Raua rolli inimkeha jaoks on raske üle hinnata, sest see aitab kaasa vere "tekkele", selle sisaldus mõjutab hemoglobiini ja müoglobiini taset, raud normaliseerib ensüümsüsteemi tööd. Aga mis see element keemias on? Mis on raua valentsus? Seda arutatakse selles artiklis.
Natuke ajalugu
Inimkond teadis sellest keemilisest elemendist ja omas sellest saadud tooteid isegi juba 4. sajandil eKr. Need olid Vana-Egiptuse ja sumerid. Just nemad hakkasid esmakordselt valmistama raua ja nikli sulamist ehteid, relvi, mis leiti arheoloogiliste väljakaevamiste käigus ja mida keemikud hoolik alt uurisid.
Veidi hiljem õppisid Aasiasse kolinud aarialaste hõimud, kuidas maagist tahket rauda ammutada. See oli tolle aja inimeste jaoks nii väärtuslik, et tooted olid kullaga kaetud!
Raua omadused
Raud (Fe) on oma sisalduse poolest maakoore soolestikus neljandal kohal. See on 4. perioodi 7. rühmas ja sellel on 26. Mendelejevi elementide keemiline tabel. Raua valentsus sõltub otseselt selle positsioonist tabelis. Aga sellest lähem alt hiljem.
See metall on looduses kõige levinum maagi kujul, mida leidub mineraalina vees, aga ka mitmesugustes ühendites.
Suurimad rauamaagi varud on Venemaal, Austraalias, Ukrainas, Brasiilias, USA-s, Indias, Kanadas.
Füüsikalised omadused
Enne raua valentsuse juurde asumist on vaja selle füüsikalisi omadusi nii-öelda lähem alt uurida.
Sellel metallil on hõbedane värv, see on üsna plastiline, kuid suudab teiste elementidega (näiteks süsinikuga) koosmõjul suurendada kõvadust. Sellel on ka magnetilised omadused.
Niiskes keskkonnas võib raud korrodeeruda, st roostetada. Kuigi absoluutselt puhas metall on niiskuse suhtes vastupidavam, siis kui see sisaldab lisandeid, kutsuvad need esile korrosiooni.
Raud interakteerub hästi happelise keskkonnaga, see võib moodustada isegi raudhappe sooli (kui see on tugev oksüdeerija).
Õhus kaetakse see kiiresti oksiidkilega, mis kaitseb seda vastasmõju eest.
Keemilised omadused
Samuti on sellel elemendil mitmeid keemilisi omadusi. Raual, nagu ka ülejäänud perioodilisustabeli elementidel, on aatomituuma laeng, mis vastab järjekorranumbrile +26. Ja ümber tuuma pöörleb 26 elektroni.
Üldiselt, kui arvestada raua – keemilise elemendi – omadusi, siis on tegemist madala aktiivvõimega metalliga.
Nõrgemate oksüdeerivate ainetega suheldes moodustab raud ühendeid, kus ta on kahevalentne (st oksüdatsiooniaste on +2). Ja kui tugevate oksüdeerivate ainetega, siis jõuab raua oksüdatsiooniaste +3-ni (st selle valents võrdub 3-ga).
Suheldes keemiliste elementidega, mis ei ole metallid, toimib Fe nende suhtes redutseerijana, samal ajal kui selle oksüdatsiooniaste muutub lisaks +2-le ja +3-le isegi +4, +5, +6. Sellistel ühenditel on väga tugevad oksüdeerivad omadused.
Nagu eespool märgitud, on õhus olev raud kaetud oksiidkilega. Kuumutamisel reaktsioonikiirus suureneb ja võib tekkida raudoksiid valentsiga 2 (temperatuur alla 570 kraadi Celsiuse järgi) või oksiid valentsiga 3 (temperatuuri indeks üle 570 kraadi).
Fe koostoime halogeenidega põhjustab soolade moodustumist. Elemendid fluor ja kloor oksüdeerivad selle +3-ni. Broom on kuni +2 või +3 (kõik sõltub rauaga suhtlemisel toimuva keemilise muundamise tingimustest).
Joodiga suheldes oksüdeerub element +2-ni.
Raua ja väävli kuumutamisel tekib raudsulfiid valentsiga 2.
Kui sulatate raua ja ühendate selle süsiniku, fosfori, räni, boori, lämmastikuga, saate ühendeid, mida nimetatakse sulamiteks.
Raud on metall,seetõttu suhtleb see ka hapetega (sellest oli ka põgus alt juttu veidi kõrgemal). Näiteks kõrge kontsentratsiooniga väävel- ja lämmastikhape madala temperatuuriga keskkonnas ei mõjuta rauda. Kuid niipea kui see tõuseb, toimub reaktsioon, mille tulemusena raud oksüdeerub +3-ni.
Mida kõrgem on happe kontsentratsioon, seda kõrgem on temperatuur.
Kuumutades 2-valentset rauda vees, saame selle oksiidi ja vesiniku.
Samuti on Fe võime soolade vesilahustest välja tõrjuda metalle, mille aktiivsus on vähenenud. Samal ajal oksüdeeritakse see +2.
Kui temperatuur tõuseb, taastab raud metallid oksiididest.
Mis on valents?
Juba eelmises lõigus puututi vähe kokku valentsi mõistega, aga ka oksüdatsiooniastmega. On aeg kaaluda raua valentsust.
Aga kõigepe alt peate mõistma, mis tüüpi keemiliste elementide omadus see on.
