Темірдің адам ағзасы үшін рөлін асыра бағалау қиын, өйткені ол қанның «жасылуына» ықпал етеді, оның мазмұны гемоглобин мен миоглобин деңгейіне әсер етеді, темір ферменттік жүйенің жұмысын қалыпқа келтіреді. Бірақ химия тұрғысынан бұл элемент қандай? Темірдің валенттілігі қандай? Бұл осы мақалада талқыланады.
Біраз тарих
Адамзат бұл химиялық элемент туралы біліп, тіпті біздің дәуірімізге дейінгі 4 ғасырда одан жасалған өнімдерге ие болған. Бұл Ежелгі Египет пен Шумерлер халықтары. Археологиялық қазбалар кезінде табылған және химиктер мұқият тексерген темір мен никель қорытпасынан зергерлік бұйымдарды, қару-жарақ жасауды алғаш солар бастады.
Біраз уақыттан кейін Азияға қоныс аударған арий тайпалары рудадан қатты темір алуды үйренді. Оның сол кездегі адамдар үшін бағалы болғаны сонша, бұйымдар алтынмен қапталған!
Темір сипаттамалары
Темір (Fe) жер қыртысының ішектеріндегі құрамы бойынша төртінші орында. Ол 4-кезеңнің 7-ші тобында орын алады және саны 26 дюймМенделеев элементтерінің химиялық кестесі. Темірдің валенттілігі оның кестедегі орнына тікелей байланысты. Бірақ бұл туралы кейінірек.
Бұл металл табиғатта кен түрінде жиі кездеседі, суда минерал ретінде, сондай-ақ әртүрлі қосылыстарда кездеседі.
Темір кенінің ең ірі қоры Ресейде, Австралияда, Украинада, Бразилияда, АҚШ-та, Үндістанда, Канадада.
Физикалық қасиеттері
Темірдің валенттілігіне көшпес бұрын, оның физикалық қасиеттерін, былайша айтқанда, мұқият қарап шығу керек.
Бұл металдың күміс түсі бар, өте икемді, бірақ басқа элементтермен (мысалы, көміртегімен) әрекеттесу арқылы қаттылықты арттыруға қабілетті. Оның магниттік қасиеттері де бар.
Ылғалды ортада темір тот басуы мүмкін, яғни тот. Абсолютті таза металл ылғалға төзімдірек болса да, бірақ оның құрамында қоспалар болса, коррозияны тудыратын олар.
Темір қышқыл ортамен жақсы әрекеттеседі, ол тіпті темір қышқылының тұздарын түзе алады (күшті тотықтырғыш зат берілген).
Ауада ол тез әрекеттесуден қорғайтын оксидті қабықпен жабылады.
Химиялық қасиеттері
Сонымен қатар бұл элементтің бірқатар химиялық қасиеттері бар. Темір, периодтық жүйенің басқа элементтері сияқты, +26 реттік нөміріне сәйкес келетін атом ядросының зарядына ие. Ал ядроның айналасында 26 электрон айналады.
Жалпы, темірдің – химиялық элементтің қасиетін қарастыратын болсақ, онда ол белсенділік қабілеті төмен металл.
Темір әлсіз тотықтырғыштармен әрекеттесе отырып, екі валентті жерде қосылыстар түзеді (яғни оның тотығу дәрежесі +2). Ал егер күшті тотықтырғыштармен болса, онда темірдің тотығу дәрежесі +3-ке жетеді (яғни оның валенттілігі 3-ке тең болады).
Металл емес химиялық элементтермен әрекеттескенде, Fe оларға қатысты тотықсыздандырғыш ретінде әрекет етеді, бұл кезде оның тотығу дәрежесі +2 және +3-тен басқа, тіпті +4, +5, +6 болады.. Мұндай қосылыстар өте күшті тотықтырғыш қасиеттерге ие.
Жоғарыда айтылғандай, ауадағы темір оксидті қабықпен жабылған. Ал қыздырған кезде реакция жылдамдығы артып, валенттілігі 2 (температурасы Цельсий бойынша 570 градустан төмен) темір оксиді немесе валенттілігі 3 (температура индексі 570 градустан жоғары) оксиді түзілуі мүмкін.
