Demirin insan vücudu için rolünü abartmak zordur, çünkü kanın "yaratılmasına" katkıda bulunur, içeriği hemoglobin ve miyoglobin seviyesini etkiler, demir enzim sisteminin işleyişini normalleştirir. Fakat bu element kimya açısından nedir? Demirin değeri nedir? Bu, bu makalede ele alınacaktır.
Biraz tarih
İnsanlık bu kimyasal elementi biliyordu ve hatta MÖ 4. yy kadar erken bir tarihte ondan ürünlere sahipti. Bunlar Eski Mısır ve Sümer halklarıydı. Arkeolojik kazılar sırasında bulunan ve kimyagerler tarafından dikkatlice incelenen demir ve nikel alaşımından mücevher, silah yapmaya ilk başlayanlar onlardı.
Biraz sonra, Asya'ya taşınan Aryan kabileleri, cevherden katı demiri nasıl çıkaracaklarını öğrendiler. O zamanın insanları için o kadar değerliydi ki ürünlerin üzeri altınla kaplanmıştı!
Demir özellikleri
Demir (Fe), yerkabuğunun bağırsaklarında içeriği bakımından dördüncü sıradadır. 4. periyodun 7. grubunda yer alıyor ve 26 numaraya sahip. Mendeleev'in kimyasal element tablosu. Demirin değeri, tablodaki konumuna doğrudan bağlıdır. Ama daha sonra.
Bu metal, doğada en yaygın olanıdır, mineral olarak suda ve ayrıca çeşitli bileşiklerde bulunur.
En büyük demir cevheri rezervleri Rusya, Avustralya, Ukrayna, Brezilya, ABD, Hindistan, Kanada'dadır.
Fiziksel özellikler
Demirin değerliliğine geçmeden önce, fiziksel özelliklerine daha yakından bakmak, tabiri caizse daha yakından bakmak gerekir.
Bu metal gümüşi bir renge sahiptir, oldukça sünektir, ancak diğer elementlerle (örneğin karbon ile) etkileşimi yoluyla sertliği artırma yeteneğine sahiptir. Ayrıca manyetik özelliklere sahiptir.
Nemli bir ortamda demir paslanabilir, yani paslanabilir. Kesinlikle saf metal neme karşı daha dirençli olmasına rağmen, ancak yabancı maddeler içeriyorsa, korozyona neden olan onlardır.
Demir asidik ortamlarla iyi etkileşir, hatta demir asit tuzları oluşturabilir (güçlü bir oksitleyici ajan sağlar).
Havada, onu etkileşimlerden koruyan bir oksit film ile hızla kaplanır.
Kimyasal özellikler
Ayrıca, bu elementin bir takım kimyasal özellikleri vardır. Demir, periyodik tablonun diğer elementleri gibi, +26 seri numarasına karşılık gelen atom çekirdeğinin yüküne sahiptir. Ve çekirdeğin etrafında 26 elektron döner.
Genel olarak, bir kimyasal element olan demirin özelliklerini düşünürsek, o zaman bu düşük aktif yeteneği olan bir metaldir.
Daha zayıf oksitleyici maddelerle etkileşime giren demir, iki değerli olduğu (yani oksidasyon durumu +2 olduğu) bileşikler oluşturur. Ve eğer güçlü oksitleyici ajanlarla ise, demirin oksidasyon durumu +3'e ulaşır (yani, değeri 3'e eşit olur).
Metal olmayan kimyasal elementlerle etkileşime girdiğinde, Fe, bunlarla ilgili olarak bir indirgeyici ajan görevi görürken, oksidasyon durumu +2 ve +3'e ek olarak, hatta +4, +5, +6 olur.. Bu tür bileşikler çok güçlü oksitleyici özelliklere sahiptir.
Yukarıda belirtildiği gibi, havadaki demir bir oksit film ile kaplanmıştır. Ve ısıtıldığında, reaksiyon hızı artar ve değerlik 2 (sıcaklık 570 santigrat dereceden düşük) ile demir oksit veya 3 değerlik (sıcaklık indeksi 570 dereceden fazla) ile oksit oluşabilir.
