Чугун и сталь – более прочные материалы, чем само железо. Эти сплавы – основа развития техники и важнейший материал искусства.
Существует ещё одно природное соединение железа – железный, или серный, колчедан (пирит) FeS2. Он не служит железной рудой для получения металла, но применяется для производства серной кислоты.
Соединения железа
Как уже было сказано выше, для железа характерны два ряда соединений: соединения железа(II) и железа(III).
Оксид железа(II) FeO и соответствующий ему гидроксид железа(II) Fe(OH)2 получают косвенно, в частности по следующей цепи превращений:
Fe → FeCI2 → Fe(OH)2 → FeO
Оба соединения имеют ярко выраженные основные свойства.
Катионы железа(II) Fe2+ легко окисляются кислородом воздуха или другими окислителями до катионов железа(III) Fe3+. Поэтому белый осадок гидроксида железа(II) Fe(OH)2 на воздухе сначала приобретает зелёную окраску, а затем становится бурым, превращаясь в гидроксид железа(III) Fe(OH)3:
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
Оксид железа(III) Fe2O3 и соответствующий ему гидроксид железа(III) Fe(OH)3 также получают косвенно, например по цепочке:
Fe → FeCI3 → Fe(OH)3 → Fe2O3
Из солей железа наибольшее техническое значение имеют сульфиды и хлориды.
Кристаллогидрат сульфата железа(II) FeSO*7H2O, известный под названием железный купорос, применяют для борьбы с вредителями растений, для приготовления минеральных красок и в других целях.
Хлорид железа(III) FeCI3 используют в качестве протравы при крашении тканей.
Сульфат железа(III) Fe2(SO4)3*9H2O применяется при очистке воды и в других целях. Для распознавания соединений железа(II) и (III) проводят качественные реакции на ионы Fe2+ и Fe3+ . Такой реакцией служит реакция солей железа с соединением K3(Fe(CN)6) , называемым красной кровяной солью. В растворе она диссоциирует:
K3(Fe(CN)6) = 3K+ + (Fe(CN)6)3-
Реактивом на ионы является другое комплексное соединение – желтая кровяная соль – K4(Fe(CN)6), которая в растворе диссоциирует аналогично:
K4(Fe(CN)6) = 4K+ + (Fe(CN)6)4-
Если к растворам, содержащим ионы Fe2+ или Fe3+ , прилить, соответственно, растворы красной кровяной соли (реактив на Fe2+ ) и желтой кровяной соли (реактив на Fe3+ ), то в обоих случаях выпадает одинаковый синий осадок:
FeCI2 + K3(Fe(CN)6) 3+ 2+
→ KFe(Fe(CN)6)↓ + KCI
FeCI3 + K4(Fe(CN)6)
Для обнаружения ионов Fe3= ещё используют взаимодействие солей железа(III) с роданидом калия KNCS или аммония NH4NCS. При этом образуется ярко окрашенный ион FeNCS2+, в результате чего весь раствор приобретает интенсивно-красный цвет:
Fe3+ + NCS ↔ FeNCS2+
Роль железа в организме человека и других живых организмов очень велика. Оно входит в состав гемоглобина крови, который осуществляет перенос кослорода от органов дыхания к другим органам и биологическим тканям.
Впервые железо в организме человека учёные обнаружили в XIII веке.
Биологическая роль железа
Для нормального роста и выполнения биологических функций человеку и животным кроме витаминов необходим целый ряд неорганических элементов. Эти элементы можно разделить на две класса. Один из них – макроэлементы, а другой – микроэлементы.
Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний, натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму в относительно больших количествах (порядка нескольких граммов в сутки). Часто они выполняют более чем одну функцию.
Более непосредственное отношение к действию ферментов имеют независимые микроэлементы, суточная потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов, то есть, сопоставима с потребностью в витаминах.
Известно, что в пище животных обязательно должно содержаться около 15 микроэлементов, большинство из которых выполняет, по меньшей мере, какую-нибудь одну из трёх возможных функций. Во-первых, незаменимый микроэлемент сам по себе может обладать каталитической активностью по отношению к той или иной химической реакции, скорость которой значительно возрастает в присутствии ферментного белка. Это особенно характерно для ионов железа и меди. Во-вторых, ион металла может образовывать комплекс одновременно с активным центром фермента, в результате чего происходит их сближение и переход в активную форму. И, в-третьих, ион металла может играть роль мощного акцептора электронов на определённой стадии.
