Ni vigumu kukadiria nafasi ya chuma kwa mwili wa binadamu, kwa sababu inachangia "kuundwa" kwa damu, maudhui yake huathiri kiwango cha hemoglobini na myoglobin, chuma hurekebisha utendaji wa mfumo wa enzyme. Lakini ni nini kipengele hiki katika suala la kemia? Valency ya chuma ni nini? Hili litajadiliwa katika makala haya.
Historia kidogo
Wanadamu walijua kuhusu kipengele hiki cha kemikali na hata walimiliki bidhaa kutoka humo mapema karne ya 4 KK. Hawa walikuwa watu wa Misri ya Kale na Wasumeri. Ni wao ambao walianza kutengeneza vito vya mapambo, silaha kutoka kwa aloi ya chuma na nikeli, ambazo zilipatikana wakati wa uchimbaji wa kiakiolojia na kuchunguzwa kwa uangalifu na wanakemia.
Baadaye kidogo, makabila ya Waarya waliohamia Asia walijifunza jinsi ya kutoa chuma kigumu kutoka kwa madini hayo. Ilikuwa ya thamani sana kwa watu wa wakati huo kwamba bidhaa zilifunikwa kwa dhahabu!
Sifa za chuma
Chuma (Fe) iko katika nafasi ya nne kwa mujibu wa maudhui yake katika matumbo ya ukoko wa dunia. Inachukua nafasi katika kundi la 7 la kipindi cha 4 na ina nambari 26 ndaniJedwali la kemikali la vitu vya Mendeleev. Valency ya chuma inategemea moja kwa moja nafasi yake katika meza. Lakini zaidi kuhusu hilo baadaye.
Madini haya hupatikana zaidi kimaumbile katika umbo la ore, hupatikana katika maji kama madini, na pia katika misombo mbalimbali.
Hifadhi kubwa zaidi ya madini ya chuma iko nchini Urusi, Australia, Ukraini, Brazili, Marekani, India, Kanada.
Tabia za kimwili
Kabla ya kuendelea na valency ya chuma, ni muhimu kuangalia kwa karibu mali yake ya kimwili, kwa kusema, iangalie kwa karibu.
Chuma hiki kina rangi ya fedha, ni ductile, lakini kinaweza kuongeza ugumu kupitia mwingiliano wake na vipengele vingine (kwa mfano, na kaboni). Pia ina sifa za sumaku.
Katika mazingira yenye unyevunyevu, chuma kinaweza kuharibika, yaani, kutu. Ingawa chuma safi kabisa hustahimili unyevu, lakini ikiwa ina uchafu, basi hizo huchochea ulikaji.
Chuma huingiliana vyema na mazingira yenye asidi, inaweza hata kutengeneza chumvi ya asidi ya chuma (ikiwa ni kioksidishaji kikali).
Hewani, hufunikwa kwa haraka na filamu ya oksidi ambayo huilinda dhidi ya mwingiliano.
Sifa za kemikali
Pia, kipengele hiki kina idadi ya sifa za kemikali. Iron, kama vipengele vingine vya jedwali la upimaji, ina malipo ya kiini cha atomiki, ambayo inalingana na nambari ya serial +26. Na kuzunguka kiini, elektroni 26 huzunguka.
Kwa ujumla, ikiwa tunazingatia sifa za chuma - kipengele cha kemikali, basi ni chuma yenye uwezo mdogo wa kufanya kazi.
Ikiingiliana na vioksidishaji hafifu, chuma huunda misombo mahali ambapo imegawanyika (yaani, hali yake ya oksidi ni +2). Na ikiwa na vioksidishaji vikali, basi hali ya oxidation ya chuma hufikia +3 (yaani, valence yake inakuwa sawa na 3).
Wakati wa kuingiliana na vipengele vya kemikali ambavyo si metali, Fe hufanya kazi kama wakala wa kupunguza kuhusiana navyo, wakati hali yake ya oksidi inakuwa, pamoja na +2 na +3, hata +4, +5, +6. Michanganyiko kama hii ina vioksidishaji vikali sana.
Kama ilivyobainishwa hapo juu, chuma kilicho hewani kimefunikwa na filamu ya oksidi. Na inapokanzwa, kasi ya majibu huongezeka na oksidi ya chuma yenye valence 2 (joto chini ya nyuzi joto 570) au oksidi yenye valence 3 (kiashiria cha halijoto zaidi ya nyuzi 570) inaweza kuundwa.
