بسیار برآورد نقش آهن برای بدن انسان دشوار است، زیرا به "ایجاد" خون کمک می کند، محتوای آن بر سطح هموگلوبین و میوگلوبین تأثیر می گذارد، آهن عملکرد سیستم آنزیمی را عادی می کند. اما این عنصر از نظر شیمی چیست؟ ظرفیت آهن چقدر است؟ این در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت.
کمی از تاریخ
بشر در مورد این عنصر شیمیایی می دانست و حتی محصولاتی از آن در اوایل قرن چهارم قبل از میلاد داشت. اینها مردم مصر باستان و سومریان بودند. این آنها بودند که برای اولین بار شروع به ساخت جواهرات، سلاح هایی از آلیاژ آهن و نیکل کردند که در حفاری های باستان شناسی پیدا شد و توسط شیمیدانان به دقت بررسی شد.
کمی بعد، قبایل آریایی که به آسیا نقل مکان کردند، یاد گرفتند که چگونه آهن جامد را از سنگ معدن استخراج کنند. برای مردم آن زمان آنقدر ارزش داشت که محصولات با طلا پوشانده می شد!
ویژگی آهن
آهن (Fe) از نظر میزان محتوای آن در روده های پوسته زمین در جایگاه چهارم قرار دارد. در گروه هفتم دوره چهارم قرار دارد و شماره 26 اینچ را به خود اختصاص داده استجدول شیمیایی عناصر مندلیف. ظرفیت آهن به طور مستقیم به موقعیت آن در جدول بستگی دارد. اما بعداً بیشتر در مورد آن.
این فلز در طبیعت بیشتر به شکل سنگ معدن یافت می شود که در آب به عنوان یک ماده معدنی و همچنین در ترکیبات مختلف یافت می شود.
بزرگترین ذخایر سنگ آهن در روسیه، استرالیا، اوکراین، برزیل، ایالات متحده آمریکا، هند، کانادا است.
خواص فیزیکی
قبل از حرکت به سمت ظرفیت آهن، لازم است نگاه دقیق تری به خواص فیزیکی آن بیندازید، به اصطلاح، نگاه دقیق تری به آن بیندازید.
این فلز دارای رنگ نقره ای است، کاملاً انعطاف پذیر است، اما از طریق تعامل با عناصر دیگر (مثلاً با کربن) می تواند سختی را افزایش دهد. همچنین دارای خواص مغناطیسی است.
در یک محیط مرطوب، آهن می تواند خورده شود، یعنی زنگ بزند. اگرچه فلز کاملا خالص در برابر رطوبت مقاوم‌تر است، اما اگر دارای ناخالصی باشد، این ناخالصی‌ها باعث خوردگی می‌شوند.
آهن به خوبی با محیط‌های اسیدی تعامل دارد، حتی می‌تواند نمک‌های اسید آهن را تشکیل دهد (که عامل اکسید کننده قوی است).
در هوا، به سرعت با یک لایه اکسید پوشیده می شود که از آن در برابر فعل و انفعالات محافظت می کند.
خواص شیمیایی
همچنین، این عنصر دارای تعدادی خواص شیمیایی است. آهن مانند بقیه عناصر جدول تناوبی دارای بار هسته اتمی است که با شماره سریال +26 مطابقت دارد. و در اطراف هسته، 26 الکترون می چرخند.
به طور کلی، اگر خواص آهن - یک عنصر شیمیایی را در نظر بگیریم، آنگاه فلزی با توانایی فعال کم است.
در تعامل با عوامل اکسید کننده ضعیف تر، آهن ترکیباتی را در جایی که دو ظرفیتی است تشکیل می دهد (یعنی حالت اکسیداسیون آن +2 است). و اگر با عوامل اکسید کننده قوی، حالت اکسیداسیون آهن به +3 می رسد (یعنی ظرفیت آن برابر با 3 می شود).
هنگام تعامل با عناصر شیمیایی غیر فلزی، آهن به عنوان یک عامل کاهنده در رابطه با آنها عمل می کند، در حالی که حالت اکسیداسیون آن علاوه بر +2 و +3، حتی +4، +5، +6 می شود.. چنین ترکیباتی دارای خواص اکسید کننده بسیار قوی هستند.
همانطور که در بالا ذکر شد، آهن موجود در هوا با یک لایه اکسید پوشیده شده است. و هنگامی که حرارت داده می شود، سرعت واکنش افزایش می یابد و اکسید آهن با ظرفیت 2 (درجه حرارت کمتر از 570 درجه سانتیگراد) یا اکسید با ظرفیت 3 (شاخص درجه حرارت بیش از 570 درجه) می تواند تشکیل شود.