Fe'nin halojenlerle etkileşimi tuzların oluşumuna yol açar. Flor ve klor elementleri onu +3'e oksitler. Brom +2 veya +3'e kadardır (hepsi demir ile etkileşime girdiğinde kimyasal dönüşümün uygulanmasına ilişkin koşullara bağlıdır).
İyot ile etkileşime giren element +2'ye oksitlenir.
Demir ve kükürtün ısıtılması, 2 değerlikli demir sülfür üretir
Ferrum eritip karbon, fosfor, silikon, bor, nitrojen ile birleştirirseniz, alaşım adı verilen bileşikler elde edersiniz.
Demir bir metaldir,bu nedenle asitlerle de etkileşime girer (bu da biraz daha yukarıda kısaca tartışıldı). Örneğin, sıcaklığın düşük olduğu bir ortamda yüksek konsantrasyona sahip sülfürik ve nitrik asitler demiri etkilemez. Ancak yükselir yükselmez, demirin +3'e oksitlendiği bir reaksiyon meydana gelir.
Asit konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, sıcaklık da o kadar yüksek verilmelidir.
2 değerlikli demiri suda ısıtarak oksitini ve hidrojenini elde ederiz.
Ayrıca Fe, etkinliği az altılmış metalleri sulu tuz çözeltilerinden uzaklaştırma yeteneğine sahiptir. Aynı zamanda +2'ye oksitlenir.
Sıcaklık yükseldiğinde, demir metalleri oksitlerden geri kazandırır.
Değerlik nedir
Zaten önceki bölümde, değerlik kavramı ve oksidasyon derecesi ile biraz karşılaşıldı. Demirin değerini düşünmenin zamanı geldi.
Ama önce bunun kimyasal elementlerin ne tür bir özelliği olduğunu anlaman gerekiyor.
Kimyasal maddeler bileşimlerinde neredeyse her zaman sabittir. Örneğin, su formülünde H2O - 1 oksijen atomu ve 2 hidrojen atomu. Aynısı, biri hidrojen olan iki kimyasal elementin dahil olduğu diğer bileşikler için de geçerlidir: Bir kimyasal elementin 1 atomuna 1-4 hidrojen atomu eklenebilir. Ama tersi değil! Dolayısıyla hidrojenin kendisine başka bir maddenin sadece 1 atomunu bağladığı açıktır. Ve değerlik olarak adlandırılan bu fenomendir - kimyasal bir elementin atomlarının belirli birdiğer elementlerin atom sayısı.
Değerli değer ve grafik formül
Periyodik tablonun sabit değerlikli elementleri vardır - bunlar oksijen ve hidrojendir.
Ve içinde değiştiği kimyasal elementler var. Örneğin, demir daha sık olarak 2 ve 3 değerlidir, kükürt 2, 4, 6, karbon 2 ve 4'tür. Bunlar değişken değerlikli öğelerdir.
Ayrıca, değerliğin ne olduğunu anlayarak, bileşiklerin grafik formülünü doğru bir şekilde yazabilirsiniz. Bir moleküldeki atomların bağlantı sırasını gösterir.
Ayrıca, bileşikteki elementlerden birinin değerliliğini bilerek diğerinin değerliliğini belirleyebilirsiniz.
Demir değeri
Belirtildiği gibi demir, değişken değerlikli elementleri ifade eder. Ve sadece 2 ile 3 arasında değil, 4, 5 ve hatta 6'ya da ulaşabilir.
Elbette, inorganik kimya, demir değerliliğini daha ayrıntılı olarak inceler. Bu mekanizmayı kısaca en basit parçacıklar düzeyinde ele alalım.
Demir, periyodik tablonun 31 elementinin daha eklendiği bir d-elementidir (bunlar 4-7 periyottur). Atom numarası arttıkça, d-elementlerinin özellikleri küçük değişiklikler kazanır. Bu maddelerin atom yarıçapı da yavaş yavaş artar. Ön-dış d-elektron alt seviyesinin eksik olmasına bağlı olan değişken bir değerlikleri vardır.