Muingiliano wa Fe na halojeni husababisha uundaji wa chumvi. Vipengele vya florini na klorini huiweka oksidi hadi +3. Bromini ni hadi +2 au +3 (yote inategemea masharti ya utekelezaji wa mageuzi ya kemikali inapoingiliana na chuma).
Ikiingiliana na iodini, kipengele hicho hutiwa oksidi hadi +2.
Iron inayopasha joto na salfa huzalisha salfaidi ya chuma yenye valence ya 2.
Ukiyeyusha feri na kuichanganya na kaboni, fosforasi, silikoni, boroni, naitrojeni, utapata misombo inayoitwa aloi.
Chuma ni chuma,kwa hiyo, pia inaingiliana na asidi (hii pia ilijadiliwa kwa ufupi juu kidogo). Kwa mfano, asidi ya sulfuriki na nitriki, kuwa na mkusanyiko wa juu, katika mazingira yenye joto la chini, haiathiri chuma. Lakini mara tu inapoinuka, athari hutokea, kama matokeo ambayo chuma hutiwa oksidi hadi +3.
Kadiri asidi inavyozidi, ndivyo halijoto inavyopaswa kutolewa.
Inapasha joto chuma chenye valent 2 kwenye maji, tunapata oksidi yake na hidrojeni.
Pia, Fe ina uwezo wa kuondoa metali ambazo zimepunguza shughuli kutoka kwa miyeyusho ya maji ya chumvi. Wakati huo huo, hutiwa oksidi hadi +2.
Kiwango cha joto kinapoongezeka, chuma hurejesha metali kutoka kwa oksidi.
valency ni nini
Tayari katika sehemu iliyotangulia, dhana ya valence, pamoja na kiwango cha oxidation, ilikabiliwa kidogo. Ni wakati wa kuzingatia thamani ya chuma.
Lakini kwanza unahitaji kuelewa ni sifa ya aina gani ya elementi za kemikali.
Dutu za kemikali huwa karibu kila mara katika utungaji wake. Kwa mfano, katika formula ya maji H2O - 1 atomi ya oksijeni na atomi 2 za hidrojeni. Vile vile ni sawa na misombo mingine ambayo vipengele viwili vya kemikali vinahusika, moja ambayo ni hidrojeni: atomi 1-4 za hidrojeni zinaweza kuongezwa kwa atomi 1 ya kipengele cha kemikali. Lakini si kinyume chake! Kwa hiyo, ni wazi kwamba hidrojeni inashikilia atomi 1 tu ya dutu nyingine yenyewe. Na ni jambo hili ambalo linaitwa valence - uwezo wa atomi za kipengele cha kemikali kushikamana na kitu maalum.idadi ya atomi za elementi zingine.
Thamani ya Valence na fomula ya picha
Kuna vipengele vya jedwali la muda ambavyo vina valence isiyobadilika - hizi ni oksijeni na hidrojeni.
Na kuna vipengele vya kemikali ambavyo hubadilika. Kwa mfano, chuma mara nyingi ni 2 na 3 valent, sulfuri 2, 4, 6, kaboni 2 na 4. Hivi ni vipengee vyenye valency inayobadilika.
Zaidi, kwa kuelewa valency ni nini, unaweza kuandika kwa usahihi fomula ya picha ya kampaundi. Inaonyesha mfuatano wa muunganisho wa atomi katika molekuli.
Pia, ukijua valency ya moja ya elementi kwenye kiwanja, unaweza kuamua valency ya nyingine.
Valency ya chuma
Kama ilivyobainishwa, chuma hurejelea vipengele vilivyo na sifa tofauti. Na inaweza kubadilika si tu kati ya 2 na 3, lakini pia kufikia 4, 5 na hata 6.
Bila shaka, kemia isokaboni hutafiti ubora wa chuma kwa undani zaidi. Hebu tuzingatie kwa ufupi utaratibu huu katika kiwango cha chembe rahisi zaidi.
Chuma ni kipengele cha d, ambacho vipengele 31 zaidi vya jedwali la upimaji huongezwa (hizi ni vipindi 4-7). Nambari ya atomiki inapoongezeka, sifa za vipengele vya d hupata mabadiliko kidogo. Radi ya atomiki ya vitu hivi pia huongezeka polepole. Zina valence inayobadilika, ambayo inategemea ukweli kwamba kiwango kidogo cha d-electron ya nje haijakamilika.
