من الصعب المبالغة في تقدير دور الحديد لجسم الإنسان ، لأنه يساهم في "تكوين" الدم ، فمحتواه يؤثر على مستوى الهيموجلوبين والميوجلوبين ، الحديد يعيد عمل نظام الإنزيم إلى طبيعته. لكن ما هو هذا العنصر من حيث الكيمياء؟ ما هو تكافؤ الحديد؟ سيتم مناقشة هذا في هذه المقالة.
قليلا من التاريخ
عرف الجنس البشري عن هذا العنصر الكيميائي وحتى المنتجات المملوكة منه في وقت مبكر من القرن الرابع قبل الميلاد. هؤلاء هم شعوب مصر القديمة والسومريون. لقد كانوا أول من بدأوا في صنع المجوهرات والأسلحة من سبيكة من الحديد والنيكل ، والتي تم العثور عليها خلال الحفريات الأثرية وفحصها الكيميائيون بعناية.
بعد ذلك بقليل ، تعلمت قبائل الآريين الذين انتقلوا إلى آسيا كيفية استخراج الحديد الصلب من الخام. كان من المفيد جدًا للناس في ذلك الوقت أن المنتجات كانت مغطاة بالذهب!
خصائص الحديد
الحديد (Fe) يأتي في المرتبة الرابعة من حيث محتواه في أحشاء قشرة الأرض. تحتل مكانًا في المجموعة السابعة من الفترة الرابعة ولديها الرقم 26 بوصةالجدول الكيميائي لعناصر منديليف. تكافؤ الحديد يعتمد بشكل مباشر على موضعه في الجدول. لكن المزيد عن ذلك لاحقًا.
هذا المعدن هو الأكثر شيوعًا في الطبيعة على شكل خام ، يوجد في الماء كمعدن ، وكذلك في مركبات مختلفة.
أكبر احتياطيات خام الحديد في روسيا وأستراليا وأوكرانيا والبرازيل والولايات المتحدة والهند وكندا.
الخصائص الفيزيائية
قبل الانتقال إلى تكافؤ الحديد ، من الضروري إلقاء نظرة فاحصة على خصائصه الفيزيائية ، إذا جاز التعبير ، ألق نظرة فاحصة عليها.
هذا المعدن له لون فضي ، وهو مطيل تمامًا ، ولكنه قادر على زيادة الصلابة من خلال تفاعله مع العناصر الأخرى (على سبيل المثال ، مع الكربون). كما أن لها خصائص مغناطيسية.
في بيئة رطبة ، يمكن أن يتآكل الحديد ، أي الصدأ. على الرغم من أن المعدن النقي أكثر مقاومة للرطوبة ، إلا أنه إذا كان يحتوي على شوائب ، فهو الذي يسبب التآكل.
يتفاعل الحديد جيدًا مع البيئات الحمضية ، ويمكنه أيضًا تكوين أملاح من حمض الحديد (بشرط عامل مؤكسد قوي).
في الهواء ، سرعان ما يتم تغطيتها بغشاء أكسيد يحميها من التفاعلات.
الخصائص الكيميائية
أيضًا ، يحتوي هذا العنصر على عدد من الخصائص الكيميائية. الحديد ، مثل باقي عناصر الجدول الدوري ، له شحنة النواة الذرية ، والتي تقابل الرقم التسلسلي +26. وحول النواة ، يدور 26 إلكترونًا.
بشكل عام ، إذا أخذنا في الاعتبار خصائص الحديد - عنصر كيميائي ، فهو معدن ذو قدرة نشطة منخفضة.
يتفاعل مع عوامل مؤكسدة أضعف ، ويشكل الحديد مركبات حيث يكون ثنائي التكافؤ (أي حالة الأكسدة الخاصة به هي +2). وإذا كان مع عوامل مؤكسدة قوية ، فإن حالة أكسدة الحديد تصل إلى +3 (أي يصبح تكافؤه 3).
عند التفاعل مع عناصر كيميائية ليست معادن ، يعمل الحديد كعامل اختزال بالنسبة لها ، بينما تصبح حالة الأكسدة ، بالإضافة إلى +2 و +3 ، حتى +4 ، +5 ، +6. هذه المركبات لها خصائص مؤكسدة قوية جدا.
كما هو مذكور أعلاه ، الحديد في الهواء مغطى بغشاء أكسيد. وعند التسخين يزداد معدل التفاعل ويمكن تكوين أكسيد الحديد بالتكافؤ 2 (درجة حرارة أقل من 570 درجة مئوية) أو أكسيد بالتكافؤ 3 (مؤشر درجة الحرارة أكثر من 570 درجة).
