Известен людям еще с древности: старинные предметы быта, выполненные из этого материала, ученые приписывают к IV тысячелетию до нашей эры.
Жизнь человека невозможно представить без железа. Считается, что железо используется для промышленных нужд чаще, чем другие металлы. Из него изготавливают важнейшие конструкции. Также железо в небольших количествах содержится в крови. Именно содержание двадцать шестого элемента окрашивает кровь в красный цвет.
Физические свойства железа
В кислороде железо горит, образуя оксид:
3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄.
При нагревании железо может реагировать с неметаллами:
Также при температуре 700-900 °С вступает в реакцию с водяным паром:
3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂.
Соединения железа
Как известно, у оксидов железа есть ионы с двумя степенями окисления: +2 и + 3. Знать это крайне важно, ведь для разных элементов будут проводиться совершенно разные качественные реакции.
Качественные реакции на железо
Качественная реакция нужна для того, чтобы без труда можно было определить присутствие ионов одного вещества в растворах или примесях другого. Рассмотрим качественные реакции двухвалентного и трехвалентного железа.
Качественные реакции на железо (III)
Определить содержание ионов трехвалентного железа в растворе можно с помощью щелочи. При положительном результате образуется основание - гидроксид железа (III) Fe(OH)₃.
Гидроксид железа (III) Fe(OH)₃
Полученное вещество нерастворимо в воде и имеет бурую окраску. Именно бурый осадок может свидетельствовать о наличии ионов трехвалентного железа в растворе:
FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓+ 3NaCl.
Также определить ионы Fe(III) можно с помощью K₃.
Раствор хлорида железа смешивают с желтоватым раствором кровяной соли. В результате можно увидеть красивый синеватый осадок, который и будет свидетельствовать о том, что в растворе присутствуют ионы трехвалентного железа. вы найдете зрелищные опыты на изучение свойств железа.
Качественные реакции на железо (II)
Ионы Fe²⁺ вступают в реакцию с красной кровяной солью K₄. Если при добавлении соли образуется синеватый осадок, то эти ионы присутствуют в растворе.
Чистое железо получают различными методами. Наибольшее значение имеют метод термического разложения пентакарбонила железа (см. § 193) и электролиз водных растворов его солей.
Во влажном воздухе железо быстро ржавеет, т. е. покрывается бурым налетом гидратированного оксида железа, который вследствие своей рыхлости не защищает железо от дальнейшего окисления. В воде железо интенсивно корродирует; при обильном доступе кислорода образуются гидратные формы оксида железа(III):
При недостатке кислорода или при его затрудненном доступе образуется смешанный оксид Fe 3 O 4 (FeO·Fe 2 O 3):
Железо растворяется в соляной кислоте любой концентрации:
Аналогично происходит растворение в разбавленной серной кислоте:
В концентрированных растворах серной кислоты железо окисляется до железа(III):
Однако в серной кислоте, концентрация которой близка к 100%, железо становится пассивным и взаимодействия практически не происходит.
В разбавленных и умеренно концентрированных растворах азотной кислоты железо растворяется:
При высоких концентрациях HNO 3 растворение замедляется и железо становится пассивным.
Для железа характерны два ряда соединений: соединения железа(II) и соединения железа(III). Первые отвечают оксиду железа (II), или закиси железа, FeO, вторые - оксиду железа(III), или окиси железа, Fe 2 O 3 .
Кроме того, известны соли железной кислоты H 2 FeO 4 , в которой степень окисленности железа равна +6.
Соединения железа(II).
Соли железа(II) образуются при растворении железа в разбавленных кислотах, кроме азотной. Важнейшая из них - сульфат железа(II), или железный купорос, FeSO 4 ·7H 2 O, образующий светло-зеленые кристаллы, хорошо растворимые в воде. На воздухе железный купорос постепенно выветривается и одновременно окисляется с поверхности, переходя в желто-бурую основную соль железа(III).
Сульфат железа(II) получают путем растворения обрезков стали в 20-30%-ной серной кислоте:
Сульфат железа(II) применяется для борьбы с вредителями растений, в производстве чернил и минеральных красок, при крашении тканей.
При нагревании железного купороса выделяется вода и получается белая масса безводной соли FeSO 4 . При температурах выше 480°C безводная соль разлагается с выделением диоксида и триоксида серы; последний во влажном воздухе образует тяжелые белые пары серной кислоты:
При взаимодействии раствора соли железа(II) со щелочью выпадает белый осадок гидроксида железа(II) Fe(OH) 2 , который на воздухе вследствие окисления быстро принимает зеленоватую, а затем бурую окраску, переходя в гидроксид железа (III)
Безводный оксид железа(II) FeO можно получить в виде черного легко окисляющегося порошка восстановлением оксида железа(III) оксидом углерода(II) при 500°C:
Карбонаты щелочных металлов осаждают из растворов солей железа(II) белый карбонат железа(II) FeCO 3 . При действии воды, содержащей CO 2 , карбонат железа, подобно карбонату кальция, частично переходит в более растворимую кислую соль Fe(HCO 3)2 . В виде этой соли железо содержится в природных железистых водах.
Соли железа (II) легко могут быть переведены в соли железа (III) действием различных окислителей - азотной кислоты, перманганата калия, хлора, например:
Ввиду способности легко окисляться, соли железа(II) часто применяются как восстановители.
Соединения железа (III).
Хлорид железа (III) FeCl 3 представляет собой темно-коричневые с зеленоватым отливом кристаллы. Это вещество сильно гигроскопично; поглощая влагу из воздуха, оно превращается в кристаллогидраты, содержащие различное количество воды и расплывающиеся на воздухе. В таком состоянии хлорид железа (III) имеет буро-оранжевый цвет. В разбавленном растворе FeCl 3 гидролизуется до основных солей. В парах хлорид железа (III) имеет структуру, аналогичную структуре хлорида алюминия (стр. 615) и отвечающую формуле Fe 2 Cl 6 ; заметная диссоциация Fe 2 Cl 6 на молекулы FeCl 3 начинается при температурах около 500°C.
Хлорид железа (III) применяют в качестве коагулянта при очистке воды, как катализатор при синтезах органических веществ, в текстильной промышленности.
Сульфат железа (III) Fe 2 (SO 4)3 - очень гигроскопичные, расплывающиеся на воздухе белые кристаллы. Образует кристаллогидрат Fe 2 (SO 4)3 ·9H 2 O (желтые кристаллы). В водных растворах сульфат железа (III) сильно гидролизован. С сульфатами щелочных металлов и аммония он образует двойные соли - квасцы, например железоаммонийные квасцы (NH 4)Fe(SO 4)2 ·12H 2 O - хорошо растворимые в воде светло-фиолетовые кристаллы. При прокаливании выше 500°C сульфат железа (III) разлагается в соответствии с уравнением:
Сульфат железа (III) применяют, как и FeCl 3 , в качестве коагулянта при очистке воды, а также для травления металлов. Раствор Fe 2 (SO 4)3 способен растворять Cu 2 S и CuS с образованием сульфата меди(II) это используется при гидрометаллургическом получении меди.
При действии щелочей на растворы солей железа (III) выпадает красно-бурый гидроксид железа (III) Fe(OH) 3 , нерастворимый в избытке щелочи.
Гидроксид железа (III) - более слабое основание, чем гидроксид железа (II) это выражается в том, что соли железа (III) сильно гидролизуются, а со слабыми кислотами (например, с угольной, сероводородной) Fe(OH) 3 солей не образует. Гидролизом объясняется и цвет растворов солей железа (III): несмотря на то, что Fe 3+ почти бесцветен, содержащие его растворы окрашены в желто-бурый цвет, что объясняется присутствием гидроксо-ионов железа или молекул Fe(OH) 3 , которые образуются благодаря гидролизу:
При нагревании окраска темнеет, а при прибавлении кислот становится более светлой вследствие подавления гидролиза.
При прокаливании гидроксид железа (III), теряя воду, переходит в оксид железа (III), или окись железа, Fe 2 O 3 . Оксид железа (III) встречается в природе в виде красного железняка и применяется как коричневая краска - железный сурик, или мумия.
