Teško je precijeniti ulogu željeza ljudsko tijelo, jer je ono što doprinosi “stvaranju” krvi, njegov sadržaj utiče na nivo hemoglobina i mioglobina, gvožđe normalizuje rad enzimskog sistema. Ali šta je ovaj element sa hemijske tačke gledišta? Koja je valencija gvožđa? O tome će biti riječi u ovom članku.
Malo istorije
Čovečanstvo je znalo za ovaj hemijski element i čak je posedovalo proizvode napravljene od njega još u 4. veku pre nove ere. To su bili narodi Drevni Egipat i Sumerani. Oni su prvi počeli da izrađuju nakit i oružje od legure gvožđa i nikla, koji su pronađeni tokom arheoloških iskopavanja i pažljivo proučavani od strane hemičara.
Nešto kasnije, arijevska plemena koja su se preselila u Aziju naučila su da rudare tvrdo gvožđe iz rude. Ljudima tog vremena bila je toliko vrijedna da su proizvodi bili pozlaćeni!
Karakteristike gvožđa
Gvožđe (Fe) je na četvrtom mestu po svom sadržaju u podzemlju zemljine kore. Spada u grupu 7 u periodu 4 i zauzima 26. mjesto hemijska tabela Mendeljejevljevi elementi. Valencija gvožđa direktno zavisi od njegovog položaja u tabeli. Ali više o tome kasnije.
Ovaj metal je u prirodi najzastupljeniji u obliku rude, nalazi se u vodi kao mineral, ali iu raznim jedinjenjima.
Najveće količine željeza u obliku rude nalaze se u Rusiji, Australiji, Ukrajini, Brazilu, SAD-u, Indiji i Kanadi.
Fizička svojstva
Pre nego što pređemo na valenciju gvožđa, potrebno ju je pobliže pogledati fizička svojstva, da tako kažem, pogledajte ga izbliza.
Ovaj metal je prilično duktilan, ali je sposoban povećati tvrdoću kroz interakciju s drugim elementima (na primjer, ugljikom). Takođe ima magnetna svojstva.
U vlažnom okruženju, gvožđe može korodirati, odnosno zarđati. Iako je apsolutno čisti metal otporniji na vlagu, ako sadrži nečistoće, one izazivaju koroziju.
Gvožđe dobro stupa u interakciju s kiselim sredinama i može čak formirati soli željezne kiseline (pod uvjetom da postoji jako oksidacijsko sredstvo).
U zraku se brzo prekriva oksidnim filmom koji ga štiti od interakcija.
Hemijska svojstva
Ovaj element također ima niz hemijskih svojstava. Gvožđe, kao i ostali elementi u periodnom sistemu, ima naboj atomsko jezgro, što odgovara rednom broju +26. I postoji 26 elektrona koji rotiraju u blizini jezgra.
Općenito, ako uzmemo u obzir svojstva željeza - kemijskog elementa, onda je to metal s niskom aktivnom sposobnošću.
U interakciji sa slabijim oksidantima, željezo stvara spojeve gdje je dvovalentno (tj. njegovo oksidacijsko stanje je +2). A ako s jakim oksidantima, tada oksidacijsko stanje željeza doseže +3 (to jest, njegova valencija postaje jednaka 3).
U interakciji sa hemijskim elementima koji nisu metali, Fe deluje kao redukciono sredstvo prema njima, a njegovo oksidaciono stanje postaje, pored +2 i +3, čak +4, +5, +6. Takva jedinjenja imaju veoma jaka oksidaciona svojstva.
Kao što je gore navedeno, željezo u zraku postaje prekriveno oksidnim filmom. A kada se zagrije, brzina reakcije se povećava i može se formirati oksid željeza s valentnošću 2 (temperatura manja od 570 stepeni Celzijusa) ili oksid sa valentnošću 3 (temperatura veća od 570 stepeni Celzijusa).
Interakcija Fe sa halogenima dovodi do stvaranja soli. Elementi fluor i hlor ga oksidiraju na +3. Brom - do +2 ili +3 (sve zavisi od uslova za implementaciju hemijska transformacija prilikom interakcije sa gvožđem).
U interakciji s jodom, element se oksidira na +2.
Zagrevanjem gvožđa i sumpora dobija se gvožđe sulfid sa valentnošću 2.
Ako se željezo topi i kombinuje sa ugljenikom, fosforom, silicijumom, borom, azotom, dobijate jedinjenja koja se nazivaju legure.
Gvožđe je metal, tako da takođe stupa u interakciju sa kiselinama (o tome je takođe ukratko bilo reči gore). Na primjer, sumporna i dušična kiselina, visoke koncentracije, u okruženju sa niske temperature, nemaju uticaja na gvožđe. Ali čim se podigne, dolazi do reakcije, uslijed koje se željezo oksidira na +3.
Što je veća koncentracija kiseline, to se mora dati viša temperatura.
Zagrijavanjem dvovalentnog željeza u vodi dobijamo njegov oksid i vodonik.
Fe takođe ima sposobnost da istisne metale koji imaju smanjenu aktivnost iz vodenih rastvora soli. Istovremeno se oksidira do +2.
Kako temperatura raste, željezo reducira metale iz oksida.
Šta je valencija
Već u prethodni odeljak Koncept valencije, kao i oksidacijskog stanja, malo se susreo. Vrijeme je da razmotrimo valenciju gvožđa.
