Обща характеристика на химичния елемент желязо. Физични и химични свойства на желязото

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Желязо- елемент от осмата група от четвъртия период на периодичната таблица на химичните елементи от Д. И. Менделеев.

И номерът на тома е 26. Символът е Fe (лат. „ferrum“). Един от най-често срещаните метали в земната кора (на второ място след алуминия).

Физични свойства на желязото

Желязото е сив метал. В чистата си форма е доста мек, ковък и вискозен. Електронната конфигурация на външното енергийно ниво е 3d 6 4s 2. В съединенията си желязото проявява степени на окисление „+2” и „+3”. Точката на топене на желязото е 1539C. Желязото образува две кристални модификации: α- и γ-желязо. Първият от тях има телецентрирана кубична решетка, вторият има лицецентрирана кубична решетка. α-Желязото е термодинамично стабилно в два температурни диапазона: под 912 и от 1394C до точката на топене. Между 912 и 1394C γ-желязото е стабилно.

Механичните свойства на желязото зависят от неговата чистота - съдържанието дори на много малки количества други елементи в него. Твърдото желязо има способността да разтваря много елементи в себе си.

Химични свойства на желязото

Във влажен въздух желязото бързо ръждясва, т.е. покрит с кафяво покритие от хидратиран железен оксид, който поради своята ронливост не предпазва желязото от по-нататъшно окисляване. Във вода желязото интензивно корозира; при обилен достъп до кислород се образуват хидратни форми на железен (III) оксид:

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.

При липса на кислород или труден достъп се образува смесен оксид (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

Желязото се разтваря в солна киселина с всякаква концентрация:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2.

Разтварянето в разредена сярна киселина става по подобен начин:

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

В концентрирани разтвори на сярна киселина желязото се окислява до желязо (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Въпреки това, в сярна киселина, чиято концентрация е близо до 100%, желязото става пасивно и практически не се получава взаимодействие. Желязото се разтваря в разредени и умерено концентрирани разтвори на азотна киселина:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

При високи концентрации на азотна киселина разтварянето се забавя и желязото става пасивно.

Подобно на други метали, желязото реагира с прости вещества. Реакциите между желязото и халогените (независимо от вида на халогена) възникват при нагряване. Взаимодействието на желязото с брома се осъществява при повишено налягане на парите на последния:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

Взаимодействието на желязото със сяра (прах), азот и фосфор също се случва при нагряване:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Желязото е способно да реагира с неметали като въглерод и силиций:

3Fe + C = Fe 3 C;

Сред реакциите на взаимодействие на желязо със сложни вещества, следните реакции играят специална роля - желязото е способно да редуцира метали, които са в серията активност вдясно от него от солни разтвори (1), редуциране на железни (III) съединения ( 2):

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

Желязото при повишено налягане реагира с несолеобразуващ оксид - CO, за да образува вещества със сложен състав - карбонили - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 и Fe 3 (CO) 12.

Желязото, при липса на примеси, е стабилно във вода и в разредени алкални разтвори.

Получаване на желязо

Основният метод за получаване на желязо е от желязна руда (хематит, магнетит) или електролиза на разтвори на неговите соли (в този случай се получава „чисто“ желязо, т.е. желязо без примеси).

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Желязната скала Fe 3 O 4 с тегло 10 g първо се третира със 150 ml разтвор на солна киселина (плътност 1,1 g/ml) с масова фракция на хлороводород 20%, след което към получения разтвор се добавя излишък от желязо. Определете състава на разтвора (в тегловни %).

Решение

Нека напишем уравненията на реакцията според условията на проблема:

8HCl + Fe 3 O 4 = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1);

2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 (2).

Познавайки плътността и обема на разтвор на солна киселина, можете да намерите неговата маса:

m зол (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl);

m зол (HCl) = 150×1,1 = 165 g.

Нека изчислим масата на хлороводорода:

m(HCl) = m зол (HCl) ×ω(HCl)/100%;

m(HCl) = 165×20%/100% = 33 g.

Моларна маса (маса на един мол) на солна киселина, изчислена с помощта на таблицата на химичните елементи от D.I. Менделеев – 36,5 g/mol. Нека намерим количеството хлороводород:

v(HCl) = m(HCl)/M(HCl);

v(HCl) = 33/36,5 = 0,904 mol.

Моларна маса (маса на един мол) мащаб, изчислена с помощта на таблицата на химичните елементи от D.I. Менделеев – 232 g/mol. Нека намерим количеството вещество от мащаба:

v(Fe3O4) = 10/232 = 0,043 mol.

Съгласно уравнение 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) = 1:8, следователно v(HCl) = 8 v(Fe 3 O 4) = 0,344 mol. Тогава количеството хлороводород, изчислено по уравнението (0,344 mol), ще бъде по-малко от това, посочено в задачата (0,904 mol). Следователно солната киселина е в излишък и ще настъпи друга реакция:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3).

Нека определим количеството вещество на железен хлорид, образувано в резултат на първата реакция (използваме индекси, за да обозначим конкретна реакция):

v1 (FeCl2):v(Fe2O3) = 1:1 = 0.043 mol;

v1 (FeCl3):v(Fe2O3) = 2:1;

v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol.

Нека определим количеството хлороводород, което не е реагирало в реакция 1 и количеството железен (II) хлорид, образуван по време на реакция 3:

v rem (HCl) = v(HCl) – v 1 (HCl) = 0,904 – 0,344 = 0,56 mol;

v 3 (FeCl 2): v rem (HCl) = 1:2;

v 3 (FeCl 2) = 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol.

Нека определим количеството вещество FeCl2, образувано по време на реакция 2, общото количество вещество FeCl2 и неговата маса:

v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0.086 mol;

v 2 (FeCl 2): v 2 (FeCl 3) = 3:2;

v 2 (FeCl 2) = 3/2 × v 2 (FeCl 3) = 0.129 mol;

v сума (FeCl 2) = v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 = 0,452 mol;

m(FeCl 2) = v сума (FeCl 2) × M(FeCl 2) = 0,452 × 127 = 57,404 g.

Нека определим количеството вещество и масата на желязото, което влезе в реакции 2 и 3:

v2 (Fe): v2 (FeCl3) = 1:2;

v 2 (Fe) = 1/2 × v 2 (FeCl 3) = 0,043 mol;

v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2;

v3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol;

v сума (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043+0,28 = 0,323 mol;

m(Fe) = v сума (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g.

Нека изчислим количеството вещество и масата на водорода, освободен в реакция 3:

v(H2) = 1/2×v rem (HCl) = 0.28 mol;

m(H 2) = v(H 2) × M(H 2) = 0,28 × 2 = 0,56 g.

Определяме масата на получения разтвор m’ sol и масовата част на FeCl 2 в него:

m’ sol = m sol (HCl) + m(Fe 3 O 4) + m(Fe) – m(H 2);

Желязо(лат. ferrum), fe, химичен елемент от група VIII на периодичната система на Менделеев; атомен номер 26, атомна маса 55.847; лъскав сребристо-бял метал. Елементът в природата се състои от четири стабилни изотопа: 54 fe (5,84%), 56 fe (91,68%), 57 fe (2,17%) и 58 fe (0,31%).

Историческа справка. Желязото е било известно още в праисторически времена, но е намерило широко приложение много по-късно, тъй като е изключително рядко в природата в свободно състояние и извличането му от руди става възможно само на определено ниво на технологично развитие. Това вероятно е първият път, когато човекът се запознава с метеоритното желязо, както се вижда от имената му на езиците на древните народи: древноегипетското „бени-пет“ означава „небесно желязо“; Старогръцкото sideros се свързва с латинското sidus (род. падеж sideris) – звезда, небесно тяло. В хетските текстове от 14 век. пр.н.е д. J. се споменава като метал, паднал от небето. Романските езици запазват корена на името, дадено от римляните (например френски fer, италиански ferro).