Характерной реакцией, отличающей соли железа (III) от солей железа (II), служит действие роданида калия KSCN или роданида аммония NH 4 SCN на соли железа. Раствор роданида калия содержит бесцветные ионы SCN - , которые соединяются с ионами Fe(III), образуя кроваво-красный, слабо диссоциированный роданид железа(III) Fe(SCN) 3 . При взаимодействии же с роданидами ионов железа (II) раствор остается бесцветным.
Цианистые соединения железа. При действии на растворы солей железа (II) растворимых цианидов, например цианида калия, получается белый осадок цианида железа(II):
В избытке цианида калия осадок растворяется вследствие образования комплексной соли K 4 гексацианоферрата (II) калия
Гексацианоферрат(II) калия K 4 ·3H 2 O кристаллизуется в виде больших светло-желтых призм. Эта соль называется также желтой кровяной солью. При растворении в воде соль диссоциирует на ионы калия и чрезвычайно устойчивые комплексные ионы 4- . Практически такой раствор совершенно не содержит ионов Fe 2+ и не дает реакций, характерных для железа(II).
Гексацианоферрат (II) калия служит чувствительным реактивом на ионы железа(III), так как ионы 4- , взаимодействуя с ионами Fe 3+ , образуют нерастворимую в воде соль гексацианоферрат(II) железа (III) Fe 4 3 характерного синего цвета; эта соль получила название берлинской лазури:
Берлинская лазурь применяется в качестве краски.
При действии хлора или брома на раствор желтой кровяной соли анион ее окисляется, превращаясь в 3-
Соответствующая этому аниону соль K 3 называется гексацианоферратом(III) калия, или красной кровяной солью. Она образует красные безводные кристаллы.
Если подействовать гексацианоферратом(III) калия на раствор соли железа(II), то получается осадок гексацианоферрата (III), железа (И) (турнбулева синь), внешне очень похожий на берлинскую лазурь, но имеющий иной состав:
С солями железа (III) K 3 образует зеленовато-бурый раствор.
В большинстве других комплексных соединений, как и в рассмотренных цианоферратах, координационное число железа(II) и железа(III) равно шести.
Ферриты. При сплавлении оксида железа(III) с карбонатами натрия или калия образуются ферриты - соли не полученной в свободном состоянии железистой кислоты HFeO 2 , например феррит натрия NaFeO 2:
При растворении сплава в воде получается красно-фиолетовый раствор, из которого действием хлорида бария можно осадить нерастворимый в воде феррат бария BaFeO 4 .
Все ферраты - очень сильные окислители (более сильные, чем перманганаты). Соответствующая ферратам железная кислота H 2 FeO 4 и ее ангидрид FeO 3 в свободном состоянии не получены.
Карбонилы железа. Железо образует летучие соединения с оксидом углерода, называемые карбонилами железа. Пентакарбонил железа Fe(CO) 5 представляет собой бледно-желтую жидкость, кипящую при 105°C, нерастворимую в воде, но растворимую во многих органических растворителях. Fe(CO) 5 получают пропусканием СО над порошком железа при 150-200°C и давлении 10 МПа. Примеси, содержащиеся в железе, не вступают в реакции с СО, вследствие чего получается весьма чистый продукт. При нагревании в вакууме пентакарбонил железа разлагается на железо и СО; это используется для получения высокочистого порошкового железа - карбонильного железа (см. § 193).
Природа химических связей в молекуле Fe(CO) 5 рассмотрена на стр. 430.
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
Железо — всем известный химический элемент. Он относится к средним по химической активности металлам. Свойства и применение железа мы рассмотрим в этой статье.
Распространенность в природе
Существует довольно большое количество минералов, в состав которых входит феррум. Прежде всего, это магнетит. Он на семьдесят два процента состоит из железа. Его химическая формула — Fe 3 O 4 . Данный минерал еще называют магнитный железняк. Он обладает светло-серым цветом, иногда с темно-серым, вплоть до черного, с металлическим блеском. Наибольшее его месторождение среди стран СНГ находится на Урале.
Следующий минерал с высоким содержанием железа — гематит — он на семьдесят процентов состоит из данного элемента. Его химическая формула — Fe 2 O 3 . Его еще называют красным железняком. Он обладает окраской от красно-коричневой до красно-серой. Наибольшее месторождение на территории стран СНГ находится в Кривом Роге.
Третий по содержанию феррума минерал — лимонит. Здесь железа шестдесят процентов от общей массы. Это кристаллогидрат, то есть в его кристаллическую решетку вплетены молекулы воды, его химическая формула — Fe 2 O 3 .H 2 O. Как понятно из названия, данный минерал имеет желто-коричневатый цвет, изредка бурый. Он является одной из главных составляющих природных охр и используется в качестве пигмента. Его также называют бурый железняк. Самые крупные места залегания — Крым, Урал.
В сидерите, так называемом шпатовом железняке, сорок восемь процентов феррума. Его химическая формула — FeCO 3 . Его структура неоднородна и состоит из соединенных вместе кристаллов разного цвета: серых, бледно-зеленых, серо-желтых, коричнево-желтых и др.
Последний часто встречающийся в природе минерал с высоким содержанием феррума — пирит. Он обладает такой химической формулой FeS 2 . Железа в нем находится сорок шесть процентов от общей массы. Благодаря атомам серы данный минерал имеет золотисто-желтую окраску.
Многие из рассмотренных минералов применяются для получения чистого железа. Кроме того, гематит используют в изготовлении украшений из натуральных камней. Вкрапления пирита могут иметься в украшениях из лазурита. Кроме этого, в природе железо встречается в составе живых организмов — оно является одним из важнейших компонентов клетки. Данный микроэлемент обязательно должен поступать в организм человека в достаточном количестве. Лечебные свойства железа во многом связаны с тем, что данный химический элемент является основой гемоглобина. Поэтому употребление феррума хорошо сказывается на состоянии крови, а следовательно, и всего организма в целом.
Железо: физические и химические свойства
Рассмотрим по порядку два этих больших раздела. железа — это его внешний вид, плотность, температура плавления и т. д. То есть все отличительные черты вещества, которые связаны с физикой. Химические свойства железа — это его способность вступать в реакцию с другими соединениями. Начнем с первых.
Физические свойства железа
В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод.
Дотронувшись, к примеру, до дерева, можно отметить, что его теплопроводность намного ниже. Физические свойства железа — это и его температуры плавления и кипения. Первая составляет 1539 градусов по шкале Цельсия, вторая — 2860 градусов по Цельсию. Можно сделать вывод, что характерные свойства железа — хорошая пластичность и легкоплавкость. Но и это еще далеко не все.
Также в физические свойства железа входит и его ферромагнитность. Что это такое? Железо, магнитные свойства которого мы можем наблюдать на практических примерах каждый день, - единственный металл, обладающий такой уникальной отличительной чертой. Это объясняется тем, что данный материал способен намагничиваться под действием магнитного поля. А по прекращении действия последнего железо, магнитные свойства которого только что сформировались, еще надолго само остается магнитом. Такой феномен можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует множество свободных электронов, которые способны передвигаться.
С точки зрения химии
Данный элемент относится к металлам средней активности. Но химические свойста железа являются типичными и для всех остальных металлов (кроме тех, которые находятся правее водорода в электрохимическом ряду). Оно способно реагировать со многими классами веществ.
Начнем с простых
Феррум вступает во взаимодействие с килородом, азотом, галогенами (йодом, бромом, хлором, фтором), фосфором, карбоном. Первое, что нужно рассмотреть, - реакции с оксигеном. При сжигании феррума образуются его оксиды. В зависимости от условий проведения реакции и пропорций между двумя участниками они могут быть разнообразными. Как пример такого рода взаимодействиям можно привести следующие уравнения реакций: 2Fe + O 2 = 2FeO; 4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3 ; 3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 . И свойства оксида железа (как физические, так и химические) могут быть разнообразными, в зависимости от его разновидности. Такого рода реакции происходят при высоких температурах.
Следующее — взаимодействие с азотом. Оно также может произойти только при условии нагревания. Если взять шесть молей железа и один моль азота, получим два моля нитрида железа. Уравнение реакции будет выглядеть следующим образом: 6Fe + N 2 = 2Fe 3 N.