Ali prvo morate razumjeti kakvo je to svojstvo hemijskih elemenata.
Hemikalije su gotovo uvijek konstantne u svom sastavu. Na primjer, u formuli vode H2O postoji 1 atom kisika i 2 atoma vodika. Isto važi i za druga jedinjenja koja uključuju dva hemijska elementa, od kojih je jedan vodonik: 1-4 atoma vodonika mogu se dodati na 1 atom hemijskog elementa. Ali ne obrnuto! Stoga je jasno da vodik vezuje za sebe samo 1 atom druge supstance. I upravo se taj fenomen naziva valencija - sposobnost atoma nekog kemijskog elementa da vežu određeni broj atoma drugih elemenata.
Vrijednost valencije i grafička formula
Postoje elementi periodnog sistema koji imaju konstantna valencija- To su kiseonik i vodonik.
I postoje hemijski elementi u kojima se menja. Na primjer, željezo je često 2- i 3-valentno, sumpor je 2, 4, 6, ugljik je 2 i 4. To su elementi promjenjive valencije.
Takođe, znajući valenciju jednog od elemenata u jedinjenju, možete odrediti valenciju drugog.
Valencija gvožđa
Kao što je navedeno, gvožđe je element sa promenljivom valentnošću. I može fluktuirati ne samo između indikatora 2 i 3, već i dostići 4, 5, pa čak i 6.
Naravno, on detaljnije proučava valenciju gvožđa, da ukratko razmotrimo ovaj mehanizam na nivou najjednostavnijih čestica.
Gvožđe je d-element, koji uključuje još 31 element periodnog sistema (to su periodi 4-7). Sa povećanjem serijskog broja, svojstva d-elemenata dobijaju neznatne promjene. Atomski radijus ovih supstanci također se polako povećava. Imaju promjenjivu valenciju, koja ovisi o činjenici da je vanjski podnivo d-elektrona nekompletan.
Stoga, za željezo, valentni elektroni nisu samo c-elektroni smješteni u vanjskom sloju, već i nespareni 3D elektroni vanjskog sloja. I, kao rezultat toga, valencija Fe u hemijskim jedinjenjima može biti jednaka 2, 3, 4, 5, 6. U osnovi, jednaka je 2 i 3 - oni su stabilniji s drugim supstancama. U manje stabilnim, pokazuje valenciju od 4, 5, 6. Ali takva jedinjenja su manje uobičajena.
Divalent ferrum
Kada 2-valentno gvožđe reaguje sa vodom, dobija se oksid gvožđa (2). Ovo jedinjenje je crne boje. Vrlo lako stupa u interakciju sa klorovodičnom (niska koncentracija) i dušičnom (visoke koncentracije) kiselinama.
Ako takav oksid 2-valentnog gvožđa reaguje ili sa vodonikom (temperatura 350 stepeni Celzijusa) ili sa ugljenikom (koks) na 1000 stepeni, tada se vraća u čisto stanje.
Dvovalentni željezni oksid ekstrahira se na sljedeće metode:
- kroz vezu oksida 3-valentnog željeza sa ugljičnim monoksidom;
- pri zagrevanju čistog Fe, sa niskim pritiskom kiseonika;
- pri razgradnji 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, dvovalentni oksid željeza je prisutan u obliku minerala wustita.
Postoji još jedan način da se odredi valencija željeza u otopini - in u ovom slučaju, koji ima svoj indikator 2. Potrebno je sprovesti reakcije sa crvenom solju (kalijum heksacijanoferat) i sa alkalijom. U prvom slučaju dobiva se tamnoplavi talog - složena sol dvovalentnog željeza. U drugom - dobijanje tamno sivo-zelenog precipitata - gvožđe hidroksid, takođe 2-valentni, dok 3-valentni hidroksid gvožđa ima tamno smeđu boju u rastvoru.
Ferric iron
Trovalentni ferum oksid ima praškastu strukturu, čija je boja crveno-smeđa. Ima i nazive: željezni oksid, crveni pigment, prehrambena boja, krokus.
U prirodi se ova tvar javlja u obliku minerala - hematita.
Oksid takvog željeza više ne stupa u interakciju s 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;
- podne obloge (linoleum).
Gvožđe u ljudskom telu
Kao što je navedeno na početku članka, supstanca gvožđe je važna komponenta ljudskog tela.
Kada ovaj element nije dovoljan, mogu se pojaviti sljedeće posljedice:
- povećan umor i osjetljivost na hladnoću;
- suha koža;
- smanjena moždana aktivnost;
- pogoršanje čvrstoće ploče nokta;
- vrtoglavica;
- probavni problemi;
- sijedu kosu i gubitak kose.
Gvožđe se, po pravilu, akumulira u slezeni i jetri, kao i u bubrezima i pankreasu.
Ishrana osobe treba da uključuje hranu koja sadrži gvožđe:
- goveđa jetra;
- kaša od heljde;
- kikiriki;
- pistacije;
- konzervirani zeleni grašak;
- sušene vrganje;
- kokošja jaja;
- spanać;
- dren;
- jabuke;
- kruške;
- breskve;
- repa;
- morski plodovi.
Nedostatak željeza u krvi dovodi do smanjenja hemoglobina i razvoja bolesti kao što je anemija zbog nedostatka željeza.
