Raudan roolia ihmiskehossa on vaikea yliarvioida, koska se edistää veren "luomista", sen pitoisuus vaikuttaa hemoglobiinin ja myoglobiinin tasoon, rauta normalisoi entsyymijärjestelmän toimintaa. Mutta mikä tämä elementti on kemian kann alta? Mikä on raudan valenssi? Tätä käsitellään tässä artikkelissa.
Hieman historiaa
Ihmiskunta tiesi tästä kemiallisesta alkuaineesta ja jopa omisti siitä tuotteita jo 400-luvulla eKr. Nämä olivat muinaisen Egyptin kansat ja sumerit. Juuri he alkoivat valmistaa koruja, aseita raudan ja nikkelin seoksesta, jotka löydettiin arkeologisten kaivausten aikana ja jotka kemistit tarkastivat.
Hieman myöhemmin Aasiaan muuttaneet arjalaiset heimot oppivat uuttamaan kiinteää rautaa malmista. Se oli niin arvokasta tuon ajan ihmisille, että tuotteet peitettiin kullalla!
Rautaominaisuudet
Rauta (Fe) on maankuoren suolistossa pitoisuutensa suhteen neljännellä sijalla. Se sijaitsee neljännen jakson 7. ryhmässä ja sen numero on 26Mendelejevin alkuaineiden kemiallinen taulukko. Raudan valenssi riippuu suoraan sen sijainnista taulukossa. Mutta siitä lisää myöhemmin.
Tämä metalli on yleisin luonnossa malmin muodossa, jota löytyy vedestä mineraalina, sekä erilaisissa yhdisteissä.
Suurimmat rautamalmivarat ovat Venäjällä, Australiassa, Ukrainassa, Brasiliassa, Yhdysvalloissa, Intiassa ja Kanadassa.
Fysikaaliset ominaisuudet
Ennen kuin siirrytään raudan valenssiin, on tarpeen tarkastella lähemmin sen fysikaalisia ominaisuuksia, niin sanoaksemme, tarkastella sitä tarkemmin.
Tällä metallilla on hopeanhohtoinen väri, se on melko taipuisaa, mutta pystyy lisäämään kovuutta vuorovaikutuksessa muiden alkuaineiden (esimerkiksi hiilen) kanssa. Sillä on myös magneettisia ominaisuuksia.
Kosteassa ympäristössä rauta voi syöpyä eli ruostua. Vaikka täysin puhdas metalli kestää paremmin kosteutta, mutta jos se sisältää epäpuhtauksia, ne aiheuttavat korroosiota.
Rauta on hyvin vuorovaikutuksessa happamien ympäristöjen kanssa, se voi jopa muodostaa rautahapon suoloja (jos on voimakas hapetin).
Ilmassa se peittyy nopeasti oksidikalvolla, joka suojaa sitä vuorovaikutuksilta.
Kemialliset ominaisuudet
Tällä alkuaineella on myös useita kemiallisia ominaisuuksia. Raudalla, kuten muillakin jaksollisen järjestelmän elementeillä, on atomiytimen varaus, joka vastaa sarjanumeroa +26. Ja ytimen ympärillä pyörii 26 elektronia.
Yleensä, jos otamme huomioon raudan - kemiallisen alkuaineen - ominaisuudet, se on metalli, jolla on alhainen aktiivisuus.
Vuorovaikutuksessa heikompien hapettimien kanssa rauta muodostaa yhdisteitä, joissa se on kaksiarvoinen (eli sen hapetusaste on +2). Ja jos vahvoilla hapettimilla, raudan hapetusaste saavuttaa +3 (eli sen valenssi on 3).
Kun Fe on vuorovaikutuksessa kemiallisten alkuaineiden kanssa, jotka eivät ole metalleja, Fe toimii pelkistimenä niiden suhteen, kun taas sen hapetusaste muuttuu +2:n ja +3:n lisäksi jopa +4, +5, +6. Tällaisilla yhdisteillä on erittäin voimakkaita hapettavia ominaisuuksia.
Kuten edellä todettiin, ilmassa oleva rauta on peitetty oksidikalvolla. Ja kuumennettaessa reaktionopeus kasvaa ja rautaoksidia, jonka valenssi on 2 (lämpötila alle 570 celsiusastetta) tai oksidia, jonka valenssi on 3 (lämpötilaindeksi yli 570 astetta), voi muodostua.
