Es ist schwierig, die Rolle von Eisen für den menschlichen Körper zu überschätzen, da es zur "Bildung" von Blut beiträgt, sein Geh alt den Hämoglobin- und Myoglobinspiegel beeinflusst und Eisen die Funktion des Enzymsystems normalisiert. Aber was ist dieses Element in Bezug auf die Chemie? Welche Wertigkeit hat Eisen? Dies wird in diesem Artikel besprochen.
Ein bisschen Geschichte
Die Menschheit kannte dieses chemische Element bereits im 4. Jahrhundert v. Chr. und besaß sogar Produkte daraus. Dies waren die Völker des alten Ägypten und die Sumerer. Sie waren es, die als erste begannen, Schmuck herzustellen, Waffen aus einer Legierung aus Eisen und Nickel, die bei archäologischen Ausgrabungen gefunden und von Chemikern sorgfältig untersucht wurden.
Wenig später lernten die nach Asien gezogenen Stämme der Arier, wie man festes Eisen aus Erz gewinnt. Es war für die damaligen Menschen so wertvoll, dass die Produkte mit Gold überzogen wurden!
Eiseneigenschaften
Eisen (Fe) steht hinsichtlich seines Geh alts an vierter Stelle in den Eingeweiden der Erdkruste. Es belegt einen Platz in der 7. Gruppe der 4. Periode und hat die Nummer 26 inChemische Tabelle der Elemente von Mendeleev. Die Wertigkeit von Eisen hängt direkt von seiner Position in der Tabelle ab. Aber dazu später mehr.
Dieses Metall kommt in der Natur am häufigsten in Form von Erz vor, in Wasser als Mineral sowie in verschiedenen Verbindungen.
Die größten Eisenerzreserven befinden sich in Russland, Australien, der Ukraine, Brasilien, den USA, Indien und Kanada.
Physikalische Eigenschaften
Bevor wir uns mit der Wertigkeit des Eisens befassen, ist es notwendig, seine physikalischen Eigenschaften genauer zu betrachten, es sozusagen genauer unter die Lupe zu nehmen.
Dieses Metall hat eine silbrige Farbe, ist ziemlich duktil, kann aber durch Wechselwirkung mit anderen Elementen (z. B. mit Kohlenstoff) die Härte erhöhen. Es hat auch magnetische Eigenschaften.
In feuchter Umgebung kann Eisen korrodieren, also rosten. Absolut reines Metall ist zwar widerstandsfähiger gegen Feuchtigkeit, aber wenn es Verunreinigungen enthält, sind es diese, die Korrosion hervorrufen.
Eisen interagiert gut mit sauren Umgebungen, es kann sogar Eisensäuresalze bilden (vorausgesetzt, ein starkes Oxidationsmittel).
An der Luft überzieht es sich schnell mit einem Oxidfilm, der es vor Wechselwirkungen schützt.
Chemische Eigenschaften
Außerdem hat dieses Element eine Reihe chemischer Eigenschaften. Eisen hat wie die übrigen Elemente des Periodensystems die Ladung des Atomkerns, die der Seriennummer +26 entspricht. Und um den Kern rotieren 26 Elektronen.
Im Allgemeinen, wenn wir die Eigenschaften von Eisen betrachten - ein chemisches Element, dann ist es ein Metall mit einer geringen aktiven Fähigkeit.
In Wechselwirkung mit schwächeren Oxidationsmitteln bildet Eisen Verbindungen, wenn es zweiwertig ist (d. h. seine Oxidationsstufe ist +2). Und bei starken Oxidationsmitteln erreicht der Oxidationszustand von Eisen +3 (d. h. seine Wertigkeit wird gleich 3).
Bei der Wechselwirkung mit chemischen Elementen, die keine Metalle sind, wirkt Fe in Bezug auf sie als Reduktionsmittel, während seine Oxidationsstufe neben +2 und +3 sogar +4, +5, +6 wird. Solche Verbindungen haben sehr stark oxidierende Eigenschaften.
Wie oben erwähnt, ist Eisen in der Luft mit einem Oxidfilm bedeckt. Und beim Erhitzen erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit und Eisenoxid mit der Wertigkeit 2 (Temperatur unter 570 Grad Celsius) oder Oxid mit der Wertigkeit 3 (Temperaturindex über 570 Grad) kann gebildet werden.