Çünkü demir için, yalnızca dış katmanda bulunan c-elektronları değil, aynı zamanda ön-dış katmanın eşleşmemiş 3d-elektronları da değerliktir. Ve sonuç olarak, Fe'nin kimyasaldaki değeribileşikler 2, 3, 4, 5, 6'ya eşit olabilir. Temel olarak, 2 ve 3'e eşittir - bunlar diğer maddelerle daha kararlı demir bileşikleridir. Daha az kararlı olanlarda 4, 5, 6 değerlik sergiler. Ancak bu tür bileşikler daha az yaygındır.
İki değerlikli demir
2 değerlik demir su ile etkileştiğinde demir oksit (2) elde edilir. Bu bağlantı siyahtır. Hidroklorik (düşük konsantrasyonlu) ve nitrik (yüksek konsantrasyonlu) asitlerle oldukça kolay reaksiyona girer.
Böyle bir 2 değerlikli demir oksit, hidrojen (sıcaklık 350 santigrat derece) veya karbon (kok) ile 1000 derecede etkileşime girerse, saf duruma geri yüklenir.
2 değerlikli demirin demir oksitini aşağıdaki yollarla çıkarın:
- demir oksidin karbon monoksit ile kombinasyonu sayesinde;
- Saf Fe ısıtıldığında, oksijen basıncı düşükken;
- demirli oksalatı vakum ortamında ayrıştırırken;
- saf demir oksitleriyle etkileşime girdiğinde, sıcaklık 900-1000 santigrat derecedir.
Doğal çevreye gelince, demir oksit iki değerlidir ve mineral wüestit olarak bulunur.
Bir çözeltideki demirin değerini belirlemenin başka bir yolu daha var - bu durumda indeksi 2'ye sahip olmak. Kırmızı tuz (potasyum hekzasiyanoferrat) ve alkali ile reaksiyonların gerçekleştirilmesi gerekir. İlk durumda, koyu mavi bir çökelti gözlenir - ferrik 2-valentin karmaşık bir tuzu. İçindeikincisi - koyu gri-yeşil bir çökelti elde etmek - demir hidroksit de 2 değerlikliyken, 3 değerlikli demir hidroksit çözeltide koyu kahverengi bir renge sahiptir.
Üç değerlikli demir
3-valent ferrum oksit, rengi kırmızı-kahverengi olan bir toz yapıya sahiptir. Ayrıca isimleri de vardır: demir oksit, demir minium, kırmızı pigment, gıda boyası, çiğdem.
Doğada bu madde mineral - hematit şeklinde oluşur.
Bu tür demirin oksidi artık su ile etkileşime girmez. Ancak asitler ve alkalilerle birleşir.
Demir oksit (3), inşaatta kullanılan malzemeleri renklendirmek için kullanılır:
- tuğlalar;
- çimento;
- seramik ürünler;
- beton;
- kaldırım levhaları;
- döşeme (muşamba).
İnsan vücudundaki demir
Makalenin başında belirtildiği gibi, demir maddesi insan vücudunun önemli bir bileşenidir.
Bu öğe yetersiz olduğunda aşağıdaki sonuçlar ortaya çıkabilir:
- artan yorgunluk ve soğuğa duyarlılık;
- kuru cilt;
- azalmış beyin aktivitesi;
- tırnak plağının gücünün bozulması;
- baş dönmesi;
- sindirim sorunları;
- gri saç ve saç dökülmesi.
Demir, genellikle dalak ve karaciğerin yanı sıra böbrekler ve pankreasta birikir.
İnsan diyetinde demir içeren gıdalar bulunmalıdır:
- sığır karaciğeri;
- karabuğday lapası;
- fıstık;
- fıstık;
- konserve bezelye;
- kurutulmuş porcini mantarı;
- tavuk yumurtası;
- ıspanak;
- kızılcık;
- elma;
- armut;
- şeftali;
- pancar;
- deniz ürünleri.
Kandaki demir eksikliği hemoglobinde azalmaya ve demir eksikliği anemisi gibi bir hastalığın gelişmesine yol açar.
