Es difícil sobrestimar el papel del hierro para el cuerpo humano, porque contribuye a la "creación" de sangre, su contenido afecta el nivel de hemoglobina y mioglobina, el hierro normaliza el funcionamiento del sistema enzimático. Pero, ¿qué es este elemento en términos de química? ¿Cuál es la valencia del hierro? Esto se discutirá en este artículo.
Un poco de historia
La humanidad conocía este elemento químico e incluso poseía productos de él desde el siglo IV a. Estos fueron los pueblos del Antiguo Egipto y los sumerios. Fueron ellos quienes primero comenzaron a hacer joyas, armas de una aleación de hierro y níquel, que fueron encontradas durante excavaciones arqueológicas y cuidadosamente examinadas por químicos.
Un poco más tarde, las tribus de los arios que se mudaron a Asia aprendieron cómo extraer hierro sólido del mineral. ¡Era tan valioso para la gente de esa época que los productos estaban cubiertos de oro!
Características del hierro
El hierro (Fe) ocupa el cuarto lugar en cuanto a su contenido en las entrañas de la corteza terrestre. Ocupa un lugar en el 7º grupo del 4º período y tiene el número 26 enTabla química de los elementos de Mendeleiev. La valencia del hierro depende directamente de su posición en la tabla. Pero hablaremos de eso más adelante.
Este metal es más común en la naturaleza en forma de mineral, que se encuentra en el agua como mineral, así como en varios compuestos.
Las mayores reservas de mineral de hierro se encuentran en Rusia, Australia, Ucrania, Brasil, Estados Unidos, India, Canadá.
Propiedades físicas
Antes de pasar a la valencia del hierro, es necesario echar un vistazo más de cerca a sus propiedades físicas, por así decirlo, echarle un vistazo más de cerca.
Este metal tiene un color plateado, es bastante dúctil, pero es capaz de aumentar la dureza a través de su interacción con otros elementos (por ejemplo, con el carbono). También tiene propiedades magnéticas.
En un ambiente húmedo, el hierro puede corroerse, es decir, oxidarse. Aunque el metal absolutamente puro es más resistente a la humedad, si contiene impurezas, son ellas las que provocan la corrosión.
El hierro interactúa bien con ambientes ácidos, incluso puede formar sales de ácido férrico (siempre que sea un agente oxidante fuerte).
En el aire, se cubre rápidamente con una película de óxido que lo protege de las interacciones.
Propiedades químicas
Además, este elemento tiene una serie de propiedades químicas. El hierro, como el resto de elementos de la tabla periódica, tiene la carga del núcleo atómico, que corresponde al número de serie +26. Y alrededor del núcleo giran 26 electrones.
En general, si consideramos las propiedades del hierro, un elemento químico, entonces es un metal con una capacidad activa baja.
Al interactuar con agentes oxidantes más débiles, el hierro forma compuestos en los que es divalente (es decir, su estado de oxidación es +2). Y si con agentes oxidantes fuertes, entonces el estado de oxidación del hierro alcanza +3 (es decir, su valencia se vuelve igual a 3).
Al interactuar con elementos químicos que no son metales, el Fe actúa como agente reductor en relación con ellos, mientras que su estado de oxidación pasa a ser, además de +2 y +3, par +4, +5, +6. Dichos compuestos tienen propiedades oxidantes muy fuertes.
Como se mencionó anteriormente, el hierro en el aire está cubierto con una película de óxido. Y cuando se calienta, la velocidad de reacción aumenta y se puede formar óxido de hierro con valencia 2 (temperatura inferior a 570 grados Celsius) u óxido con valencia 3 (índice de temperatura superior a 570 grados).
La interacción del Fe con los halógenos conduce a la formación de sales. Los elementos flúor y cloro lo oxidan a +3. El bromo es de hasta +2 o +3 (todo depende de las condiciones para la implementación de una transformación química al interactuar con el hierro).
Al interactuar con el yodo, el elemento se oxida a +2.
Calentar hierro y azufre produce sulfuro de hierro con una valencia de 2.
Si derrite ferrum y lo combina con carbono, fósforo, silicio, boro, nitrógeno, obtiene compuestos llamados aleaciones.
El hierro es un metal,por lo tanto, también interactúa con los ácidos (esto también se discutió brevemente un poco más arriba). Por ejemplo, los ácidos sulfúrico y nítrico, que tienen una alta concentración, en un ambiente con baja temperatura, no afectan al hierro. Pero tan pronto como sube, ocurre una reacción, como resultado de lo cual el hierro se oxida a +3.
Cuanto mayor sea la concentración de ácido, mayor será la temperatura.
Calentando hierro bivalente en agua, obtenemos su óxido e hidrógeno.
Además, el Fe tiene la capacidad de desplazar metales que tienen actividad reducida de soluciones acuosas de sales. Al mismo tiempo, se oxida a +2.
Cuando la temperatura sube, el hierro restaura los metales de los óxidos.
Qué es la valencia
Ya en la sección anterior, se encontró un poco el concepto de valencia, así como el grado de oxidación. Es hora de considerar la valencia del hierro.
Pero primero debes entender qué tipo de propiedad de los elementos químicos es.