Keemiliste ainete koostis on peaaegu alati konstantne. Näiteks vee valemis H2O - 1 hapnikuaatom ja 2 vesinikuaatomit. Sama lugu on teiste ühenditega, milles osalevad kaks keemilist elementi, millest üks on vesinik: keemilise elemendi 1 aatomile võib lisada 1-4 vesinikuaatomit. Aga mitte vastupidi! Seetõttu on selge, et vesinik seob enda külge vaid 1 aatomi teisest ainest. Ja just seda nähtust nimetatakse valentsiks – keemilise elemendi aatomite võimeks siduda spetsiifilineteiste elementide aatomite arv.
Valentsi väärtus ja graafiline valem
Perioodilisuse tabeli elemente on konstantne valents – need on hapnik ja vesinik.
Ja on keemilisi elemente, milles see muutub. Näiteks raud on sagedamini 2 ja 3 valentne, väävel 2, 4, 6, süsinik 2 ja 4. Need on muutuva valentsiga elemendid.
Lisaks, kui mõistate, mis on valentsus, saate õigesti kirjutada ühendite graafilise valemi. See kuvab aatomite ühendusjärjestuse molekulis.
Samuti, teades ühendi ühe elemendi valentsust, saate määrata ka teise elemendi valentsi.
Rauavalentsus
Nagu märgitud, viitab raud muutuva valentsiga elementidele. Ja see võib kõikuda mitte ainult 2 ja 3 vahel, vaid ulatuda ka 4, 5 ja isegi 6ni.
Muidugi uurib anorgaaniline keemia raua valentsust üksikasjalikum alt. Vaatleme lühid alt seda mehhanismi kõige lihtsamate osakeste tasemel.
Raud on d-element, millele lisandub veel 31 perioodilisuse tabeli elementi (need on 4-7 perioodi). Aatomarvu suurenedes muutuvad d-elementide omadused kergelt. Aeglaselt suureneb ka nende ainete aatomiraadius. Neil on muutuv valents, mis sõltub asjaolust, et välise d-elektroni alamtase on mittetäielik.
Sest raua jaoks on valentsiks mitte ainult väliskihis asuvad c-elektronid, vaid ka väliskihi paaritud 3d-elektronid. Ja sellest tulenev alt Fe valentsus keemilises koostisesühendid võivad olla võrdsed 2, 3, 4, 5, 6. Põhimõtteliselt on see võrdne 2 ja 3 - need on stabiilsemad raua ühendid teiste ainetega. Vähem stabiilsetes on selle valents 4, 5, 6. Sellised ühendid on aga vähem levinud.
Kahevalentne ferrum
Kui kahevalentsne raud interakteerub veega, saadakse raudoksiid (2). See ühendus on must. Reageerib üsna kergesti vesinikkloriid- (madala kontsentratsiooniga) ja lämmastikhapetega (kõrge kontsentratsiooniga).
Kui selline 2-valentse raua oksiid interakteerub kas vesinikuga (temperatuur 350 kraadi Celsiuse järgi) või süsinikuga (koks) 1000 kraadi juures, siis taastatakse see puhas olek.
Ekstraheerige raudoksiid 2-valentsest rauast järgmistel viisidel:
- raudoksiidi ja süsinikmonooksiidi kombinatsiooni kaudu;
- kui puhast Fe kuumutatakse ja hapnikurõhk on madal;
- raudoksalaadi lagundamisel vaakumkeskkonnas;
- kui puhas raud interakteerub oma oksiididega, on temperatuur 900–1000 kraadi Celsiuse järgi.
Mis puudutab looduskeskkonda, siis raudoksiid on kahevalentne, esineb mineraalainena wuestiit.
Raua valentsi määramiseks lahuses on veel üks viis - antud juhul selle indeksiga 2. Reaktsioone on vaja läbi viia punase soola (kaaliumheksatsüanoferraat) ja leelisega. Esimesel juhul täheldatakse tumesinist sadet - 2-valentse raua komplekssoola. sisseteine - tumehallirohelise sademe saamine - raudhüdroksiid on samuti 2-valentne, samas kui 3-valentsel raudhüdroksiidil on lahuses tumepruun värvus.
Trivalentne raud
3-valentsel raudoksiidil on pulbriline struktuur, mille värvus on punakaspruun. Sellel on ka nimed: raudoksiid, raudmiinium, punane pigment, toiduvärv, krookus.
Looduses esineb see aine mineraali – hematiidi kujul.
Sellise raua oksiid ei suhtle enam veega. Kuid see ühineb hapete ja leelistega.
Raudoksiidi (3) kasutatakse ehituses kasutatavate materjalide värvimiseks:
- tellised;
- tsement;
- keraamikatooted;
- betoon;
- sillutisplaadid;
- põrandakate (linoleum).
Raud inimkehas
Nagu artikli alguses märgitud, on aine raud inimkeha oluline komponent.
Kui see element on ebapiisav, võivad ilmneda järgmised tagajärjed:
- suurenenud väsimus ja külmatundlikkus;
- kuiv nahk;
- aju aktiivsuse vähenemine;
- küünteplaadi tugevuse halvenemine;
- pearinglus;
- seedeprobleemid;
- hallid juuksed ja juuste väljalangemine.
Raud koguneb, tavaliselt põrnas ja maksas, samuti neerudes ja kõhunäärmes.
Inimese toit peaks sisaldama rauda sisaldavaid toite:
- veisemaks;
- tatrapuder;
- maapähklid;
- pistaatsiapähklid;
- konserveeritud rohelised herned;
- kuivatatud puravikud;
- kanamunad;
- spinat;
- koerapuu;
- õunad;
- pirnid;
- virsikud;
- peet;
- mereannid.
Rauapuudus veres põhjustab hemoglobiinisisalduse langust ja sellise haiguse, nagu rauavaegusaneemia, arengut.
