Teško je precijeniti ulogu gvožđa za ljudski organizam, jer ono doprinosi "stvaranju" krvi, njegov sadržaj utiče na nivo hemoglobina i mioglobina, gvožđe normalizuje rad enzimskog sistema. Ali šta je ovaj element u smislu hemije? Koja je valencija gvožđa? O tome će se raspravljati u ovom članku.
Malo istorije
Čovječanstvo je znalo za ovaj hemijski element i čak je posjedovalo proizvode iz njega još u 4. vijeku prije nove ere. To su bili narodi starog Egipta i Sumerani. Oni su prvi počeli da prave nakit, oružje od legure gvožđa i nikla, koji su pronađeni tokom arheoloških iskopavanja i pažljivo ispitani od strane hemičara.
Nešto kasnije, plemena Arijaca koja su se preselila u Aziju naučila su kako da izvuku čvrsto gvožđe iz rude. Toliko je bio vrijedan za ljude tog vremena da su proizvodi bili prekriveni zlatom!
Karakteristike gvožđa
Gvožđe (Fe) je na četvrtom mestu po svom sadržaju u utrobi zemljine kore. Zauzima mesto u 7. grupi 4. perioda i ima broj 26 inhemijska tabela elemenata Mendeljejeva. Valentnost gvožđa direktno zavisi od njegovog položaja u tabeli. Ali više o tome kasnije.
Ovaj metal je najčešći u prirodi u obliku rude, nalazi se u vodi kao mineral, kao iu raznim jedinjenjima.
Najveće rezerve željezne rude nalaze se u Rusiji, Australiji, Ukrajini, Brazilu, SAD-u, Indiji, Kanadi.
Fizička svojstva
Pre nego što pređemo na valenciju gvožđa, potrebno je pobliže pogledati njegova fizička svojstva, da tako kažem, bolje ga pogledati.
Ovaj metal ima srebrnastu boju, prilično je duktilan, ali je sposoban povećati tvrdoću kroz interakciju s drugim elementima (na primjer, s ugljikom). Takođe ima magnetna svojstva.
U vlažnom okruženju, gvožđe može korodirati, odnosno zarđati. Iako je apsolutno čist metal otporniji na vlagu, ali ako sadrži nečistoće, upravo one izazivaju koroziju.
Gvožđe je dobro u interakciji sa kiselim sredinama, čak može formirati soli gvožđene kiseline (pod uslovom da je jak oksidant).
U vazduhu se brzo prekriva oksidnim filmom koji ga štiti od interakcija.
Hemijska svojstva
Također, ovaj element ima niz hemijskih svojstava. Gvožđe, kao i ostali elementi periodnog sistema, ima naboj atomskog jezgra, što odgovara serijskom broju +26. A oko jezgra, 26 elektrona rotira.
Uopšteno govoreći, ako uzmemo u obzir svojstva gvožđa - hemijskog elementa, onda je to metal sa niskom aktivnošću.
U interakciji sa slabijim oksidantima, gvožđe formira jedinjenja gde je dvovalentno (tj. njegovo oksidaciono stanje je +2). A ako sa jakim oksidantima, tada oksidaciono stanje gvožđa dostiže +3 (to jest, njegova valencija postaje jednaka 3).
U interakciji sa hemijskim elementima koji nisu metali, Fe deluje kao redukciono sredstvo u odnosu na njih, dok njegovo oksidaciono stanje postaje, pored +2 i +3, čak +4, +5, +6. Takva jedinjenja imaju veoma jaka oksidaciona svojstva.
Kao što je gore navedeno, gvožđe u vazduhu je prekriveno oksidnim filmom. A kada se zagrije, brzina reakcije se povećava i može se formirati željezni oksid s valentnošću 2 (temperatura ispod 570 stepeni Celzijusa) ili oksid sa valentnošću 3 (indeks temperature veći od 570 stepeni).
Interakcija Fe sa halogenima dovodi do stvaranja soli. Elementi fluor i hlor ga oksidiraju na +3. Brom je do +2 ili +3 (sve zavisi od uslova za sprovođenje hemijske transformacije pri interakciji sa gvožđem).
U interakciji sa jodom, element se oksidira na +2.
Zagrevanje gvožđa i sumpora proizvodi gvožđe sulfid sa valentnošću od 2.
Ako otopite ferum i kombinujete ga sa ugljikom, fosforom, silicijumom, borom, azotom, dobićete jedinjenja koja se nazivaju legure.
Gvožđe je metal,dakle, on takođe stupa u interakciju sa kiselinama (o tome je takođe ukratko bilo reči malo više). Na primjer, sumporna i dušična kiselina, koje imaju visoku koncentraciju, u okruženju s niskom temperaturom, ne utiču na željezo. Ali čim se diže, dolazi do reakcije, zbog koje se željezo oksidira na +3.
Što je veća koncentracija kiseline, višu temperaturu treba dati.
Zagrijavanjem 2-valentnog gvožđa u vodi dobijamo njegov oksid i vodonik.
Takođe, Fe ima sposobnost da istisne metale koji imaju smanjenu aktivnost iz vodenih rastvora soli. Istovremeno se oksidira na +2.
Kada temperatura poraste, gvožđe obnavlja metale iz oksida.
Šta je valencija
Već u prethodnom odeljku, pojam valencije, kao i stepen oksidacije, malo se susreo. Vrijeme je da razmotrimo valenciju gvožđa.
Ali prvo morate shvatiti o kakvom se svojstvu hemijskih elemenata radi.
