Det är svårt att överskatta järnets roll för människokroppen, eftersom det bidrar till "skapandet" av blod, dess innehåll påverkar nivån av hemoglobin och myoglobin, järn normaliserar enzymsystemets funktion. Men vad är detta element i termer av kemi? Vad är valensen av järn? Detta kommer att diskuteras i den här artikeln.
Lite historia
Mänskligheten kände till detta kemiska element och ägde till och med produkter från det så tidigt som på 300-talet f. Kr. Dessa var folken i det antika Egypten och sumererna. Det var de som först började tillverka smycken, vapen av en legering av järn och nickel, som hittades under arkeologiska utgrävningar och noggrant undersöktes av kemister.
Lite senare lärde sig ariernas stammar som flyttade till Asien hur man utvinner fast järn ur malm. Det var så värdefullt för den tidens människor att produkterna täcktes med guld!
Järnegenskaper
Järn (Fe) ligger på fjärde plats när det gäller innehållet i jordskorpans tarmar. Den upptar en plats i den 7:e gruppen av den 4:e perioden och har nummer 26 inkemisk tabell över element i Mendeleev. Järns valens är direkt beroende av dess placering i tabellen. Men mer om det senare.
Denna metall är vanligast i naturen i form av malm, som finns i vatten som mineral, samt i olika föreningar.
De största järnmalmreserverna finns i Ryssland, Australien, Ukraina, Brasilien, USA, Indien, Kanada.
Fysiska egenskaper
Innan man går vidare till järnets valens är det nödvändigt att titta närmare på dess fysiska egenskaper, så att säga, ta en närmare titt på det.
Denna metall har en silverfärgad färg, är ganska seg, men kan öka hårdheten genom sin interaktion med andra element (till exempel med kol). Den har också magnetiska egenskaper.
I en fuktig miljö kan järn korrodera, det vill säga rosta. Även om absolut ren metall är mer motståndskraftig mot fukt, men om den innehåller föroreningar är det de som framkallar korrosion.
Järn interagerar bra med sura miljöer, det kan till och med bilda s alter av järnsyra (förutsatt ett starkt oxidationsmedel).
I luft blir den snabbt täckt av en oxidfilm som skyddar den från interaktioner.
Kemiska egenskaper
Detta grundämne har dessutom ett antal kemiska egenskaper. Järn, liksom resten av elementen i det periodiska systemet, har laddningen av atomkärnan, vilket motsvarar serienumret +26. Och runt kärnan roterar 26 elektroner.
I allmänhet, om vi tar hänsyn till egenskaperna hos järn - ett kemiskt element, så är det en metall med låg aktiv förmåga.
Järn interagerar med svagare oxidationsmedel och bildar föreningar där det är tvåvärt (det vill säga dess oxidationstillstånd är +2). Och om med starka oxidationsmedel når järnets oxidationstillstånd +3 (det vill säga dess valens blir lika med 3).
När det interagerar med kemiska grundämnen som inte är metaller, fungerar Fe som ett reduktionsmedel i förhållande till dem, medan dess oxidationstillstånd blir, förutom +2 och +3, även +4, +5, +6. Sådana föreningar har mycket starka oxiderande egenskaper.
Som nämnts ovan är järn i luften täckt med en oxidfilm. Och vid upphettning ökar reaktionshastigheten och järnoxid med valens 2 (temperatur lägre än 570 grader Celsius) eller oxid med valens 3 (temperaturindex mer än 570 grader) kan bildas.
Interaktion mellan Fe och halogener leder till bildning av s alter. Grundämnena fluor och klor oxiderar det till +3. Brom är upp till +2 eller +3 (allt beror på förutsättningarna för genomförandet av en kemisk omvandling vid interaktion med järn).
När grundämnet interagerar med jod oxideras det till +2.
Uppvärmning av järn och svavel ger järnsulfid med en valens på 2.
Om du smälter ferrum och kombinerar det med kol, fosfor, kisel, bor, kväve, får du föreningar som kallas legeringar.
Järn är en metall,därför interagerar den också med syror (detta diskuterades också kort lite högre). Till exempel, svavelsyra och salpetersyra, med en hög koncentration, i en miljö med låg temperatur, påverkar inte järn. Men så fort det stiger sker en reaktion, som ett resultat av vilken järn oxideras till +3.
Ju högre syrakoncentration, desto högre temperatur bör ges.
Uppvärmning av tvåvärdigt järn i vatten, vi får dess oxid och väte.
Fe har också förmågan att ersätta metaller som har minskad aktivitet från vattenlösningar av s alter. Samtidigt oxideras den till +2.
När temperaturen stiger återställer järn metaller från oxider.
Vad är valens
Redan i föregående avsnitt påträffades begreppet valens, såväl som graden av oxidation, lite. Det är dags att överväga järnets valens.
Men först måste du förstå vilken typ av egenskap hos kemiska grundämnen det är.