При взаимодействии с фосфором образуется фосфид. Для проведения реакции необходимы такие компоненты: на три моля феррума - один моль фосфора, в результате образуется один моль фосфида. Уравнение можно записать следующим образом: 3Fe + P = Fe 3 P.
Кроме того, среди реакций с простыми веществами можно также выделить взаимодействие с серой. При этом можно получить сульфид. Принцип, по которому происходит процесс образования данного вещества, подобен описанным выше. А именно происходит реакция присоединения. Для всех химических взаимодействий подобного рода нужны специальные условия, в основном это высокие температуры, реже — катализаторы.
Также распространены в химической промышленности реакции между железом и галогенами. Это хлорирование, бромирование, йодирование, фторирование. Как понятно из названий самих реакций, это процесс присоединения к атомам феррума атомов хлора/брома/йода/фтора с образованием хлорида/бромида/йодида/фторида соответственно. Данные вещества широко используются в разнообразных отраслях промышленности. Кроме того, феррум способен соединяться с кремнием при высоких температурах. Благодаря тому что химические свойства железа разнообразны, его часто используют в химической отрасли промышленности.
Феррум и сложные вещества
От простых веществ перейдем к тем, молекулы которых состоят из двух и более различных химических элементов. Первое, что нужно упомянуть, - реакцию феррума с водой. Здесь проявляются основные свойства железа. При нагревании воды вместе с железом образуется (называется он так потому, что при взаимодействии с той же водой образует гидроксид, по-другому говоря — основание). Итак, если взять по одному молю обоих компонентов, образуются такие вещества, как диоксид феррума и водород в виде газа с резким запахом — также в молярных пропорциях один к одному. Уравнение такого рода реакции можно записать следующим образом: Fe + H 2 O = FeO + H 2 . В зависимости от пропорций, в которых смешать эти два компонента, можно получить ди- либо триоксид железа. Оба этих вещества очень распространены в химической промышленности, а также используются во многих других отраслях.
С кислотами и солями
Так как феррум находится левее водорода в электрохимическом ряду активности металлов, он спосособен вытеснять данный элемент из соединений. Примером этому является реакция замещения, которую можно наблюдать при добавлении железа к кислоте. Например, если смешать в одинаковых молярных пропорциях железо и сульфатную кислоту (она же серная) средней концентрации, в результате получим сульфат железа (ІІ) и водород в одинаковых молярных пропорциях. Уравнение такой реакции будет выглядеть таким образом: Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 .
При взаимодействии с солями проявляются восстановительные свойства железа. То есть с помощью него можно выделить менее активный металл из соли. Например, если взять один моль и столько же феррума, то можно получить сульфат железа (ІІ) и чистую медь в одинаковых молярных пропорциях.
Значение для организма
Один из самых распространенных в земной коре химических элементов — железо. мы уже рассмотрели, теперь подойдем к нему с биологической точки зрения. Феррум выполняет очень важные функции как на клеточном уровне, так и на уровне всего организма. В первую очередь железо является основой такого белка, как гемоглобин. Он необходим для транспорта кислорода по крови от легких ко всем тканям, органам, к каждой клетке организма, в первую очередь к нейронам головного мозга. Поэтому полезные свойства железа невозможно переоценить.
Кроме того что он влияет на кровеобразование, феррум также важен для полноценного функционирования щитовидной железы (для этого нужен не только йод, как некоторые считают). Также железо принимает участие во внутриклеточном обмене веществ, регулирует иммунитет. Еще феррум в особенно большом количестве содержится в клетках печени, так как помогает нейтрализовать вредные вещества. Также он является одним из главных компонентов многих видов ферментов нашего организма. В суточном рационе человека должно содержаться от десяти до двадцати миллиграмм данного микроэлемента.
Продукты, богатые железом
Таких немало. Они есть как растительного, так и животного происхождения. Первые — это злаки, бобовые, крупы (в особенности гречка), яблоки, грибы (белые), сухофрукты, шиповник, груши, персики, авокадо, тыква, миндаль, финики, помидоры, брокколи, капуста, черника, ежевика, сельдерей и др. Вторые — печень, мясо. Употребление продуктов с высоким содержанием железа особенно важно в период беременности, так как организм формирующегося плода требует большого количества данного микроэлемента для полноценного роста и развития.
Признаки недостатка в организме железа
Симптомами слишком маленького количества феррума, поступающего в организм, являются усталость, постоянное замерзание рук и ног, депрессии, ломкость волос и ногтей, снижение интеллектуальной активности, пищеварительные расстройства, низкая работоспособность, нарушения в работе щитовидной железы. Если вы заметили несколько из этих симптомов, то стоит увеличить количество продуктов с содержанием железа в своем рационе либо купить витамины или пищевые добавки с содержанием феррума. Также обязательно нужно обратиться к врачу, если какие-либо из этих симптомов вы ощущаете слишком остро.
Использование феррума в промышленности
Применение и свойства железа тесно связаны. В связи с его ферромагнитностью, его применяют для изготовления магнитов — как более слабых для бытовых целей (сувенирные магниты на холодильник и т. д.), так и более сильных — для промышленных целей. В связи с тем что рассматриваемый металл обладает высокой прочностью и твердостью, его с древности использовали для изготовления оружия, доспехов и других военных и бытовых инструментов. К слову, еще в Древнем Египте было известно метеоритное железо, свойства которого превосходят таковые у обычного металла. Также такое особенное железо использовалось и в Древнем Риме. Из него изготавливали элитное оружие. Щит или меч, выполненный из метеоритного металла, мог иметь только очень богатый и знатный человек.
Вообще, металл, который мы рассматриваем в данной статье, является самым разносторонне используемым среди всех веществ данной группы. Прежде всего, из него изготавливаются сталь и чугун, которые применяются для производства всевозможных изделий, необходимых как в промышленности, так и в повседневной жизни.
Чугуном называется сплав железа и углерода, в котором второго присутствует от 1,7 до 4,5 процента. Если второго меньше, чем 1,7 процента, то такого рода сплав называется сталью. Если углерода в составе присутствует около 0,02 процента, то это уже обыкновенное техническое железо. Присутствие в сплаве углерода необходимо для придания ему большей прочности, термоустойчивости, стойкости к ржавлению.
Кроме того, в стали может содержаться много других химических элементов в качестве примесей. Это и марганец, и фосфор, и кремний. Также в такого рода сплав для придания ему определенных качеств могут быть добавлены хром, никель, молибден, вольфрам и многие другие химические элементы. Виды стали, в которых присутствует большое количество кремния (около четырех процентов), используются в качестве трансформаторных. Те, в составе которых много марганца (вплоть до двенадцати-четырнадцати процентов), находят свое применение при изготовлении деталей железных дорог, мельниц, дробилок и других инструментов, части которых подвержены быстрому стиранию.
Молибден вводят в состав сплава, чтобы сделать его более термоустойчивым — такие стали используются в качестве инструментальных. Кроме того, для получения всем известных и часто используемых в быту в виде ножей и других бытовых инструментов нержавеющих сталей необходимо добавление в сплав хрома, никеля и титана. А для того чтобы получить ударостойкую, высокопрочную, пластичную сталь, достаточно добавить к ней ванадий. При вводе в состав ниобия можно добиться высокой устойчивости к коррозии и воздействию химически агрессивных веществ.
Минерал магнетит, который был упомянут в начале статьи, нужен для изготовления жестких дисков, карт памяти и других устройств подобного типа. Благодаря магнитным свойствам, железо можно найти в устройстве трансформаторов, двигателей, электронных изделий и др. Кроме того, феррум могут добавлять в сплавы прочих металлов для придания им большей прочности и механической устойчивости. Сульфат данного элемента применяют в садоводстве для борьбы с вредителями (наряду с сульфатом меди).