Fen vuorovaikutus halogeenien kanssa johtaa suolojen muodostumiseen. Alkuaineet fluori ja kloori hapettavat sen +3:een. Bromi on jopa +2 tai +3 (kaikki riippuu kemiallisen muutoksen toteuttamisolosuhteista vuorovaikutuksessa raudan kanssa).
Vuorovaikutuksessa jodin kanssa alkuaine hapettuu +2:ksi.
Rautaa ja rikkiä kuumentamalla syntyy rautasulfidia, jonka valenssi on 2.
Jos sulatat ferrumin ja yhdistät sen hiilen, fosforin, piin, boorin, typen kanssa, saat yhdisteitä, joita kutsutaan lejeeringeiksi.
Rauta on metalli,siksi se on myös vuorovaikutuksessa happojen kanssa (tätä käsiteltiin myös lyhyesti hieman korkeammalla). Esimerkiksi rikki- ja typpihapot, joiden pitoisuus on korkea, eivät vaikuta rautaan ympäristössä, jossa on matala lämpötila. Mutta heti kun se nousee, tapahtuu reaktio, jonka seurauksena rauta hapettuu +3:ksi.
Mitä korkeampi happopitoisuus, sitä korkeampi lämpötila on annettava.
Kuummentamalla 2-arvoista rautaa vedessä saamme sen oksidin ja vedyn.
Lisäksi Fe pystyy syrjäyttämään metalleja, joiden aktiivisuus on vähentynyt, suolojen vesiliuoksista. Samalla se hapettuu +2.
Lämpötilan noustessa rauta palauttaa metallit oksideista.
Mikä on valenssi
Jo edellisessä osiossa valenssin käsite, samoin kuin hapetusaste, törmättiin hieman. On aika miettiä raudan valenssia.
Mutta ensin sinun on ymmärrettävä, millainen kemiallisten alkuaineiden ominaisuus se on.
Kemialliset aineet ovat koostumukseltaan lähes aina vakioita. Esimerkiksi kaavassa vesi H2O - 1 happiatomi ja 2 vetyatomia. Sama pätee muihin yhdisteisiin, joissa on mukana kaksi kemiallista alkuainetta, joista toinen on vety: 1-4 vetyatomia voidaan lisätä 1 kemiallisen alkuaineen atomiin. Mutta ei päinvastoin! Siksi on selvää, että vety kiinnittää itseensä vain yhden atomin toisesta aineesta. Ja tätä ilmiötä kutsutaan valenssiksi - kemiallisen alkuaineen atomien kyky kiinnittää tiettymuiden alkuaineiden atomien lukumäärä.
Valenssiarvo ja graafinen kaava
Jaksollisen taulukon elementeillä on vakio valenssi - nämä ovat happi ja vety.
Ja on kemiallisia alkuaineita, joissa se muuttuu. Esimerkiksi rauta on useammin 2- ja 3-arvoinen, rikki 2, 4, 6, hiili 2 ja 4. Nämä ovat elementtejä, joilla on muuttuva valenssi.
Lisäksi ymmärtämällä, mitä valenssi on, voit kirjoittaa yhdisteiden graafisen kaavan oikein. Se näyttää atomien kytkentäsekvenssin molekyylissä.
Lisäksi, kun tiedät yhdisteen yhden alkuaineen valenssin, voit määrittää toisen valenssin.
Rautavalenssi
Kuten todettiin, rauta viittaa alkuaineisiin, joiden valenssi vaihtelee. Ja se voi vaihdella paitsi välillä 2 ja 3, myös saavuttaa 4, 5 ja jopa 6.
Tietenkin epäorgaaninen kemia tutkii raudan valenssia tarkemmin. Tarkastellaanpa tätä mekanismia lyhyesti yksinkertaisimpien hiukkasten tasolla.
Rauta on d-alkio, johon lisätään 31 jaksollisen taulukon elementtiä (nämä ovat 4-7 jaksoa). Kun atomiluku kasvaa, d-alkuaineiden ominaisuudet saavat pieniä muutoksia. Myös näiden aineiden atomisäde kasvaa hitaasti. Niillä on muuttuva valenssi, joka riippuu siitä, että ulompaa d-elektronia edeltävä alataso on epätäydellinen.