Kemiska ämnen är nästan alltid konstanta i sin sammansättning. Till exempel i formeln för vatten H2O - 1 syreatom och 2 väteatomer. Detsamma gäller med andra föreningar där två kemiska grundämnen är inblandade, varav ett är väte: 1-4 väteatomer kan läggas till 1 atom av ett kemiskt grundämne. Men inte tvärtom! Därför är det tydligt att väte bara binder 1 atom av ett annat ämne till sig själv. Och det är detta fenomen som kallas valens - förmågan hos atomer i ett kemiskt element att fästa en specifikantalet atomer i andra grundämnen.
Valensvärde och grafisk formel
Det finns element i det periodiska systemet som har en konstant valens - dessa är syre och väte.
Och det finns kemiska grundämnen där det förändras. Till exempel är järn oftare 2 och 3 valent, svavel 2, 4, 6, kol 2 och 4. Dessa är element med variabel valens.
För att förstå vad valens är, kan du korrekt skriva den grafiska formeln för föreningar. Den visar sekvensen för anslutning av atomer i en molekyl.
Om du också känner till valensen för ett av elementen i föreningen kan du bestämma valensen för det andra.
Iron valency
Som nämnts hänvisar järn till element med variabel valens. Och den kan fluktuera inte bara mellan 2 och 3, utan också nå 4, 5 och till och med 6.
Oorganisk kemi studerar naturligtvis järnvalens mer i detalj. Låt oss kort överväga denna mekanism på nivån för de enklaste partiklarna.
Järn är ett d-element, till vilket ytterligare 31 element i det periodiska systemet läggs till (detta är 4-7 perioder). När atomnumret ökar får egenskaperna hos d-elementen små förändringar. Atomradien för dessa ämnen ökar också långsamt. De har en variabel valens, vilket beror på det faktum att den före-ytre d-elektronens undernivå är ofullständig.
För järn är inte bara c-elektroner som finns i det yttre lagret valens, utan även oparade 3d-elektroner i det pre-ytre lagret. Och, som en konsekvens, valensen av Fe i kemikalierföreningar kan vara lika med 2, 3, 4, 5, 6. I grund och botten är det lika med 2 och 3 - dessa är mer stabila föreningar av järn med andra ämnen. I mindre stabila sådana uppvisar den valens 4, 5, 6. Men sådana föreningar är mindre vanliga.
Bivalent ferrum
När järn med 2 valens interagerar med vatten erhålls järnoxid (2). Denna anslutning är svart. Reagerar ganska lätt med s altsyra (låg koncentration) och salpetersyra (hög koncentration).
Om en sådan oxid av tvåvärt järn interagerar med antingen väte (temperatur 350 grader Celsius) eller kol (koks) vid 1000 grader, så återställs den till ett rent tillstånd.
Extrahera järnoxid av tvåvärt järn på följande sätt:
- genom kombinationen av järnoxid med kolmonoxid;
- när ren Fe värms upp, medan syretrycket är lågt;
- vid nedbrytning av järnoxalat i vakuummiljö;
- när rent järn interagerar med dess oxider är temperaturen 900-1000 grader Celsius.
När det gäller den naturliga miljön är järnoxid tvåvärd, närvarande som mineralet wuestit.
Det finns ett annat sätt att bestämma valensen av järn i en lösning - i det här fallet med dess index 2. Det är nödvändigt att utföra reaktioner med rött s alt (kaliumhexacyanoferrat) och med alkali. I det första fallet observeras en mörkblå fällning - ett komplext s alt av järn 2-valent. Iden andra - att få en mörkgrågrön fällning - järnhydroxid är också 2-valent, medan 3-valent järnhydroxid har en mörkbrun färg i lösning
Trivalent järn
3-valent ferrumoxid har en pulverstruktur, vars färg är rödbrun. Den har också namnen: järnoxid, järnminium, rött pigment, matfärg, krokus.
I naturen förekommer detta ämne i form av ett mineral - hematit.
Oxiden i sådant järn interagerar inte längre med vatten. Men det kombineras med syror och alkalier.
Järnoxid (3) används för att färga material som används i konstruktion:
- bricks;
- cement;
- keramiska produkter;
- concrete;
- beläggningsplattor;
- golv (linoleum).
Järn i människokroppen
Som noterades i början av artikeln är ämnet järn en viktig komponent i människokroppen.
När detta element är otillräckligt kan följande konsekvenser uppstå:
- ökad trötthet och känslighet för kyla;
- torr hud;
- minskad hjärnaktivitet;
- försämring av styrkan hos nagelplattan;
- yrsel;
- smältningsproblem;
- grått hår och håravfall.
Järn ansamlas, vanligtvis i mjälten och levern, såväl som i njurarna och bukspottkörteln.
Människans kost bör innehålla livsmedel som innehåller järn:
- nötlever;
- bovetegröt;
- peanuts;
- pistaschmandlar;
- konserverade gröna ärtor;
- torkad porcini-svamp;
- kycklingägg;
- spenat;
- kornel;
- äpplen;
- pears;
- peaches;
- rödbetor;
- skaldjur.
Brist på järn i blodet leder till en minskning av hemoglobinnivån och utvecklingen av en sjukdom som järnbristanemi.