Являются незаменимыми при очистке воды. Кроме того, порошок магнетита используется в черно-белых принтерах. Главный способ применения пирита — получение из него серной кислоты. Данный процесс происходит в лабораторных условиях в три этапа. На первой стадии пирит феррума сжигают, получая при этом оксид железа и диоксид серы. На втором этапе происходит превращение диоксида сульфура в его триоксид при участии кислорода. И на завершающей стадии полученное вещество пропускают через в присутствии катализаторов, тем самым и получая серную кислоту.
Получение железа
В основном добывают данный металл из двух основных его минералов: магнетита и гематита. Делают это с помощью восстановления железа из его соединений углеродом в виде кокса. Делается это в доменных печах, температура в которых достигает двух тысяч градусов по шкале Цельсия. Кроме того, есть способ восстановления феррума водородом. Для этого необязательно наличие доменной печи. Для осуществления данного метода берут специальную глину, смешивают ее с измельченной рудой и обрабатывают водородом в шахтной печи.
Заключение
Свойства и применение железа разнообразны. Это, пожалуй, самый важный в нашей жизни металл. Став известным человечеству, он занял место бронзы, которая на тот момент была основным материалом для изготовления всех орудий труда, а также оружия. Сталь и чугун во многом превосходят сплав меди с оловом с точки зрения своих физических свойств, устойчивости к механическим воздействиям.
Кроме того, железо на нашей планете более распространено, чем многие другие металлы. его в земной коре составляет почти пять процентов. Это четвертый по распространенности в природе химический элемент. Также данный химический элемент очень важен для нормального функционирования организма животных и растений, прежде всего потому, что на его основе построен гемоглобин. Железо является важнейшим микроэлементом, употребление которого важно для поддержания здоровья и нормальной работы органов. Кроме вышеперечисленного, это единственный металл, который обладает уникальными магнитными свойствами. Без феррума невозможно представить нашу жизнь.
Польза железа для организма
Главной функцией железа в организме принято считать образование гемоглобина. Это не удивительно, ведь в его составе содержится три четвертых запасов железа. А вот в составе других белковых структур процент железа относительно невысок – около 5%.
Зачем нужен гемоглобин? Белок, содержащий большое количество железа, связывает молекулы кислорода, которые с кровью переносятся к рабочим тканям и органам. Вот почему снижение количества гемоглобина в крови немедленно сказывается на общем самочувствии и работоспособности. Так что даже незначительная потеря крови чревата для организма нарушениями. Для спортсменов нехватка железа чревата нарушением восстановления после интенсивной физической нагрузки.
В числе других функций железа, можно перечислить такие как:
- Энергетическая подпитка мышц. Самый «дешевый» источник топлива для мышц – это кислород. Благодаря его преобразованию в процессе ряда химических реакций мышца получает энергию для сокращения. Помимо кислорода используются и другие источники энергии. Это фосфаты, содержащиеся в клетках, – креатинфосфат и АТФ, а также гликоген мышц и печени. Однако их запасы слишком малы для поддержания работы длительностью более 1 минуты. Креатинфосфата хватает на работу длительностью до 10 секунд, АТФ – на 2-3 секунды. Чем выше концентрация гемоглобина в крови, тем больше кислорода он способен подать в рабочие ткани и органы. А вот дефицит железа может вызывать мышечные спазмы, усиливающиеся в период покоя (сна, сидения).
- Энергетическая подпитка мозга. Кислород необходим мозгу так же, как и мышцам. Более того, дефицит железа чреват развитием болезни Альцгеймера, деменции (приобретённое слабоумие) и других заболеваний, вызванных нарушениями мозговой деятельности.
- Регуляция температуры тела. Эта функция выполняется железом опосредованно. Стабильность концентрации железа в крови обусловливает адекватность протекания всех метаболических процессов.
- Укрепление иммунитета. Микроэлемент необходим для кроветворения. Белые (лимфоциты) и красные (эритроциты) кровяные клетки формируются в присутствии железа. Первые отвечают за иммунитет, а вторые снабжают кровь кислородом. Если в организме количество железа соответствует норме, он способен самостоятельно противостоять заболеваниям. Как только концентрация железа снижается, инфекционные заболевания дают о себе знать.
- Развитие плода. Во время беременности важно употреблять достаточное количество железа, так как часть расходуется при кроветворении у плода. А вот недостаток железа повышает риск преждевременных родов, провоцирует недостаточный вес у новорожденного и нарушение в развитии.
Как железо взаимодействует в организме
Сама по себе нормальная концентрация железа в организме еще не гарантирует хорошее самочувствие, высокий иммунитет, отсутствие заболеваний и работоспособность. Не менее важно взаимодействие этого микроэлемента с другими веществами, ведь функции одних могут отрицательно влиять на функции других.
Избегайте сочетания железа с:
- витамином Е и фосфатами: нарушается усваивание железа;
- Тетрациклином и фторхинолонами: тормозится процесс всасывание последних;
- Кальцием: нарушается процесс абсорбции железа;
- молоком, кофе и чаем – всасывание железа ухудшается;
- цинком и медью – нарушается процесс всасывания в кишечнике;
- соевым белком – усваивание подавляется;
- хромом: железо подавляет его всасывание.
А вот аскорбиновая кислота, сорбит, фруктоза и янтарная кислота улучшают всасывание железа организмом.
Эти нюансы обязательно учитываются во время приема железосодержащих препаратов, так как можно вместо улучшения самочувствия получить противоположный эффект.
Роль железа в возникновении и течении различных заболеваний
Существует множество заболеваний, при которых употребление продуктов богатых железом может усугубить ситуацию.
Люди с повышенным уровнем железа в организме больше подвержены риску инфекций, сердечных заболеваний и некоторых видов онкологии (особенно мужчины).
В виде свободных радикалов железо провоцирует развитие атеросклероза. То же самое касается ревматоидного артрита. Употребление железа при этом заболевании провоцирует воспаление суставов.
При индивидуальной непереносимости железа употребление некоторых продуктов вызывает изжогу, тошноту, запоры и диарею.
При беременности избыток железа повышает риск развития патологии плаценты (увеличивается свободно-радикальное окисление в результате чего гибнут митохондрии – кислородные «депо» клеток).
При патологических нарушениях усвоения железа повышен риск заболевания гемохроматоз – накопление железа во внутренних органах (печени, сердце, поджелудочной железе).
В каких продуктах содержится железо
Запасы железа пополняют за счет продуктов животного и растительного происхождения. Первые содержат «гемовое» железо, вторые – «негемовое».
Для усвоения гемового употребляют продукты животного происхождения – телятину, говядину, свинину, крольчатину и субпродукты (печень, почки). Для получения пользы от негемового нужно одновременно с железосодержащими продуктами употреблять витамин С .
Рекордсменами по содержанию железа считаются такие продукты растительного происхождения, мг Fe2+:
- арахис – в 200 г продукта содержится 120;
- соя – в 200 г продукта – 8,89;
- картофель – в 200 г продукта – 8,3;
- фасоль белая– в 200 г продукта – 6,93;
- бобы – в 200 г продукта – 6,61;
- чечевица – в 200 г продукта – 6,59;
- шпинат – в 200 г продукта – 6,43;
- свекла (ботва) – в 200 г продукта – 5,4;
- нут – в 100 г продукта – 4,74;
- брюссельская капуста– в 200 г продукта – 3,2;
- капуста белокочанная– в 200 г продукта – 2,2;
- зеленый горошек – в 200 г продукта – 2,12.
Из злаковых в рацион лучше включать овсяную и гречневую крупы, непросеянную муку, ростки пшеницы. Из трав тимьян, сезам (кунжут). Много железа содержится в сушеных белых грибах и лисичках, абрикосах, персиках, яблоках, сливе, айве. А также инжире, гранате и сухофруктах.
В числе продуктов животного происхождения запасы железа в говяжьих почках и печени, рыбе, яйцах (желток). В мясных продуктах – телятине, свинине, крольчатине, индейке. Морепродукты (моллюски, улитки, устрицы). Рыба (скумбрия, горбуша).
Усвояемость железа
Интересно, что при употреблении мясных продуктов железо усваивается на 40-50%, при употреблении рыбных продуктов – на 10%. Рекордсмен по усвоению железа– печень животных.