Методът за получаване на желязо от руди е изобретен в Западна Азия през 2-ро хилядолетие пр.н.е. д.; След това използването на желязо се разпространява във Вавилон, Египет и Гърция; за смяна Бронзова епохадойде Желязната ера.Омир (в 23-та песен на Илиада) казва, че Ахил награждава диск, направен от желязо, на победителя в състезание по хвърляне на диск. В Европа и Древна Рус в продължение на много векове жените са получавали процес на производство на сирене.Желязната руда се редуцира с дървени въглища в ковачница, построена в яма; Въздухът се нагнетява в ковачницата с мехове, продуктът на редукция - крицата - се отделя от шлаката чрез удари с чук и от него се коват различни продукти. С подобряването на методите на продухване и увеличаването на височината на огнището температурата на процеса се повишава и част от желязото се въглеродизира, т.е. излято желязо; този относително крехък продукт се счита за производствен отпадък. Оттук и името на чугуна „чугун“, „чугун“ - английско чугун. По-късно беше забелязано, че при зареждането на чугун, а не на желязна руда в ковачницата, също се получава нисковъглеродна желязна кора и такъв двуетапен процес се оказа по-изгоден от процеса на издухване на сирене. През 12-13в. методът на крещенето вече беше широко разпространен. През 14 век Чугунът започва да се топи не само като полупродукт за по-нататъшна обработка, но и като материал за леене на различни продукти. От същото време датира и преустройството на огнището в шахтова пещ (домница), а след това в доменна пещ. В средата на 18в. в Европа започва да се използва тигелният процес за получаване да стане, който е бил известен в Сирия през ранното средновековие, но впоследствие се оказва забравен. При този метод стоманата се произвежда чрез топене на метални заряди в малки съдове (тигли) от силно огнеупорна маса. През последната четвърт на 18в. Започва да се развива процесът на пудинг на превръщане на чугун в желязо на дъното на огнена реверберационна пещ. Индустриалната революция от 18-ти и началото на 19-ти век, изобретяването на парната машина и изграждането на железопътни линии, големи мостове и парен флот създадоха огромно търсене на желязо и неговите сплави. Всички съществуващи методи за производство на желязо обаче не могат да задоволят нуждите на пазара. Масовото производство на стомана започва едва в средата на 19 век, когато са разработени процесите на Бесемер, Томас и мартеновите процеси. През 20 век Процесът на топене в електрическа пещ възниква и става широко разпространен, произвеждайки висококачествена стомана.

Разпространение в природата. По отношение на съдържанието в литосферата (4,65% от масата) желязото е на второ място сред металите (алуминият е на първо място). Той мигрира енергично в земната кора, образувайки около 300 минерала (оксиди, сулфиди, силикати, карбонати, титанати, фосфати и др.). Желязото участва активно в магматични, хидротермални и супергенни процеси, които са свързани с образуването на различни видове негови находища. Желязото е метал от земните дълбини, натрупва се в ранните етапи на кристализация на магмата, в ултраосновни (9,85%) и основни (8,56%) скали (в гранитите е само 2,7%). В биосферата желязото се натрупва в много морски и континентални седименти, образувайки седиментни руди.

Важна роля в геохимията на желязото играят окислително-възстановителните реакции - преходът на 2-валентно желязо в 3-валентно желязо и обратно. В биосферата, в присъствието на органични вещества, fe 3+ се редуцира до fe 2+ и лесно мигрира, а когато се сблъска с атмосферния кислород, fe 2+ се окислява, образувайки натрупвания на хидроксиди на 3-валентно желязо 3-валентното желязо е червено, жълто, кафяво. Това определя цвета на много седиментни скали и името им - "червено оцветено образувание" (червени и кафяви глини и глини, жълти пясъци и др.).

Физични и химични свойства. Значението на желязото в съвременната технология се определя не само от широкото му разпространение в природата, но и от комбинация от много ценни свойства. Той е пластичен, лесно се кове както в студено, така и в нагрято състояние, може да се валцува, щампова и изтегля. Способността за разтваряне на въглерод и други елементи служи като основа за производството на различни железни сплави.

Течността може да съществува под формата на две кристални решетки: a - и g - центрирана кубична (bcc) и центрирана кубична (fcc). Под 910 °C a - fe с bcc решетка е стабилен (a = 2,86645 å при 20 °C). Между 910°C и 1400°C g-модификацията с fcc решетка е стабилна (a = 3,64 å). Над 1400°C отново се формира bcc d-fe решетката (a = 2,94 å), стабилна до температурата на топене (1539°C). a - fe е феромагнитен до 769°C (точка на Кюри). Модификациите g -fe и d -fe са парамагнитни.

Полиморфните трансформации на желязо и стомана при нагряване и охлаждане са открити през 1868 г. от D.K. Чернов. Въглеродните форми с J. твърди разтвориимплантации, при които С атоми, имащи малък атомен радиус (0,77 å), са разположени в междините на металната кристална решетка, състояща се от по-големи атоми (атомен радиус fe 1,26 å). Твърд разтвор на въглерод в g-fe се нарича. аустенит, и в (a -fe- ферит. Наситен твърд разтвор на въглерод в g - fe съдържа 2,0% тегловни С при 1130°С; a-fe разтваря само 0,02-0,04% С при 723°С и по-малко от 0,01% при стайна температура. Следователно, когато закаляванеобразува се аустенит мартензит -свръхнаситен твърд разтвор на въглерод в a - fe, много твърд и крехък. Комбинация от закаляване с ваканция(чрез нагряване до относително ниски температури за намаляване на вътрешните напрежения) прави възможно да се придаде необходимата комбинация от твърдост и пластичност на стоманата.

Физичните свойства на желязото зависят от неговата чистота. Индустриалните железни материали обикновено съдържат примеси от въглерод, азот, кислород, водород, сяра и фосфор. Дори при много ниски концентрации, тези примеси значително променят свойствата на метала. И така, сярата предизвиква т.нар. червена чупливост, фосфор (дори 10 -20% P) - студенина; въглеродът и азотът намаляват пластмаса, а водородът се увеличава крехкост G. (т.нар. водородна крехкост). Намаляване на съдържанието на примеси до 10 -7 - 10 -9% води до значителни промени в свойствата на метала, по-специално до увеличаване на пластичността.

Следните са физичните свойства на желязото, отнасящи се главно до метал с общо съдържание на примеси по-малко от 0,01% от теглото:

Атомен радиус 1,26 å

Йонни радиуси fe 2+ o.80 å, fe 3+ o.67 å

Плътност (20 o c) 7,874 g/cm3

t pl 1539°С

t кипоколо 3200 o C

Температурен коефициент на линейно разширение (20°C) 11,7·10 -6

Топлопроводимост (25°C) 74.04 вт/(м К)

Топлинният капацитет на течността зависи от нейната структура и се променя по сложен начин с температурата; среден специфичен топлинен капацитет (0-1000 o c) 640,57 j/(килограма·ДА СЕ) .

Електрическо съпротивление (20°C)

9,7·10 -8 ом м

Температурен коефициент на електрическо съпротивление

(0-100°C) 6,51·10 -3

Модул на Юнг 190-210 10 3 Mn/m. 2

(19-21 10 3 kgf/mm 2)

Температурен коефициент на модула на Юнг

Модул на срязване 84,0 10 3 Mn/m 2

Краткотрайна якост на опън

170-210 Mn/m 2

Удължение 45-55%

Твърдост по Бринел 350-450 Mn/m 2

Граница на провлачване 100 Mn/m 2

Якост на удар 300 Mn/m 2

Конфигурация на външната електронна обвивка на fe 3 атома д 6 4s 2 . Желязото проявява променлива валентност (най-стабилни са съединенията на 2- и 3-валентното желязо). С кислорода желязото образува feo оксид, fe 2 o 3 оксид и fe 3 o 4 оксид-оксид (съединение на feo с fe 2 o 3, което има структурата шпинели) . Във влажен въздух при нормални температури желязото се покрива с хлабава ръжда (fe 2 o 3 н h 2 o). Поради своята порьозност ръждата не пречи на достъпа на кислород и влага до метала и следователно не го предпазва от по-нататъшно окисление. В резултат на различни видове корозия, милиони тонове желязо се губят годишно, когато желязото се нагрява в сух въздух над 200°C, то се покрива с тънък оксиден филм, който предпазва метала от корозия при нормални температури; това е основата на техническия метод за защита на ж. посиняване.При нагряване във водна пара желязото се окислява до образуване на fe 3 o 4 (под 570°C) или feo (над 570°C) и освобождава водород.

