קשה להפריז בתפקיד הברזל לגוף האדם, מכיוון שהוא תורם ל"יצירת" דם, תכולתו משפיעה על רמת ההמוגלובין והמיוגלובין, הברזל מנרמל את תפקוד מערכת האנזים. אבל מהו היסוד הזה מבחינת כימיה? מה ערכיות הברזל? זה יידון במאמר זה.
קצת היסטוריה
האנושות ידעה על יסוד כימי זה ואף היו בבעלותה מוצרים ממנו כבר במאה ה-4 לפני הספירה. אלה היו עמי מצרים העתיקה והשומרים. הם אלה שהחלו לראשונה לייצר תכשיטים, כלי נשק מסגסוגת של ברזל וניקל, שנמצאו במהלך חפירות ארכיאולוגיות ונבדקו בקפידה על ידי כימאים.
קצת מאוחר יותר, השבטים של הארים שעברו לאסיה למדו כיצד להפיק ברזל מוצק מעפרות. זה היה כל כך יקר עבור האנשים של אותה תקופה, שהמוצרים כוסו בזהב!
מאפייני ברזל
ברזל (Fe) נמצא במקום הרביעי מבחינת תוכנו בבטן קרום כדור הארץ. הוא תופס מקום בקבוצה ה-7 של התקופה הרביעית ויש לו את המספר 26 אינץ'טבלה כימית של יסודות מנדלייב. ערכיות הברזל תלויה ישירות במיקומו בטבלה. אבל עוד על כך מאוחר יותר.
מתכת זו נפוצה ביותר בטבע בצורת עפרה, שנמצאת במים כמינרל, וכן בתרכובות שונות.
מאגרי עפרות הברזל הגדולים ביותר נמצאים ברוסיה, אוסטרליה, אוקראינה, ברזיל, ארה ב, הודו, קנדה.
נכסים פיזיים
לפני שעוברים לערכיות הברזל, יש צורך לבחון מקרוב את התכונות הפיזיקליות שלו, כביכול, להסתכל עליו מקרוב.
מתכת זו בעלת צבע כסוף, היא די רקיעה, אך מסוגלת להגביר את הקשיות באמצעות האינטראקציה שלה עם אלמנטים אחרים (לדוגמה, עם פחמן). יש לו גם תכונות מגנטיות.
בסביבה לחה, ברזל עלול להחליד, כלומר להחליד. אמנם מתכת טהורה לחלוטין עמידה יותר ללחות, אבל אם היא מכילה זיהומים, הם אלו שמעוררים קורוזיה.
ברזל יוצר אינטראקציה טובה עם סביבות חומציות, הוא יכול אפילו ליצור מלחים של חומצת ברזל (בתנאי שחומר מחמצן חזק).
באוויר, הוא מתכסה במהירות בסרט תחמוצת המגן עליו מפני אינטראקציות.
מאפיינים כימיים
כמו כן, ליסוד זה יש מספר תכונות כימיות. לברזל, כמו שאר היסודות של הטבלה המחזורית, יש את המטען של גרעין האטום, המתאים למספר הסידורי +26. ומסביב לגרעין, 26 אלקטרונים מסתובבים.
באופן כללי, אם ניקח בחשבון את תכונות הברזל - יסוד כימי, אזי מדובר במתכת בעלת יכולת פעילה נמוכה.
באינטראקציה עם חומרי חמצון חלשים יותר, ברזל יוצר תרכובות שבהן הוא דו ערכי (כלומר, מצב החמצון שלו הוא +2). ואם עם חומרי חמצון חזקים, אז מצב החמצון של ברזל מגיע ל-+3 (כלומר, הערכיות שלו משתווה ל-3).
בעת אינטראקציה עם יסודות כימיים שאינם מתכות, Fe פועל כחומר מפחית ביחס אליהם, בעוד שמצב החמצון שלו הופך, בנוסף ל-+2 ו-+3, אפילו ל-+4, +5, +6. לתרכובות כאלה יש תכונות חמצון חזקות מאוד.
כפי שצוין לעיל, ברזל באוויר מכוסה בסרט תחמוצת. ובחימום, קצב התגובה עולה וניתן להיווצר תחמוצת ברזל עם ערכיות 2 (טמפרטורה נמוכה מ-570 מעלות צלזיוס) או תחמוצת עם ערכיות 3 (מדד טמפרטורה יותר מ-570 מעלות).
