Det er svært at overvurdere jernets rolle for den menneskelige krop, fordi det bidrager til "skabelsen" af blod, dets indhold påvirker niveauet af hæmoglobin og myoglobin, jern normaliserer enzymsystemets funktion. Men hvad er dette element i form af kemi? Hvad er valensen af jern? Dette vil blive diskuteret i denne artikel.
Lidt historie
Mennesket kendte til dette kemiske element og ejede endda produkter fra det så tidligt som i det 4. århundrede f. Kr. Disse var folkene i det gamle Egypten og sumererne. Det var dem, der først begyndte at fremstille smykker, våben af en legering af jern og nikkel, som blev fundet under arkæologiske udgravninger og omhyggeligt undersøgt af kemikere.
Lidt senere lærte ariernes stammer, der flyttede til Asien, at udvinde fast jern fra malm. Det var så værdifuldt for datidens folk, at produkterne var dækket med guld!
Jernegenskaber
Jern (Fe) er på fjerdepladsen med hensyn til dets indhold i indvolden af jordskorpen. Den indtager en plads i 7. gruppe i 4. periode og har nummeret 26 inkemisk tabel over elementer fra Mendeleev. Valensen af jern er direkte afhængig af dets placering i tabellen. Men mere om det senere.
Dette metal er mest almindeligt i naturen i form af malm, der findes i vand som et mineral, såvel som i forskellige forbindelser.
De største jernmalmreserver er i Rusland, Australien, Ukraine, Brasilien, USA, Indien, Canada.
Fysiske egenskaber
Før man går videre til jernets valens, er det nødvendigt at se nærmere på dets fysiske egenskaber, så at sige se nærmere på det.
Dette metal har en sølvfarvet farve, er ret sejt, men er i stand til at øge hårdheden gennem dets interaktion med andre elementer (f.eks. med kul). Det har også magnetiske egenskaber.
I et fugtigt miljø kan jern korrodere, det vil sige rust. Selvom absolut rent metal er mere modstandsdygtigt over for fugt, men hvis det indeholder urenheder, er det dem, der fremkalder korrosion.
Jern interagerer godt med sure miljøer, det kan endda danne s alte af jernsyre (forudsat et stærkt oxidationsmiddel).
I luft bliver den hurtigt dækket af en oxidfilm, der beskytter den mod interaktioner.
Kemiske egenskaber
Dette grundstof har også en række kemiske egenskaber. Jern har ligesom resten af grundstofferne i det periodiske system ladningen af atomkernen, hvilket svarer til serienummeret +26. Og rundt om kernen roterer 26 elektroner.
Hvis vi generelt betragter egenskaberne ved jern - et kemisk grundstof, så er det et metal med en lav aktiv evne.
I vekselvirkning med svagere oxidationsmidler danner jern forbindelser, hvor det er divalent (det vil sige, dets oxidationstilstand er +2). Og hvis med stærke oxidationsmidler, når oxidationstilstanden for jern +3 (det vil sige, dets valens bliver lig med 3).
Ved vekselvirkning med kemiske grundstoffer, der ikke er metaller, virker Fe som et reduktionsmiddel i forhold til dem, mens dets oxidationstilstand bliver, udover +2 og +3, endda +4, +5, +6. Sådanne forbindelser har meget stærke oxiderende egenskaber.
Som nævnt ovenfor er jern i luften dækket af en oxidfilm. Og når den opvarmes, stiger reaktionshastigheden, og der kan dannes jernoxid med valens 2 (temperatur mindre end 570 grader Celsius) eller oxid med valens 3 (temperaturindeks mere end 570 grader).
Interaktion mellem Fe og halogener fører til dannelse af s alte. Grundstofferne fluor og klor oxiderer det til +3. Brom er op til +2 eller +3 (det hele afhænger af betingelserne for implementering af en kemisk omdannelse, når det interagerer med jern).
Når grundstoffet interagerer med jod, oxideres det til +2.
Opvarmning af jern og svovl producerer jernsulfid med en valens på 2.
Hvis du smelter ferrum og kombinerer det med kulstof, fosfor, silicium, bor, nitrogen, får du forbindelser kaldet legeringer.
Jern er et metal,derfor interagerer det også med syrer (dette blev også kort diskuteret lidt højere). For eksempel påvirker svovlsyre og salpetersyre, der har en høj koncentration, i et miljø med en lav temperatur, ikke jern. Men så snart det stiger, sker der en reaktion, hvorved jern oxideres til +3.
Jo højere syrekoncentrationen er, desto højere skal temperaturen gives.
Opvarmning af 2-valent jern i vand, vi får dets oxid og brint.
Fe har også evnen til at fortrænge metaller, der har reduceret aktivitet, fra vandige opløsninger af s alte. Samtidig oxideres det til +2.
Når temperaturen stiger, genopretter jern metaller fra oxider.
Hvad er valency
Allerede i det foregående afsnit blev begrebet valens, såvel som graden af oxidation, stødt lidt på. Det er tid til at overveje værdien af jern.
Men først skal du forstå, hvilken slags egenskab ved kemiske grundstoffer det er.