Fe (oh) 2 хидроксидът се образува под формата на бяла утайка, когато разяждащи алкали или амоняк действат върху водни разтвори на fe 2 + соли в атмосфера на водород или азот. Когато влезе в контакт с въздуха, fe(oh)2 първо става зелен, след това става черен и накрая бързо се превръща в червено-кафяв хидроксид fe(oh)3. Feo оксидът проявява основни свойства. Fe 2 o 3 оксидът е амфотерен и има слабо изразена киселинна функция; реагирайки с по-основни оксиди (например mgo), образува ферити - съединения от типа fe 2 o 3 н meo, които имат феромагнитни свойства и се използват широко в радиоелектрониката. Киселинните свойства се изразяват и в шествалентно желязо, което съществува под формата на ферати, например k 2 feo 4, соли на желязна киселина, които не са изолирани в свободно състояние.

F. лесно реагира с халогени и халогениди на водорода, като дава соли, например хлориди fecl 2 и fecl 3. Когато течността се нагрява със сяра, се образуват сулфидите fes и fes 2. Карбиди Zh - fe 3 c ( цементит) и fe 2 c (е-карбид) - утайка от твърди разтвори на въглерод в течност при охлаждане. fe 3 c също се освобождава от разтвори на въглерод в течна течност при високи концентрации на азот. Азотът, подобно на въглерода, дава интерстициални твърди разтвори от течност; От тях се отделят нитриди fe 4 n и fe 2 n. С водорода желязото образува само нестабилни хидриди, чийто състав не е точно установен. При нагряване желязото реагира енергично със силиций и фосфор, образувайки силициди (например fe 3 si) и фосфиди (например fe 3 p).

Течните съединения с много елементи (O, s и др.), Които образуват кристална структура, имат променлив състав (например съдържанието на сяра в моносулфида може да варира от 50 до 53,3 ат.%). Това се дължи на дефекти в кристалната структура. Например, в железен оксид, някои от fe 2+ йони в местата на решетката са заменени с fe 3+ йони; за да се поддържа електрическа неутралност, някои места на решетката, които принадлежат на fe 2+ йони, остават празни и фазата (wüstite) при нормални условия има формулата fe 0,947 o.

Взаимодействието на Дж азотна киселина.Концентриран hno 3 (плътност 1,45 g/cm3) пасивира желязото поради появата на защитен оксиден филм върху повърхността му; по-разреден hno 3 разтваря течността с образуването на fe 2+ или fe 3+ йони, които се редуцират до mh 3 или n 2 o и n 2.

Разтворите на соли на двувалентно желязо във въздуха са нестабилни - fe 2+ постепенно се окислява до fe 3+. Водни разтвори на течни соли поради хидролизаимат киселинна реакция. Добавянето на fe 3+ тиоцианатни йони scn - към разтвори на соли дава ярък кървавочервен цвят поради появата на fe (scn) 3, което прави възможно да се открие наличието на 1 част fe 3+ в приблизително 10 6 части вода. J. се характеризира с образование комплексни съединения.

Получаване и приложение. Чистото желязо се получава в относително малки количества чрез електролиза на водни разтвори на неговите соли или чрез редукция на неговите оксиди с водород. Разработва се метод за директно производство на желязо от руди чрез електролиза на стопилка. Производството на достатъчно чисто желязо постепенно се увеличава чрез директното му редуциране от рудни концентрати с водород, природен газ или въглища при относително ниски температури.

Желязото е най-важният метал на съвременните технологии. В чистата си форма желязото практически не се използва поради ниската си якост, въпреки че в ежедневието продуктите от стомана или чугун често се наричат „желязо“. По-голямата част от желязото се използва под формата на сплави с много различни състави и свойства. Желязните сплави представляват приблизително 95% от всички метални продукти. Богатите на въглерод сплави (над 2% от теглото) - чугуни - се топят в доменни пещи от обогатени железни руди. Стомана от различни степени (съдържание на въглерод по-малко от 2% от теглото) се топи от чугун в открити и електрически пещи и конвертори чрез окисляване (изгаряне) на излишния въглерод, отстраняване на вредни примеси (главно s, P, O) и добавяне легиращи елементи. Високолегираните стомани (с високо съдържание на никел, хром, волфрам и други елементи) се топят в електродъгови и индукционни пещи. За производството на стомани и железни сплави за особено критични цели се използват нови процеси - вакуум, електрошлаково претопяване, плазмено и електронно-лъчево топене и др. Разработват се методи за топене на стомана в непрекъснато работещи агрегати, които осигуряват високо качество на метала и автоматизация на процеса.

На базата на желязото се създават материали, които могат да издържат на въздействието на високи и ниски температури, вакуум и високо налягане, агресивни среди, високи променливи напрежения, ядрена радиация и др. Производството на желязо и неговите сплави непрекъснато нараства. През 1971 г. в СССР са претопени 89,3 млн. бр. Tчугун и 121млн Tда стане.

Л. А. Шварцман, Л. В. Ванюкова.

Желязото като художествен материал се използва от древността в Египет (поставка за глава от гробницата на Тутанкамон близо до Тива, средата на 14 век пр. н. е., Ашмолов музей, Оксфорд), Месопотамия (кинжали, намерени близо до Каркемиш, 500 г. пр. н. е., Британски музей, Лондон) , Индия (желязна колона в Делхи, 415 г.). От Средновековието в европейските страни (Англия, Франция, Италия, Русия и др.) са запазени многобройни високохудожествени изделия от желязо и стомана - ковани огради, панти за врати, скоби за стени, ветропоказатели, рамки за сандъци и светлини. Кованите продукти от пръти и продуктите от експандирани метални листове (често с облицовка от слюда) се отличават с плоски форми, ясен линеен графичен силует и са ефективно видими на светъл ефирен фон. През 20 век Желязото се използва за производство на решетки, огради, ажурни вътрешни прегради, свещници и паметници.

Т.Л.

Желязото в организма. Желязото присъства в организмите на всички животни и растения (средно около 0,02%); необходим е главно за кислородния метаболизъм и окислителните процеси. Има организми (т.нар. концентратори), способни да го натрупват в големи количества (напр. железни бактерии -до 17-20% F.). Почти всички мазнини в животинските и растителни организми са свързани с протеини. Липсата на мазнини причинява забавяне на растежа и симптоми хлороза на растенията,свързани с намалено образование хлорофил.Излишното желязо също има вредно въздействие върху развитието на растенията, причинявайки например стерилитет на оризовите цветя и хлороза. В алкални почви се образуват железни съединения, които са недостъпни за усвояване от корените на растенията и растенията не го получават в достатъчни количества; в кисели почви желязото преминава в разтворими съединения в излишни количества. При недостиг или излишък на усвоими железни съединения в почвата могат да се появят болести по растенията на големи площи.