Koska raudalle eivät vain ulkokerroksessa sijaitsevat c-elektronit ole valenssia, vaan myös esiulomman kerroksen parittomia 3d-elektroneja. Ja sen seurauksena Fe valenssi kemiassayhdisteet voivat olla 2, 3, 4, 5, 6. Pohjimmiltaan se on yhtä suuri kuin 2 ja 3 - nämä ovat stabiilimpia raudan yhdisteitä muiden aineiden kanssa. Vähemmän stabiileissa sen valenssi on 4, 5, 6. Mutta tällaiset yhdisteet ovat vähemmän yleisiä.
Bivalent ferrum
Kun 2 valenssista rautaa on vuorovaikutuksessa veden kanssa, saadaan rautaoksidia (2). Tämä liitäntä on musta. Reagoi melko helposti suolahappojen (pieni pitoisuus) ja typpihappo (korkea pitoisuus) kanssa.
Jos tällainen 2-arvoisen raudan oksidi on vuorovaikutuksessa joko vedyn (lämpötila 350 celsiusastetta) tai hiilen (koksin) kanssa 1000 asteessa, se palautuu puhtaaseen tilaan.
Uuta 2-arvoisen raudan rauta(II)oksidia seuraavilla tavoilla:
- rauta(II)oksidin ja hiilimonoksidin yhdistämisen kautta;
- kun puhdasta Fe kuumennetaan ja hapenpaine on alhainen;
- hajotessa rautaoksalaattia tyhjiöympäristössä;
- kun puhdas rauta on vuorovaikutuksessa oksidiensa kanssa, lämpötila on 900-1000 celsiusastetta.
Luonnollisen ympäristön os alta rauta(III)oksidi on kaksiarvoinen, esiintyy mineraali wuestiittina.
On olemassa toinen tapa määrittää raudan valenssi liuoksessa - tässä tapauksessa sen indeksi on 2. On välttämätöntä suorittaa reaktiot punaisen suolan (kaliumheksasyanoferraatti) ja alkalin kanssa. Ensimmäisessä tapauksessa havaitaan tummansininen sakka - 2-arvoisen rautametallin monimutkainen suola. Sisääntoinen - tummanharmaanvihreän sakan saaminen - rautahydroksidi on myös 2-arvoinen, kun taas 3-arvoinen rautahydroksidi on väriltään tummanruskea liuoksessa.
Trivalenttinen rauta
3-arvoisella ferrumoksidilla on jauhemainen rakenne, jonka väri on punaruskea. Sillä on myös nimet: rautaoksidi, rautaminiumi, punainen pigmentti, elintarvikeväri, krookus.
Luonnossa tätä ainetta esiintyy mineraalin - hematiitin - muodossa.
Tällaisen raudan oksidi ei enää ole vuorovaikutuksessa veden kanssa. Mutta se yhdistyy happojen ja emästen kanssa.
Rautaoksidia (3) käytetään rakentamisessa käytettyjen materiaalien värjäämiseen:
- tiilet;
- sementti;
- keraamiset tuotteet;
- betoni;
- päällystelaatat;
- lattia (linoleumi).
Rauta ihmiskehossa
Kuten artikkelin alussa todettiin, rauta-aine on tärkeä osa ihmiskehoa.
Jos tämä elementti on riittämätön, seurauksena voi olla seuraavat seuraukset:
- lisääntynyt väsymys ja kylmäherkkyys;
- kuiva iho;
- aivotoiminnan heikkeneminen;
- kynsilevyn lujuuden heikkeneminen;
- huimaus;
- ruoansulatushäiriöt;
- harmaat hiukset ja hiustenlähtö.
Rauta kerääntyy, yleensä pernaan ja maksaan sekä munuaisiin ja haimaan.
Ihmisen ruokavalion tulisi sisältää rautaa sisältäviä ruokia:
- naudanmaksa;
- tattaripuuro;
- maapähkinät;
- pistaasipähkinät;
- purkkivihreät herneet;
- kuivatut porcini-sienet;
- kananmunat;
- pinaatti;
- koirapuu;
- omenat;
- päärynät;
- persikat;
- juurikkaat;
- meren antimet.
Raudan puute veressä johtaa hemoglobiinin laskuun ja sairauden, kuten raudanpuuteanemian, kehittymiseen.