Железо относится к тем микроэлементам, биологические функции которых изучены наиболее полно. Значение железа для организма человека трудно переоценить. Подтверждением этому может быть не только большая его распространенность в природе, но и важная роль в сложных процессах, происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа определяется многократностью его функций, незаменимостью другими металлами в сложных биохимических процессах, активным участием в клеточном дыхании, обеспечивающем нормальное функционирование тканей и организма человека.
Дефицит железа в организме человека
В истории медицины известен такой печальный случай. Один студент-химик решил подарить своей возлюбленной кольцо, сделанное из железа собственной крови. Выпуская время от времени кровь, он получал соединение, из которого химическим путём он выделял железо. Юноша погиб от наступившего малокровия. Он так и не собрал нужного количества железа для изготовления кольца. Бедняга не знал, что общее содержание железа в крови взрослого человека составляет в среднем 3-4 грамма, чего хватит разве что на два сапожных гвоздика
При нехватке железа в организме человека возникает его дефицит. В общем виде дефицит железа развивается при нарушении баланса между поступлением и потерями железа из организма. Его выделение ограничено.
При недостатке железа человек начинает быстро утомляться, возникают головные боли, появляется плохое настроение. Ещё в старину были известны рецепты различных «железных» лекарств. В 1783 году «Экономический журнал» писал: «В некоторых случаях и самое железо составляет весьма хорошее лекарство, и применяются с пользой наимельчайшие оного опилки, либо просто, либо обсахаренные». В той же статье рекомендуются и другие лекарства: «железный снег», «железная вода», «стальное вино» («виноградное кислое вино, как, например, рейнвейн, настоять с железными опилками»).
Общее содержание железа в пище и его усвоение, зависящее преимущественно от соотношения продуктов животного и растительного происхождения, веществ, уступающих или тормозящих всасывание, определяет поступление железа в организм. Потребности в железе определяются его затратами. Оно выделяется с кровью, отшелушивающимися клетками кожи и при неправильной работе кишечного тракта. Большое количество железа надо употреблять беременным женщинам и детям, в связи с их ростом.
Итак, основными причинами дефицита железа могут быть:
Различные по объёму кровопотери, недостаточное поступление и усвоение железа из пищи, его повышенные затраты при занятиях физической культурой, интенсивном росте и беременности. Определенную роль в происхождении обеднения организма железом могут играть нарушения пищеварения в связи с заболеваниями желудка и кишечника. Некоторые инфекционно-воспалительные заболевания могут привести к перераспределению железа в организме, но истинного дефицита в этих случаях не наблюдается. То же самое можно сказать и об опухолях различных организмов и систем.
| Категория | Возраст (годы) | Вес (кг.) | Рост (см.) | Fe (мг.) |
| Новорожденные | 0.0-0.5 0.5-1.0 | 6 9 | 60 71 | 10 15 |
| Дети | 1-3 4-6 7-10 | 13 20 28 | 90 112 132 | 15 10 10 |
| Мужчины | 11-18 15-18 19-22 23-50 51+ | 45 66 70 70 70 | 157 176 177 178 178 | 18 18 10 10 10 |
| Женщины | 11-14 15-18 19-22 23-50 51+ | 46 55 55 55 55 | 157 163 163 163 163 | 18 18 18 18 10 |
| Беременные | - | - | - | 30-60 |
| Кормящие матери | - | - | - | 30-60 |
Общая масса железа у взрослого мужчины составляет около 4,5 г., а у женщины около 3-4 г. Основная масса (около 75%) железа, составляющая 2,25-3 г., сосредоточена в гемоглобине. Вне гемоглобина в эритроцитах содержится ничтожное, не учитываемое количество железа, входящее в состав клеток. Кроме того, при некоторых состояниях, обнаруживаются гранулы трехвалентного железа (FeIII), дающего при окраске по Перльсу положительную реакцию на берлинскую лазурь.
При нормальном содержании гемоглобина, составляемом 15%, в 100 мл крови содержится 3 г железа. Остальную его часть составляет железо мышечного гемоглобина от 300 до 600 мг и железо дыхательных ферментов – всего около 1 г. Железо, находящееся в органах, главным образом в печени, составляет около 0.5 г.
Суточная потребность взрослого человека в железе определяется масштабами физиологических процессов кроветворения и кроверазрушения.
Роль питания
Распространенность дефицита железа свидетельствует о том, что количество железа, взятого организмом из пищи, часто недостаточно для покрытия потребности в нем практически здорового населения. Однако довольно трудно установить истинную роль диет в различных районах земного шара в происхождении этой патологии.