Фибрите постъпват в тялото на животните и хората с храната (най-богатите източници на тях са черен дроб, месо, яйца, бобови растения, хляб, зърнени храни, спанак и цвекло). Обикновено човек получава 60-110 с диета мгЙ., което значително надвишава дневната му нужда. Усвояването на оплождането, получено от храната, става в горната част на тънките черва, откъдето навлиза в кръвта във вид, свързан с протеини, и се пренася с кръвта до различни органи и тъкани, където се отлага под формата на оплождане. протеинов комплекс - феритин. Основното депо на мазнини в тялото е черният дроб и далакът. Благодарение на железния феритин се синтезират всички съдържащи желязо съединения на тялото: дихателният пигмент се синтезира в костния мозък хемоглобин,в мускулите - миоглобин,в различни тъкани цитохромии други ензими, съдържащи желязо. Мазнините се отделят от тялото главно през стената на дебелите черва (при човека има около 6-10 мгна ден) и в малка степен от бъбреците. Нуждата на тялото от мазнини се променя с възрастта и физическото състояние. За 1 кг тегло децата се нуждаят от - 0,6, възрастните - 0,1 и бременните жени - 0,3 мг J. на ден. При животните нуждата от мазнини е приблизително (на 1 килограмасухо вещество на диетата): за млечни крави - най-малко 50 мг,за млади животни - 30-50 мг,за прасенца - до 200 бр мг,за бременни прасета - 60 бр мг.

В. В. Ковалски.

В медицината лекарствени препарати от желязо (редуцирано желязо, железен лактат, железен глицерофосфат, двувалентен железен сулфат, Blo таблетки, разтвор на малат, ферамид, хемостимулин и др.) се използват при лечението на заболявания, придружени от дефицит на желязо в организма (. желязодефицитна анемия), както и като общоукрепващо средство (след инфекциозни заболявания и др.). Изотопите на желязото (52 fe, 55 fe и 59 fe) се използват като индикатори в биомедицинските изследвания и диагностика на кръвни заболявания (анемия, левкемия, полицитемия и др.).

Лит.:Обща металургия, М., 1967; Некрасов Б.В., Основи на общата химия, том 3, М., 1970 г.; Реми Г., Курс по неорганична химия, прев. от немски, т. 2, М., 1966; Кратка химическа енциклопедия, том 2, М., 1963; Левинсон Н. Р., [Изделия от цветни и черни метали], в книгата: Руско декоративно изкуство, том 1-3, М., 1962-65; Вернадски V.I., Биогеохимични есета. 1922-1932, М. - Л., 1940; Граник С., Метаболизъм на желязото при животни и растения, в сборника: Микроелементи, прев. от англ., М., 1962; Dixon M., Webb F., ензими, транс. от англ., М., 1966; neogi p., желязото в древна Индия, Калкута, 1914 г.; приятел j. н., желязото в древността, л., 1926; откровен e. б., стара френска железария, камб. (маса), 1950 г.; Листър Р., Декоративно ковано желязо във Великобритания, л., 1960 г.

изтегляне на резюме

Ползите от желязото за организма

Основната функция на желязото в организма се счита за образуването на хемоглобин. Това не е изненадващо, защото съдържа три четвърти от запасите от желязо. Но в други протеинови структури процентът на желязо е сравнително нисък - около 5%.

Защо е необходим хемоглобин? Протеин, съдържащ голямо количество желязо, свързва молекулите на кислорода, които чрез кръвта се транспортират до работещите тъкани и органи. Ето защо намаляването на количеството хемоглобин в кръвта веднага се отразява на общото благосъстояние и ефективност. Така че дори лека загуба на кръв е изпълнена с нарушения на тялото. При спортистите липсата на желязо може да наруши възстановяването след интензивна физическа активност.

Сред другите функции на желязото можем да изброим следните:

Енергийно попълване на мускулите. Най-евтиният източник на гориво за мускулите е кислородът. Благодарение на своята трансформация чрез поредица от химични реакции, мускулът получава енергия за свиване. Освен кислород се използват и други източници на енергия. Това са фосфати, съдържащи се в клетките - креатин фосфат и АТФ, както и мускулен и чернодробен гликоген. Техните резерви обаче са твърде малки, за да поддържат работа с продължителност над 1 минута. Креатин фосфатът е достатъчен за работа с продължителност до 10 секунди, АТФ – за 2-3 секунди. Колкото по-висока е концентрацията на хемоглобин в кръвта, толкова повече кислород той може да достави на работещите тъкани и органи. Но дефицитът на желязо може да причини мускулни спазми, които се влошават по време на периоди на почивка (сън, седене).
Енергийно попълване на мозъка. Мозъкът се нуждае от кислород точно както мускулите. Освен това дефицитът на желязо е изпълнен с развитието на болестта на Алцхаймер, деменция (придобита деменция) и други заболявания, причинени от нарушения на мозъчната активност.
Регулиране на телесната температура. Тази функция се изпълнява индиректно от желязото. Стабилността на концентрацията на желязо в кръвта определя адекватността на всички метаболитни процеси.
Укрепване на имунната система. Микроелементът е необходим за хемопоезата. В присъствието на желязо се образуват бели (лимфоцити) и червени (еритроцити) кръвни клетки. Първите отговарят за имунитета, а вторите снабдяват кръвта с кислород. Ако количеството желязо в организма е нормално, то е в състояние самостоятелно да устои на болести. Веднага след като концентрацията на желязо намалее, инфекциозните заболявания се усещат.
Развитие на плода. По време на бременност е важно да се консумира достатъчно желязо, тъй като част от него се изразходва по време на хематопоезата в плода. Но дефицитът на желязо увеличава риска от преждевременно раждане, провокира поднормено тегло при новороденото и нарушения в развитието.

Как желязото взаимодейства в тялото

Сама по себе си нормалната концентрация на желязо в организма не гарантира добро здраве, висок имунитет, липса на заболявания и работоспособност. Не по-малко важно е взаимодействието на този микроелемент с други вещества, тъй като функциите на някои могат да повлияят негативно на функциите на други.

Избягвайте комбинирането на желязо с:

витамин Е и фосфати: усвояването на желязото е нарушено;
Тетрациклин и флуорохинолони: процесът на абсорбция на последния се инхибира;
Калций: процесът на усвояване на желязото е нарушен;
мляко, кафе и чай - усвояването на желязото се влошава;
цинк и мед - процесът на абсорбция в червата е нарушен;
соев протеин – потиска се усвояването;
хром: желязото потиска усвояването му.

Но аскорбиновата киселина, сорбитолът, фруктозата и янтарната киселина подобряват усвояването на желязото от организма.

Тези нюанси трябва да се вземат предвид при приемането на лекарства, съдържащи желязо, тъй като вместо да подобрите благосъстоянието си, можете да получите обратния ефект.

Ролята на желязото във възникването и протичането на различни заболявания

Има много заболявания, при които консумацията на храни, богати на желязо, може да влоши ситуацията.

Хората с високи нива на желязо в тялото си са изложени на по-голям риск от инфекции, сърдечни заболявания и някои видове рак (особено мъжете).

Под формата на свободни радикали желязото провокира развитието на атеросклероза. Същото важи и за ревматоидния артрит. Използването на желязо при това заболяване провокира възпаление на ставите.

При индивидуална непоносимост към желязо, консумацията на определени храни предизвиква киселини, гадене, запек и диария.

По време на бременност излишъкът от желязо увеличава риска от развитие на патология на плацентата (увеличава се окисляването на свободните радикали, което води до смъртта на митохондриите - кислородните "депа" на клетките).

При патологични нарушения на абсорбцията на желязо се увеличава рискът от хемохроматоза - натрупване на желязо във вътрешните органи (черен дроб, сърце, панкреас).

Какви храни съдържат желязо?

Резервите от желязо се попълват чрез храни от животински и растителен произход. Първите съдържат “хемово” желязо, вторите – “нехемово”.

За усвояване на хема консумират продукти от животински произход - телешко, говеждо, свинско, заешко месо и вътрешности (черен дроб, бъбреци). За да получите предимствата на не-хем витамините, трябва да консумирате витамин С едновременно с храните, съдържащи желязо.

