È difficile sopravvalutare il ruolo del ferro per il corpo umano, perché contribuisce alla "creazione" del sangue, il suo contenuto influisce sul livello di emoglobina e mioglobina, il ferro normalizza il funzionamento del sistema enzimatico. Ma qual è questo elemento in termini di chimica? Qual è la valenza del ferro? Questo sarà discusso in questo articolo.
Un po' di storia
L'umanità conosceva questo elemento chimico e ne possedeva persino i prodotti già nel IV secolo a. C. Questi erano i popoli dell'Antico Egitto e dei Sumeri. Furono loro i primi a iniziare a realizzare gioielli, armi da una lega di ferro e nichel, che furono trovate durante gli scavi archeologici e attentamente esaminate dai chimici.
Poco dopo, le tribù degli Ariani che si trasferirono in Asia impararono come estrarre il ferro solido dal minerale. Era così prezioso per le persone di quel tempo che i prodotti erano ricoperti d'oro!
Caratteristiche del ferro
Il ferro (Fe) è al quarto posto in termini di contenuto nelle viscere della crosta terrestre. Occupa un posto nel 7° girone del 4° periodo e ha il numero 26 intavola chimica degli elementi di Mendeleev. La valenza del ferro dipende direttamente dalla sua posizione nel tavolo. Ma ne parleremo più avanti.
Questo metallo è più comune in natura sotto forma di minerale, che si trova nell'acqua come minerale, così come in vari composti.
Le maggiori riserve di minerale di ferro si trovano in Russia, Australia, Ucraina, Brasile, USA, India, Canada.
Proprietà fisiche
Prima di passare alla valenza del ferro, è necessario dare un'occhiata più da vicino alle sue proprietà fisiche, per così dire, dare un'occhiata più da vicino.
Questo metallo ha un colore argenteo, è abbastanza duttile, ma è in grado di aumentare la durezza attraverso la sua interazione con altri elementi (ad esempio con il carbonio). Ha anche proprietà magnetiche.
In un ambiente umido, il ferro può corrodersi, cioè arrugginire. Sebbene il metallo assolutamente puro sia più resistente all'umidità, ma se contiene impurità, sono queste che provocano la corrosione.
Il ferro interagisce bene con gli ambienti acidi, può anche formare sali di acido di ferro (a condizione che sia un forte agente ossidante).
Nell'aria, si ricopre rapidamente di una pellicola di ossido che lo protegge dalle interazioni.
Proprietà chimiche
Inoltre, questo elemento ha una serie di proprietà chimiche. Il ferro, come il resto degli elementi della tavola periodica, ha la carica del nucleo atomico, che corrisponde al numero seriale +26. E attorno al nucleo ruotano 26 elettroni.
In generale, se consideriamo le proprietà del ferro, un elemento chimico, allora è un metallo con una bassa capacità attiva.
Interagendo con agenti ossidanti più deboli, il ferro forma composti dove è bivalente (cioè il suo stato di ossidazione è +2). E se con agenti ossidanti forti, lo stato di ossidazione del ferro raggiunge +3 (cioè la sua valenza diventa uguale a 3).
Interagendo con elementi chimici che non sono metalli, il Fe agisce come agente riducente nei loro confronti, mentre il suo stato di ossidazione diventa, oltre a +2 e +3, anche +4, +5, +6. Tali composti hanno proprietà ossidanti molto forti.
Come notato sopra, il ferro nell'aria è coperto da una pellicola di ossido. E quando riscaldato, la velocità di reazione aumenta e si può formare ossido di ferro con valenza 2 (temperatura inferiore a 570 gradi Celsius) o ossido con valenza 3 (indice di temperatura superiore a 570 gradi).
L'interazione del Fe con gli alogeni porta alla formazione di sali. Gli elementi fluoro e cloro lo ossidano a +3. Il bromo è fino a +2 o +3 (tutto dipende dalle condizioni per l'attuazione di una trasformazione chimica quando si interagisce con il ferro).
Interagendo con lo iodio, l'elemento si ossida a +2.
Il riscaldamento di ferro e zolfo produce solfuro di ferro con una valenza di 2.
Se sciogli il ferro e lo combini con carbonio, fosforo, silicio, boro, azoto, ottieni composti chiamati leghe.
Il ferro è un metallo,quindi, interagisce anche con gli acidi (questo è stato anche brevemente discusso un po' più avanti). Ad esempio, gli acidi solforico e nitrico, avendo un' alta concentrazione, in un ambiente a bassa temperatura, non intaccano il ferro. Ma non appena sale, si verifica una reazione, a seguito della quale il ferro viene ossidato a +3.
Maggiore è la concentrazione di acido, maggiore dovrebbe essere la temperatura.
Riscaldando il ferro bivalente nell'acqua, otteniamo il suo ossido e idrogeno.
Inoltre, il Fe ha la capacità di spostare i metalli che hanno un'attività ridotta dalle soluzioni acquose di sali. Allo stesso tempo, viene ossidato a +2.
Quando la temperatura aumenta, il ferro ripristina i metalli dagli ossidi.
Cos'è la valenza
Già nella sezione precedente, il concetto di valenza, così come il grado di ossidazione, è stato incontrato un po'. È tempo di considerare la valenza del ferro.
Ma prima devi capire che tipo di proprietà degli elementi chimici è.