برهمکنش آهن با هالوژن منجر به تشکیل نمک می شود. عناصر فلوئور و کلر آن را به 3+ اکسید می کنند. برم تا +2 یا +3 است (همه به شرایط اجرای یک تبدیل شیمیایی در هنگام تعامل با آهن بستگی دارد).
در تعامل با ید، این عنصر به +2 اکسید می شود.
حرارت دادن آهن و گوگرد باعث تولید سولفید آهن با ظرفیت 2 می شود.
اگر فروم را ذوب کنید و آن را با کربن، فسفر، سیلیسیم، بور، نیتروژن ترکیب کنید، ترکیباتی به نام آلیاژ به دست می آید.
آهن یک فلز است،بنابراین، با اسیدها نیز تعامل دارد (این نیز به طور خلاصه کمی بالاتر مورد بحث قرار گرفت). به عنوان مثال، اسیدهای سولفوریک و نیتریک با غلظت بالا در محیطی با دمای پایین، روی آهن تأثیری ندارند. اما به محض بالا آمدن، واکنشی رخ می دهد که در نتیجه آهن به 3+ اکسید می شود.
هر چه غلظت اسید بیشتر باشد، باید درجه حرارت بالاتری داده شود.
با حرارت دادن آهن 2 ظرفیتی در آب، اکسید و هیدروژن آن را دریافت می کنیم.
همچنین آهن این توانایی را دارد که فلزاتی را که فعالیت آنها کاهش یافته است را از محلول های آبی نمک جابجا کند. در همان زمان، به +2 اکسید می شود.
هنگامی که دما افزایش می یابد، آهن فلزات را از اکسیدها بازیابی می کند.
ظرفیت چیست
قبلاً در قسمت قبل، کمی با مفهوم ظرفیت و همچنین درجه اکسیداسیون مواجه شد. وقت آن است که ظرفیت آهن را در نظر بگیریم.
اما ابتدا باید بفهمید که چه نوع خاصیت عناصر شیمیایی است.
مواد شیمیایی تقریباً همیشه در ترکیب خود ثابت هستند. به عنوان مثال، در فرمول آب H2O - 1 اتم اکسیژن و 2 اتم هیدروژن. همین امر در مورد سایر ترکیباتی که دو عنصر شیمیایی در آن نقش دارند، یکی از آنها هیدروژن است، صادق است: به 1 اتم یک عنصر شیمیایی می توان 1-4 اتم هیدروژن اضافه کرد. اما برعکس نه! بنابراین واضح است که هیدروژن تنها 1 اتم ماده دیگر را به خود متصل می کند. و این پدیده ای است که ظرفیت نامیده می شود - توانایی اتم های یک عنصر شیمیایی برای اتصال یک عنصر خاصتعداد اتم های عناصر دیگر.
مقدار ظرفیت و فرمول گرافیکی
عناصری از جدول تناوبی وجود دارند که ظرفیت ثابتی دارند - اینها اکسیژن و هیدروژن هستند.
و عناصر شیمیایی وجود دارد که در آنها تغییر می کند. به عنوان مثال، آهن اغلب 2 و 3 ظرفیتی، گوگرد 2، 4، 6، کربن 2 و 4 است. اینها عناصری با ظرفیت متغیر هستند.
علاوه بر این، با درک اینکه ظرفیت چیست، می توانید فرمول گرافیکی ترکیبات را به درستی بنویسید. توالی اتصال اتم ها را در یک مولکول نشان می دهد.
همچنین با دانستن ظرفیت یکی از عناصر موجود در ترکیب، می توانید ظرفیت عنصر دیگر را تعیین کنید.
ظرفیت آهن
همانطور که اشاره شد، آهن به عناصری با ظرفیت متغیر اشاره دارد. و می تواند نه تنها بین 2 و 3 در نوسان باشد، بلکه می تواند به 4، 5 و حتی 6 نیز برسد.
البته، شیمی معدنی ظرفیت آهن را با جزئیات بیشتری مطالعه می کند. اجازه دهید به طور خلاصه این مکانیسم را در سطح ساده ترین ذرات بررسی کنیم.
آهن یک عنصر d است که 31 عنصر دیگر جدول تناوبی به آن اضافه می شود (اینها 4-7 دوره هستند). با افزایش عدد اتمی، خواص عناصر d تغییرات جزئی پیدا می کند. شعاع اتمی این مواد نیز به آرامی افزایش می یابد. آنها یک ظرفیت متغیر دارند که به این واقعیت بستگی دارد که سطح فرعی الکترون d قبل از بیرونی ناقص باشد.