Рекордьорите по съдържание на желязо са следните продукти от растителен произход, mg Fe2+:

фъстъци – 200 г продукт съдържа 120;
соя – за 200 г продукт – 8,89;
картофи – на 200 г продукт – 8,3;
бял боб – на 200 г продукт – 6,93;
боб – на 200 г продукт – 6,61;
леща – за 200 г продукт – 6,59;
спанак – в 200 г продукт – 6,43;
цвекло (върхове) - на 200 g продукт - 5,4;
нахут – на 100 г продукт – 4,74;
Брюкселско зеле – на 200 г продукт – 3,2;
бяло зеле – на 200 г продукт – 2,2;
зелен грах – на 200 г продукт – 2.12.

Сред зърнените култури е по-добре да включите в диетата овесена каша и елда, пълнозърнесто брашно и пшенични кълнове. Билките включват мащерка, сусам (сусам). Много желязо има в сушените манатарки и лисички, кайсии, праскови, ябълки, сливи и дюли. А също и смокини, нар и сушени плодове.

Сред животинските продукти запасите от желязо се намират в говежди бъбреци и черен дроб, риба и яйца (жълтък). В месни продукти - телешко, свинско, заешко, пуешко. Морски дарове (миди, охлюви, стриди). Риба (скумрия, розова сьомга).

Усвояване на желязо

Интересното е, че при консумация на месни продукти желязото се усвоява с 40-50%, а при консумация на рибни продукти – с 10%. Рекордьорът по усвояване на желязо е черният дроб на животните.

От храните на растителна основа процентът на абсорбираното желязо е още по-малък. Човек усвоява до 7% от варива, 6 от ядки, 3 от плодове и яйца, 1 от варени зърнени храни.

съвет! Тялото има полза от диета, която съчетава продукти от растителен и животински произход. При добавяне на 50 г месо към зеленчуците усвояването на желязото се удвоява. При добавяне на 100 г риба - три пъти, при добавяне на плодове, съдържащи витамин С - пет пъти

Как да запазим желязото в храната и комбинацията му с други вещества

При готвене храните губят част от хранителните си вещества и желязото не е изключение. Желязото в животинските продукти е по-устойчиво на високи температури. При зеленчуците и плодовете всичко е по-сложно - част от желязото преминава във водата, в която се готви храната. Единственият изход е да се сведе до минимум термичната обработка на растителните продукти.

За да увеличите усвояването на желязо, яжте храни, съдържащи желязо, заедно с витамин С. Половин грейпфрут или портокал е достатъчен, за да може тялото да усвои три пъти повече от него. Единственото предупреждение е, че това правило важи само за продукти от растителен произход, съдържащи желязо.

Диетата изисква витамин А, липсата на който блокира способността на организма да използва резервите от желязо за образуване на червени кръвни клетки (червени кръвни клетки).

При липса на мед желязото губи своята „подвижност“, в резултат на което се нарушава процесът на транспортиране на полезни вещества от „складовете“ до клетките и органите. За да избегнете това, включете повече бобови растения в диетата си.

Комбинацията от желязо с витамини от група В: „производителността“ на последните е значително подобрена.

Но е по-добре да се консумират млечни храни и зърнени храни отделно от храни, съдържащи желязо, тъй като те блокират усвояването на микроелемента в червата.

Дневна нужда от желязо

до 6 месеца – 0,3;
7-11 месеца – 11;
до 3 години – 7;
до 13 години – 8–10.

Тийнейджъри:

от 14 до 18 години (момчета) – 11; момичета – 15.

Възрастни:

мъже – 8–10;
жени под 50 години – 15–18; над 50 години – 8–10, бременни – 25–27.

Защо дефицитът на желязо е опасен в организма?

Липсата на желязо в организма е опасна поради следните състояния:

остра анемия или анемия - намаляване на концентрацията на хемоглобин в кръвта, което също намалява броя на червените кръвни клетки и променя техния качествен състав. Резултатът от анемията е намаляване на дихателната функция на кръвта и развитие на кислороден глад на тъканите. Острата анемия може да се разпознае по бледа кожа и повишена умора. Слабостта, редовното главоболие и световъртеж са признаци на недостиг на желязо. Тахикардия (учестен пулс) и недостиг на въздух са предвестници на проблеми със сърцето и белите дробове;
умора и мускулна слабост;
прекомерно менструално кървене при жените.

Липсата на желязо в организма води до влошаване на кожата, чупливи нокти и косопад. Нарушението на паметта и повишената раздразнителност са признаци на недостиг на желязо. Намалената работоспособност и постоянната сънливост са предвестници на кислородния глад.

Недостигът на желязо може да бъде причинен от следните фактори:

повишена загуба на кръв. Основната причина за този сценарий може да е кръвопреливане на донор, прекомерно кървене при жените и увреждане на меките тъкани;
интензивна аеробна и аеробно-силова физическа активност (такива, които развиват издръжливост). По време на такива упражнения червените кръвни клетки трябва да пренасят кислород по-бързо, в резултат на което дневната консумация на хемоглобин може почти да се удвои;
активна умствена дейност. По време на творческа работа активно се консумират не само резервите от желязо, но и гликогенът, съхраняван в черния дроб и мускулите;
заболявания на стомашно-чревния тракт: гастрит с ниска киселинност, язва на дванадесетопръстника, цироза на черния дроб, автоимунни чревни заболявания провокират лоша абсорбция на желязо.

Как бързо да попълните дефицита на желязо

За да се компенсира недостигът на желязо в организма, диетолозите препоръчват да се консумират храни от растителен и животински произход. Първите са източник на така нареченото „нехемово“ желязо, тоест желязо, което не е част от хемоглобина. В такива продукти желязото обикновено се комбинира с витамин С.

Най-добрите начини за попълване на дефицита на желязо са нехем храни като бобови растения и зелени листни зеленчуци, както и пълнозърнести храни.

Продуктите „Хем“ съдържат желязо, което е част от хемоглобина. Най-големите запаси от хемоглобин са характерни за всички храни от животински произход, както и за морските дарове. За разлика от “non-heme” продуктите, “heme” продуктите попълват резервите от желязо по-бързо, тъй като тялото ги усвоява по-лесно.

съвет! Въпреки факта, че продуктите „хем“ се усвояват по-бързо от тялото, не трябва да се увличате твърде много от тях. За да попълните запасите от желязо, най-добре е да комбинирате растителни и животински храни, като зеленолистни зеленчуци и червени меса.

Важно е обаче да запомните тайните на готвенето, тъй като крайният процент на желязо в храната зависи от методите на готвене. Например пълнозърнестите храни губят около 75% от запасите си от желязо по време на обработката. Ето защо пълнозърнестото брашно практически няма ползи за организма. Приблизително същото се случва при готвене на храни от растителен произход чрез варене - част от желязото остава във водата. Ако готвите спанак за 3 минути, няма да останат повече от 10% от запасите ви желязо.

Ако искате да извлечете максимална полза от храните на растителна основа, опитайте се да избягвате дългото готвене и минимизирайте количеството вода. Идеалният метод за готвене е на пара.

С продуктите от животински произход всичко е много по-просто - желязото, което е част от хемоглобина, е силно устойчиво на термична обработка.

Какво трябва да знаете за излишното желязо в организма

Би било несправедливо да се приеме, че опасността за здравето се дължи единствено на дефицит на желязо. Неговият излишък също е изпълнен с неприятни симптоми. Поради прекомерното натрупване на желязо в организма, функционирането на много функционални системи е нарушено.

Причини за предозиране. Най-често причината за повишена концентрация на микроелемент е генетична недостатъчност, в резултат на което се увеличава абсорбцията на желязо от червата. По-рядко, големи количества кръвопреливане и неконтролирана употреба на лекарства, съдържащи желязо. Последното се случва, когато независимо увеличите дозата на лекарство, съдържащо желязо, когато пропуснете следващата доза.