Kemiske stoffer er næsten altid konstante i deres sammensætning. For eksempel i formlen for vand H2O - 1 oxygenatom og 2 hydrogenatomer. Det samme er tilfældet med andre forbindelser, hvori to kemiske grundstoffer er involveret, hvoraf det ene er brint: 1-4 brintatomer kan tilføjes til 1 atom af et kemisk grundstof. Men ikke omvendt! Derfor er det klart, at brint kun binder 1 atom af et andet stof til sig selv. Og det er dette fænomen, der kaldes valens - evnen af atomer af et kemisk grundstof til at vedhæfte en bestemtantallet af atomer i andre grundstoffer.
Valensværdi og grafisk formel
Der er grundstoffer i det periodiske system, der har en konstant valens - disse er oxygen og brint.
Og der er kemiske grundstoffer, som det ændrer sig i. For eksempel er jern oftere 2 og 3 valent, svovl 2, 4, 6, kulstof 2 og 4. Disse er elementer med variabel valens.
For at forstå, hvad valens er, kan du korrekt skrive den grafiske formel for forbindelser. Den viser sekvensen af forbindelsen mellem atomer i et molekyle.
Ved også at kende valensen af et af grundstofferne i forbindelsen, kan du bestemme valensen af det andet.
Iron valency
Som nævnt refererer jern til grundstoffer med variabel valens. Og den kan svinge ikke kun mellem 2 og 3, men også nå 4, 5 og endda 6.
Selvfølgelig studerer uorganisk kemi jernvalens mere detaljeret. Lad os kort betragte denne mekanisme på niveau med de enkleste partikler.
Jern er et d-element, hvortil 31 flere elementer i det periodiske system er tilføjet (disse er 4-7 perioder). Når atomnummeret stiger, får d-elementernes egenskaber små ændringer. Atomradiusen for disse stoffer øges også langsomt. De har en variabel valens, som afhænger af, at det præ-ydre d-elektron underniveau er ufuldstændigt.
Fordi for jern er ikke kun c-elektroner placeret i det ydre lag valens, men også uparrede 3d-elektroner i det præ-ydre lag. Og, som en konsekvens, valensen af Fe i kemikalierforbindelser kan være lig med 2, 3, 4, 5, 6. Grundlæggende er det lig med 2 og 3 - disse er mere stabile forbindelser af jern med andre stoffer. I mindre stabile udviser den valens 4, 5, 6. Men sådanne forbindelser er mindre almindelige.
Bivalent ferrum
Når jern med 2 valens interagerer med vand, opnås jernoxid (2). Denne forbindelse er sort. Reagerer ret let med s altsyre (lav koncentration) og salpetersyre (høj koncentration).
Hvis et sådant oxid af 2-valent jern interagerer med enten brint (temperatur 350 grader Celsius) eller kulstof (koks) ved 1000 grader, genoprettes det til en ren tilstand.
Ekstraher jernoxid af 2-valent jern på følgende måder:
- gennem kombinationen af ferrooxid med kulilte;
- når ren Fe opvarmes, mens ilttrykket er lavt;
- ved nedbrydning af jernholdig oxalat i et vakuummiljø;
- når rent jern interagerer med dets oxider, er temperaturen 900-1000 grader Celsius.
Med hensyn til det naturlige miljø er jernoxid divalent, til stede som mineralet wuestit.
Der er en anden måde at bestemme valensen af jern i en opløsning - i dette tilfælde har dets indeks 2. Det er nødvendigt at udføre reaktioner med rødt s alt (kaliumhexacyanoferrat) og med alkali. I det første tilfælde observeres et mørkeblåt bundfald - et komplekst s alt af ferri 2-valent. Iden anden - opnår et mørkegrå-grønt bundfald - jernhydroxid er også 2-valent, mens 3-valent jernhydroxid har en mørkebrun farve i opløsning
Trivalent jern
3-valent ferrumoxid har en pulverstruktur, hvis farve er rødbrun. Den har også navnene: jernoxid, jern minium, rødt pigment, madfarve, krokus.
I naturen forekommer dette stof i form af et mineral - hæmatit.
Oxidet af sådant jern interagerer ikke længere med vand. Men det kombineres med syrer og baser.
Jernoxid (3) bruges til at farve materialer brugt i byggeriet:
- mursten;
- cement;
- keramiske produkter;
- beton;
- belægningsplader;
- gulvbelægning (linoleum).
Jern i den menneskelige krop
Som nævnt i begyndelsen af artiklen, er stoffet jern en vigtig bestanddel af den menneskelige krop.
Når dette element er utilstrækkeligt, kan følgende konsekvenser opstå:
- øget træthed og følsomhed over for kulde;
- tør hud;
- nedsat hjerneaktivitet;
- forringelse af neglepladens styrke;
- svimmelhed;
- fordøjelsesproblemer;
- gråt hår og hårtab.
Jern ophobes, sædvanligvis i milten og leveren, såvel som nyrerne og bugspytkirtlen.
Den menneskelige kost bør indeholde fødevarer, der indeholder jern:
- okselever;
- boghvedegrød;
- peanuts;
- pistacienødder;
- grønne ærter på dåse;
- tørrede porcini-svampe;
- kyllingeæg;
- spinat;
- kornel;
- æbler;
- pærer;
- fersken;
- roer;
- fisk og skaldyr.
Mangel på jern i blodet fører til et fald i hæmoglobin og udvikling af en sygdom som jernmangelanæmi.