Kwa sababu kwa chuma, sio tu elektroni c zilizo katika safu ya nje ni valence, lakini pia elektroni 3d ambazo hazijaoanishwa za safu ya awali ya nje. Na, kama matokeo, valency ya Fe katika kemikalimisombo inaweza kuwa sawa na 2, 3, 4, 5, 6. Kimsingi, ni sawa na 2 na 3 - haya ni misombo imara zaidi ya chuma na vitu vingine. Katika zile zisizo imara, inaonyesha valency 4, 5, 6. Lakini, misombo kama hii haitumiki sana.
Frimu mbili
Pale valence iron 2 inapoingiliana na maji, oksidi ya chuma (2) hupatikana. Muunganisho huu ni mweusi. Humenyuka kwa urahisi ikiwa na hidrokloriki (ukolezi mdogo) na asidi ya nitriki (ukolezi wa juu)
Ikiwa oksidi kama hiyo ya chuma-valent 2 itaingiliana na hidrojeni (joto la nyuzijoto 350) au kaboni (coke) kwa nyuzi 1000, basi inarudishwa katika hali safi.
Nyoa oksidi ya feri ya chuma-valent 2 kwa njia zifuatazo:
- kupitia mchanganyiko wa oksidi feri na monoksidi kaboni;
- Wakati Fe safi inapashwa joto, wakati shinikizo la oksijeni liko chini;
- wakati wa kuoza oxalate yenye feri katika mazingira ya utupu;
- chuma tupu kinapoingiliana na oksidi zake, halijoto ni nyuzi joto 900-1000.
Kuhusu mazingira asilia, oksidi ya feri ni tofauti, ipo kama madini ya wuestite.
Kuna njia nyingine ya kuamua valence ya chuma katika suluhisho - katika kesi hii, kuwa na index yake 2. Ni muhimu kutekeleza majibu na chumvi nyekundu (hexacyanoferrate ya potasiamu) na kwa alkali. Katika kesi ya kwanza, mvua ya bluu ya giza inazingatiwa - chumvi tata ya feri 2-valent. Katikaya pili - kupata mvua ya kijivu-kijani iliyokolea - hidroksidi ya chuma pia ina valent 2, wakati hidroksidi ya chuma yenye valent 3 ina rangi ya hudhurungi katika myeyusho.
Pata tatu
3-valent ferrum oxide ina muundo wa poda, ambao rangi yake ni nyekundu-kahawia. Pia ina majina: oksidi ya chuma, madini ya chuma, rangi nyekundu, rangi ya chakula, crocus.
Kwa asili, dutu hii hutokea katika umbo la madini - hematite.
Oksidi ya chuma kama hii haiingiliani tena na maji. Lakini inachanganyika na asidi na alkali.
Oksidi ya chuma (3) hutumika kupaka rangi nyenzo zinazotumika katika ujenzi:
- matofali;
- cement;
- bidhaa za kauri;
- saruji;
- vibamba vya kutengeneza lami;
- sakafu (linoleum).
Chuma kwenye mwili wa binadamu
Kama ilivyobainishwa mwanzoni mwa makala haya, dutu hii chuma ni sehemu muhimu ya mwili wa binadamu.
Kipengele hiki kinapokuwa hakitoshi, matokeo yafuatayo yanaweza kutokea:
- kuongezeka kwa uchovu na kuhisi baridi;
- ngozi kavu;
- ilipungua shughuli za ubongo;
- kuzorota kwa uimara wa sahani ya kucha;
- kizunguzungu;
- matatizo ya usagaji chakula;
- nywele mvi na upotezaji wa nywele.
Chuma hujilimbikiza, kwa kawaida kwenye wengu na ini, pamoja na figo na kongosho.
Lishe ya binadamu inapaswa kuwa na vyakula vyenye madini ya chuma:
- ini la nyama ya ng'ombe;
- uji wa buckwheat;
- karanga;
- pistachios;
- mbaazi za kijani za makopo;
- uyoga wa porcini uliokaushwa;
- mayai ya kuku;
- mchicha;
- dogwood;
- tufaha;
- pears;
- peaches;
- beets;
- dagaa.
Ukosefu wa madini ya chuma kwenye damu hupelekea kupungua kwa himoglobini na kupata magonjwa kama vile upungufu wa damu anemia ya madini ya chuma.
