Sunku pervertinti geležies vaidmenį žmogaus organizmui, nes ji prisideda prie kraujo „sukūrimo“, jos turinys turi įtakos hemoglobino ir mioglobino kiekiui, geležis normalizuoja fermentų sistemos veiklą. Bet kas yra šis elementas chemijos požiūriu? Koks yra geležies valentingumas? Tai bus aptarta šiame straipsnyje.
Šiek tiek istorijos
Žmonija žinojo apie šį cheminį elementą ir netgi turėjo gaminių iš jo dar IV amžiuje prieš Kristų. Tai buvo Senovės Egipto ir šumerų tautos. Būtent jie pirmieji pradėjo gaminti papuošalus, ginklus iš geležies ir nikelio lydinio, kurie buvo rasti archeologinių kasinėjimų metu ir atidžiai ištirti chemikų.
Šiek tiek vėliau į Aziją persikėlusios arijų gentys išmoko iš rūdos išgauti kietą geležį. Tai buvo tokia vertinga to meto žmonėms, kad gaminiai buvo padengti auksu!
Geležies savybės
Geležis (Fe) yra ketvirtoje vietoje pagal savo kiekį žemės plutos žarnyne. Jis užima vietą 7-oje 4-ojo laikotarpio grupėje ir turi 26 numerį. Mendelejevo elementų cheminė lentelė. Geležies valentingumas tiesiogiai priklauso nuo jos padėties lentelėje. Bet daugiau apie tai vėliau.
Šis metalas gamtoje dažniausiai yra rūdos pavidalu, randamas vandenyje kaip mineralas, taip pat įvairiuose junginiuose.
Didžiausios geležies rūdos atsargos yra Rusijoje, Australijoje, Ukrainoje, Brazilijoje, JAV, Indijoje, Kanadoje.
Fizikinės savybės
Prieš pereinant prie geležies valentingumo, būtina atidžiau pažvelgti į jos fizines savybes, taip sakant, atidžiau pažvelgti į ją.
Šis metalas yra sidabrinės spalvos, gana plastiškas, tačiau sąveikaujant su kitais elementais (pavyzdžiui, anglimi) gali padidinti kietumą. Jis taip pat turi magnetinių savybių.
Drėgnoje aplinkoje geležis gali rūdyti, tai yra, rūdyti. Nors absoliučiai grynas metalas yra atsparesnis drėgmei, tačiau jei jame yra priemaišų, būtent jos sukelia koroziją.
Geležis gerai sąveikauja su rūgštine aplinka, ji netgi gali sudaryti geležies rūgšties druskas (jei yra stiprus oksidatorius).
Ore jis greitai pasidengia oksido plėvele, kuri apsaugo ją nuo sąveikos.
Cheminės savybės
Be to, šis elementas turi nemažai cheminių savybių. Geležis, kaip ir kiti periodinės lentelės elementai, turi atomo branduolio krūvį, kuris atitinka eilės numerį +26. O aplink branduolį sukasi 26 elektronai.
Apskritai, jei atsižvelgsime į geležies - cheminio elemento - savybes, tai yra metalas, turintis mažą aktyvumą.
Sąveikaudama su silpnesniais oksidatoriais, geležis sudaro junginius, kur ji yra dvivalentė (tai yra, jos oksidacijos laipsnis yra +2). O jei su stipriais oksidatoriais, tada geležies oksidacijos būsena siekia +3 (tai yra, jos valentingumas tampa lygus 3).
Sąveikaujant su cheminiais elementais, kurie nėra metalai, Fe veikia kaip reduktorius jų atžvilgiu, o jo oksidacijos būsena, be +2 ir +3, tampa net +4, +5, +6. Tokie junginiai pasižymi labai stipriomis oksidacinėmis savybėmis.
Kaip minėta aukščiau, ore esanti geležis yra padengta oksido plėvele. Kaitinant, reakcijos greitis didėja ir gali susidaryti geležies oksidas, kurio valentingumas 2 (temperatūra žemesnė nei 570 laipsnių Celsijaus) arba oksidas, kurio valentingumas 3 (temperatūros indeksas didesnis nei 570 laipsnių).