زیرا برای آهن، نه تنها الکترون های c واقع در لایه بیرونی ظرفیت هستند، بلکه الکترون های سه بعدی جفت نشده لایه پیش خارجی نیز هستند. و در نتیجه، ظرفیت آهن در مواد شیمیاییترکیبات می توانند برابر با 2، 3، 4، 5، 6 باشند. اساساً برابر با 2 و 3 است - اینها ترکیبات پایدارتر آهن با سایر مواد هستند. در ترکیبات کمتر پایدار، ظرفیت 4، 5، 6 را نشان می دهد. اما، چنین ترکیباتی کمتر رایج هستند.
فرم دو ظرفیتی
هنگامی که آهن ۲ ظرفیتی با آب برهمکنش می کند، اکسید آهن (۲) به دست می آید. این اتصال سیاه است. به راحتی با اسیدهای هیدروکلریک (غلظت کم) و نیتریک (غلظت بالا) واکنش می دهد.
اگر چنین اکسیدی از آهن 2 ظرفیتی با هیدروژن (درجه حرارت 350 درجه سانتیگراد) یا کربن (کک) در 1000 درجه برهمکنش کند، آنگاه به حالت خالص بازگردانده می شود.
اکسید آهن آهن 2 ظرفیتی را به روش های زیر استخراج کنید:
- از طریق ترکیب اکسید آهن با مونوکسید کربن؛
- وقتی آهن خالص گرم می شود، در حالی که فشار اکسیژن کم است؛
- هنگام تجزیه اگزالات آهن در محیط خلاء؛
- هنگامی که آهن خالص با اکسیدهای خود برهمکنش می کند، دما 900-1000 درجه سانتیگراد است.
درمورد محیط طبیعی، اکسید آهن دو ظرفیتی است که به عنوان ماده معدنی wuestite وجود دارد.
راه دیگری برای تعیین ظرفیت آهن در محلول وجود دارد - در این مورد، داشتن شاخص آن 2. لازم است واکنش هایی با نمک قرمز (هگزاسیانوفرات پتاسیم) و با قلیایی انجام شود. در مورد اول، یک رسوب آبی تیره مشاهده می شود - نمک پیچیده ای از آهن 2 ظرفیتی. که دردوم - به دست آوردن یک رسوب خاکستری مایل به سبز تیره - هیدروکسید آهن نیز 2 ظرفیتی است، در حالی که هیدروکسید آهن 3 ظرفیتی دارای رنگ قهوه ای تیره در محلول است.
آهن سه ظرفیتی
اکسید فروم 3 ظرفیتی
دارای ساختار پودری است که رنگ آن قرمز مایل به قهوه ای است. همچنین دارای نام‌هایی است: اکسید آهن، مینیوم آهن، رنگدانه قرمز، رنگ خوراکی، کروکوس.
در طبیعت این ماده به شکل یک ماده معدنی - هماتیت وجود دارد.
اکسید چنین آهنی دیگر با آب برهمکنش نمی کند. اما با اسیدها و قلیاها ترکیب می شود.
اکسید آهن (3) برای رنگ آمیزی مواد مورد استفاده در ساخت و ساز استفاده می شود:
- آجر;
- سیمان;
- محصولات سرامیکی؛
- بتن؛
- صفحات سنگفرش;
- کفپوش (ممنوع کف اتاق).
آهن در بدن انسان
همانطور که در ابتدای مقاله اشاره شد، ماده آهن یکی از اجزای مهم بدن انسان است.
وقتی این عنصر ناکافی باشد، پیامدهای زیر ممکن است رخ دهد:
- افزایش خستگی و حساسیت به سرما؛
- پوست خشک؛
- کاهش فعالیت مغز؛
- زوال استحکام صفحه ناخن؛
- سرگیجه؛
- مشکلات گوارشی؛
- موهای خاکستری و ریزش مو.
آهن معمولاً در طحال و کبد و همچنین کلیه ها و لوزالمعده تجمع می یابد.
رژیم غذایی انسان باید حاوی غذاهای حاوی آهن باشد:
- جگر گاو؛
- فرنی گندم سیاه؛
- بادام زمینی;
- پسته;
- نخود سبز کنسرو شده؛
- قارچ پورسینی خشک؛
- تخم مرغ؛
- اسفناج;
- سگ چوب;
- سیب;
- گلابی;
- هلو;
- چغندر;
- غذاهای دریایی.
کمبود آهن در خون منجر به کاهش هموگلوبین و ایجاد بیماری مانند کم خونی فقر آهن می شود.