Iron(Ferrum, Fe) - hemijski element Grupa VIII periodnog sistema D.I. Mendeljejev, dio je respiratornih pigmenata, uklj. hemoglobin, sudjeluje u vezivanju i prijenosu kisika u tkiva u tijelu životinja i ljudi.
Atomski broj gvožđa je 26, atomska masa 55,847. U prirodi postoje 4 stabilna izotopa gvožđa; poznato 6 radioaktivnih izotopa pegla sa maseni brojevi od 52 do 61, od čega se 59 Fe koristi u medicini za proučavanje eritropoeze, metabolizma i apsorpcije željeza .
Čisto gvožđe je sjajni bijeli savitljivi metal, temperatura topljenja 1539±5°, temperatura ključanja oko 3200°, relativna gustina 7,874; pokazuje svojstva feromagneta (supstanci koje pokazuju spontanu magnetizaciju ispod određene temperature). Gvožđe ima varijabilnu valenciju; jedinjenja gvožđa koja imaju valenciju +2 i +3 su najstabilnija; osim toga, gvožđe može pokazati valencu od +1, +4 i +6. U prirodi se distribuira uglavnom u obliku jedinjenja željeznog željeza. U biljkama, životinjama i mikroorganizmima željezo je prisutno u složenim organskim jedinjenjima iu malim količinama u obliku Fe 2+ i Fe 3+ jona.
Odraslo ljudsko tijelo sadrži 4-5 Gželjezo, od čega je oko 70% dio hemoglobina (vidi. Krv), oko 5-10% - u sastavu mioglobina, oko 20-25% otpada na rezervu tzv. gvožđe a ne više od 0,1% gvožđa u krvnoj plazmi; Gvožđe je prisutno u ćelijama i tkivima kao deo respiratornih enzima (njegov relativni sadržaj je oko 1% gvožđa u telu). U krvnoj plazmi se određuje takozvana heminska kiselina gvožđe, gvožđe feritin, intravaskularni hemoglobin i transferin. Geminovoe gvožđe dio hemina (derivat hema, za razliku od hemoglobina koji sadrži samo jednu porfirinsku grupu). Feritin je protein sirutke najbogatiji gvožđem (sadrži micelu koja sadrži do 4300 oksidisanih atoma gvožđa), a sastoji se od proteina apoferitina i gvožđe hidroksid fosfata.
Glavni dio gvožđa u krvnoj plazmi vezan je za protein transferin (siderofilin), glavnu komponentu b1-globulinske frakcije. Transferin se nalazi u krvi u koncentraciji od oko 0,4 G/100 ml i sa normalnim nivoom masti u krvnoj plazmi (oko 100 mcg/100 ml) je zasićen gvožđem u proseku za 30%. Takozvani nezasićeni kapacitet vezivanja gvožđa u krvi (UNIBC) određen je dodatnom količinom gvožđa koja se može vezati transferinom, a ukupni kapacitet vezivanja gvožđa u krvi (IBC) je određen kao ukupan broj gvožđe koje transferin može da veže. Normalno, TLC krvi kod muškaraca je 45-75 µmol/l (250-400 mcg/100 ml), kod žena je 10-15% niži. Snaga transferinskog kompleksa - gvožđe maksimum pri pH 7,0. Kada se pH vrijednost smanji, kao i kada se masnoća obnovi, kompleks se raspada na proteine i tzv. kiselinsko cijepanje (ne-hem) gvožđe. Koncentracija ne-hem gvožđa u krvnoj plazmi zavisi od starosti, pola i doba dana i iznosi 12-32 kod odraslih muškaraca. µmol/l (65-175 mcg/100 ml), kod odraslih žena je 10-15% niži. Prosečno dnevno izlučivanje gvožđa u urinu je 60-100 mcg.
Hipersideremija (povećana koncentracija ne-hem masnih kiselina u krvnoj plazmi) uz istovremeno smanjenje LVSS-a se opaža kod hemosideroza, hemokromatoza, neki anemija, akutne i kronične infekcije, ciroza jetre, uremija (vidi Otkazivanja bubrega), maligne neoplazme, hemolitičke i parenhimske žutica. Hiposideremija (smanjenje koncentracije ne-hem gvožđa u krvnoj plazmi), praćeno istovremenim povećanjem LVSS, uočava se kada su rezerve gvožđa iscrpljene, njegov unos hranom je nedovoljan i u stanjima praćenim povećana potreba u žlijezdi (trudnoća, gubitak krvi, hipohromna anemija, akutna zarazne bolesti i sl.). Masnoća se može taložiti u tjelesnim tkivima (sideroza). Egzogena sideroza se uočava kod rudara koji se bave razvojem crvene željezne rude i naslaga u plućima gvožđe u obliku Fe(III) oksida. Kao rezultat prekomjernog razaranja hemoglobina nastaje pigment hemosiderin - agregat Fe(lll) hidroksida s proteinima, glikozaminoglikanima i lipidima, čije se nakupljanje granula (endogena sideroza) događa, na primjer, na mjestima krvarenja. Budući da je metabolizam gvožđa u organizmu u velikoj meri određen stanjem jetre, određivanje sadržaja gvožđa u krvnoj plazmi može se koristiti kao dodatni funkcionalni test koji ukazuje na stanje jetre.