Fe sąveika su halogenais sukelia druskų susidarymą. Elementai fluoras ir chloras oksiduoja iki +3. Bromas yra iki +2 arba +3 (viskas priklauso nuo cheminės transformacijos sąlygų sąveikaujant su geležimi).
Sąveikaujant su jodu elementas oksiduojamas iki +2.
Kaidant geležį ir sierą gaunamas geležies sulfidas, kurio valentingumas yra 2.
Jei išlydysite geležį ir sujungsite jį su anglimi, fosforu, siliciu, boru, azotu, gausite junginių, vadinamų lydiniais.
Geležis yra metalas,todėl sąveikauja ir su rūgštimis (tai irgi buvo trumpai aptarta kiek aukščiau). Pavyzdžiui, didelės koncentracijos sieros ir azoto rūgštys žemos temperatūros aplinkoje neveikia geležies. Bet kai tik ji pakyla, įvyksta reakcija, dėl kurios geležis oksiduojasi iki +3.
Kuo didesnė rūgšties koncentracija, tuo aukštesnė temperatūra turi būti nurodyta.
Kaidant 2-valentę geležį vandenyje, gauname jos oksidą ir vandenilį.
Be to, Fe turi galimybę išstumti metalus, kurių aktyvumas sumažėjęs, iš vandeninių druskų tirpalų. Tuo pačiu metu jis oksiduojamas iki +2.
Kai temperatūra pakyla, geležis atkuria metalus iš oksidų.
Kas yra valencija
Jau ankstesniame skyriuje buvo šiek tiek susidurta su valentingumo sąvoka, taip pat su oksidacijos laipsniu. Laikas pagalvoti apie geležies valentingumą.
Bet pirmiausia reikia suprasti, kokia tai cheminių elementų savybė.
Cheminių medžiagų sudėtis beveik visada yra pastovi. Pavyzdžiui, vandens formulėje H2O – 1 deguonies atomas ir 2 vandenilio atomai. Tas pats pasakytina ir apie kitus junginius, kuriuose dalyvauja du cheminiai elementai, iš kurių vienas yra vandenilis: prie 1 cheminio elemento atomo gali būti pridėta 1-4 vandenilio atomai. Bet ne atvirkščiai! Todėl aišku, kad vandenilis prie savęs prijungia tik 1 kitos medžiagos atomą. Ir būtent šis reiškinys vadinamas valentiškumu – cheminio elemento atomų gebėjimu prijungti specifinįkitų elementų atomų skaičius.
Valencijos reikšmė ir grafinė formulė
Yra periodinės lentelės elementai, kurių valentingumas yra pastovus – tai deguonis ir vandenilis.
Ir yra cheminių elementų, kuriuose tai keičiasi. Pavyzdžiui, geležis dažniau yra 2 ir 3, siera 2, 4, 6, anglis 2 ir 4. Tai elementai su kintamu valentiškumu.
Be to, suprasdami, kas yra valentingumas, galite teisingai parašyti grafinę junginių formulę. Jame rodoma molekulėje esančių atomų jungčių seka.
Be to, žinodami vieno iš junginio elementų valentingumą, galite nustatyti kito elemento valentingumą.
Geležies valentas
Kaip minėta, geležis reiškia elementus su kintamu valentiškumu. Ir jis gali svyruoti ne tik tarp 2 ir 3, bet ir siekti 4, 5 ir net 6.
Žinoma, neorganinė chemija geležies valentiškumą tiria išsamiau. Trumpai panagrinėkime šį mechanizmą paprasčiausių dalelių lygmenyje.
Geležis yra d elementas, prie kurio pridedamas dar 31 periodinės lentelės elementas (tai 4-7 periodai). Didėjant atominiam skaičiui, d elementų savybės šiek tiek pakinta. Lėtai didėja ir šių medžiagų atominis spindulys. Jie turi kintamą valentiškumą, kuris priklauso nuo to, kad prieš išorinį d-elektronų polygis yra neišsamus.