يؤدي تفاعل الحديد مع الهالوجينات إلى تكوين الأملاح. يعمل عنصر الفلور والكلور على أكسدة +3. يصل البروم إلى +2 أو +3 (كل هذا يتوقف على شروط تنفيذ التحول الكيميائي عند التفاعل مع الحديد).
يتفاعل مع اليود ، يتأكسد العنصر إلى + 2.
تسخين الحديد والكبريت ينتج كبريتيد الحديد بتكافؤ 2.
إذا قمت بإذابة الحديد ودمجه مع الكربون والفوسفور والسيليكون والبورون والنيتروجين ، تحصل على مركبات تسمى السبائك.
الحديد معدنلذلك ، فإنه يتفاعل أيضًا مع الأحماض (تمت مناقشة هذا أيضًا بإيجاز أعلى قليلاً). على سبيل المثال ، أحماض الكبريتيك والنتريك ، ذات التركيز العالي ، في بيئة ذات درجة حرارة منخفضة ، لا تؤثر على الحديد. ولكن بمجرد أن يرتفع ، يحدث تفاعل ، ونتيجة لذلك يتأكسد الحديد إلى + 3.
كلما زاد تركيز الحمض ، كلما ارتفعت درجة الحرارة
تسخين 2-التكافؤ في الماء ، نحصل على أكسيده وهيدروجينه.
أيضًا ، لدى Fe القدرة على إزاحة المعادن التي قللت من نشاطها من المحاليل المائية للأملاح. في نفس الوقت ، يتأكسد إلى + 2.
عندما ترتفع درجة الحرارة ، يستعيد الحديد المعادن من الأكاسيد.
ما هو التكافؤ
بالفعل في القسم السابق ، تمت مصادفة مفهوم التكافؤ ، وكذلك درجة الأكسدة ، قليلاً. حان الوقت للنظر في تكافؤ الحديد
لكن عليك أولاً أن تفهم نوع خاصية العناصر الكيميائية.
المواد الكيميائية دائمًا ما تكون ثابتة في تركيبها. على سبيل المثال ، في صيغة الماء H2O - 1 ذرة أكسجين و 2 ذرة هيدروجين. وينطبق الشيء نفسه على المركبات الأخرى التي يشارك فيها عنصرين كيميائيين ، أحدهما هو الهيدروجين: يمكن إضافة 1-4 ذرات هيدروجين إلى ذرة واحدة من عنصر كيميائي. لكن ليس العكس! لذلك ، من الواضح أن الهيدروجين يربط بذرة واحدة فقط من مادة أخرى. وتسمى هذه الظاهرة التكافؤ - قدرة ذرات عنصر كيميائي على ربط عنصر معينعدد ذرات العناصر الأخرى.
قيمة التكافؤ والصيغة الرسومية
هناك عناصر في الجدول الدوري لها تكافؤ ثابت - هذه هي الأكسجين والهيدروجين.
وهناك عناصر كيميائية تتغير فيها. على سبيل المثال ، غالبًا ما يكون الحديد 2 و 3 تكافؤ ، كبريت 2 ، 4 ، 6 ، كربون 2 و 4. هذه عناصر ذات تكافؤ متغير.
علاوة على ذلك ، فهم ما هو التكافؤ ، يمكنك كتابة الصيغة الرسومية للمركبات بشكل صحيح. يعرض تسلسل اتصال الذرات في الجزيء.
أيضًا ، بمعرفة تكافؤ أحد العناصر في المركب ، يمكنك تحديد تكافؤ الآخر.
تكافؤ الحديد
كما لوحظ ، يشير الحديد إلى عناصر ذات تكافؤ متغير. ويمكن أن تتقلب ليس فقط بين 2 و 3 ، بل تصل أيضًا إلى 4 و 5 وحتى 6.
بالطبع ، الكيمياء غير العضوية تدرس تكافؤ الحديد بمزيد من التفصيل. دعونا نفكر بإيجاز في هذه الآلية على مستوى أبسط الجسيمات.
الحديد هو عنصر d ، حيث تمت إضافة 31 عنصرًا إضافيًا من الجدول الدوري (هذه 4-7 فترات). مع زيادة العدد الذري ، تكتسب خصائص العناصر d تغيرات طفيفة. كما يزداد نصف القطر الذري لهذه المواد ببطء. لديهم تكافؤ متغير ، والذي يعتمد على حقيقة أن المستوى الفرعي للإلكترون قبل الخارجي غير مكتمل.
