В химии , железо (II) , относится к элементу железа в его +2 состоянии окисления . В ионных соединениях (солях) такой атом может встречаться как отдельный катион (положительный ион), обозначаемый Fe 2+ .
Прилагательное железо или приставка ферро - часто используется для обозначения таких соединений - например, «хлорид железа » для хлорида железа (II) , FeCl
2. Прилагательное «трехвалентное железо» используется вместо солей железа (III) , содержащих катион или Fe 3+ . Слово « железо» происходит от латинского слова « феррум», обозначающего железо.
Атомы железа (II) могут также встречаться в виде координационных комплексов , таких как полимерный дигидрат оксалата железа (II) , [Fe (C
2О
4)(ЧАС
2O)
2] n или [Fe 2+ ] [C
2О2-
4][ЧАС
2O]
2n ; и металлоорганические соединения , такие как нейтральная молекула ферроцена , Fe (C
2ЧАС
5)
2или [Fe 2+ ] [C
5ЧАС-
5]
2.
Железо почти всегда встречается в степенях окисления 0 (как в металле), +2 или +3. Твердые соли железа (II) относительно стабильны на воздухе, но в присутствии воздуха и воды они склонны окисляться до солей железа (III), которые включают гидроксид ( HO - ) или оксид ( O 2- ) анионы.
Железо (II) и жизнь
Все известные формы жизни требуют железа. 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 относительно легкому переключению атома железа между состояниями +2 и +3. Гемоглобин, например, переносит кислород в кровь, связывая одну молекулу O
2к атому железа, образуя оксигемоглобин . При этом железное (II) ядро гемоглобина 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 к образованию сильно нерастворимых оксидов / гидроксидов железа (III) в аэробной кислородсодержащей среде, 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). (Бактерии и травы вместо этого выделяют соединения, называемые сидерофорами, которые образуют растворимые комплексы с железом (III).) [2] [3] [4]
По той же причине в морской воде очень мало железа, и оно часто является ограничивающим фактором для роста микроскопических растений ( фитопланктона ), которые составляют основу морской пищевой сети. Этот факт наглядно продемонстрировал эксперимент, в котором большая часть поверхности океана была обработана растворимыми солями железа (II), в частности сульфатом железа (II) . Через несколько дней фитопланктон на обработанной территории зацвел до такой степени, что эффект был виден из космоса. Этот процесс удобрения был предложен как средство уменьшения содержания углекислого газа в атмосфере. [5]
Железо (II) в растворе
Многие соли железа (II) растворимы в воде, например, хлорид железа (II) FeCl.
2и сульфат железа (II) FeSO
4. В отличие от своих собратьев железа (III), эти соли растворяются в чистой воде без значительного гидролиза и без влияния на pH [6]
Когда металлическое железо (степень окисления 0) помещается в раствор соляной кислоты , в результате реакции образуется хлорид железа (II) с выделением газообразного водорода.
- Fe0
+ 2 H + → Fe 2+ + H
2
Металлическое железо более электроположительно, чем медь , и поэтому вытесняет его из своих солей:
- Fe0
+ Cu 2+ → Fe 2+ + Cu0
Когда металлическое железо подвергается воздействию воздуха и воды, оно обычно 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 грин раст .
Комплексы
Железо (II) является центром ad 6 , что означает, что атом имеет шесть «валентных» электронов в трехмерной орбитальной оболочке. Следовательно, валентные орбитали 3d, 4s и 4p могут принимать не более 12 электронов от большого количества лигандов с образованием координационных комплексов и металлоорганических соединений. Примеры включают ферроцен и ион ферроцианида .
Рекомендации
- ^ Берг, Джереми Марк; Липпард, Стивен Дж. (1994). Основы биоинорганической химии . Саусалито, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN 0-935702-73-3.
- ^ Джоанна В. Вайс, Дэвид Эмерсон, Стефани М. Бакер и Дж. Патрик Мегонигал (2003): «Подсчет Fe (II) -окисляющих и Fe (III) -редуцирующих бактерий в корневой зоне водно-болотных растений: последствия для железный цикл ризосферы ». Биогеохимия , том 64, выпуск 1, страницы 77–96. DOI : 10,1023 / А: 102495302
- ^ H. Маршнера и В. Römheld (1994): «Стратегия растений для приобретения железа». Растительные и почвы , объем 165, выпуск 2, страницы 261-274. DOI : 10.1007 / BF00008069
- ^ Таканори Кобаяси и Наоко К. Нисидзава (2012): «Поглощение, транслокация и регуляция железа в высших растениях». Ежегодный обзор биологии растений , том 63, страницы 131-152. DOI : 10,1146 / annurev-arplant-042811-105522
- ^ Boyd PW, Watson AJ, Law CS и др. (Октябрь 2000 г.). «Мезомасштабное цветение фитопланктона в полярном Южном океане, стимулированное удобрением железа». Природа . 407 (6805): 695–702. Bibcode : 2000Natur.407..695B . DOI : 10.1038 / 35037500 . PMID 11048709 .
- ^ Эрншоу, А .; Гринвуд, Н. Н. (1997). Химия элементов (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4.