אינטראקציה של Fe עם הלוגנים מובילה להיווצרות מלחים. היסודות פלואור וכלור מחמצנים אותו ל-+3. ברום הוא עד +2 או +3 (הכל תלוי בתנאים ליישום של טרנספורמציה כימית בעת אינטראקציה עם ברזל).
באינטראקציה עם יוד, היסוד מתחמצן ל-+2.
חימום ברזל וגופרית מייצר ברזל גופרתי עם ערכיות של 2.
אם אתה ממיס פרום ומשלב אותו עם פחמן, זרחן, סיליקון, בורון, חנקן, אתה מקבל תרכובות שנקראות סגסוגות.
ברזל הוא מתכת,לכן, הוא גם יוצר אינטראקציה עם חומצות (גם זה נדון בקצרה קצת יותר גבוה). לדוגמה, חומצות גופרית וחנקתיות, בעלות ריכוז גבוה, בסביבה עם טמפרטורה נמוכה, אינן משפיעות על הברזל. אבל ברגע שהוא עולה, מתרחשת תגובה, שכתוצאה ממנה ברזל מתחמצן ל-+3.
ככל שריכוז החומצה גבוה יותר, כך יש לתת את הטמפרטורה גבוהה יותר.
חימום ברזל דו-ערכי במים, נקבל את התחמוצת והמימן שלו.
כמו כן, ל-Fe יש את היכולת לעקור מתכות בעלות פעילות מופחתת מתמיסות מימיות של מלחים. במקביל, הוא מתחמצן ל-+2.
כשהטמפרטורה עולה, ברזל משחזר מתכות מתחמוצות.
מהו ערכיות
כבר בסעיף הקודם, המושג ערכיות, כמו גם מידת החמצון, נתקלו במעט. הגיע הזמן לשקול את ערכיות הברזל.
אבל תחילה עליך להבין באיזה סוג של תכונה של יסודות כימיים מדובר.
חומרים כימיים כמעט תמיד קבועים בהרכבם. לדוגמה, בנוסחה למים H2O - אטום חמצן 1 ו-2 אטומי מימן. הדבר נכון גם לגבי תרכובות אחרות שבהן מעורבים שני יסודות כימיים, אחד מהם הוא מימן: ניתן להוסיף 1-4 אטומי מימן לאטום אחד של יסוד כימי. אבל לא להיפך! לכן, ברור שמימן מחבר לעצמו רק אטום אחד של חומר אחר. וזו התופעה שנקראת ערכיות - היכולת של אטומים של יסוד כימי להצמיד חומר מסויםמספר האטומים של יסודות אחרים.
ערך וולנסי ונוסחה גרפית
יש אלמנטים בטבלה המחזורית שיש להם ערכיות קבועה - אלה חמצן ומימן.
ויש יסודות כימיים שבהם זה משתנה. לדוגמה, ברזל הוא לרוב 2 ו-3 ערכי, גופרית 2, 4, 6, פחמן 2 ו-4. אלו הם אלמנטים בעלי ערכיות משתנה.
יתר על כן, כשהבנת מהי ערכיות, אתה יכול לכתוב בצורה נכונה את הנוסחה הגרפית של תרכובות. הוא מציג את רצף החיבור של אטומים במולקולה.
כמו כן, לדעת את הערכיות של אחד היסודות במתחם, אתה יכול לקבוע את הערכיות של השני.
Iron valency
כפי שצוין, ברזל מתייחס לאלמנטים בעלי ערכיות משתנה. והוא יכול לנוע לא רק בין 2 ל-3, אלא גם להגיע ל-4, 5 ואפילו 6.
כמובן, כימיה אנאורגנית חוקרת את ערכיות הברזל ביתר פירוט. הבה נבחן בקצרה את המנגנון הזה ברמת החלקיקים הפשוטים ביותר.
ברזל הוא יסוד d, שאליו מתווספים עוד 31 יסודות מהטבלה המחזורית (אלה 4-7 תקופות). ככל שהמספר האטומי גדל, תכונות היסודות D מקבלים שינויים קלים. גם הרדיוס האטומי של חומרים אלה גדל לאט. יש להם ערכיות משתנה, התלויה בעובדה שתת-רמת ה-d-אלקטרון הטרום-חיצונית אינה שלמה.