Le sostanze chimiche sono quasi sempre costanti nella loro composizione. Ad esempio, nella formula per l'acqua H2O - 1 atomo di ossigeno e 2 atomi di idrogeno. Lo stesso vale per altri composti in cui sono coinvolti due elementi chimici, uno dei quali è l'idrogeno: 1-4 atomi di idrogeno possono essere aggiunti a 1 atomo di un elemento chimico. Ma non viceversa! Pertanto, è chiaro che l'idrogeno attacca a se stesso solo 1 atomo di un' altra sostanza. Ed è questo fenomeno che si chiama valenza: la capacità degli atomi di un elemento chimico di attaccare uno specificoil numero di atomi di altri elementi.
Valore di valenza e formula grafica
Ci sono elementi della tavola periodica che hanno una valenza costante - questi sono ossigeno e idrogeno.
E ci sono elementi chimici in cui cambia. Ad esempio, il ferro è più spesso 2 e 3 valente, zolfo 2, 4, 6, carbonio 2 e 4. Questi sono elementi con valenza variabile.
Inoltre, comprendendo cos'è la valenza, puoi scrivere correttamente la formula grafica dei composti. Visualizza la sequenza di connessione degli atomi in una molecola.
Inoltre, conoscendo la valenza di uno degli elementi nel composto, puoi determinare la valenza dell' altro.
Valenza del ferro
Come notato, il ferro si riferisce a elementi con valenza variabile. E può oscillare non solo tra 2 e 3, ma anche raggiungere 4, 5 e persino 6.
Naturalmente, la chimica inorganica studia la valenza del ferro in modo più dettagliato. Consideriamo brevemente questo meccanismo al livello delle particelle più semplici.
Il ferro è un elemento d, a cui vengono aggiunti altri 31 elementi della tavola periodica (questi sono 4-7 periodi). All'aumentare del numero atomico, le proprietà degli elementi d acquisiscono lievi modifiche. Anche il raggio atomico di queste sostanze aumenta lentamente. Hanno una valenza variabile, che dipende dal fatto che il sottolivello d-elettrone pre-esterno è incompleto.
Perché per il ferro, non solo gli elettroni c situati nello strato esterno sono di valenza, ma anche gli elettroni 3D spaiati dello strato pre-esterno. E, di conseguenza, la valenza del Fe in chimicai composti possono essere uguali a 2, 3, 4, 5, 6. Fondamentalmente, è uguale a 2 e 3: questi sono composti di ferro più stabili con altre sostanze. In quelli meno stabili, mostra valenza 4, 5, 6. Ma tali composti sono meno comuni.
Ferro bivalente
Quando il ferro di valenza 2 interagisce con l'acqua, si ottiene l'ossido di ferro (2). Questa connessione è nera. Reagisce abbastanza facilmente con gli acidi cloridrico (bassa concentrazione) e nitrico (alta concentrazione).
Se un tale ossido di ferro bivalente interagisce con l'idrogeno (temperatura 350 gradi Celsius) o il carbonio (coke) a 1000 gradi, viene riportato allo stato puro.
Estrarre l'ossido ferroso di ferro 2-valente nei seguenti modi:
- attraverso la combinazione di ossido ferroso e monossido di carbonio;
- quando il Fe puro viene riscaldato, mentre la pressione dell'ossigeno è bassa;
- quando si decompone l'ossalato ferroso in un ambiente sottovuoto;
- Quando il ferro puro interagisce con i suoi ossidi, la temperatura è di 900-1000 gradi Celsius.
Per quanto riguarda l'ambiente naturale, l'ossido ferrico è bivalente, presente come minerale wuestite.
C'è un altro modo per determinare la valenza del ferro in una soluzione - in questo caso, avendo il suo indice 2. È necessario effettuare reazioni con sale rosso (esacianoferrato di potassio) e con alcali. Nel primo caso si osserva un precipitato blu scuro, un sale complesso di ferrico 2-valente. Inil secondo - ottenendo un precipitato grigio-verde scuro - l'idrossido di ferro è anch'esso 2-valente, mentre l'idrossido di ferro 3-valente ha un colore marrone scuro in soluzione.
Ferro trivalente
L'ossido di ferro
3-valente ha una struttura in polvere, il cui colore è rosso-marrone. Ha anche i nomi: ossido di ferro, minio di ferro, pigmento rosso, colorante alimentare, croco.
In natura, questa sostanza si presenta sotto forma di un minerale: l'ematite.
L'ossido di tale ferro non interagisce più con l'acqua. Ma si combina con acidi e alcali.
L'ossido di ferro (3) viene utilizzato per colorare i materiali utilizzati nelle costruzioni:
- mattoni;
- cemento;
- prodotti ceramici;
- cemento;
- piastre per pavimentazione;
- pavimentazione (linoleum).
Ferro nel corpo umano
Come notato all'inizio dell'articolo, la sostanza ferro è un componente importante del corpo umano.
Quando questo elemento è insufficiente, possono verificarsi le seguenti conseguenze:
- aumento della fatica e della sensibilità al freddo;
- pelle secca;
- ridotta attività cerebrale;
- deterioramento della forza della lamina ungueale;
- vertigini;
- problemi di digestione;
- capelli grigi e caduta dei capelli.
Il ferro si accumula, di solito nella milza e nel fegato, nonché nei reni e nel pancreas.
La dieta umana dovrebbe contenere cibi contenenti ferro:
- fegato di manzo;
- porridge di grano saraceno;
- noccioline;
- pistacchi;
- piselli in scatola;
- funghi porcini secchi;
- uova di gallina;
- spinaci;
- corniolo;
- mele;
- pere;
- pesche;
- barbabietole;
- frutti di mare.
La mancanza di ferro nel sangue porta a una diminuzione dell'emoglobina e allo sviluppo di una malattia come l'anemia da carenza di ferro.