Из продуктов растительного происхождения процент железа, который усваивается, еще меньше. Из бобовых человек усваивает до 7%, из орехов – 6, из фруктов и яиц – 3, из приготовленных круп – 1.
Совет! Пользу для организма несет рацион, в котором сочетаются продукты растительного и животного происхождения. При добавлении 50 г мяса к овощам усвояемость железа возрастает в два раза. При добавлении 100 г рыбы – в три раза, при добавлении фруктов, содержащих витамин C – в пять раз
Как сохранить железо в пище и его сочетание с другими веществами
При приготовлении продукты теряют часть полезных веществ, и железо не исключение. Железо в продуктах животного происхождения более устойчиво к воздействию высокой температуры. С овощами и фруктами все сложнее – часть железа переходит в воду, в которой готовятся продукты. Единственный выход – минимизировать термическую обработку продуктов растительного происхождения.
Чтобы повысить усвоение железа, употребляйте железосодержащие продукты вместе с витамином С. Достаточно половинки грейпфрута или апельсина, чтобы организм усвоил его в три раза больше. Единственный нюанс – данное правило действует только с железосодержащими продуктами растительного происхождения.
В рационе обязателен витамин А , недостаток которого блокирует способности организма использовать запасы железа для формирования эритроцитов (красные кровяные тельца).
При недостатке меди железо теряет «мобильность», в результате чего нарушается процесс транспортировки полезных веществ из «хранилищ» в клетки и органы. Чтобы этого избежать, включайте в рацион больше бобовых.
Сочетание железа с витаминами группы В : «работоспособность» последних многократно усиливается.
А вот молочную пищу и зерна лучше употреблять отдельно от железосодержащих продуктов, так как они блокируют всасывание микроэлемента в кишечнике.
Суточная норма железа
- до 6 месяцев – 0,3;
- 7-11 месяцев – 11;
- до 3 лет – 7;
- до 13 лет – 8–10.
Подростки:
- от 14 до 18 лет (мальчики) – 11; девочки – 15.
Взрослые:
- мужчины – 8–10;
- женщины до 50 лет – 15–18; старше 50 лет – 8–10, беременные – 25–27.
Чем опасен недостаток железа в организме
Недостаток железа в организме опасен следующим состоянием:
- острой анемией, или малокровием – снижением концентрации гемоглобина в крови, при котором также уменьшается количество эритроцитов и изменяется их качественный состав. Результат малокровия – снижение дыхательной функции крови и развитие кислородного голодания тканей. Распознать острую анемию можно по бледности кожных покровов и повышенной утомляемости. Слабость, регулярная головная боль и головокружение – признаки нехватки железа. Тахикардия (учащенное сердцебиение) и одышка – предвестники проблем с сердцем и легкими;
- утомляемостью и слабостью в мышцах;
- чрезмерными менструальными кровотечениями у женщин.
Недостаток железа в организме приводит к ухудшению состояния кожных покровов, ломкости ногтей, выпадению волос. Ухудшение памяти, повышенная раздражительность – признаки дефицита железа. Снижение работоспособности и постоянная сонливость – предвестники кислородного голодания.
Недостаток железа может быть спровоцирован такими факторами:
- повышенной потерей крови. Первопричиной такого варианта развития событий может быть донорское переливание крови, обильное кровотечение у женщин и повреждения мягких тканей;
- интенсивные физические нагрузки аэробной и аэробно-силовой направленности (те, которые развивают выносливость). Во время таких упражнений эритроцитам приходится быстрее переносить кислород, в результате чего дневной расход гемоглобина может увеличиться почти в два раза;
- активная умственная деятельность. Во время творческой работы активно расходуются не только запасы железа, но и гликогена, запасенного в печени и мышцах;
- заболевания органов желудочно-кишечного тракта: гастрит с пониженной кислотностью, язва двенадцатиперстной кишки, цирроз печени, аутоиммунные заболевания кишечника провоцируют плохое всасывание железа.
Как быстро восполнить недостаток железа
Чтобы восполнить дефицит железа в организме, диетологи рекомендуют употреблять продукты растительного и животного происхождения. Первые являются источником так называемого «негемового» железа, то есть железа, которое не входит в состав гемоглобина. В таких продуктах железо обычно идет в сочетании с витамином С.
Лучше всего дефицит железа восполняют такие «негемовые» продукты как бобовые и зеленые листовые овощи, а также цельные зерна.
«Гемовые» продукты содержат железо, входящее в состав гемоглобина. Наибольшие запасы гемоглобина характерны для всей пищи животного происхождения, а также морепродуктов. В отличие от «негемовых», «гемовые» продукты быстрее восполняют запасы железа, так как организм легче их усваивает.
Совет! Несмотря на то, что «гемовые» продукты быстрее усваиваются организмом, не стоит чрезмерно ими увлекаться. Для восполнения запасов железа лучше всего сочетать продукты растительного и животного происхождения, например, зеленые листовые овощи и красные сорта мяса
Однако важно помнить о секретах приготовления пищи, ведь именно от способов приготовления зависит конечный процент железа в продуктах питания. Например, цельные зерна при переработке теряют около 75% запасов железа. Вот почему мука из цельных зерен практически не несет пользы для организма. Примерно то же самое происходит при приготовлении пищи растительного происхождения при помощи варки – часть железа остается в составе воды. Если варить шпинат в течение 3 мин., от запасов железа останется не более 10%.
Если хотите получить максимальную пользу от продуктов питания растительного происхождения, старайтесь избегать длительной термической обработки и минимизируйте количество воды. Идеальный способ приготовления – на пару.
С продуктами животного происхождения все намного проще – железо, входящее в состав гемоглобина, обладает высокой устойчивостью к термической обработке.
Что нужно знать об избытке железа в организме
Несправедливым было бы полагать, что опасность для здоровья представляет исключительно недостаток железа. Его избыток также чреват неприятными симптомами. Из-за чрезмерного накопления железа в организме нарушается работа многих функциональных систем.
Причины передозировки. Чаще всего причиной повышенной концентрации микроэлемента становится генетический сбой, в результате которого увеличивается всасываемость железа кишечником. Реже – переливание крови в большом количестве и неконтролируемое использование железосодержащих препаратов. Последнее случается при самостоятельном увеличении дозы железосодержащего препарата при пропуске очередного приема.
При избытке железа в организме обычно бывает такое:
- изменяется пигментации кожи (симптомы часто путают с гепатитом) – желтеют ладони, подмышки, темнеют старые шрамы. Склеры, нёбо ротовой полости и язык также приобретают желтоватый оттенок;
- нарушается сердечный ритм, увеличивается печень;
- снижается аппетит, повышается утомляемость, учащаются приступы головной боли;
- нарушается деятельность органов пищеварения – тошнота и рвота чередуются с диареей, в области желудка появляется ноющая боль;
- снижается иммунитет;
- повышается вероятность развития инфекционных и опухолевых патологий, например, рака печени и кишечника, а также развитие ревматоидного артрита.
Препараты, содержащие железо
К препаратам железа относят медикаменты, содержащие соли и комплексы соединений микроэлемента, а также его сочетания с другими минералами.
Во избежание патологических состояний и осложнений железосодержащие препараты следует принимать только по предписанию врача после ряда анализов. В противном случае избыток железа может привести к нарушению работы сердца, печени, желудка, кишечника и головного мозга.
- запиваются небольшим количеством воды;
- несочетаемы с препаратами кальция, Тетрациклином, Левомицетином, а также антацидами (Альмагель, Фосфалюгель и т. д.);
- принимаются в строгой дозировке. Если по каким-то причинам очередной прием препарат был пропущен, следующая доза остается неизменной. Передозировка железа (300 миллиграммов в сутки) может привести к летальному исходу;
- минимальный курс – два месяца. В течение первого месяца нормализуются показатели гемоглобина и эритроцитов. В дальнейшем приём препаратов направлен на восполнение запасов железа (наполнение «депо»). Дозировка в течение второго месяца снижается.
Следует помнить, что даже при соблюдении всех мер предосторожности прием железосодержащих препаратов может стать причиной таких побочных эффектов как гиперемия кожи, тошнота, снижение аппетита, сонливость, головная боль, нарушение деятельности органов пищеварения (запор, диарея, кишечная колика, изжога и отрыжка), металлический привкус во рту. В некоторых случаях могут потемнеть зубы (в полости рта содержится сероводород, который при взаимодействии с железом преобразуется в сульфид железа).