Fe-нің галогендермен әрекеттесуі тұздардың түзілуіне әкеледі. Фтор және хлор элементтері оны +3-ке дейін тотықтырады. Бром +2 немесе +3-ке дейін (бәрі темірмен әрекеттесу кезінде химиялық түрленуді жүзеге асыру шарттарына байланысты).
Иодпен әрекеттесе отырып, элемент +2-ге дейін тотығады.
Темір мен күкіртті қыздырғанда валенттілігі 2 болатын темір сульфиді түзіледі.
Темірді ерітіп, оны көміртегімен, фосформен, кремниймен, бормен, азотпен біріктірсеңіз, қорытпалар деп аталатын қосылыстар аласыз.
Темір – металл,сондықтан ол қышқылдармен де әрекеттеседі (бұл туралы да біршама жоғарырақ қысқаша айтылды). Мысалы, жоғары концентрацияға ие күкірт және азот қышқылдары төмен температуралы ортада темірге әсер етпейді. Бірақ ол көтерілген бойда реакция пайда болады, нәтижесінде темір +3 дейін тотығады.
Қышқыл концентрациясы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жоғары температура берілуі керек.
2 валентті темірді суда қыздырғанда оның оксиді мен сутегін аламыз.
Сонымен қатар, Fe тұздардың судағы ерітінділерінен белсенділігі төмендеген металдарды ығыстырып шығару мүмкіндігіне ие. Сонымен бірге ол +2 дейін тотығады.
Температура көтерілгенде темір металдарды оксидтерден қалпына келтіреді.
Валенттілік дегеніміз не
Алдыңғы бөлімде валенттілік ұғымы, сонымен қатар тотығу дәрежесі аздап кездесті. Темірдің валенттілігін қарастыратын кез келді.
Бірақ алдымен оның химиялық элементтердің қандай қасиеті екенін түсіну керек.
Химиялық заттар өз құрамында әрқашан дерлік тұрақты. Мысалы, су H2O формуласында - 1 оттегі атомы және 2 сутегі атомы. Бұл екі химиялық элемент қатысатын басқа қосылыстарға да қатысты, олардың бірі сутегі: химиялық элементтің 1 атомына 1-4 сутегі атомын қосуға болады. Бірақ керісінше емес! Демек, сутегі өзіне басқа заттың тек 1 атомын қосатыны анық. Ал дәл осы құбылыс валенттілік деп аталады – химиялық элемент атомдарының белгілі бір затты бекіту қабілеті.басқа элементтер атомдарының саны.
Валенттілік мәні және графикалық формула
Периодтық жүйеде тұрақты валенттілікке ие элементтер бар - олар оттегі мен сутегі.
Ал өзгеретін химиялық элементтер бар. Мысалы, темір көбінесе 2 және 3 валентті, күкірт 2, 4, 6, көміртегі 2 және 4 болады. Бұл валенттілігі айнымалы элементтер.
Одан әрі валенттіліктің не екенін түсіне отырып, қосылыстардың графикалық формуласын дұрыс жазуға болады. Ол молекуладағы атомдардың қосылу ретін көрсетеді.
Сонымен қатар қосылыстағы элементтердің біреуінің валенттілігін біле отырып, екіншісінің валенттілігін анықтауға болады.
Темір валенттілігі
Айтылғандай, темір валенттілігі өзгермелі элементтерді білдіреді. Және ол 2 мен 3 арасында ғана емес, 4, 5 және тіпті 6-ға дейін ауытқуы мүмкін.
Әрине бейорганикалық химия темір валенттігін толығырақ зерттейді. Бұл механизмді ең қарапайым бөлшектер деңгейінде қысқаша қарастырайық.
Темір - d-элемент, оған периодтық жүйенің тағы 31 элементі қосылады (бұл 4-7 период). Атомдық нөмір өскен сайын d-элементтердің қасиеттері аздап өзгереді. Бұл заттардың атомдық радиусы да баяу өседі. Олардың ауыспалы валенттілігі бар, ол алдыңғы сыртқы d-электронның ішкі деңгейінің толық еместігіне байланысты.