Когато има излишно желязо в тялото, това обикновено се случва:

промени в пигментацията на кожата (симптомите често се бъркат с хепатит) - дланите и подмишниците пожълтяват, старите белези потъмняват. Склерата, небцето и езикът също придобиват жълтеникав оттенък;
сърдечният ритъм е нарушен, черният дроб се увеличава;
апетитът намалява, умората се увеличава, пристъпите на главоболие зачестяват;
функционирането на храносмилателните органи е нарушено - гадене и повръщане се редуват с диария, в областта на стомаха се появява болка;
имунитетът намалява;
увеличава се вероятността от развитие на инфекциозни и туморни патологии, например, рак на черния дроб и червата, както и развитието на ревматоиден артрит.

Препарати, съдържащи желязо

Препаратите с желязо включват лекарства, съдържащи соли и комплекси от микроелементни съединения, както и неговите комбинации с други минерали.

За да се избегнат патологични състояния и усложнения, лекарствата, съдържащи желязо, трябва да се приемат само според предписанието на лекар след серия от изследвания. В противен случай излишното желязо може да доведе до смущения в работата на сърцето, черния дроб, стомаха, червата и мозъка.

измийте с малко количество вода;
несъвместим с калциеви добавки, тетрациклин, левомицетин, както и антиациди (Almagel, Phosphalugel и др.);
приемани в стриктна дозировка. Ако по някаква причина следващата доза от лекарството е пропусната, следващата доза остава непроменена. Предозирането на желязо (300 милиграма на ден) може да бъде фатално;
Минималният курс е два месеца. През първия месец нивата на хемоглобина и червените кръвни клетки се нормализират. В бъдеще приемането на лекарства е насочено към попълване на резервите от желязо (запълване на „депото“). През втория месец дозата се намалява.

Трябва да се помни, че дори и да се вземат всички предпазни мерки, приемането на лекарства, съдържащи желязо, може да причини нежелани реакции като зачервяване на кожата, гадене, загуба на апетит, сънливост, главоболие, храносмилателни разстройства (запек, диария, чревни колики, киселини и оригване) , метален вкус в устата. В някои случаи зъбите могат да потъмнеят (устната кухина съдържа сероводород, който при взаимодействие с желязото се превръща в железен сулфид).

съвет! За да избегнете потъмняването на зъбите (особено важно при кариес), устата трябва да се изплакне веднага след приема на препарати, съдържащи желязо. Ако лекарството се предлага в течна лекарствена форма, най-добре е да го приемате през сламка. Ако се появи някой от тези симптоми, лекарството трябва да се спре незабавно

По-долу е даден преглед на продуктите, съдържащи желязо.

Сред най-често предписваните железни препарати са Conferon, Feracryl, Ferrum lek, Gemostimulin. Техните предимства са най-точната дозировка и минимални странични ефекти.

Дозировката на лекарството се изчислява индивидуално - 2 mg на 1 kg телесно тегло на пациента (но не повече от 250 mg на ден). За по-добра абсорбция лекарствата се приемат с храна, с малко количество течност.

Положителните промени (увеличаване на броя на ретикулоцитите) се диагностицират в рамките на една седмица след началото на приема на лекарството. След още две до три седмици концентрацията на хемоглобина се повишава.

Лекарство	Форма за освобождаване	Съединение
Хемоферпролонгатум	Филмирани таблетки с тегло 325 mg	Железен сулфат, в една таблетка – 105 mg Fe2+
Тардиферон	Таблетки с продължително действие	Мукопротеоза и аскорбинова киселина, в една таблетка – 80 mg Fe2+
Фероглюконат и Феронал	Таблетки 300 мг	Железен глюконат, на таблетка – 35 mg Fe2+
Фероградумет	Филмирани таблетки	Железен сулфат плюс пластмасова матрица – градумет, в една таблетка – 105 mg Fe2+
Хеферол	350 mg капсули	Фумарова киселина, една таблетка – 100 mg Fe2+
актиферин	Капсули, орални капки, сироп	Железен сулфат, D, L-серин (капсули и перорални капки) и железен сулфат, D, L-серин, глюкоза, фруктоза, калиев сорбат (сироп). В 1 капсула и 1 ml сироп - 38,2 mg Fe2+, в 1 ml капки, в 1 ml сироп - и 34,2 mg Fe2+
Gemsineral-TD	Капсули	Микрогранули железен фумарат, фолиева киселина, цианокобаламин. Една капсула – 67 mg Fe2+
Гино-тардиферон	Хапчета	Железен сулфат, фолиева и аскорбинова киселини, мукопротеоза. Една таблетка съдържа 80 mg Fe2+
Глобирон	Желатинови капсули 300 мг	Железен фумарат, витамини В6, В12, фолиева киселина, натриев докузат. Една капсула – 100 mg Fe2+
Ранферон-12	300 mg капсули	Железен фумарат, аскорбинова и фолиева киселини, цианокобаламин, цинков сулфат, железен амониев цитрат. Една капсула – 100 mg Fe2+
Sorbiferdurules	Филмирани таблетки с удължено освобождаване на железни йони	Железен сулфат, аскорбинова киселина, матрица (дурули). Една таблетка съдържа 100 mg Fe2+
Тотема	Перорален разтвор в ампули от 10 ml	Железен глюконат, манган, мед, както и бензоат, натриев цитрат и захароза. Една ампула – 50 mg Fe2+
Хеферол	350 mg капсули	Фумарова киселина. Една капсула – 100 mg Fe2+
Фенюлс	Капсули	Железен сулфат, фолиева и аскорбинова киселини, тиамин. А също рибофлавин, цианокобаламин, пиридоксин, фруктоза, цистеин, калциев пантотенат, мая. Една капсула – 45 mg Fe2+

Противопоказания за приемане на лекарства, съдържащи желязо

апластична и/или хемолитична анемия;

приемане на лекарства от групата на тетрациклините или антиацидите;

хронично възпаление на бъбреците и черния дроб;

консумация на храни с високо съдържание на калций, фибри и кофеин;

приемане на лекарства, които намаляват киселинността на стомашния сок; антибиотици и тетрациклинови лекарства (тези групи лекарства намаляват абсорбцията на желязо в червата).

Условни противопоказания:

язвен колит;

пептична язва на стомаха и/или дванадесетопръстника;

ентерит с различна етиология.

Инжекциите с желязо и техните характеристики са описани по-долу. В допълнение към капсулите и таблетките, съдържащи желязо, се предписват инжекции. Използването им е необходимо, когато:

хронични патологии на храносмилателната система, придружени от намалена абсорбция на желязо. Диагнози: панкреатит (възпаление на панкреаса), синдром на малабсорбция, целиакия, ентерит;
улцерозен колит с неспецифичен характер;
непоносимост към железни соли или свръхчувствителност с алергични прояви;
пептична язва на стомаха и дванадесетопръстника по време на периоди на обостряне;
постоперативен период след отстраняване на част от стомаха или тънките черва.

Предимството на инжекциите е бързото и максимално насищане с желязо в сравнение с други форми на освобождаване на лекарството.

важно! При приемане на таблетки и капсули максималната доза не трябва да надвишава 20-50 mg (летален изход е възможен при прием на 300 mg желязо). При инжектиране максималната доза се счита за 100 mg желязо.

Странични ефекти при инжектиране на желязо: уплътняване (инфилтрати) на тъканта на мястото на приложение на лекарството, флебит, абсцеси, алергична реакция (в най-лошия случай незабавно се развива анафилактичен шок), синдром на дисеминирана интраваскуларна коагулация, предозиране на желязо.