Совет! Чтобы избежать потемнения зубов (особенно актуально при кариесе), сразу же после приема железосодержащих препаратов ротовую полость нужно прополоскать. Если препарат выпускается в жидкой лекарственной форме, его лучше принимать через трубочку. При появлении любого из этих симптомов прием лекарств нужно немедленно прекратить
Обзор железосодержащих средств подан ниже.
В числе наиболее часто назначаемых препаратов железа Конферон, Феракрил, Феррум лек, Гемостимулин. Их преимущества – максимально точная дозировка и минимум побочных эффектов.
Дозировка препарата рассчитывается индивидуально – 2 мг на 1 кг массы тела пациента (но не более 250 мг в сутки). Для лучшего всасывания лекарства принимают во время пищи, запивая небольшим количеством жидкости.
Положительные изменения (увеличение количества ретикулоцитов) диагностируют уже через неделю после начала приема средств. Еще через две-три недели увеличивается концентрация гемоглобина.
| Препарат | Форма выпуска | Состав |
| Гемоферпролонгатум | Таблетки, покрытые оболочкой, массой 325 мг | Сульфат железа, в одной таблетке – 105 мг Fe2+ |
| Тардиферон | Таблетки пролонгированного действия | Мукопротеоза и аскорбиновая кислота, в одной таблетке – 80 мг Fe2+ |
| Ферроглюконат и Ферронал | Таблетки по 300 мг | Глюконат железа, в одной таблетке – 35 мг Fe2+ |
| Ферроградумет | Таблетки, покрытые оболочкой | Сульфат железа плюс пластическая матрица – градумет, в одной таблетке – 105 мг Fe2+ |
| Хеферол | Капсулы по 350 мг | Фумаровая кислота, в одной таблетке – 100 мг Fe2+ |
| Актиферрин | Капсулы, капли оральные, сироп | Сульфат железа, D, L-серин (капсулы и капли оральные) и сульфат железа, D, L-серин, глюкозу, фруктозу, сорбат калия (сироп). В 1 капсуле и 1 мл сиропа – 38,2 мг Fe2+, в 1 мл капель, в 1 мл сиропа – и 34,2 мг Fe2+ |
| Гемсинерал-ТД | Капсулы | Микрогранулы фумарата железа, фолиевой кислоты, цианокобаламина. В одной капсуле – 67 мг Fe2+ |
| Гино-тардиферон | Таблетки | Сульфат железа, фолиевая и аскорбиновая кислоты, мукопротеоза. В одной таблетке – 80 мг Fe2+ |
| Глобирон | Желатиновые капсулы по 300 мг | Железа фумарат, витамины В6, В12, фолиевая кислота, докузат натрия. В одной капсуле – 100 мг Fe2+ |
| Ранферон-12 | Капсулы по 300 мг | Железа фумарат, аскорбиновая и фолиевая кислоты, цианокобаламин, цинка сульфат, железа аммонийного цитрат. В одной капсуле – 100 мг Fe2+ |
| Сорбифердурулес | Таблетки, покрытые оболочкой, с пролонгированным высвобождением ионов железа | Железа сульфат, аскорбиновая кислота, матрица (дурулес). В одной таблетке – 100 мг Fe2+ |
| Тотема | Раствор для перорального приема в ампулах по 10 мл | Железа глюконат, марганец, медь, а также бензоат, цитрат натрия и сахароза. В одной ампуле – 50 мг Fe2+ |
| Хеферол | Капсулы по 350 мг | Фумаровая кислота. В одной капсуле – 100 мг Fe2+ |
| Фенюльс | Капсулы | Железа сульфат, фолиевая и аскорбиновая кислоты, тиамин. А также рибофлавин, цианокобаламин, пиридоксин, фруктоза, цистеин, кальция пантотенат, дрожжи. В одной капсуле – 45 мг Fe2+ |
Противопоказания к приему железосодержащих препаратов
|
|
|
|
|
|
Условные противопоказания: |
|
|
|
Инъекции железа и их особенности описано ниже. Помимо железосодержащих капсул и таблеток, назначаются инъекции. Их прием необходим при:
- хронических патологиях органов пищеварения, сопровождаемых пониженной всасываемостью железа. Диагнозы: панкреатит (воспаление поджелудочной железы), синдром мальабсорбции, целиакия, энтерит;
- язвенном колите неспецифического характера;
- непереносимости солей железа или гиперчувствительности с аллергическими проявлениями;
- язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки в периоды обострения;
- постоперационный период после удаления части желудка или тонкого кишечника.
Преимуществом инъекций является быстрое и максимальное насыщение железом по сравнению с другими формами выпуска препаратов.
Важно! При приеме таблеток и капсул максимальная доза не должна превышать 20-50 мг (при приеме 300 мг железа возможен летальный исход). При инъекции максимальной дозой считается 100 мг препарата железа
Побочные эффекты при введении железа с помощью инъекции: уплотнения (инфильтраты) тканей в месте введения препарата, флебиты, абсцессы, аллергическая реакция (в худшем случае – сразу развивается анафилактический шок), ДВС-синдром, передозировка железа.
Разновидности препаратов поданы в таблице
| Препарат | Форма выпуска | Состав |
| Феррум Лек (внутримышечно) | Ампулы по 2 мл | Гидроксид железа и декстран. В одной ампуле – 100 мг Fe2+ |
| Венофер (внутривенно) | Ампулы по 5 мл | Железа гидроксид сахарозных комплексов. В одной ампуле – 100 мг Fe2+ |
| Ферковен (внутривенно) | Ампулы по 1 мл | Железа сахарат, раствор углеводов и глюконат кобальта. В одной ампуле – 100 мг Fe2+ |
| Жектофер (внутримышечно) | Ампулы по 2 мл | Железо-сорбитол-лимонно-кислый комплекс |
| Феррлецит (раствор – внутримышечно, ампулы – внутривенно) | Раствор для инъекций в ампулах по 1 и по 5 мл | Железоглюконатный комплекс |
| Фербитол (внутримышечно) | Ампулы по 1 мл | Железосорбитоловый комплекс |
ЖЕЛЕЗО (Ferrum, Fe ) - элемент VIII группы периодической системы Д. И. Менделеева; входит в состав дыхательных пигментов, в т. ч. гемоглобина, участвует в процессе связывания и переноса кислорода к тканям в организме животных и человека; стимулирует функцию кроветворных органов; применяется в качестве лекарственного средства при анемических и некоторых других патологических состояниях. Радиоактивный изотоп 59 Fe используется в качестве радиоактивного индикатора в клин, лабораторных исследованиях. Порядковый номер 26, ат. вес 55,847.
В природе обнаружены 4 стабильных изотопа Ж. с массовыми числами 54 (5,84%), 56 (91,68%), 57 (2,17%) и 58 (0,31%).
Железо встречается всюду, как на Земле, особенно в ее ядре, так и в метеоритах. В земной коре содержится 4,2 весовых, или 1,5 атомных, процента Ж. Содержание Ж. в каменных метеоритах составляет в среднем 23%, а иногда доходит до 90% (такие метеориты называют железными). В виде сложных органических соединений Ж. входит в состав растительных и животных организмов.
Ж. входит в состав многих минералов, представляющих собой оксиды железа (красный железняк- Fe 2 O 3 , магнитный железняк - FeO-Fe 2 O 3 , бурый железняк - 2Fe 2 O 3 -3H 2 O), или карбонаты (сидерит - FeCO 3), либо сернистые соединения (железный колчедан, магнитный колчедан), либо, наконец, силикаты (напр., оливин и др.). Ж. обнаруживается в грунтовых водах и водах различных водоемов. В морской воде Ж. содержится в концентрации 5 10 -6 %.
В технике Ж. применяется в виде сплавов с другими элементами, которые существенно изменяют его свойства. Наибольшее значение имеют сплавы Ж. с углеродом.
