte substanțe. În cele mai puțin stabile, prezintă valență 4, 5, 6. Dar, astfel de compuși sunt mai puțin obișnuiți.
Ferrum bivalent
Când fierul cu 2 valențe interacționează cu apa, se obține oxidul de fier (2). Această conexiune este neagră. Reacționează destul de ușor cu acizii clorhidric (concentrație scăzută) și nitric (concentrație mare).
Dacă un astfel de oxid de fier bivalent interacționează fie cu hidrogenul (temperatura 350 de grade Celsius) fie cu carbonul (cocs) la 1000 de grade, atunci este restabilit la starea pură.
Extrage oxidul feros al fierului bivalent în următoarele moduri:
- prin combinația de oxid feros cu monoxid de carbon;
- când Fe pur este încălzit, în timp ce presiunea oxigenului este scăzută;
- când se descompune oxalatul feros într-un mediu de vid;
- când fierul pur interacționează cu oxizii săi, temperatura este de 900-1000 de grade Celsius.
În ceea ce privește mediul natural, oxidul feric este bivalent, prezent ca mineral wuestit.
Există o altă modalitate de a determina valența fierului într-o soluție - în acest caz, având indicele său 2. Este necesar să se efectueze reacții cu sare roșie (hexacianoferrat de potasiu) și cu alcali. În primul caz, se observă un precipitat albastru închis - o sare complexă de 2-valent feric. Înal doilea - obținerea unui precipitat gri-verde închis - hidroxidul de fier este și el 2-valent, în timp ce hidroxidul de fier 3-valent are o culoare maro închis în soluție.
Fier de călcat trivalent
Oxidul ferum trivalent are o structură de pulbere, a cărei culoare este roșu-maro. De asemenea, are denumiri: oxid de fier, miniu de fier, pigment roșu, colorant alimentar, crocus.
În natură, această substanță apare sub formă de mineral - hematit.
Oxidul unui astfel de fier nu mai interacționează cu apa. Dar se combină cu acizi și alcaline.
Oxidul de fier (3) este folosit pentru a colora materialele folosite în construcții:
- cărămizi;
- ciment;
- produse ceramice;
- beton;
- plăci de pavaj;
- pardoseală (linoleum).
Fierul în corpul uman
Așa cum sa menționat la începutul articolului, substanța fier este o componentă importantă a corpului uman.
Când acest element este insuficient, pot apărea următoarele consecințe:
- oboseală crescută și sensibilitate la frig;
- piele uscată;
- scăderea activității creierului;
- deteriorarea rezistenței plăcii unghiei;
- amețeli;
- probleme de digestie;
- par gri și căderea părului.
Fierul se acumulează, de obicei în splină și ficat, precum și în rinichi și pancreas.
Dieta umană ar trebui să conțină alimente care conțin fier:
- ficat de vită;
- terci de hrișcă;
- arahide;
- fistic;
- mazăre verde la conserva;
- ciuperci porcini uscate;
- ouă de pui;
- spanac;
- dogwood;
- mere;
- pere;
- piersici;
- sfecla;
- fructe de mare.
Lipsa fierului în sânge duce la o scădere a hemoglobinei și la dezvoltarea unei boli precum anemia cu deficit de fier.