Видовете лекарства са показани в таблицата

Лекарство	Форма за освобождаване	Съединение
Ferrum Lek (интрамускулно)	Ампули 2 мл	Железен хидроксид и декстран. Една ампула – 100 mg Fe2+
Венофер (интравенозно)	Ампули 5 мл	Комплекси от железен хидроксид и захароза. Една ампула – 100 mg Fe2+
Ферковен (интравенозно)	Ампули 1 мл	Железен захарат, въглехидратен разтвор и кобалтов глюконат. Една ампула – 100 mg Fe2+
Jectofer (интрамускулно)	Ампули 2 мл	Комплекс желязо-сорбитол-лимонена киселина
Ферлецит (разтвор – мускулно, ампули – венозно)	Инжекционен разтвор в ампули от 1 и 5 ml	Железен глюконатен комплекс
Фербитол (мускулно)	Ампули 1 мл	Комплекс от железен сорбитол

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Желязо- двадесет и шестият елемент на периодичната система. Обозначение - Fe от латинското "ferrum". Намира се в четвърти период, VIIIБ група. Отнася се за метали. Ядреният заряд е 26.

Желязото е най-разпространеният метал на земното кълбо след алуминия: съставлява 4% (тегл.) от земната кора. Желязото се намира под формата на различни съединения: оксиди, сулфиди, силикати. Желязото се намира в свободно състояние само в метеорити.

Най-важните железни руди включват магнитна желязна руда Fe 3 O 4 , червена желязна руда Fe 2 O 3 , кафява желязна руда 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O и шпатова желязна руда FeCO 3 .

Желязото е сребрист (фиг. 1) пластичен метал. Поддава се добре на коване, валцуване и други видове машинна обработка. Механичните свойства на желязото силно зависят от неговата чистота - от съдържанието дори на много малки количества други елементи в него.

Ориз. 1. Желязо. Външен вид.

Атомна и молекулна маса на желязото

Относително молекулно тегло на веществото(M r) е число, показващо колко пъти масата на дадена молекула е по-голяма от 1/12 масата на въглероден атом и относителна атомна маса на даден елемент(A r) - колко пъти средната маса на атомите на химичен елемент е по-голяма от 1/12 от масата на въглероден атом.

Тъй като в свободно състояние желязото съществува под формата на моноатомни Fe молекули, стойностите на неговите атомни и молекулни маси съвпадат. Те са равни на 55,847.

Алотропия и алотропни модификации на желязото

Желязото образува две кристални модификации: α-желязо и γ-желязо. Първият от тях има телецентрирана кубична решетка, вторият има лицецентрирана кубична решетка. α-Желязото е термодинамично стабилно в два температурни диапазона: под 912 o C и от 1394 o C до точката на топене. Точката на топене на желязото е 1539 ± 5 o C. Между 912 o C и от 1394 o C γ-желязото е стабилно.

Температурните диапазони на стабилност на α- и γ-желязото се определят от естеството на промяната на енергията на Гибс на двете модификации с температурни промени. При температури под 912 o C и над 1394 o C енергията на Гибс на α-желязото е по-малка от енергията на Гибс на γ-желязото, а в интервала 912 - 1394 o C е по-голяма.

Изотопи на желязото

Известно е, че в природата желязото се среща под формата на четири стабилни изотопа 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe и 57 Fe. Техните масови числа са съответно 54, 56, 57 и 58. Ядрото на атома на желязния изотоп 54 Fe съдържа двадесет и шест протона и двадесет и осем неутрона, а останалите изотопи се различават от него само по броя на неутроните.

Съществуват изкуствени изотопи на желязото с масови числа от 45 до 72, както и 6 изомерни състояния на ядрата. Най-дълготрайният сред горните изотопи е 60 Fe с период на полуразпад от 2,6 милиона години.

Железни йони

Електронната формула, демонстрираща орбиталното разпределение на железните електрони, е следната:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .

В резултат на химично взаимодействие желязото отдава своите валентни електрони, т.е. е техен донор и се превръща в положително зареден йон:

Fe 0 -2e → Fe 2+ ;

Fe 0 -3e → Fe 3+ .

Молекула и атом на желязото

В свободно състояние желязото съществува под формата на моноатомни Fe молекули. Ето някои свойства, характеризиращи атома и молекулата на желязото:

Желязни сплави

До 19-ти век железните сплави са били известни главно със своите сплави с въглерод, наречени стомана и чугун. По-късно обаче бяха създадени нови сплави на основата на желязо, съдържащи хром, никел и други елементи. Понастоящем железните сплави се разделят на въглеродни стомани, чугуни, легирани стомани и стомани със специални свойства.

В технологията железните сплави обикновено се наричат черни метали, а производството им - черна металургия.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Упражнение

Елементният състав на веществото е следният: масовата част на желязния елемент е 0,7241 (или 72,41%), масовата част на кислорода е 0,2759 (или 27,59%). Изведете химичната формула.

Решение

Масовата част на елемент X в молекула със състав NX се изчислява по следната формула:

ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Нека обозначим броя на железните атоми в молекулата с "x", броя на кислородните атоми с "y".

Нека намерим съответните относителни атомни маси на елементите желязо и кислород (ще закръглим стойностите на относителните атомни маси, взети от периодичната таблица на Д. И. Менделеев, до цели числа).

Ar(Fe) = 56; Ar(O) = 16.

Разделяме процентното съдържание на елементите на съответните относителни атомни маси. Така ще намерим връзката между броя на атомите в молекулата на съединението:

x:y= ω(Fe)/Ar(Fe) : ω(O)/Ar(O);

x:y = 72,41/56: 27,59/16;

x:y = 1,29:1,84.

Нека приемем най-малкото число като едно (т.е. да разделим всички числа на най-малкото число 1,29):

1,29/1,29: 1,84/1,29;

Следователно най-простата формула за комбинацията от желязо и кислород е Fe 2 O 3.

Отговор

Fe2O3

Чистото желязо се получава по различни методи. Най-важният метод е термичното разлагане на железния пентакарбонил (виж § 193) и електролизата на водни разтвори на неговите соли.

Във влажен въздух желязото бързо ръждясва, тоест се покрива с кафяво покритие от хидратиран железен оксид, който поради своята ронливост не предпазва желязото от по-нататъшно окисляване. Във вода желязото интензивно корозира; при обилен достъп до кислород се образуват хидратни форми на железен (III) оксид:

Когато има недостиг на кислород или когато достъпът му е труден, се образува смесен оксид Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3):

Желязото се разтваря в солна киселина с всякаква концентрация:

Разтварянето в разредена сярна киселина става по подобен начин:

В концентрирани разтвори на сярна киселина желязото се окислява до желязо (III):

Въпреки това, в сярна киселина, чиято концентрация е близо до 100%, желязото става пасивно и практически не се получава взаимодействие.

Желязото се разтваря в разредени и умерено концентрирани разтвори на азотна киселина:

При високи концентрации на HNO 3 разтварянето се забавя и желязото става пасивно.

Желязото се характеризира с две серии от съединения: съединения на желязо(II) и съединения на желязо(III). Първият съответства на железен (II) оксид или железен оксид, FeO, вторият - на железен (III) оксид или железен оксид, Fe 2 O 3.

Освен това са известни соли на желязна киселина H 2 FeO 4, в които степента на окисление на желязото е +6.

Съединения на желязото(II).

Желязните (II) соли се образуват, когато желязото се разтвори в разредени киселини, различни от азотна киселина. Най-важният от тях е железен (II) сулфат или железен сулфат, FeSO 4 · 7H 2 O, който образува светлозелени кристали, които са силно разтворими във вода. Във въздуха железният сулфат постепенно ерозира и в същото време се окислява от повърхността, превръщайки се в жълто-кафява основна желязна (III) сол.

Железен (II) сулфат се получава чрез разтваряне на стоманени отпадъци в 20-30% сярна киселина:

Железният (II) сулфат се използва за борба с вредителите по растенията, при производството на мастила и минерални бои и при боядисване на текстил.