Wechselwirkung von Fe mit Halogenen führt zur Bildung von Salzen. Die Elemente Fluor und Chlor oxidieren es zu +3. Brom ist bis zu +2 oder +3 (es hängt alles von den Bedingungen für die Durchführung einer chemischen Umwandlung bei der Wechselwirkung mit Eisen ab).
Bei der Wechselwirkung mit Jod wird das Element zu +2 oxidiert.
Erhitzen von Eisen und Schwefel erzeugt Eisensulfid mit einer Wertigkeit von 2.
Wenn man Eisen schmilzt und es mit Kohlenstoff, Phosphor, Silizium, Bor, Stickstoff kombiniert, erhält man Verbindungen, die man Legierungen nennt.
Eisen ist ein Metall,daher interagiert es auch mit Säuren (dies wurde auch etwas weiter oben kurz diskutiert). Beispielsweise wirken sich Schwefel- und Salpetersäure mit hoher Konzentration in einer Umgebung mit niedriger Temperatur nicht auf Eisen aus. Aber sobald es ansteigt, kommt es zu einer Reaktion, bei der Eisen zu +3.
oxidiert wird.
Je höher die Säurekonzentration, desto höher sollte die Temperatur gegeben werden.
Erhitzen von 2-wertigem Eisen in Wasser, wir erh alten sein Oxid und Wasserstoff.
Außerdem hat Fe die Fähigkeit, Metalle mit reduzierter Aktivität aus wässrigen Salzlösungen zu verdrängen. Gleichzeitig wird es zu +2.
oxidiert.
Wenn die Temperatur steigt, stellt Eisen Metalle aus Oxiden wieder her.
Was ist Wertigkeit
Bereits im vorigen Abschnitt ist uns ein wenig der Wertigkeitsbegriff sowie der Oxidationsgrad begegnet. Es ist an der Zeit, die Wertigkeit von Eisen zu berücksichtigen.
Aber zuerst müssen Sie verstehen, was für eine Eigenschaft von chemischen Elementen es ist.
Chemische Substanzen sind in ihrer Zusammensetzung fast immer konstant. Zum Beispiel in der Formel für Wasser H2O - 1 Sauerstoffatom und 2 Wasserstoffatome. Dasselbe gilt für andere Verbindungen, an denen zwei chemische Elemente beteiligt sind, von denen eines Wasserstoff ist: An 1 Atom eines chemischen Elements können 1-4 Wasserstoffatome hinzugefügt werden. Aber nicht umgekehrt! Daher ist klar, dass Wasserstoff nur 1 Atom einer anderen Substanz an sich bindet. Und dieses Phänomen wird als Valenz bezeichnet - die Fähigkeit von Atomen eines chemischen Elements, ein bestimmtes zu bindendie Anzahl der Atome anderer Elemente.
Wertigkeit und grafische Formel
Es gibt Elemente des Periodensystems, die eine konstante Wertigkeit haben - das sind Sauerstoff und Wasserstoff.
Und es gibt chemische Elemente, in denen es sich verändert. Beispielsweise ist Eisen häufiger 2- und 3-wertig, Schwefel 2, 4, 6, Kohlenstoff 2 und 4. Dies sind Elemente mit variabler Wertigkeit.
Außerdem kannst du, wenn du verstehst, was Wertigkeit ist, die grafische Formel von Verbindungen richtig schreiben. Es zeigt die Reihenfolge der Verbindungen von Atomen in einem Molekül an.
Wenn Sie die Wertigkeit eines der Elemente in der Verbindung kennen, können Sie auch die Wertigkeit des anderen bestimmen.
Eisenwertigkeit
Wie bereits erwähnt, bezieht sich Eisen auf Elemente mit variabler Wertigkeit. Und er kann nicht nur zwischen 2 und 3 schwanken, sondern auch 4, 5 und sogar 6 erreichen.
Natürlich untersucht die anorganische Chemie die Wertigkeit des Eisens genauer. Betrachten wir diesen Mechanismus kurz auf der Ebene der einfachsten Teilchen.
Eisen ist ein d-Element, zu dem 31 weitere Elemente des Periodensystems hinzukommen (das sind 4-7 Perioden). Mit zunehmender Ordnungszahl ändern sich die Eigenschaften der d-Elemente geringfügig. Auch der Atomradius dieser Substanzen nimmt langsam zu. Sie haben eine variable Wertigkeit, die davon abhängt, dass das vor-äußere d-Elektronen-Unterniveau unvollständig ist.