Hemijske supstance su skoro uvek konstantne u svom sastavu. Na primjer, u formuli za vodu H2O - 1 atom kisika i 2 atoma vodika. Isto važi i za druga jedinjenja u kojima su uključena dva hemijska elementa, od kojih je jedan vodonik: 1-4 atoma vodonika mogu se dodati na 1 atom hemijskog elementa. Ali ne i obrnuto! Stoga je jasno da vodik vezuje samo 1 atom druge supstance za sebe. I upravo se taj fenomen naziva valentnost - sposobnost atoma hemijskog elementa da vežu određenibroj atoma drugih elemenata.
Valencijska vrijednost i grafička formula
Postoje elementi periodnog sistema koji imaju konstantnu valenciju - to su kiseonik i vodonik.
I postoje hemijski elementi u kojima se menja. Na primjer, željezo je češće 2 i 3 valentno, sumpor 2, 4, 6, ugljik 2 i 4. Ovo su elementi sa promjenjivom valentnošću.
Dalje, razumijevajući šta je valencija, možete ispravno napisati grafičku formulu spojeva. Prikazuje redoslijed povezivanja atoma u molekulu.
Takođe, znajući valenciju jednog od elemenata u jedinjenju, možete odrediti valenciju drugog.
Gvozdena valencija
Kao što je napomenuto, gvožđe se odnosi na elemente sa promenljivom valentnošću. I može fluktuirati ne samo između 2 i 3, već i dostići 4, 5, pa čak i 6.
Naravno, neorganska hemija detaljnije proučava valenciju gvožđa. Hajde da ukratko razmotrimo ovaj mehanizam na nivou najjednostavnijih čestica.
Gvožđe je d-element, kome se dodaje još 31 element periodnog sistema (ovo su 4-7 perioda). Kako se atomski broj povećava, svojstva d-elemenata dobijaju neznatne promjene. Atomski radijus ovih supstanci također se polako povećava. Imaju varijabilnu valenciju, koja zavisi od činjenice da je pred-spoljni podnivo d-elektrona nekompletan.
Zato što za gvožđe nisu valentni samo c-elektroni koji se nalaze u spoljašnjem sloju, već i nespareni 3d-elektroni pred-spoljnog sloja. I, kao posljedica toga, valencija Fe u kemijskomjedinjenja mogu biti jednaka 2, 3, 4, 5, 6. U osnovi, to je jednako 2 i 3 - to su stabilnija jedinjenja gvožđa sa drugim supstancama. U manje stabilnim, pokazuje valentnost 4, 5, 6. Ali takva jedinjenja su manje uobičajena.
Bivalent ferrum
Kada dvovalentno gvožđe stupi u interakciju sa vodom, dobija se željezni oksid (2). Ova veza je crna. Prilično lako reaguje sa hlorovodoničnom (niske koncentracije) i azotnom (visoke koncentracije) kiselinama.
Ako takav oksid 2-valentnog gvožđa interaguje sa vodonikom (temperatura 350 stepeni Celzijusa) ili ugljenikom (koks) na 1000 stepeni, tada se vraća u čisto stanje.
Izvucite željezni oksid 2-valentnog željeza na sljedeće načine:
- kombinacijom željeznog oksida sa ugljičnim monoksidom;
- kada se čisti Fe zagreva, dok je pritisak kiseonika nizak;
- prilikom razlaganja željeznog oksalata u vakuumskom okruženju;
- kada čisto gvožđe stupi u interakciju sa svojim oksidima, temperatura je 900-1000 stepeni Celzijusa.
Što se tiče prirodnog okruženja, željezni oksid je dvovalentan, prisutan kao mineral vuestit.
Postoji još jedan način da se odredi valentnost gvožđa u rastvoru - u ovom slučaju, sa indeksom 2. Potrebno je sprovesti reakcije sa crvenom solju (kalijum heksacijanoferat) i sa alkalijom. U prvom slučaju uočava se tamnoplavi talog - kompleksna sol željeza 2-valentna. Udrugi - dobijanje tamno sivo-zelenog taloga - gvožđe hidroksid je takođe 2-valentni, dok 3-valentni gvožđe hidroksid ima tamno smeđu boju u rastvoru.
trovalentno gvožđe
3-valentni ferum oksid ima strukturu praha, čija je boja crveno-smeđa. Takođe ima nazive: gvožđe oksid, gvožđe minijum, crveni pigment, prehrambena boja, šafran.
U prirodi se ova supstanca javlja u obliku minerala - hematita.
Oksid takvog gvožđa više ne stupa u interakciju sa vodom. Ali kombinuje se sa kiselinama i alkalijama.
Gvozdeni oksid (3) se koristi za bojenje materijala koji se koriste u građevinarstvu:
- cigle;
- cement;
- keramički proizvodi;
- beton;
- ploče za popločavanje;
- podovi (linoleum).
Gvožđe u ljudskom tijelu
Kao što je navedeno na početku članka, supstanca gvožđe je važna komponenta ljudskog tela.
Kada je ovaj element nedovoljan, mogu nastati sljedeće posljedice:
- povećan umor i osjetljivost na hladnoću;
- suha koža;
- smanjena aktivnost mozga;
- pogoršanje čvrstoće ploče nokta;
- vrtoglavica;
- problemi sa probavom;
- sijeda kosa i gubitak kose.
Gvožđe se akumulira, obično u slezeni i jetri, kao i u bubrezima i pankreasu.
Ljudska ishrana treba da sadrži hranu koja sadrži gvožđe:
- goveđa džigerica;
- kaša od heljde;
- kikiriki;
- pistacije;
- konzervirani zeleni grašak;
- sušeni vrganji;
- kokošja jaja;
- špinat;
- dogwood;
- jabuke;
- kruške;
- breskve;
- cikla;
- morski plodovi.
Nedostatak gvožđa u krvi dovodi do smanjenja hemoglobina i razvoja bolesti kao što je anemija zbog nedostatka gvožđa.
