Het is moeilijk om de rol van ijzer voor het menselijk lichaam te overschatten, omdat het bijdraagt aan de "aanmaak" van bloed, het geh alte beïnvloedt het niveau van hemoglobine en myoglobine, ijzer normaliseert de werking van het enzymsysteem. Maar wat is dit element in termen van chemie? Wat is de valentie van ijzer? Dit wordt in dit artikel besproken.
Een beetje geschiedenis
De mensheid kende dit chemische element en bezat er zelfs al in de 4e eeuw voor Christus producten van. Dit waren de volkeren van het oude Egypte en de Sumeriërs. Zij waren het die voor het eerst sieraden begonnen te maken, wapens van een legering van ijzer en nikkel, die werden gevonden tijdens archeologische opgravingen en zorgvuldig onderzocht door chemici.
Wat later leerden de stammen van de Ariërs die naar Azië verhuisden, hoe ze vast ijzer uit erts konden winnen. Het was zo waardevol voor de mensen van die tijd dat de producten bedekt waren met goud!
Ijzerkenmerken
IJzer (Fe) staat op de vierde plaats qua inhoud in de ingewanden van de aardkorst. Het bezet een plaats in de 7e groep van de 4e periode en heeft het nummer 26 inchemische elemententabel van Mendelejev. De valentie van ijzer is direct afhankelijk van zijn positie in de tabel. Maar daarover later meer.
Dit metaal komt in de natuur het meest voor in de vorm van erts, dat als mineraal in water wordt aangetroffen, maar ook in verschillende verbindingen.
De grootste ijzerertsreserves bevinden zich in Rusland, Australië, Oekraïne, Brazilië, de VS, India, Canada.
Fysieke eigenschappen
Alvorens verder te gaan met de valentie van ijzer, is het noodzakelijk om de fysieke eigenschappen ervan nader te bekijken, om zo te zeggen, het van dichterbij te bekijken.
Dit metaal heeft een zilverachtige kleur, is behoorlijk kneedbaar, maar kan de hardheid verhogen door zijn interactie met andere elementen (bijvoorbeeld met koolstof). Het heeft ook magnetische eigenschappen.
In een vochtige omgeving kan ijzer corroderen, dat wil zeggen roesten. Hoewel absoluut puur metaal beter bestand is tegen vocht, maar als het onzuiverheden bevat, zijn het deze die corrosie veroorzaken.
IJzer heeft een goede wisselwerking met zure omgevingen, het kan zelfs zouten van ijzerzuur vormen (mits een sterk oxidatiemiddel).
In de lucht wordt het snel bedekt met een oxidefilm die het tegen interacties beschermt.
Chemische eigenschappen
Dit element heeft ook een aantal chemische eigenschappen. IJzer heeft, net als de rest van de elementen van het periodiek systeem, de lading van de atoomkern, wat overeenkomt met het serienummer +26. En rond de kern draaien 26 elektronen.
In het algemeen, als we kijken naar de eigenschappen van ijzer - een chemisch element, dan is het een metaal met een laag actief vermogen.
Interactie met zwakkere oxidatiemiddelen, ijzer vormt verbindingen waar het tweewaardig is (dat wil zeggen, de oxidatietoestand is +2). En als met sterke oxidatiemiddelen de oxidatietoestand van ijzer +3 bereikt (dat wil zeggen, de valentie wordt gelijk aan 3).
Bij interactie met chemische elementen die geen metalen zijn, fungeert Fe als een reductiemiddel in relatie tot hen, terwijl de oxidatietoestand, naast +2 en +3, zelfs +4, +5, +6 wordt. Dergelijke verbindingen hebben zeer sterke oxiderende eigenschappen.
Zoals hierboven vermeld, is ijzer in de lucht bedekt met een oxidefilm. En bij verhitting neemt de reactiesnelheid toe en kan ijzeroxide met valentie 2 (temperatuur lager dan 570 graden Celsius) of oxide met valentie 3 (temperatuurindex meer dan 570 graden) worden gevormd.