Utvrđeno je da slobodni Fe(ll) joni, kao i složena jedinjenja gvožđa, mogu pokrenuti lipidnu peroksidaciju slobodnih radikala (univerzalni mehanizam oštećenja bioloških membrana, proteina i nukleinskih kiselina) u organizmu. U tom smislu je od posebnog značaja određivanje slobodne jonizovane tečnosti u biološkim tečnostima. Tako se povećava sadržaj jonizovanog gvožđa sinovijalnu tečnost kod artritisa i u likvoru kod nekih neuroloških oboljenja.
J. ulazi u ljudski organizam sa hranom. Namirnice bogate gvožđem uključuju džigericu, suve šljive, pasulj, grašak, heljdu, kao i zobene pahuljice, raženi hleb, meso, jaja, čokoladu, spanać, jabuke i kajsije. Sadržaj probavljivog gvožđa u proizvodima životinjskog porekla iznosi 10-20% od ukupnog gvožđa sadržanog u njima, au biljnim proizvodima 1-6%. Kod odrasle osobe, potreba za gvožđem određena je potrebom da se nadoknade njegovi gubici, kao i stepenom apsorpcije gvožđa iz hrane. Potreba za gvožđem kod žena je 30-90% veća nego kod muškaraca; kod dječaka od 15-16 godina, potreba za tekućinom je znatno veća nego kod odraslih muškaraca i djece. Kod žena u reproduktivnom dobu, polovina ili više potrebnog gvožđa troši se da nadoknadi gubitak hemoglobina tokom menstruacije. Tokom trudnoće, potreba za mastima se povećava za otprilike 60%. Apsorpcija gvožđa se povećava sa stanja nedostatka gvožđa. Organska jedinjenja se slabo apsorbuju u crevima; Apsorpcija željeza je također smanjena zbog stvaranja njegovih netopivih soli (na primjer, s viškom anorganskog fosfora u prehrani, koji stvara nerastvorljiva jedinjenja sa supstancama koje sadrže željezo, može se razviti anemija nedostatka željeza). Najsvarljiviji oblik gvožđa je jonizovani Fe(ll), pa je apsorpcija gvožđa olakšana prisustvom hlorovodonične kiseline, koja izaziva njegovu ionizaciju, i redukcionih agenasa, poput askorbinske kiseline, koji pospešuju redukciju Fe(ll) u Fe. (ll), kao i tvari koje mogu vezati željezo, formirajući s njim probavljive komplekse (u želucu - specifični glikoprotein, u crijevima - aloferitin i aminokiseline koje sadrže sulfhidrilne grupe). Unatoč prisutnosti u tijelu ovih mehanizama za povećanje apsorpcije željeza iz hrane, praktična potreba za željezom je 5-10 puta veća od stvarne. fiziološke potrebe u njemu.
Glavni dio željeza apsorbiranog u crijevima ulazi u krvotok, a zatim u Koštana srž, gdje se uglavnom koristi za sintezu hemoglobina. Dolazim do epitelne ćelije U crijevnoj sluznici, Fe(ll) se brzo oksidira u Fe(ll) hidroksid, koji se spaja s apoferitinom; stoga je apsorpcija željeza crijevnom sluznicom ograničena sposobnošću vezivanja apoferitina. Do taloženja željeza dolazi u jetri, gdje je gotovo u potpunosti sadržano u feritinu. Ne postoje načini da se eliminiše višak gvožđa: kada je kapacitet depoa feritina prekoračen, višak gvožđa se nakuplja u jetri i drugim organima u obliku granula hemosiderina koji sadrže do 37% gvožđa (po težini).
Sadržaj željeza u krvnom serumu i urinu određuje se reakcijom boje sa sulfoniranim batofenantrolinom. Sposobnost krvnog seruma da veže gvožđe određuje se čuvanjem test seruma sa rastvorom Fe(lll); istovremeno je sav transferin zasićen gvožđem. Višak soli gvožđa uklanja se adsorpcijom na magnezijum karbonat, koji se zatim uklanja centrifugiranjem i gvožđe u supernatantu se određuje sulfoniranim batofenantrolinom.
Učešće gvožđa u formiranju hemoglobina određuje upotrebu njegovih preparata kao antianemični lekovi.
Bibliografija: Laboratorijske metode klinička istraživanja, ur. V.V. Menshikova, s. 267, M., 1987; Petrov V.N. Fiziologija i patologija metabolizma gvožđa, L., 1982, bibliogr.; Shcherba M.M. i dr. Stanja nedostatka gvožđa, L., 1975.
Jedna od važnih tema u izučavanju škole je predmet o valentnosti. O tome će biti riječi u članku.
Valence - šta je to?
Valencija u hemiji znači svojstvo atoma nekog hemijskog elementa da vežu atome drugog elementa za sebe. Prevedeno sa latinskog - snaga. Izražava se u brojevima. Na primjer, valencija vodonika će uvijek biti jednaka jedan. Ako uzmemo formulu vode - H2O, ona se može predstaviti kao H - O - H. Jedan atom kiseonika je bio u stanju da veže dva atoma vodika za sebe. To znači da je broj veza koje stvara kisik dva. A valencija ovog elementa bit će jednaka dva.
Zauzvrat, vodonik će biti dvovalentan. Njegov atom može biti povezan samo sa jednim atomom hemijskog elementa. U ovom slučaju sa kiseonikom. Tačnije, atomi, u zavisnosti od valencije elementa, formiraju parove elektrona. Koliko se takvih parova formira - to će biti valencija. Numerička vrijednost se naziva indeks. Kiseonik ima indeks 2.