Kadangi geležies atveju valentiniai yra ne tik išoriniame sluoksnyje esantys c-elektronai, bet ir nesuporuoti 3d elektronai prieš išorinį sluoksnį. Ir dėl to Fe valentingumas cheminėje medžiagojejunginiai gali būti lygūs 2, 3, 4, 5, 6. Iš esmės tai lygu 2 ir 3 – tai yra stabilesni geležies junginiai su kitomis medžiagomis. Mažiau stabiliuose jo valentingumas yra 4, 5, 6. Tačiau tokie junginiai yra mažiau paplitę.
Dvivalentinis geležis
Kai 2 valentinė geležis sąveikauja su vandeniu, gaunamas geležies oksidas (2). Ši jungtis yra juoda. Gana lengvai reaguoja su druskos (mažos koncentracijos) ir azoto (didelės koncentracijos) rūgštimis.
Jei toks 2-valentės geležies oksidas sąveikauja su vandeniliu (temperatūra 350 laipsnių Celsijaus) arba su anglimi (koksu) 1000 laipsnių temperatūroje, tada jis atstatomas į gryną būseną.
Ištraukite 2-valentės geležies geležies oksidą šiais būdais:
- per geležies oksido ir anglies monoksido derinį;
- kai grynas Fe kaitinamas, o deguonies slėgis žemas;
- skaidant geležies oksalatą vakuuminėje aplinkoje;
- kai gryna geležis sąveikauja su oksidais, temperatūra yra 900–1000 laipsnių Celsijaus.
Kalbant apie natūralią aplinką, geležies oksidas yra dvivalentis, esantis kaip mineralas wuestitas.
Yra ir kitas būdas nustatyti geležies valentiškumą tirpale – šiuo atveju jo indeksas 2. Būtina atlikti reakcijas su raudonąja druska (kalio heksacianoferatu) ir su šarmu. Pirmuoju atveju pastebimos tamsiai mėlynos nuosėdos - sudėtinga 2-valentės geležies druska. Įantrasis – gaunamos tamsiai pilkai žalios nuosėdos – geležies hidroksidas taip pat yra 2-valentės, o 3-valentės geležies hidroksidas tirpale yra tamsiai rudos spalvos.
Trivalentė geležis
3-valentinis geležies oksidas turi miltelių struktūrą, kurios spalva yra raudonai ruda. Jis taip pat turi pavadinimus: geležies oksidas, geležies miniumas, raudonasis pigmentas, maisto dažiklis, krokusas.
Gamtoje ši medžiaga randama mineralo – hematito pavidalu.
Tokios geležies oksidas nebesąveikauja su vandeniu. Tačiau jis derinamas su rūgštimis ir šarmais.
Geležies oksidas (3) naudojamas statybinėms medžiagoms dažyti:
- plytos;
- cementas;
- keramikos gaminiai;
- betonas;
- grindinio plokštės;
- grindys (linoleumas).
Geležis žmogaus organizme
Kaip pažymėta straipsnio pradžioje, medžiaga geležis yra svarbi žmogaus kūno sudedamoji dalis.
Kai šio elemento nepakanka, gali atsirasti šios pasekmės:
- padidėjęs nuovargis ir jautrumas šalčiui;
- sausa oda;
- sumažėjęs smegenų aktyvumas;
- nago plokštelės stiprumo pablogėjimas;
- galvos svaigimas;
- virškinimo problemos;
- žili plaukai ir plaukų slinkimas.
Geležis kaupiasi, dažniausiai blužnyje ir kepenyse, taip pat inkstuose ir kasoje.
Žmonių racione turėtų būti maisto produktų, kurių sudėtyje yra geležies:
- jautienos kepenėlės;
- grikių košė;
- žemės riešutai;
- pistacijos;
- konservuoti žalieji žirneliai;
- džiovinti kiaulienos grybai;
- vištienos kiaušiniai;
- špinatai;
- sedula;
- obuoliai;
- kriaušės;
- persikai;
- burokėliai;
- jūros gėrybės.
Geležies trūkumas kraujyje sumažina hemoglobino kiekį ir sukelia tokią ligą kaip geležies stokos anemija.