מכיוון שלברזל, לא רק אלקטרונים c הממוקמים בשכבה החיצונית הם ערכיות, אלא גם אלקטרונים תלת מימדיים לא מזווגים של השכבה הקדם-חיצונית. וכתוצאה מכך, הערכיות של Fe בכימיקליםתרכובות יכולות להיות שווה ל-2, 3, 4, 5, 6. בעיקרון, זה שווה ל-2 ו-3 - אלו תרכובות יציבות יותר של ברזל עם חומרים אחרים. בתרכובות פחות יציבות, הוא מציג ערכיות 4, 5, 6. אבל, תרכובות כאלה פחות נפוצות.
Bivalent ferrum
כאשר ברזל בעל 2 ערכיות יוצר אינטראקציה עם מים, מתקבלת תחמוצת ברזל (2). החיבור הזה שחור. מגיב די בקלות עם חומצות הידרוכלוריות (ריכוז נמוך) וחנקתיות (ריכוז גבוה).
אם תחמוצת כזו של ברזל דו-ערכי יוצר אינטראקציה עם מימן (טמפרטורה 350 מעלות צלזיוס) או פחמן (קוק) ב-1000 מעלות, אז היא משוחזרת למצב טהור.
חלץ תחמוצת ברזל של ברזל דו-ערכי בדרכים הבאות:
- באמצעות השילוב של תחמוצת ברזל עם פחמן חד חמצני;
- כאשר Fe טהור מחומם, בעוד לחץ החמצן נמוך;
- בעת פירוק אוקסלט ברזל בסביבת ואקום;
- כאשר ברזל טהור יוצר אינטראקציה עם התחמוצות שלו, הטמפרטורה היא 900-1000 מעלות צלזיוס.
באשר לסביבה הטבעית, תחמוצת הברזל היא דו ערכית, קיימת כמינרל wuestite.
יש דרך נוספת לקבוע את הערכיות של ברזל בתמיסה - במקרה זה, בעל אינדקס 2. יש צורך לבצע תגובות עם מלח אדום (אשלגן הקסציאנופראט) ועם אלקלי. במקרה הראשון, נצפה משקע כחול כהה - מלח מורכב של ברזל 2-valent. בהשני - קבלת משקעים בצבע אפור-ירוק כהה - הידרוקסיד של ברזל הוא גם 2 ערכי, בעוד שהידרוקסיד של ברזל בעל 3 ערכי צבע חום כהה בתמיסה.
ברזל טריוולנטי
3-valent ferrum oxide יש מבנה אבקה שצבעה אדום-חום. יש לו גם את השמות: תחמוצת ברזל, מיניום ברזל, פיגמנט אדום, צבע מאכל, כרכום.
בטבע, חומר זה מופיע בצורה של מינרל - המטיט.
התחמוצת של ברזל כזה כבר לא מקיימת אינטראקציה עם מים. אבל זה מתחבר עם חומצות ואלקליות.
תחמוצת ברזל (3) משמשת לצביעת חומרים המשמשים בבנייה:
- לבנים;
- cement;
- מוצרי קרמיקה;
- concrete;
- לוחות ריצוף;
- ריצוף (לינוליאום).
ברזל בגוף האדם
כפי שצוין בתחילת המאמר, החומר ברזל הוא מרכיב חשוב בגוף האדם.
כאשר רכיב זה אינו מספיק, ההשלכות הבאות עלולות להתרחש:
- עייפות מוגברת ורגישות לקור;
- עור יבש;
- ירידה בפעילות המוח;
- הידרדרות החוזק של לוחית הציפורן;
- סחרחורת;
- בעיות עיכול;
- שיער אפור ונשירת שיער.
ברזל מצטבר, בדרך כלל בטחול ובכבד, כמו גם בכליות ובלבלב.
התזונה האנושית צריכה להכיל מזונות המכילים ברזל:
- כבד בקר;
- דייסת כוסמת;
- peanuts;
- פיסטוקים;
- אפונה ירוקה משומרת;
- פטריות פורצ'יני מיובשות;
- ביצי עוף;
- תרד;
- dogwood;
- apples;
- pears;
- peaches;
- סלק;
- פירות ים.
מחסור בברזל בדם מוביל לירידה בהמוגלובין ולהתפתחות מחלה כמו אנמיה מחוסר ברזל.