Interactie van Fe met halogenen leidt tot de vorming van zouten. De elementen fluor en chloor oxideren het tot +3. Broom is maximaal +2 of +3 (het hangt allemaal af van de voorwaarden voor de implementatie van een chemische transformatie bij interactie met ijzer).
Interactie met jodium, wordt het element geoxideerd tot +2.
Verwarming van ijzer en zwavel produceert ijzersulfide met een valentie van 2.
Als je ferrum smelt en het combineert met koolstof, fosfor, silicium, boor, stikstof, krijg je verbindingen die legeringen worden genoemd.
IJzer is een metaal,daarom interageert het ook met zuren (dit werd ook kort besproken een beetje hoger). Zwavel- en salpeterzuren, met een hoge concentratie, in een omgeving met een lage temperatuur, hebben bijvoorbeeld geen invloed op ijzer. Maar zodra het stijgt ontstaat er een reactie waardoor ijzer wordt geoxideerd tot +3.
Hoe hoger de zuurconcentratie, hoe hoger de temperatuur moet worden gegeven.
Door 2-waardig ijzer in water te verwarmen, krijgen we het oxide en waterstof.
Fe heeft ook het vermogen om metalen met een verminderde activiteit uit waterige oplossingen van zouten te verdringen. Tegelijkertijd wordt het geoxideerd tot +2.
Als de temperatuur stijgt, herstelt ijzer metalen uit oxiden.
Wat is valentie
Reeds in de vorige sectie kwam het concept van valentie, evenals de mate van oxidatie, een beetje tegen. Het is tijd om de waardigheid van ijzer te overwegen.
Maar eerst moet je begrijpen wat voor soort eigenschap van chemische elementen het is.
Chemische stoffen zijn bijna altijd constant in hun samenstelling. Bijvoorbeeld in de formule voor water H2O - 1 zuurstofatoom en 2 waterstofatomen. Hetzelfde geldt voor andere verbindingen waarbij twee chemische elementen betrokken zijn, waaronder waterstof: 1-4 waterstofatomen kunnen worden toegevoegd aan 1 atoom van een chemisch element. Maar niet andersom! Het is dus duidelijk dat waterstof maar 1 atoom van een andere stof aan zichzelf hecht. En het is dit fenomeen dat valentie wordt genoemd - het vermogen van atomen van een chemisch element om een specifiekhet aantal atomen van andere elementen.
Valentiewaarde en grafische formule
Er zijn elementen van het periodiek systeem die een constante valentie hebben - dit zijn zuurstof en waterstof.
En er zijn chemische elementen waarin het verandert. Zo is ijzer vaker 2 en 3 valent, zwavel 2, 4, 6, koolstof 2 en 4. Dit zijn elementen met variabele valentie.
Verder, als je begrijpt wat valentie is, kun je de grafische formule van verbindingen correct schrijven. Het toont de volgorde van verbinding van atomen in een molecuul.
Als je de valentie van een van de elementen in de verbinding kent, kun je ook de valentie van de andere bepalen.
Ijzervalentie
Zoals opgemerkt, verwijst ijzer naar elementen met een variabele valentie. En het kan niet alleen schommelen tussen 2 en 3, maar ook 4, 5 en zelfs 6 bereiken.
Natuurlijk bestudeert anorganische chemie de ijzervalentie in meer detail. Laten we dit mechanisme kort beschouwen op het niveau van de eenvoudigste deeltjes.
IJzer is een d-element, waaraan nog 31 elementen van het periodiek systeem worden toegevoegd (dit zijn 4-7 perioden). Naarmate het atoomnummer toeneemt, krijgen de eigenschappen van de d-elementen kleine veranderingen. De atomaire straal van deze stoffen neemt ook langzaam toe. Ze hebben een variabele valentie, die afhangt van het feit dat het pre-buitenste d-elektron subniveau onvolledig is.