Физико-химические свойства железа и его соединений
Чистое Ж. - блестящий белый с сероватым оттенком ковкий металл; t° пл 1539 ± 5°, t° кип ок. 3200°; уд. вес 7,874; обладает по сравнению с другими чистыми металлами наивысшими ферромагнитными свойствами, т. е. способностью приобретать свойства магнита под влиянием внешнего магнитного поля.
Известны две кристаллические модификации Ж.: альфа- и гамма-железо. Первая, альфа-модификация, устойчива ниже 911° и выше 1392°, вторая, гамма-модификация, - в интервале температур от 911° до 1392°. При температурах выше 769° альфа-железо немагнитно, а ниже 769° - магнитно. Немагнитное альфа-железо иногда называют бета-железом, а высокотемпературную альфа-модификацию дельта-железом. Ж. легко взаимодействует с разведенными к-тами (напр., с соляной, серной, уксусной) с выделением водорода и образованием соответствующих закисных солей Ж., т. е. солей Fe (II) . Взаимодействие Ж. с сильно разведенной азотной к-той происходит без выделения водорода с образованием закисной азотнокислой соли Ж. - Fe(NO 3) 2 и азотноаммонийной соли - NH 4 NO 3 . При взаимодействии Ж. с конц. азотной к-той образуется окисная соль Ж., т. е. соль Fe (III), - Fe(NO 3) 3 , причем одновременно выделяются оксиды азота.
В сухом воздухе Ж. покрывается тонкой (толщиной ок. 3 нм) пленкой окиси (Fe 2 O 3), но не ржавеет. При высокой температуре в присутствии воздуха Ж. окисляется, образуя железную окалину - смесь закиси (FeO) и окиси (Fe 2 O 3) Ж. В присутствии влаги и воздуха Ж. подвергается коррозии; оно окисляется с образованием ржавчины, к-рая представляет собой смесь гидратированных оксидов Ж. Для защиты Ж. от ржавления его покрывают тонким слоем других металлов (цинка, никеля, хрома и др.) или масляными красками и лаками либо добиваются образования на поверхности Ж. тонкой пленки закись-окиси - Fe 3 O 4 (воронение стали).
Ж. принадлежит к элементам с переменной валентностью, и поэтому его соединения способны принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях. Известны соединения двух-, трех- и шестивалентного Ж.
Наиболее устойчивыми являются соединения двух- и трехвалентного Ж. . Кислородные соединения Ж. - закись (FeO) и окись (Fe 2 O 3) - обладают основными свойствами и с к-тами образуют соли. Гидраты этих окислов Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 нерастворимы в воде. Соли закисного, т. е. двухвалентного, Ж. (FeCl 2 , FeSO 4 и т. д.), называемые солями Fe (II) или ферросолями, в безводном состоянии бесцветны, а при наличии кристаллизационной воды или в растворенном состоянии имеют голубовато-зеленый цвет;, диссоциируют они с образованием ионов Fe 2+ . Кристаллогидрат двойной сернокислой соли аммония и двухвалентного Ж. (NH 4) 2 SO 4 -FeSO 4 -6Н 2 O носит название соли Мора. Чувствительной реакцией на соли Fe (II) является образование с р-ром K 3 Fe(CN) 6 осадка турнбулевой сини - Fe 3 2 .
Соли окисного, т. е. трехвалентного Ж. или Fe(III), называемые солями Fe(III) или феррисолями, окрашены в желто-бурый или красно-бурый цвет, напр, хлорное железо, поступающее в продажу в виде желтого гигроскопического кристаллогидрата FeCl 3 -6H 2 O. Широко распространены двойные сернокислые соли Fe (III), называемые железными квасцами, напр, железо-аммонийные квасцы (NH 4) 2 SO 4 Fe 2 (SO 4) 3 24Н 2 O. В р-ре соли Fe (III) диссоциируют с образованием ионов Fe 3+ . Чувствительными реакциями на соли Fe (III) являются: 1) образование осадка берлинской лазури Fe 4 3 с р-ром K 4 Fe(CN) 6 и 2) образование красного роданового железа Fe(CNS) 3 при добавлении роданистых солей (NH 4 CNS или KCNS).
Соединения шестивалентного Ж. представляют собой соли железной к-ты (ферраты K2FeO4, BaFeO4). Соответствующая этим солям железная к-та (H2FeO4) и ее ангидрид нестойки и в свободном состоянии не получены. Ферраты являются сильными окислителями, они нестабильны и легко разлагаются с выделением кислорода.
Существует большое количество комплексных соединений Ж. Напр., при добавлении к солям закисного Ж. цианистого калия вначале образуется осадок цианистого Ж. Fe(CN) 2 , который затем при избытке KCN вновь растворяется с образованием K 4 Fe(CN)6 [гексациано- (II) феррат калия, железисто-синеродистый калий, или феррицианид калия]. Другим примером может служить K 3 Fe(CN) 6 [гексациано-(III)феррат калия, железосинеродистый калий, или ферроцианид калия] и др. Ферроцианид дает в р-ре ион Fe(CN) 4 - , а феррицинид - ион Fe(CN) 6 3- . Ж., содержащееся в этих анионах, не дает качественных реакций на ионы железа Fe 3+ и Fe 2+ . Ж. легко образует комплексные соединения со многими органическими к-тами, а также с азотистыми основаниями. Образование окрашенных комплексных соединений железа с а, альфа1-дипиридилом или с о-фенантролином лежит в основе очень чувствительных методов обнаружения й количественного определения малых количеств Ж. Вещества типа гема (см. Гемоглобин) биогенного происхождения являются также комплексными соединениями Ж.
С окисью углерода Ж. дает летучие соединения - карбонилы. Карбонил Ж. Fe(CO) 5 называется пентакарбонилом Ж. и используется для получения наиболее чистого, свободного от каких-либо примесей Ж. для целей получения хим. катализаторов, а также для некоторых электротехнических целей.
Железо в организме человека
Организм взрослого человека содержит в среднем 4-5 г Fe, из которых ок. 70% находится в составе гемоглобина , (см.), 5-10%- в составе миоглобина (см.), 20-25% в виде резервного Ж. и не более 0,1% - в плазме крови. Нек-рое количество Ж. находится в составе различных органических соединений внутриклеточно. Ок. 1% Ж. входит также в состав ряда дыхательных ферментов (см. Дыхательные пигменты , Дыхательные ферменты , Окисление биологическое), катализирующих процессы дыхания в клетках и тканях.
Ж., обнаруживаемое в плазме крови, является транспортной формой Ж., к-рое связано с белком трансферрином, представляющим собой бета-глобулины и, возможно, альфа-глобулины и альбумины. Теоретически с 1 мг белка может быть связано 1,25 мкг Ж., т. е. в общей сложности в плазме в связанном состоянии постоянно может находиться ок. 3 мг Ж. Однако на самом деле трансферрин насыщен Ж. лишь на 20-50% (в среднем на одну треть). Дополнительное количество Ж., к-рое в определенных условиях может связаться с трансферрином, определяет ненасыщенную железосвязывающую способность (НЖСС) крови; общее количество Ж., к-рое может быть связано трансферрином, определяет общую железосвязывающую способность (ОЖСС) крови. В сыворотке крови содержание Ж. определяют по Вальквисту (В. Vahlquist) в модификации Хагберга (В. Hagberg) и Е. А. Ефимовой. Метод основан на том, что железобелковые комплексы в плазме крови в кислой среде диссоциируют с высвобождением Ж. Белки осаждают, а в безбелковом фильтрате Fe (III) переводят в Fe (II), образующее окрашенный растворимый комплекс с о-фенантролином, интенсивность окраски к-рого пропорциональна количеству Ж. в р-ре. Для определения берут 0,3 мл негемолизированной сыворотки крови, расчет производят по калибровочной кривой.
Железосвязывающую способность сыворотки крови определяют по Шаде (A. Schade) в модификации Рата (С. Rath) и Финча (С. Finch). Метод основан на том, что при взаимодействии бета-глобулинов и двухвалентного Ж. образуется комплекс оранжево-красного цвета. Поэтому при добавлении ферросолей (обычно соли Мора) к сыворотке крови нарастает интенсивность этой окраски, к-рая резко стабилизируется в точке насыщения белка. По количеству Ж., необходимого для насыщения белка, судят о НЖСС. Эта величина, суммированная с количеством Ж. в сыворотке крови, отражает ОЖСС.