Kako odrediti valenciju kemijskih elemenata pomoću tablice Dmitrija Mendeljejeva
Gledajući periodni sistem elemenata, primijetit ćete okomite redove. Zovu se grupe elemenata. Valence takođe zavisi od grupe. Elementi prve grupe imaju prvu valenciju. Drugi - drugi. Treće - treće. I tako dalje.
Postoje i elementi sa konstantnim indeksom valencije. Na primjer, vodik, halogena grupa, srebro i tako dalje. Njih svakako treba naučiti.
Kako odrediti valentnost hemijskih elemenata pomoću formula?
Ponekad je teško odrediti valenciju iz periodnog sistema. Zatim morate pogledati konkretno hemijska formula. Uzmimo FeO oksid. Ovdje će željezo, kao i kisik, imati indeks valencije dva. Ali kod Fe2O3 oksida je drugačije. Gvožđe će biti feri.
Uvek se moramo sjećati Različiti putevi definicije valencije i ne zaboravite ih. Znati njegove konstantne numeričke vrijednosti. Koji elementi ih imaju? I, naravno, koristite tabelu hemijskih elemenata. I takođe proučite pojedinačne hemijske formule. Bolje ih je prikazati shematski: H – O – H, na primjer. Tada su veze vidljive. A broj crtica (crtica) bit će numerička vrijednost valencije.
Stranica 3
A (za koju jednačina (1) daje red veze 0 19); osim toga, potrebno je uzeti valenciju željeza jednaku 6 umjesto prvobitne vrijednosti 5 78, a za veze Fe-Si i Fe-Fe koristiti različite poluprečnike atoma Fe (VI) na osnovu doprinos d - elektropa ovim vezama je različit. Kasnije se pokazalo da se Polypg-ova jednačina ne slaže s međuatomskim udaljenostima na K. Stoga ostaje nejasno da li ovu jednačinu treba koristiti kada se raspravlja o međuatomskim udaljenostima u polumetalnim spojevima.
Obe dobijene soli gvožđa - gvožđe hloridi - imaju razna svojstva, stoga im je potrebno dati imena koja bi ukazivala na valenciju gvožđa.
Titrimetrijsko određivanje ukupnog gvožđa uključuje pretvaranje celokupnog gvožđa prisutnog u uzorku u isto valentno stanje i naknadna titracija, tokom koje se menja valencija gvožđa. Titracija jona oksida željeza nikada nije bila uobičajena, a najčešće korištene metode su one u kojima fero željezo postaje oksid željeza tokom titracije.
Hemoglobin, uz pomoć željeza, može vezati ne samo kisik, već i ugljični monoksid. Valencija gvožđa se takođe ne menja. Toksičan učinak ugljičnog monoksida očituje se u činjenici da nastali karboksihemoglobin postaje nepogodan za prijenos kisika, što rezultira gladovanje kiseonikom. Kada je 70% hemoglobina vezano ugljičnim monoksidom, dolazi do smrti.
Šesta koordinaciona veza gvožđa u citokromu a može biti povezana sa HCN, H2S, CO. U tom slučaju, valencija željeza (Fe3) postaje konstantna i protok elektrona prestaje.
Brzina stvaranja akroleina raste sa povećanjem koncentracije gvožđa u katalizatoru, a brzina formiranja CO2 značajno manje, što ukazuje na učešće Fe3 jona u formiranju p-alilnog kompleksa što dovodi do blage oksidacije propilena. U uslovima oksidacije propilena, valencija gvožđa se reverzibilno menja. Ako su u početnom katalizatoru ioni Mo64 okruženi oktaedrima iona kisika, tada su rezultirajući ioni Mo5 u koordinaciji kvadratne piramide. Preuređenje rešetke katalizatora mijenja njenu neispravnost i utiče na katalitička svojstva.
Međutim, njihovo uništavanje lako se događa i u jako kiselim i u jako alkalnim sredinama. Koristili smo potonje za utvrđivanje valencije gvožđa u ovim jedinjenjima. U tu svrhu, supstanca 66 (CeH6COC2HN3) 2Fe - H20 u struji dušika tretirana je 0 02 N otopinom KOH pripremljenom od vode destilirane dva puta u struji dušika. Kada se zagrije, uočava se stvaranje zelene koloidne otopine i taloga željeznog hidroksida. Dakle, u rezultirajućem kompleksu valencija gvožđa je dva.
| Ovisnost brzine rastvaranja različitih bazalta o vremenu i temperaturi luženja.| Ovisnost razvoja silicijumskog skeleta formiranog od pečenih i nepečenih uzoraka bazalta o trajanju i temperaturi ispiranja. |
Ekstrakcija gvožđa do sedmog ciklusa ostaje skoro jednako proporcionalna, a od osmog takođe delimično ostaje u skeletu i ne može se izdvojiti. Promena valencije gvožđa i njegovog koordinacionog broja verovatno ovde igra ulogu.
U tkivima u kojima je sadržaj kiseonika nizak, kiseonik se odvaja od hemoglobina. Lakoća disocijacije oksihemoglobina objašnjava se činjenicom da valencija željeza uvijek ostaje konstantna.
