Черные

The element iron in its +2 oxidation state

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

В химии железо (II) относится к элементу железу в степени окисления +2 . Прилагательное железо или префикс ферро- часто используются для обозначения таких соединений, как в хлориде железа для хлорида железа (II) ( FeCl ₂ ). Прилагательное « железо» вместо этого используется для обозначения солей железа(III) , содержащих катион Fe ³⁺ . Слово « железо» происходит от латинского слова «ferrum» , что означает «железо».

В ионных соединениях (солях) такой атом может встречаться в виде отдельного катиона (положительного иона), сокращенно Fe ²⁺ , хотя более точные описания включают и другие лиганды, такие как вода и галогениды. Центры железа (III) встречаются в координационных комплексах , например, в анионном ферроцианиде [Fe(CN) ₆ ] ^4- , где шесть цианидных лигандов связаны с металлическим центром; или в металлоорганических соединениях , таких как ферроцен [Fe(C ₂ H ₅ ) ₂ ] , где два циклопентадиенильных аниона связаны с центром Fe ^II .

Железо(II) в биологии

Всем известным формам жизни требуется железо. ^[1] Многие белки живых существ содержат центры железа(III). Примеры таких металлопротеинов включают гемоглобин , ферредоксин и цитохромы . Во многих из этих белков Fe(II) обратимо превращается в Fe(III) ^[2].

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 аэробной ( насыщенной кислородом ) среде, особенно в известковых почвах . Бактерии и травы могут процветать в такой среде, выделяя соединения, называемые сидерофорами , которые образуют растворимые комплексы с железом (III), которые могут реабсорбироваться клеткой. (Другие растения вместо этого способствуют росту вокруг своих корней определенных бактерий, которые восстанавливают железо(III) до более растворимого железа(II).) ^[3]

В отличие от аквакомплексов железа(III), аквакомплексы железа(II) растворимы в воде при нейтральном pH. ^{[ нужна цитация ]} Двухвалентное железо, однако, окисляется кислородом воздуха, превращаясь в железо(III). ^[4]

Диаграмма Пурбе водного раствора железа

Соли и комплексы железа(II)

Окислительно-восстановительная реакция [Fe(бипиридин) ₃ ] ²⁺ .

Обычно соли железа(II), такие как « хлорид », представляют собой аквакомплексы с формулой [Fe(H ₂ O) ₆ ] ²⁺ , обнаруженные в сульфате железа аммония . ^[5]

Аво-лиганды комплексов железа(II) лабильны. Он реагирует с 1,10-фенантролином с образованием производного синего железа (II):

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

Железо(II) окисляется перекисью водорода до железа(III) , образуя при этом гидроксильный радикал и гидроксид-ион . Это реакция Фентона . Затем железо(III) восстанавливается обратно до железа(II) с помощью другой молекулы перекиси водорода, образуя гидропероксильный радикал и протон . Конечным эффектом является диспропорционирование перекиси водорода с образованием двух разных разновидностей кислородных радикалов с водой (H ⁺  + OH ^- ) в качестве побочного продукта. ^[6]

Свободные радикалы , образующиеся в результате этого процесса, участвуют во вторичных реакциях, которые могут разрушать многие органические и биохимические соединения.

Минералы железа(II) и другие твердые вещества

Оксид железа(II) (оксид железа), FeO, представляет собой очень сложный материал, содержащий железо(II).

Железо(II) содержится во многих минералах и твердых веществах. Примеры включают сульфид и оксид FeS и FeO. Эти формулы обманчиво просты, поскольку эти сульфиды и оксиды часто нестехиометричны . Например, «сульфид железа» может относиться к виду 1:1 (название минерала троилит ) или множеству производных с дефицитом железа ( пирротин ). Минерал магнетит («жилетный камень») представляет собой соединение смешанной валентности, содержащее как Fe(II), так и Fe(III), Fe ₃ O ₄ .

Склеивание

Железо(II) является центром ad ⁶ , что означает, что металл имеет шесть «валентных» электронов в 3d-орбитальной оболочке. Количество и тип лигандов, связанных с железом (II), определяют, как располагаются эти электроны. В так называемых «лигандах сильного поля», таких как цианид , шесть электронов образуют пары. Таким образом, ферроцианид ( [Fe(CN) ₆ ] ^4- не имеет неспаренных электронов. Он низкоспиновый. У так называемых «лигандов слабого поля», таких как вода , четыре из шести электронов неспарены. Таким образом, аквакомплекс ( [ Fe(H ₂ O) ₆ ] ²⁺ является парамагнитным. С хлоридом железо(III) образует тетраэдрические комплексы, например, [FeCl ₄ ] ^2- .

Схема d-орбитального расщепления низко- и высокоспиновых октаэдрических комплексов Fe(II).

Галерея

Отдельные соединения Fe(II)

• 
  Гексагидрат нитрата железа , Fe(NO ₃ ) ₂ ·6H ₂ O
• 
  Дигидрат оксалата железа , Гумбольдтин , FeC ₂ O ₄ ·2H ₂ O
• 
  Вивианит , октагидрат фосфата железа, Fe ₃ (PO ₄ ) ₂ ·8H ₂ O
• 
  Гептагидрат сульфата железа , Мелантерит , FeSO ₄ ·7H ₂ O
• 
  Сульфид железа , Троилит , FeS
• 
  Силикат железа, Ферросилит , FeSiO ₃

Смотрите также

• Железо  – элемент железо в степени окисления +3 – соединения [железа(III)].
• Ферромагнетизм  - механизм, с помощью которого материалы формируются в магниты и притягиваются к ним.
• Переработка черных металлов  - перерабатываемые материалы, оставшиеся от произведенной продукции после ее использования.Pages displaying short descriptions of redirect targets
• Оксид железа(II)  – неорганическое соединение формулы FeO (оксид железа).
• Бромид железа(II)  – химическое соединение Pages displaying wikidata descriptions as a fallback(бромид железа)
• Производство стали  - процесс производства стали из железной руды и лома.

Рекомендации

1. «Железо является неотъемлемой частью развития жизни на Земле – и возможности жизни на других планетах». Оксфордский университет . 7 декабря 2021 г. Проверено 9 мая 2022 г.
2. Берг, Джереми Марк; Липпард, Стивен Дж. (1994). Основы бионеорганической химии . Саусалито, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN 0-935702-73-3.
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. Петш, ST (2014). «10.11 - Глобальный кислородный цикл». В Голландии, HD; Турекян, К.К. (ред.). Трактат по геохимии . Справочный модуль по системам Земли и наукам об окружающей среде. Том. 10 (Второе изд.). Эльзевир. стр. 437–473. дои : 10.1016/B978-0-08-095975-7.00811-1. ISBN 978-0-08-095975-7.
5. Эрншоу, А.; Гринвуд, Нью-Йорк (1997). Химия элементов (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4.
6. Тан, Чжунминь; Чжао, Пейран; Ван, Хан; Лю, Яньян; Бу, Вэньбо (2021). «Биомедицина встречает химию Фентона». Химические обзоры . 121 (4): 1981–2019. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c00977. PMID  33492935. S2CID  231712587.