stringtranslate.com

Железо(II)

Оксид железа(II) (оксид железа), FeO.
Тетрагидрат хлорида железа(II), FeCl 2 ·4H 2 O .

В химии железо (II) относится к элементу железу в степени окисления +2 . В ионных соединениях (солях) такой атом может встречаться в виде отдельного катиона (положительного иона), обозначаемого Fe 2+ .

Прилагательное «железо» или префикс «ферро » часто используются для обозначения таких соединений — например, «хлорид железа» для хлорида железа (II) , FeCl 2 . Прилагательное «железо» вместо этого используется для солей железа (III) , содержащих катион или Fe 3+ . Слово «железный» происходит от латинского слова «ferrum» , обозначающего железо.

Атомы железа(II) также могут встречаться в виде координационных комплексов , таких как полимерный дигидрат оксалата железа(II) , [Fe(C 2 O 4 )(H 2 O) 2 ] n или [Fe 2+ ][C 2 O2-4][H 2 O] 2 n ; и металлоорганические соединения , такие как нейтральная молекула ферроцен , Fe(C 2 H 5 ) 2 или [Fe 2+ ][C 5 H−5] 2 . Ион железа Fe+2 и его соли недолговечны и более склонны к окислению на воздухе и сразу же превращаются в железо Fe+3, которое, в свою очередь, более стабильно. Следовательно, при качественном анализе солей раствор ионов железа не рекомендуется хранить, а можно приготовить на месте.

Железо почти всегда встречается в степенях окисления 0 (как у металла), +2 или +3. Твердые соли железа(II) относительно стабильны на воздухе, но в присутствии воздуха и воды имеют тенденцию окисляться до солей железа(III), которые включают гидроксидные ( HO- ) или оксидные ( O2- ) анионы.

Железо(II) и жизнь

Всем известным формам жизни требуется железо. Многие белки живых существ содержат связанные ионы железа; это важный подкласс металлопротеинов . Примеры включают гемоглобин , ферредоксин и цитохромы .

Эти белки выполняют свои жизненно важные функции благодаря сравнительно легкому переключению атома железа между состояниями +2 и +3. Гемоглобин, например, переносит кислород в крови, связывая одну молекулу О 2 с атомом железа, образуя оксигемоглобин . При этом ядро ​​гемоглобина, состоящее из железа(II), теряет электрон и превращается в железо(III), а молекула кислорода превращается в супероксид - анион O.−2. [1]

Недостаток железа в рационе человека вызывает анемию . Животные и люди могут получать необходимое железо из продуктов, содержащих его в усвояемой форме, например из мяса. Другие организмы должны получать железо из окружающей среды. Однако железо имеет тенденцию образовывать крайне нерастворимые оксиды/гидроксиды железа(III) в аэробных кислородсодержащих средах, особенно в известковых почвах . Растения (кроме трав ) решают эту проблему, стимулируя рост вокруг своих корней определенных бактерий , которые восстанавливают железо(III) до растворимого железа(II). (Вместо этого бактерии и травы выделяют соединения, называемые сидерофорами , которые образуют растворимые комплексы с железом (III).) [2] [3] [4]

По той же причине железа очень мало в морской воде, и оно часто является ограничивающим фактором для роста микроскопических растений ( фитопланктона ), которые составляют основу морской пищевой сети. Этот факт был наглядно продемонстрирован экспериментом, в котором большая площадь поверхности океана была распылена растворимыми солями железа (II), в частности сульфатом железа (II) . Через несколько дней фитопланктон на обработанной территории расцвел до такой степени, что эффект был виден из космоса. Этот процесс удобрения был предложен как средство снижения содержания углекислого газа в атмосфере. [5]

Химическая активность Fe (II):

Ионная реакция:

Fe+2 + 2 OH- Fe(OH)2

Диаграмма Пурбе водного раствора железа

Железо(II) в растворе

Многие соли железа(II) растворимы в воде, например хлорид железа(II) FeCl 2 и сульфат железа(II) FeSO 4 . В отличие от своих аналогов железа(III), эти соли растворяются в чистой воде без значительного гидролиза и не влияя на pH [6].

При помещении металлического железа (степень окисления 0) в раствор соляной кислоты образуется хлорид железа(II) с выделением газообразного водорода по реакции

Fe 0 + 2 H + → Fe 2+ + H 2

Металлическое железо более электроположительно , чем медь , и поэтому вытесняет его из солей:

Fe 0 + Cu 2+ → Fe 2+ +Cu 0

Когда металлическое железо подвергается воздействию воздуха и воды, обычно оно превращается в ржавчину , смесь оксидов и оксидов-гидроксидов. Однако в некоторых средах металл образует смешанную соль железа (II) и железа (III) с гидроксидом и другими анионами, называемую зеленой ржавчиной .

Комплексы

Железо(II) представляет собой центр ad 6 , что означает, что атом имеет шесть «валентных» электронов в 3d-орбитальной оболочке. Таким образом, валентные орбитали 3d, 4s и 4p могут принимать не более 12 электронов от самых разных лигандов с образованием координационных комплексов и металлоорганических соединений. Примеры включают ферроцен и ион ферроцианида .

Рекомендации

  1. ^ Берг, Джереми Марк; Липпард, Стивен Дж. (1994). Основы бионеорганической химии . Саусалито, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN 0-935702-73-3.
  2. ^ Джоанна В. Вайс, Дэвид Эмерсон, Стефани М. Бэкер и Дж. Патрик Мегонигал (2003): «Подсчет Fe(II)-окисляющих и Fe(III)-восстанавливающих бактерий в корневой зоне водно-болотных растений: последствия для ризосферный цикл железа». Биогеохимия , том 64, выпуск 1, страницы 77–96. дои : 10.1023/A: 102495302
  3. ^ Х. Маршнер и В. Рёмхельд (1994): «Стратегии заводов по приобретению железа». Растение и почва , том 165, выпуск 2, страницы 261–274. дои : 10.1007/BF00008069
  4. ^ Таканори Кобаяши и Наоко К. Нисидзава (2012): «Поглощение, транслокация и регуляция железа у высших растений». Ежегодный обзор биологии растений , том 63, страницы 131–152. doi :10.1146/annurev-arplant-042811-105522
  5. ^ Бойд П.В., Уотсон А.Дж., Лоу К.С. и др. (октябрь 2000 г.). «Мезомасштабное цветение фитопланктона в полярном Южном океане, стимулируемое внесением удобрений железом». Природа . 407 (6805): 695–702. Бибкод : 2000Natur.407..695B. дои : 10.1038/35037500. PMID  11048709. S2CID  4368261.
  6. ^ Эрншоу, А.; Гринвуд, Нью-Йорк (1997). Химия элементов (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4.