Kada se takav željezni protoporfirin veže za određeni protein, formira se sam enzim. Vezivanje se očigledno dešava preko jedne od valencija gvožđa, a dodatno zbog interakcije proteina sa dve grupe propionske kiseline protoporfirina. U slučaju katalaze, četiri ferigema ili hemin grupe se dodaju jednom proteinskom molekulu takve veličine da je ukupan sadržaj gvožđa oko 0,1 mas. Katalaze iz raznih izvora ili različite vrste(na primjer, bakterijska, jetrena ili eritrocitna) mogu imati različite aktivnosti. Katalazni ferigemi se ne svode lako na ferogem; zaista samo u U poslednje vreme Razjašnjena je mogućnost takve restauracije bez uništavanja enzima. Enzim peroksidaza se također formira na sličan način vezivanjem ferihema za protein. Vrlo izražena razlika je u tome što u peroksidazi postoji samo jedna grupa ferihema po molekulu. Molekul proteina je također manji i ima sposobnost da se kombinuje sa protoporfirinom mangana bez gubitka peroksidativne aktivnosti. Peroksidaza se također razlikuje po tome što se teže inaktivira kada se zagrije od katalaze.
Mehanizam oksidacije i redukcije citokroma još nije u potpunosti proučavan. Razlika između oksidiranog i reduciranog oblika citokroma c je promjena valencije željeza. Funkcija citokroma je uklanjanje elektrona sa atoma vodika aktiviranog dehidrazama. Shodno tome, citokrom prihvata i donira elektrone, budući da je njihov nosilac, a ne vodik. U konačnici, elektroni se prenose na kisik, a ovaj potonji stječe sposobnost spajanja sa ioniziranim vodonikom.
Valencija atoma je njegova sposobnost formiranja određeni broj hemijske veze sa drugim atomima. Na primjer, broj crtica koje se protežu od simbola elementa u strukturnim formulama jednak je valenciji ovog elementa. Pogledajte strukturne formule nekih supstanci u nastavku - one pokazuju da su vodonik i hlor jednovalentni, kiseonik dvovalentan, ugljenik četvorovalentan, a dušik trovalentan.
Tačke ovdje označavaju usamljene parove elektrona, ali oni nisu uvijek prikazani u strukturnim formulama (nisu direktno uključeni u vezivanje, iako su važni sa stanovišta oktetnog pravila). U strukturnim formulama, svaka crtica je upravo zajednički par elektrona. Stoga možemo dati sljedeću definiciju valencije:
Valencija se definira kao broj elektronskih parova s kojima je dati atom vezan za druge atome.
Pošto samo elektroni vanjske ljuske učestvuju u kemijskoj vezi, takvi elektroni se nazivaju valentnim elektronima. Jednostavna (jednostavna) veza nastaje kada atomi dijele jedan par valentnih elektrona.
Strukturne formule jasno pokazuju sastav tvari, redoslijed međusobnog vezivanja atoma i valenciju elemenata. Ali ako takav detaljne informacije nije potrebno, sastav supstance se može napisati u obliku skraćenih hemijskih formula:
H2 (vodonik) Cl2 (hlor) CO2 ( ugljen-dioksid) H2O (voda) N2H4 (hidrazin) N2 (azot)
U ovom slučaju, sve tvari se sastoje od molekula, pa se takve formule nazivaju ne samo skraćeno, već molekularne. Broj u donjem desnom uglu simbola elementa naziva se indeks. Indeks pokazuje koliko je atoma datog elementa sadržano u molekulu. Indeks 1 se nikada ne piše.
Valentnost elementa određena je brojem elektrona uključenih u formiranje hemijskih veza.
Koncept valencije postao je čvrsto utemeljen u nauci sredinom prošlog stoljeća. Na osnovu postojanja valentnih veza, A. M. Butlerov (1862) je izgradio teoriju hemijske strukture. Ova teorija je nastala prvenstveno u odnosu na organska jedinjenja, budući da je u njima najjasnije izražena ovisnost svojstava tvari ne samo o sastavu, već i o strukturi njihovih molekula.
A. M. Butlerov je smatrao da je to uzrok svih reakcija u koje supstanca ulazi hemijska struktura- redoslijed veza između atoma u molekuli, priroda njihove interakcije i međusobni utjecaj.
Proučavanje prirode valencije i prirode kemijskih veza dovelo je do podjele koncepta valencije na niz novih, specifičnijih pojmova: kovalentnost, jonska valencija, koordinacijski broj, oksidacijski broj (oksidacijski broj).
Hemijska svojstva elemenata određena su strukturom vanjskih elektronskih slojeva atoma. Hemijska reakcija se svodi na interakciju valentnih elektrona atoma koji učestvuju u reakciji. Stoga, ovisno o strukturi atoma, priroda interakcije može biti različita. Dakle, vrsta veze između atoma određena je njihovom strukturom.
Priroda hemijske veze donekle je otkrivena pojavom kvantne mehanike, koja uzima u obzir valna svojstva elektron.