لأنه بالنسبة للحديد ، ليس فقط إلكترونات سي الموجودة في الطبقة الخارجية هي التكافؤ ، ولكن أيضًا إلكترونات ثلاثية الأبعاد غير مقترنة من الطبقة الخارجية. ونتيجة لذلك ، تكافؤ الحديد في المواد الكيميائيةيمكن أن تكون المركبات مساوية لـ 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6. بشكل أساسي ، إنها تساوي 2 و 3 - وهي مركبات أكثر استقرارًا من الحديد مع مواد أخرى. في تلك الأقل استقرارًا ، تظهر التكافؤ 4 ، 5 ، 6. لكن مثل هذه المركبات أقل شيوعًا.
حديد ثنائي التكافؤ
عندما يتفاعل 2 حديد التكافؤ مع الماء ، يتم الحصول على أكسيد الحديد (2). هذا الاتصال أسود. يتفاعل بسهولة مع الهيدروكلوريك (تركيز منخفض) وأحماض النيتريك (عالية التركيز).
إذا تفاعل أكسيد الحديد ثنائي التكافؤ مع الهيدروجين (درجة الحرارة 350 درجة مئوية) أو الكربون (فحم الكوك) عند 1000 درجة ، فيتم استعادته إلى حالة نقية.
استخراج أكسيد الحديدوز من الحديد ثنائي التكافؤ بالطرق التالية:
- من خلال مزيج من أكسيد الحديدوز وأول أكسيد الكربون ؛
- عند تسخين Fe النقي ، بينما يكون ضغط الأكسجين منخفضًا ؛
- عند تحلل أكسالات الحديدوز في بيئة فراغ ؛
- عندما يتفاعل الحديد النقي مع أكاسيده تكون درجة الحرارة 900-1000 درجة مئوية.
أما بالنسبة للبيئة الطبيعية ، فإن أكسيد الحديديك ثنائي التكافؤ ، موجود مثل wuestite المعدني.
هناك طريقة أخرى لتحديد تكافؤ الحديد في المحلول - في هذه الحالة ، يكون لها فهرس 2. من الضروري إجراء تفاعلات مع الملح الأحمر (سداسي فرات البوتاسيوم) ومع القلويات. في الحالة الأولى ، لوحظ ترسب أزرق غامق - ملح معقد من 2-valent. فيالثاني - الحصول على راسب أخضر رمادي غامق - هيدروكسيد الحديد هو أيضًا 2-تكافؤ ، بينما هيدروكسيد الحديد 3-التكافؤ له لون بني غامق في المحلول.
الحديد ثلاثي التكافؤ
3-أكسيد الحديد التكافؤ بهيكل مسحوق ، لونه أحمر-بني. كما أن لها أسماء: أكسيد الحديد ، الحديد المينيوم ، صبغة حمراء ، تلوين طعام ، زعفران.
في الطبيعة تحدث هذه المادة على شكل معدن - الهيماتيت.
لم يعد أكسيد هذا الحديد يتفاعل مع الماء. لكنه يتحد مع الأحماض والقلويات.
أكسيد الحديد (3) يستخدم لتلوين المواد المستخدمة في البناء:
- طوب ؛
- اسمنت ؛
- منتجات سيراميك
- ملموس
- رصف البلاط ؛
- ارضيات (مشمع).
الحديد في جسم الانسان
كما أشرنا في بداية المقال فإن مادة الحديد عنصر مهم في جسم الإنسان.
عندما يكون هذا العنصر غير كافٍ ، فقد تحدث العواقب التالية:
- زيادة التعب و الحساسية للبرد
- بشرة جافة
- انخفاض نشاط المخ
- تدهور قوة صفيحة الظفر ؛
- دوار ؛
- مشاكل الهضم
- شيب و تساقط الشعر
يتراكم الحديد عادة في الطحال والكبد وكذلك الكلى والبنكرياس.
يجب أن يحتوي النظام الغذائي البشري على أطعمة تحتوي على الحديد:
- كبد بقر
- عصيدة الحنطة السوداء ؛
- فول سوداني ؛
- فستق
- البازلاء الخضراء المعلبة ؛
- فطر بورسيني مجفف ؛
- بيض الدجاج ؛
- سبانخ ؛
- قرانيا ؛
- تفاح ؛
- كمثرى ؛
- خوخ ؛
- بنجر
- مأكولات بحرية.
نقص الحديد في الدم يؤدي لانخفاض نسبة الهيموجلوبين وتطور مرض مثل فقر الدم بسبب نقص الحديد.