Себебі темір үшін сыртқы қабатта орналасқан c-электрондар ғана емес, сонымен қатар сыртқы қабаттың жұпталмаған 3d-электрондары да валенттілік болып табылады. Соның салдарынан химиялық құрамындағы Fe валенттілігіқосылыстар 2, 3, 4, 5, 6-ға тең болуы мүмкін. Негізінде ол 2 және 3-ке тең - бұл темірдің басқа заттармен тұрақты қосылыстары. Тұрақтылығы төменіректерде ол 4, 5, 6 валенттілігін көрсетеді. Бірақ мұндай қосылыстар сирек кездеседі.
Екі валентті темір
2 валентті темір сумен әрекеттескенде темір оксиді (2) алынады. Бұл байланыс қара. Тұз (төмен концентрация) және азот (жоғары концентрация) қышқылдарымен оңай әрекеттеседі.
Егер мұндай 2 валентті темір оксиді сутегімен (температура 350 градус Цельсий) немесе көміртекпен (кокспен) 1000 градуста әрекеттессе, онда ол таза күйге оралады.
2 валентті темірдің темір оксидін келесі жолдармен бөліп алыңыз:
- темір оксидінің көміртегі тотығымен қосындысы арқылы;
- таза Fe қыздырылғанда, оттегі қысымы төмен болғанда;
- темір оксалатын вакуумдық ортада ыдырату кезінде;
- таза темір оның оксидтерімен әрекеттескенде температура 900-1000 градус Цельсий болады.
Табиғи ортаға келетін болсақ, темір оксиді екі валентті, вуестит минералы ретінде кездеседі.
Ерітіндідегі темірдің валенттілігін анықтаудың тағы бір жолы бар – бұл жағдайда оның индексі 2. Қызыл тұзбен (калий гексацианоферратымен) және сілтімен реакцияларды жүргізу қажет. Бірінші жағдайда қара көк түсті тұнба байқалады – 2 валентті темірдің күрделі тұзы. жылыекіншісі - қою сұр-жасыл тұнбаны алу - темір гидроксиді де 2 валентті, ал 3 валентті темір гидроксиді ерітіндіде қою қоңыр түсті
Үш валентті темір
3 валентті темір оксиді ұнтақ құрылымына ие, түсі қызыл-қоңыр. Оның да атаулары бар: темір оксиді, темір миниумы, қызыл пигмент, тағамдық бояу, крокус.
Табиғатта бұл зат минерал – гематит түрінде кездеседі.
Мұндай темірдің оксиді енді сумен әрекеттеспейді. Бірақ ол қышқылдармен және сілтілермен біріктіріледі.
Темір оксиді (3) құрылыста қолданылатын материалдарды бояу үшін қолданылады:
- кірпіш;
- цемент;
- керамикалық бұйымдар;
- бетон;
- тротуар тақталары;
- еден (линолеум).
Адам ағзасындағы темір
Мақаланың басында атап өтілгендей, темір заты адам ағзасының маңызды құрамдас бөлігі болып табылады.
Бұл элемент жеткіліксіз болған кезде келесі салдарлар болуы мүмкін:
- шаршау мен суыққа сезімталдықтың жоғарылауы;
- құрғақ тері;
- ми белсенділігінің төмендеуі;
- тырнақ пластинасының беріктігінің нашарлауы;
- бас айналу;
- ас қорыту проблемалары;
- сұр шаш және шаш түсу.
Темір әдетте көкбауыр мен бауырда, сондай-ақ бүйрек пен ұйқы безінде жиналады.
Адам рационында темірі бар тағамдар болуы керек:
- сиыр бауыры;
- қарақұмық ботқасы;
- жержаңғақ;
- пісте;
- консервіленген жасыл бұршақ;
- кептірілген порчини саңырауқұлақтары;
- тауық жұмыртқасы;
- шпинат;
- ит ағашы;
- алма;
- алмұрт;
- шабдалы;
- қызылша;
- теңіз өнімдері.
Қандағы темірдің жетіспеушілігі гемоглобиннің төмендеуіне және темір тапшылық анемия сияқты аурудың дамуына әкеледі.