Kvantnomehanički proračuni pokazuju da samo atomi koji imaju nesparene elektrone mogu komunicirati. Broj nesparenih elektrona određuje valenciju atoma određenog elementa. Valentni elektroni atoma elemenata glavnih podgrupa periodnog sistema nalaze se na vanjskom energetskom nivou (s i p podnivoi), a za ELEMENTE bočnih podgrupa - pored toga, na d-podnivou prije eksternom nivou. U atomima lantanida i aktinida, f-elektroni trećeg vanjskog energetskog nivoa mogu biti i valentni elektroni. Valencija elemenata se ne poklapa uvijek sa brojem nesparenih elektrona. Na primjer, atom sumpora ima dva nesparena elektrona. U skladu s tim, sumpor daje spojeve u kojima je dvovalentan, ali su poznata jedinjenja u kojima je valencija sumpora četiri, pa čak i šest. Povećanje valencije sumpora c povezano je s povećanjem broja nesparenih elektrona nastalih kao rezultat pobuđivanja atoma i prijelaza jednog od uparenih elektrona na najbliži podnivo istog energetskog nivoa. Prijelaz p-elektrona iz jednog stanja u drugo povećava broj nesparenih elektrona za dva, stoga se valencija atoma povećava za dvije jedinice; prijenos jednog s-elektrona dovodi do povećanja valencije za još dvije jedinice. Dakle, maksimalna valencija atoma mnogih elemenata postiže se samo u pobuđenom stanju. U zavisnosti od stepena pobuđenosti atoma, broj nesparenih elektrona može varirati, pa mnogi elementi pokazuju promenljivu valenciju.
---- Zašto gvožđe ima valenciju 2,3,6 u jedinjenjima. Objasnite sa elektronske tačke gledišta.
Gvožđe zapravo ima ČETIRI stabilna oksidaciona stanja: 0, +2, +3 i +6. Stabilan u smislu da svaki od njih ima svoje hemijska jedinjenja, na primjer: Fe(CO)5 (0, željezo karbonil); FeSO4 (+2, gvožđe II sulfat); FeCl3 (+3, željezni hlorid III); K2FeO4 (+6, kalijum oksoferat). Nadam se da će jednog dana sintetizovati jedinjenja gvožđa sa najvišim mogućim stepenom oksidacije od +8 - do sada nikome nije pošlo za rukom.
prosječna valencija željeza Fe2,5+, Fe2+ i Fe3+
GVOŽĐE (lat. Ferrum), Fe, hemijski element VIII grupe periodnog sistema, atomski broj 26, atomska masa 55.847. Porijeklo latinskog i ruskog naziva elementa nije jasno utvrđeno. Prirodno gvožđe je mešavina četiri nuklida sa masenim brojem 54 (sadržaj u prirodnoj mešavini je 5,82% po masi), 56 (91,66%), 57 (2,19%) i 58 (0,33%). Konfiguracija dva vanjska elektronska sloja je 3s2p6d64s2. Tipično formira spojeve u oksidacijskim stanjima +3 (valencija III) i +2 (valentnost II). Poznati su i spojevi s atomima željeza u oksidacijskim stanjima +4, +6 i još neki.
IN periodni sistem Mendeljejevljevo gvožđe je uključeno u grupu VIIIB. U četvrtom periodu, kome pripada i gvožđe, u ovu grupu, pored gvožđa, spadaju i kobalt (Co) i nikl (Ni). Ova tri elementa čine trijadu i imaju slična svojstva.
Radijus neutralnog atoma gvožđa je 0,126 nm, poluprečnik Fe2+ jona je 0,080 nm, a Fe3+ jona je 0,067 nm. Energije sekvencijalne jonizacije atoma gvožđa su 7,893, 16,18, 30,65, 57, 79 eV. Elektronski afinitet 0,58 eV. Prema Paulingovoj skali, elektronegativnost gvožđa je oko 1,8.
Gvožđe visoke čistoće je sjajan srebrno-sivi, duktilni metal koji se dobro uklapa na razne načine mehanička obrada.
Fizički i Hemijska svojstva: na temperaturama od sobne temperature do 917°C, kao iu temperaturnom opsegu 1394-1535°C, postoji -Fe sa kubičnom telocentričnom rešetkom, na sobnoj temperaturi parametar rešetke a = 0,286645 nm. Na temperaturama od 917-1394°C, -Fe sa kubičnom rešetkom T (a = 0,36468 nm) je stabilan. Na temperaturama od sobne temperature do 769°C (tzv. Curie tačka), gvožđe ima jaka magnetna svojstva (za njega se kaže da je feromagnetno), na više visoke temperature gvožđe se ponaša kao paramagnetik. Ponekad se paramagnetski -Fe sa kubičnom telocentričnom rešetkom, stabilan na temperaturama od 769 do 917°C, smatra modifikacijom gvožđa, a -Fe, stabilan na visokim temperaturama (1394-1535°C), naziva se -Fe prema tradiciji (ideje o postojanju četiri modifikacije željeza nastale su kada još nije postojala analiza difrakcije rendgenskih zraka i nije bilo objektivnih informacija o unutrašnja strukturažlezda). Tačka topljenja 1535°C, tačka ključanja 2750°C, gustina 7,87 g/cm3. Standardni potencijal Fe2+/Fe0 para je –0,447V, Fe3+/Fe2+ para je +0,771V.
Kada se čuva na vazduhu na temperaturama do 200°C, gvožđe se postepeno prekriva gustim filmom oksida, koji sprečava dalju oksidaciju metala. U vlažnom zraku, željezo se prekriva labavim slojem rđe, koji ne sprječava pristup kisika i vlage metalu i njegovo uništavanje. Rđa nema postojanost hemijski sastav, približno njegova hemijska formula se može napisati kao Fe2O3 xH2O.
Gvožđe reaguje sa kiseonikom (O) kada se zagreje. Kada željezo sagorijeva na zraku, nastaje oksid Fe2O3, kada se sagorijeva u čistom kisiku, nastaje oksid Fe3O4. Ako se kisik ili zrak propuštaju kroz rastopljeno željezo, nastaje FeO oksid. Kada se sumpor (S) i prah gvožđa zagreju, nastaje sulfid, čija se približna formula može napisati kao FeS.