Содержание Ж. в плазме крови подвержено суточным колебаниям- оно снижается ко второй половине дня. Концентрация Ж. в плазме крови зависит также от возраста: у новорожденных она равна 175 мкг%, у детей в возрасте 1 года - 73 мкг%; затем концентрация Ж. вновь увеличивается до 110-115 мкг% и до 13 лет существенно не меняется. У взрослых людей отмечаются различия в концентрации Ж. в сыворотке крови в зависимости от пола: содержание Ж. у мужчин составляет 120 мкг%, а у женщин - 80 мкг%. В цельной крови это различие выражено менее резко. ОЖСС нормальной сыворотки крови составляет 290-380 мкг%. С мочой у человека за сутки выводится 60-100 мкг Ж.
Отложение железа в тканях
Ж., откладывающееся в тканях организма, может иметь экзогенное и эндогенное происхождение. Экзогенный сидероз наблюдается при некоторых профессиях как профессиональная вредность, в частности у шахтеров, занятых на разработках красного железняка, и у электросварщиков. В этих случаях происходит отложение оксидов Fe (III) (Fe 2 O 3) в легких, иногда с образованием сидеротических узелков, диагностируемых посредством рентгенографии. Гистологически узелки представляют собой скопление содержащей Ж. пыли в просвете альвеол, в слущенных альвеолярных клетках, в межальвеолярных перегородках, в адвентиции бронхов с развитием вокруг соединительной ткани. У электросварщиков количество Ж., откладывающегося в легких, обычно невелико; частички его преимущественно меньше 1 мкм; у шахтеров наблюдаются массивные отложения Ж., количество к-рого в обоих легких может достигать 45 г и составлять 39,6% веса золы, остающейся после сгорания легкого. Чистый сидероз легких, напр, у электросварщиков, не сопровождается пневмосклерозом и нарушением трудоспособности; у шахтеров, однако, обычно наблюдается сидеро-силикоз с развитием пневмосклероза (см.).
Экзогенный сидероз глазного яблока наблюдается при внедрении в глаз железных осколков, стружек и т. п.; при этом металлическое Ж. переходит в двууглекислое, затем в гидрат окиси Ж. и откладывается в отростках цилиарного тела, эпителии передней камеры, капсуле хрусталика, эписклеральной ткани, сетчатке и зрительном нерве, где его можно обнаружить при помощи соответствующих микрохим. реакций. Экзогенный местный сидероз может наблюдаться вокруг железных осколков., попавших в ткани при бытовой и боевой травме (осколки гранат, снарядов и т. п.).
Источником эндогенного сидероза в подавляющем большинстве случаев служит гемоглобин при вне- и внутрисосудистом его разрушении. Одним из конечных продуктов распада гемоглобина является железосодержащий пигмент гемосидерин, который откладывается в органах и тканях. Гемосидерин был открыт в 1834 г. И. Мюллером, однако термин «гемосидерин» был предложен Нейманном (A. Neumann) лишь позднее, в 1888 г. Гемосидерин образуется при расщеплении гема. Он является полимером ферритина (см.) [Граник (S. Granick)]. Химически гемосидерин представляет собой агрегат гидроокиси Fe (III), более или менее прочно соединенный с белками, мукополисахаридами и липидами клетки. Образование гемосидерина происходит в клетках как мезенхимальной, так и эпителиальной природы. Эти клетки
В. В. Серов и В. С. Пауков предложили называть сидеробластами. В сидеросомах сидеробластов происходит синтез гранул гемосидерина. Микроскопически гемосидерин имеет вид зерен от желтоватого до золотисто-коричневого цвета, расположенных большей частью внутри клеток, но иногда и внеклеточно. Гранулы гемосидерина содержат до 35% Ж.; гемосидерин никогда не образует кристаллических форм.
В связи с тем что источником гемосидерина в большинстве случаев является гемоглобин, очаговые отложения последнего могут наблюдаться в любом месте человеческого тела, где имело место кровоизлияние (см. Гемосидероз). При гемосидерозе в местах отложения гемосидерина выявляется SH-ферри-тин (сульфгидрильная активная форма), который обладает вазопаралитическими свойствами. Особенно большие отложения гемосидерина, возникающего из ферритина вследствие нарушения клеточного метаболизма Ж., наблюдаются при гемохроматозе (см.); при этом в печени количество депонированного Ж. часто превышает 20-30 г. Отложения Ж. при гемохроматозе, помимо печени, наблюдаются в поджелудочной железе, почках, миокарде, органах ретикулоэндотелиальной системы, иногда слизистых железах трахеи, в щитовидной железе, мышцах и эпителии языка и т. д.
Помимо отложений гемосидерина, иногда наблюдается импрегнация Ж. (ожелезнение) эластического каркаса легких, эластических мембран сосудов легкого при бурой индурации или сосудов мозга в окружности очага кровоизлияния (см. Бурое уплотнение легких). Наблюдается также ожелезнение отдельных мышечных волокон в матке, нервных клеток в головном мозге при некоторых психических заболеваниях (идиотии, раннем и старческом слабоумии, атрофии Пика, некоторых гиперкинезах). Указанные образования пропитываются коллоидным Ж., и обнаружить ожелезнение можно лишь при помощи специальных реакций.
Для обнаружения ионизированного Ж. в тканях наиболее широко используются реакция образования турнбулевой сини по Тирманну - Шмельцеру для выявления Fe (II) и реакция образования берлинской лазури [метод Перльса с использованием Fe (III)].
Реакция образования турнбулевой сини производится следующим образом: приготовленные срезы помещают на 1- 24 часа в 10% р-р сернистого аммония для переведения всего Ж. в двухвалентное сернистое Ж. Затем тщательно прополосканные в дистиллированной воде срезы переносят на 10-20 мин. в свежеприготовленную смесь из равных частей 20% р-ра железосинеродистого калия и 1% р-ра соляной к-ты. Ж. окрашивается в ярко-синий цвет; ядра можно докрасить кармином. Для переноски срезов нужно пользоваться только стеклянными иглами.
По методу Перльса срезы помещают на несколько минут в свежеприготовленную смесь из 1 ч. 2% водного р-ра железистосинеродистого калия и 1,5 ч. 1% р-ра соляной к-ты; потом срезы ополаскивают водой и ядра докрашивают кармином. Ж. окрашивается в синий цвет. SH-ферритин выявляют с помощью сульфата кадмия (Н. Д. Клочков).
Библиография: Биохимические методы исследования в клинике, под ред. А. А. Покровского, с. 440, М., 1969; В e р б о л о-в и ч П. А. и У т e ш e в А. Б. Железо в животном организме, Алма-Ата, 1967, библиогр.; Глинка Н. Л. Общая химия, с. 682, Л., 1973; Кассирский И. А. и Алексеев Г. А. Клиническая гематология, с. 168, М., 1970, библиогр.; Левин В. И. Получение радиоактивных изотопов, с. 149, М., 1972; Машковский М. Д. Лекарственные средства, ч. 2, с. 94, М., 1977; Нормальное кроветворение и его регуляция, под ред. Н. А. Федорова, с. 244, М., 1976; Петров В. Н. и Щерба М. М. Выявление, распространенность и география дефицита железа, Клин, мед., т. 50, № 2, с. 20, 1972, библиогр.; P я-бов С. И. и Шостка Г. Д. Молекулярно-генетические аспекты эритропоэза, Л., 1973, библиогр.; Щ ер б а М. М. Железодефицитные состояния, Л., 197 5; Klinische Hamatologie, hrsg. v. H. Be-gemann, S. 295, Stuttgart, 1970; Pharmacological basis of therapeutics, ed. by L. S. Goodman a. A. Gilman, L., 1975.
Г. E. Владимиров; Г. А. Алексеев (гем.), В. В. Бочкарев (рад.), А. М. Вихерт (пат. ан.), В. В. Чурюканов (фарм.).