При нагряване на железен сулфат се отделя вода и се получава бяла маса от безводна сол FeSO 4. При температури над 480°C, безводната сол се разлага до освобождаване на серен диоксид и серен триоксид; последният във влажен въздух образува тежки бели пари на сярна киселина:

Когато разтвор на желязна (II) сол реагира с алкали, се утаява бяла утайка от железен (II) хидроксид Fe (OH) 2, който във въздуха поради окисляване бързо придобива зеленикав и след това кафяв цвят, превръщайки се в желязо (III) хидроксид.

Безводен железен(II) оксид FeO може да се получи под формата на черен, лесно окисляващ се прах чрез редукция на железен(III) оксид с въглероден(II) оксид при 500°C:

Карбонатите на алкални метали утаяват бял железен (II) карбонат FeCO 3 от разтвори на железни (II) соли. Когато е изложен на вода, съдържаща CO 2 , железният карбонат, подобно на калциевия карбонат, частично се трансформира в по-разтворимата кисела сол Fe(HCO 3) 2 . Желязото се намира под формата на тази сол в естествените железни води.

Солите на желязо (II) могат лесно да се превърнат в соли на желязо (III) чрез действието на различни окислители - азотна киселина, калиев перманганат, хлор, например:

Поради способността си да се окисляват лесно, солите на желязо(II) често се използват като редуциращи агенти.

Съединения на желязото (III).

Железен (III) хлорид FeCl3 е тъмнокафяв кристал със зеленикав оттенък. Това вещество е силно хигроскопично; абсорбирайки влагата от въздуха, тя се превръща в кристални хидрати, съдържащи различни количества вода и разпространяващи се във въздуха. В това състояние железният (III) хлорид има кафяво-оранжев цвят. В разреден разтвор FeCl3 хидролизира до основни соли. В пара железният (III) хлорид има структура, подобна на тази на алуминиевия хлорид (стр. 615) и съответства на формулата Fe 2 Cl 6; забележимата дисоциация на Fe 2 Cl 6 в FeCl 3 молекули започва при температури около 500°C.

Железният (III) хлорид се използва като коагулант при пречистване на вода, като катализатор при синтеза на органични вещества и в текстилната промишленост.

Железен (III) сулфат Fe 2 (SO 4) 3 - много хигроскопични, бели кристали, които дифундират във въздуха. Образува кристален хидрат Fe 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O (жълти кристали). Във водни разтвори железният (III) сулфат е силно хидролизиран. С алкални метали и амониеви сулфати образува двойни соли - стипца, например фериамониева стипца (NH 4) Fe (SO 4) 2 · 12H 2 O - светло лилави кристали, които са силно разтворими във вода. При нагряване над 500°C железният (III) сулфат се разлага съгласно уравнението:

Железният (III) сулфат се използва, подобно на FeCl3, като коагулант при пречистване на вода, както и за ецване на метали. Разтвор на Fe 2 (SO 4 ) 3 е способен да разтваря Cu 2 S и CuS до образуване на меден (II) сулфат; това се използва в хидрометалургичното производство на мед.

Когато алкалите действат върху разтвори на железни (III) соли, се утаява червено-кафяв железен (III) хидроксид Fe (OH) 3, неразтворим в излишък от алкали.

Железният (III) хидроксид е по-слаба основа от железния (II) хидроксид; това се изразява във факта, че солите на желязото (III) са силно хидролизирани и със слаби киселини (например въглеродна, сероводород) Fe (OH) 3 соли не се образуват. Хидролизата също обяснява цвета на разтворите на железни (III) соли: въпреки факта, че Fe 3+ е почти безцветен, разтворите, които го съдържат, са оцветени в жълто-кафяво, което се обяснява с наличието на железни хидроксойони или Fe (OH) 3 молекули, които се образуват в резултат на хидролиза:

При нагряване цветът потъмнява, а при добавяне на киселини става по-светъл поради потискане на хидролизата.

Когато се калцинира, железният (III) хидроксид, губейки вода, се превръща в железен (III) оксид или железен оксид, Fe 2 O 3. Железният (III) оксид се среща естествено под формата на червена желязна руда и се използва като кафява боя - червено олово или мумия.

Характерна реакция, която отличава солите на желязото (III) от солите на желязото (II), е ефектът на калиевия тиоцианат KSCN или амониевия тиоцианат NH 4 SCN върху железните соли. Разтворът на калиев тиоцианат съдържа безцветни SCN - йони, които се свързват с Fe(III) йони, образувайки кървавочервен, слабо дисоцииран железен(III) тиоцианат Fe(SCN) 3 . При взаимодействие с тиоцианатни йони на желязо (II) разтворът остава безцветен.

Железни цианидни съединения. Когато разтвори на соли на желязо (II) са изложени на разтворими цианиди, например калиев цианид, се получава бяла утайка от железен (II) цианид:

В излишък от калиев цианид утайката се разтваря поради образуването на комплексната сол K4 на калиев хексацианоферат (II)

Калиевият хексацианоферат(II) K 4 ·3H 2 O кристализира под формата на големи светложълти призми. Тази сол се нарича още жълта кръвна сол. Когато се разтвори във вода, солта се дисоциира на калиеви йони и изключително стабилни комплексни 4- йони. На практика такъв разтвор изобщо не съдържа Fe 2+ йони и не дава реакции, характерни за желязото(II).

Калиевият хексацианоферат (II) служи като чувствителен реагент за железни (III) йони, тъй като 4- йони, взаимодействащи с Fe 3+ йони, образуват водонеразтворима сол на железен (III) хексацианоферат (III) Fe 4 3 с характеристика син цвят; Тази сол се нарича пруско синьо:

Като боя се използва пруско синьо.

Когато хлорът или бромът действат върху разтвор на жълта кръвна сол, неговият анион се окислява, превръщайки се в 3-

Солта K3, съответстваща на този анион, се нарича калиев хексацианоферат (III) или червена кръвна сол. Образува червени безводни кристали.

Ако приложите калиев хексацианоферат (III) към разтвор на желязна (II) сол, получавате утайка от хексацианоферат (III), желязо (I) (синьо на Turnboole), което изглежда много подобно на пруското синьо, но има различен състав :

С железни (III) соли К 3 образува зеленикаво-кафяв разтвор.

В повечето други комплексни съединения, както и в разглежданите цианоферати, координационното число на желязото(II) и желязото(III) е шест.

Ферити. Когато железният (III) оксид се слее с натриеви или калиеви карбонати, се образуват ферити - соли на желязна киселина HFeO 2, които не се получават в свободно състояние, например натриев ферит NaFeO 2:

Когато сплавта се разтваря във вода, се получава червено-виолетов разтвор, от който може да се утаи водонеразтворимият бариев ферат BaFeO 4 чрез действието на бариев хлорид.

Всички ферати са много силни окислители (по-силни от перманганатите). Желязна киселина H 2 FeO 4, съответстваща на ферати и нейният анхидрид FeO 3 в свободно състояние не са получени.

Железни карбонили. Желязото образува летливи съединения с въглероден окис, наречени железни карбонили. Желязният пентакарбонил Fe(CO) 5 е бледожълта течност, кипяща при 105°C, неразтворима във вода, но разтворима в много органични разтворители. Fe(CO) 5 се получава чрез преминаване на CO върху железен прах при 150-200°C и налягане 10 MPa. Примесите, съдържащи се в желязото, не реагират с CO, което води до много чист продукт. При нагряване във вакуум железният пентакарбонил се разлага на желязо и CO; това се използва за производство на прахообразно желязо с висока чистота - карбонилно желязо (виж § 193).

Естеството на химичните връзки в молекулата Fe(CO) 5 е разгледано на страница 430.

<<< Назад

Напред >>>