Omdat voor ijzer niet alleen c-elektronen in de buitenste laag valentie zijn, maar ook ongepaarde 3d-elektronen van de pre-buitenste laag. En als gevolg daarvan is de valentie van Fe in chemischverbindingen kunnen gelijk zijn aan 2, 3, 4, 5, 6. In principe is het gelijk aan 2 en 3 - dit zijn stabielere verbindingen van ijzer met andere stoffen. In minder stabiele, vertoont het valentie 4, 5, 6. Maar dergelijke verbindingen komen minder vaak voor.
Bivalent ijzer
Wanneer 2 valentie-ijzer interageert met water, wordt ijzeroxide (2) verkregen. Deze aansluiting is zwart. Reageert vrij gemakkelijk met zoutzuur (lage concentratie) en salpeterzuur (hoge concentratie) zuren.
Als zo'n oxide van 2-waardig ijzer interageert met waterstof (temperatuur 350 graden Celsius) of koolstof (cokes) bij 1000 graden, dan wordt het hersteld tot een zuivere staat.
Ijzeroxide van 2-waardig ijzer op de volgende manieren extraheren:
- door de combinatie van ijzeroxide met koolmonoxide;
- wanneer puur Fe wordt verwarmd, terwijl de zuurstofdruk laag is;
- bij het ontleden van ferrooxalaat in een vacuümomgeving;
- wanneer puur ijzer interageert met zijn oxiden, is de temperatuur 900-1000 graden Celsius.
Wat de natuurlijke omgeving betreft, is ijzeroxide tweewaardig, aanwezig als het mineraal wuestiet.
Er is een andere manier om de valentie van ijzer in een oplossing te bepalen - in dit geval met index 2. Het is noodzakelijk om reacties uit te voeren met rood zout (kaliumhexacyanoferraat) en met alkali. In het eerste geval wordt een donkerblauw precipitaat waargenomen - een complex zout van ferri 2-valent. Inde tweede - het verkrijgen van een donkergrijs-groen neerslag - ijzerhydroxide is ook 2-waardig, terwijl 3-waardig ijzerhydroxide in oplossing een donkerbruine kleur heeft.
Trivalent ijzer
3-valent ijzeroxide heeft een poederstructuur waarvan de kleur roodbruin is. Het heeft ook de namen: ijzeroxide, ijzerminium, rood pigment, kleurstof voor levensmiddelen, krokus.
In de natuur komt deze stof voor in de vorm van een mineraal - hematiet.
Het oxide van dergelijk ijzer heeft geen interactie meer met water. Maar het combineert met zuren en logen.
IJzeroxide (3) wordt gebruikt om materialen die in de bouw worden gebruikt te kleuren:
- bakstenen;
- cement;
- keramische producten;
- beton;
- straatstenen;
- vloeren (linoleum).
IJzer in het menselijk lichaam
Zoals aan het begin van het artikel opgemerkt, is de stof ijzer een belangrijk onderdeel van het menselijk lichaam.
Als dit element onvoldoende is, kunnen de volgende gevolgen optreden:
- verhoogde vermoeidheid en gevoeligheid voor kou;
- droge huid;
- verminderde hersenactiviteit;
- verslechtering van de sterkte van de nagelplaat;
- duizeligheid;
- spijsverteringsproblemen;
- grijs haar en haaruitval.
IJzer hoopt zich op, meestal in de milt en lever, evenals in de nieren en pancreas.
De menselijke voeding moet voedingsmiddelen bevatten die ijzer bevatten:
- runderlever;
- boekweitpap;
- pinda's;
- pistachenoten;
- groene erwten in blik;
- gedroogde eekhoorntjesbrood;
- kippeneieren;
- spinazie;
- kornoelje;
- appels;
- peren;
- perziken;
- bieten;
- zeevruchten.
Gebrek aan ijzer in het bloed leidt tot een afname van hemoglobine en de ontwikkeling van een ziekte zoals bloedarmoede door ijzertekort.