Denn beim Eisen sind nicht nur die in der äußeren Schicht befindlichen c-Elektronen Valenz, sondern auch die ungepaarten 3d-Elektronen der Vor-Außenschicht. Und als Folge davon die Wertigkeit von Fe in der ChemikalieVerbindungen können gleich 2, 3, 4, 5, 6 sein. Grundsätzlich ist es gleich 2 und 3 - das sind stabilere Verbindungen von Eisen mit anderen Substanzen. In weniger stabilen weist es die Valenz 4, 5, 6 auf. Aber solche Verbindungen sind weniger verbreitet.
Bivalentes Eisen
Wenn zweiwertiges Eisen mit Wasser wechselwirkt, entsteht Eisenoxid (2). Dieser Anschluss ist schwarz. Reagiert ziemlich leicht mit Salzsäure (niedrige Konzentration) und Salpetersäure (hohe Konzentration).
Wenn ein solches Oxid von zweiwertigem Eisen bei 1000 Grad entweder mit Wasserstoff (Temperatur 350 Grad Celsius) oder Kohlenstoff (Koks) wechselwirkt, dann wird es in einen reinen Zustand zurückversetzt.
Eisenoxid von 2-wertigem Eisen auf folgende Weise extrahieren:
- durch die Verbindung von Eisenoxid mit Kohlenmonoxid;
- wenn reines Fe erhitzt wird, während der Sauerstoffdruck niedrig ist;
- bei der Zersetzung von Eisenoxalat in einer Vakuumumgebung;
- wenn reines Eisen mit seinen Oxiden interagiert, beträgt die Temperatur 900-1000 Grad Celsius.
Was die natürliche Umgebung betrifft, so ist Eisenoxid zweiwertig und liegt als Mineral Wuestit vor.
Es gibt eine andere Möglichkeit, die Wertigkeit von Eisen in einer Lösung zu bestimmen - in diesem Fall mit dem Index 2. Es ist notwendig, Reaktionen mit rotem Salz (Kaliumhexacyanoferrat) und mit Alkali durchzuführen. Im ersten Fall wird ein dunkelblauer Niederschlag beobachtet - ein komplexes 2-wertiges Eisen(III)-Salz. Indas zweite - es entsteht ein dunkelgraugrüner Niederschlag - Eisenhydroxid ist ebenfalls 2-wertig, während 3-wertiges Eisenhydroxid in Lösung eine dunkelbraune Farbe hat.
Dreiwertiges Eisen
3-wertiges Eisenoxid hat eine Pulverstruktur, deren Farbe rotbraun ist. Es hat auch die Namen: Eisenoxid, Eisenminium, rotes Pigment, Lebensmittelfarbe, Krokus.
In der Natur kommt diese Substanz in Form eines Minerals vor - Hämatit.
Das Oxid dieses Eisens interagiert nicht mehr mit Wasser. Aber es verbindet sich mit Säuren und Laugen.
Eisenoxid (3) wird zum Färben von Baumaterialien verwendet:
- Ziegel;
- Zement;
- Keramikprodukte;
- konkret;
- Pflastersteine;
- Bodenbelag (Linoleum).
Eisen im menschlichen Körper
Wie am Anfang des Artikels erwähnt, ist der Stoff Eisen ein wichtiger Bestandteil des menschlichen Körpers.
Wenn dieses Element nicht ausreicht, können folgende Konsequenzen auftreten:
- erhöhte Müdigkeit und Kälteempfindlichkeit;
- trockene Haut;
- verringerte Gehirnaktivität;
- Verschlechterung der Festigkeit der Nagelplatte;
- Schwindel;
- Verdauungsprobleme;
- graue Haare und Haarausfall.
Eisen reichert sich normalerweise in Milz und Leber sowie in Nieren und Bauchspeicheldrüse an.
Die menschliche Ernährung sollte eisenh altige Lebensmittel enth alten:
- Rinderleber;
- Buchweizenbrei;
- Erdnüsse;
- Pistazien;
- grüne Erbsen aus der Dose;
- getrocknete Steinpilze;
- Hühnereier;
- Spinat;
- Hartriegel;
- Äpfel;
- birnen;
- pfirsiche;
- Rüben;
- Meeresfrüchte.
Eisenmangel im Blut führt zu einer Abnahme des Hämoglobins und der Entwicklung einer Krankheit wie Eisenmangelanämie.