Gvožđe pri zagrevanju reaguje sa halogenima. Pošto je FeF3 neisparljiv, gvožđe je otporno na fluor (F) do temperatura od 200-300°C. Kada se gvožđe hloriše (na temperaturi od oko 200°C), nastaje isparljivi FeCl3. Ako dođe do interakcije gvožđa i broma (Br) na sobnoj temperaturi ili pri zagrevanju i visok krvni pritisak pare broma, nastaje FeBr3. Zagrevanjem, FeCl3 i posebno FeBr3 odvajaju halogen i pretvaraju se u gvožđe (II) halide. Interakcija gvožđa i joda (I) proizvodi jodid Fe3I8.
Kada se zagreje, gvožđe reaguje sa azotom (N) da bi se formirao nitrid gvožđa Fe3N, sa fosforom (P) da bi se formirali fosfidi FeP, Fe2P i Fe3P, sa ugljenikom (C) da bi se formirao karbid Fe3C, sa silicijumom (Si) da bi se formiralo nekoliko silicida. , npr. FeSi.
Pri povišenom pritisku metalno gvožđe reaguje sa ugljen monoksidom CO i tečnost, u normalnim uslovima, nastaje visoko hlapljivi gvožđe pentakarbonil Fe(CO)5. Poznati su i karbonili željeza sastava Fe2(CO)9 i Fe3(CO)12. Karbonili željeza služe kao polazni materijali u sintezi organskih jedinjenja željeza, uključujući sastav ferocena.
Čisto metalno željezo je stabilno u vodi i razrijeđenim alkalnim otopinama. U koncentrisanim sumpornim i azotne kiselineželjezo se ne otapa, jer jak oksidni film pasivira njegovu površinu.
Gvožđe reaguje sa hlorovodoničnom i razblaženom (otprilike 20%) sumpornom kiselinom da nastane soli gvožđa (II):
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
Kada gvožđe reaguje sa približno 70% sumporne kiseline, reakcija nastavlja da formira gvožđe (III) sulfat:
2Fe + 4H2SO4 = Fe2 (SO4)3 + SO2 + 4H2O
Gvožđe (II) oksid FeO ima osnovna svojstva, njemu odgovara baza Fe(OH)2. Gvožđe (III) oksid Fe2O3 je slabo amfoteričan; parira mu još slabija baza od Fe(OH)2, Fe(OH)3, koja reaguje sa kiselinama:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O
Gvožđe (III) hidroksid Fe(OH)3 pokazuje slab amfoterna svojstva; sposoban je reagirati samo s koncentriranim otopinama alkalija:
Fe(OH)3 + KOH = K
Nastali hidrokso kompleksi gvožđa(III) su stabilni u jako alkalnim rastvorima. Kada se rastvori razblaže vodom, oni se uništavaju, a gvožđe (III) hidroksid Fe(OH)3 precipitira.
Jedinjenja željeza (III) u otopinama reduciraju se metalnim željezom:
Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2
Pri skladištenju vodenih rastvora soli gvožđa (II) primećuje se oksidacija gvožđa (II) u gvožđe (III):
4FeCl2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)Cl2
Od soli gvožđa (II) u vodeni rastvori Mohrova so je stabilna - dvostruki amonijum i gvožđe (II) sulfat (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O.
Gvožđe (III) je sposobno da formira dvostruke sulfate sa jednostrukim naelektrisanim katjonima kao što su stipsa, na primer, KFe(SO4)2 - gvožđe-kalijum alum, (NH4)Fe(SO4)2 - gvožđe-amonijum alum, itd.
Kada gasoviti hlor (Cl) ili ozon deluju na alkalne rastvore jedinjenja gvožđa (III), nastaju jedinjenja gvožđa (VI) - ferati, na primer, kalijum ferat (VI) (K): K2FeO4. Postoje izveštaji o stvaranju jedinjenja gvožđa (VIII) pod uticajem jakih oksidacionih sredstava.
Za detekciju jedinjenja gvožđa (III) u rastvoru, koristite kvalitativna reakcija Fe3+ joni sa CNS– tiocijanat ionima. Kada ioni Fe3+ stupe u interakciju sa CNS– anionima, nastaje svijetlocrveni željezni tiocijanat Fe(CNS)3. Drugi reagens za Fe3+ jone je kalijum heksacijanoferat (II) (K): K4 (ranije se ova supstanca zvala žuta krvna so). Prilikom interakcije Fe3+ i 4– jona nastaje svijetloplavi talog.
Kao reagens za Fe2+ jone u rastvoru može poslužiti rastvor kalijum heksacijanoferata (III) (K) K3, koji se ranije zvao crvena krvna so. Prilikom interakcije Fe3+ i 3– jona nastaje svijetloplavi precipitat istog sastava kao u slučaju interakcije Fe3+ i 4– jona.
Legure gvožđa i ugljenika: Gvožđe se prvenstveno koristi u legurama, prvenstveno u legurama ugljenika (C)—različiti liveni gvožđe i čelici. U livenom gvožđu sadržaj ugljenika je veći od 2,14% po težini (obično na nivou od 3,5-4%), u čeliku je sadržaj ugljenika manji (obično na nivou od 0,8-1%).