Las sustancias químicas son casi siempre constantes en su composición. Por ejemplo, en la fórmula del agua H2O - 1 átomo de oxígeno y 2 átomos de hidrógeno. Lo mismo ocurre con otros compuestos en los que intervienen dos elementos químicos, uno de los cuales es el hidrógeno: se pueden añadir de 1 a 4 átomos de hidrógeno a 1 átomo de un elemento químico. ¡Pero no al revés! Por lo tanto, está claro que el hidrógeno se une a sí mismo solo 1 átomo de otra sustancia. Y es este fenómeno el que se llama valencia: la capacidad de los átomos de un elemento químico para unirse a un elemento específico.el número de átomos de otros elementos.
Valor de valencia y fórmula gráfica
Hay elementos de la tabla periódica que tienen una valencia constante: estos son el oxígeno y el hidrógeno.
Y hay elementos químicos en los que cambia. Por ejemplo, el hierro es más a menudo 2 y 3 valente, azufre 2, 4, 6, carbono 2 y 4. Estos son elementos con valencia variable.
Además, al comprender qué es la valencia, puedes escribir correctamente la fórmula gráfica de los compuestos. Muestra la secuencia de conexión de los átomos en una molécula.
Además, conociendo la valencia de uno de los elementos del compuesto, puedes determinar la valencia del otro.
Valencia del hierro
Como se señaló, el hierro se refiere a elementos con valencia variable. Y puede fluctuar no solo entre 2 y 3, sino también llegar a 4, 5 e incluso 6.
Por supuesto, la química inorgánica estudia la valencia del hierro con más detalle. Consideremos brevemente este mecanismo al nivel de las partículas más simples.
El hierro es un elemento d, al que se le suman 31 elementos más de la tabla periódica (son 4-7 períodos). A medida que aumenta el número atómico, las propiedades de los elementos d adquieren ligeros cambios. El radio atómico de estas sustancias también aumenta lentamente. Tienen una valencia variable, que depende del hecho de que el subnivel de electrones d preexternos está incompleto.
Porque para el hierro, no solo los electrones c ubicados en la capa externa son de valencia, sino también los electrones 3d no apareados de la capa preexterna. Y, como consecuencia, la valencia de Fe en químicalos compuestos pueden ser iguales a 2, 3, 4, 5, 6. Básicamente, es igual a 2 y 3: estos son compuestos de hierro más estables con otras sustancias. En los menos estables, exhibe valencia 4, 5, 6. Pero estos compuestos son menos comunes.
Ferrum bivalente
Cuando el hierro de valencia 2 interactúa con el agua, se obtiene óxido de hierro (2). Esta conexión es negra. Reacciona bastante fácilmente con los ácidos clorhídrico (baja concentración) y nítrico (alta concentración).
Si dicho óxido de hierro bivalente interactúa con hidrógeno (temperatura de 350 grados Celsius) o carbono (coque) a 1000 grados, entonces se restaura a un estado puro.
Extraiga el óxido ferroso de hierro bivalente de las siguientes maneras:
- mediante la combinación de óxido ferroso con monóxido de carbono;
- cuando se calienta Fe puro, mientras que la presión de oxígeno es baja;
- al descomponer oxalato ferroso en un entorno de vacío;
- cuando el hierro puro interactúa con sus óxidos, la temperatura es de 900 a 1000 grados centígrados.
En cuanto al entorno natural, el óxido férrico es divalente, presente como el mineral wuestita.
Hay otra forma de determinar la valencia del hierro en una solución, en este caso, que tiene su índice 2. Es necesario llevar a cabo reacciones con sal roja (hexacianoferrato de potasio) y con álcali. En el primer caso, se observa un precipitado azul oscuro, una sal compleja de 2 valencia férrica. Enel segundo - obteniendo un precipitado verde grisáceo oscuro - el hidróxido de hierro también es bivalente, mientras que el hidróxido de hierro trivalente tiene un color marrón oscuro en solución.
Hierro trivalente
El óxido de hierro
3-valente tiene una estructura de polvo, cuyo color es marrón rojizo. También tiene los nombres: óxido de hierro, minio de hierro, pigmento rojo, colorante alimentario, azafrán.
En la naturaleza, esta sustancia se presenta en forma de un mineral, la hematita.
El óxido de dicho hierro ya no interactúa con el agua. Pero se combina con ácidos y álcalis.
El óxido de hierro (3) se utiliza para colorear los materiales utilizados en la construcción:
- ladrillos;
- cemento;
- productos cerámicos;
- hormigón;
- losas de pavimento;
- pisos (linóleo).
Hierro en el cuerpo humano
Como se señaló al principio del artículo, la sustancia hierro es un componente importante del cuerpo humano.
Cuando este elemento es insuficiente, pueden ocurrir las siguientes consecuencias:
- mayor fatiga y sensibilidad al frío;
- piel seca;
- disminución de la actividad cerebral;
- deterioro de la resistencia de la superficie de la uña;
- mareos;
- problemas de digestión;
- canas y caída del cabello.
El hierro se acumula, generalmente en el bazo y el hígado, así como en los riñones y el páncreas.
La dieta humana debe contener alimentos que contengan hierro:
- hígado de res;
- gachas de trigo sarraceno;
- cacahuetes;
- pistachos;
- guisantes verdes enlatados;
- hongos porcini secos;
- huevos de gallina;
- espinacas;
- cornejo;
- manzanas;
- peras;
- melocotones;
- remolachas;
- mariscos.
La f alta de hierro en la sangre provoca una disminución de la hemoglobina y el desarrollo de una enfermedad como la anemia ferropénica.
