Железо (Fe)

Железо (Fe)

Применение

Железо широко используется в коммерческих целях, его ежегодно производят в количестве 500 миллионов тонн по всему миру. Кроме того, около 300 миллионов тонн перерабатываются повторно. Это связано с тем, что железо, вероятно, имеет больше применений, чем любой другой металл. 

Соединения железа также служат в качестве цветных пигментов при производстве стекла и эмали, а также используются в фармацевтических продуктах, химической промышленности, в качестве удобрений, для борьбы с сорняками, пропитки древесины. Соединения железа используются в реакциях осаждения для удаления загрязнения воды на так называемой третьей стадии очистки.

Изотоп 59 Fe используется в медицинской диагностике и ядерно-физических исследованиях.

Влияние железа на здоровье

Общее количество железа в организме человека составляет около 4 г, из которых около 70% находится в красном кровяном пигменте. Как и почти всем теплокровным организмам, этот элемент необходим человеку. Мужчинам требуется около 7 мг железа в день, а женщинам 11 мг из-за ежемесячных менструаций. При обычном питании это количество обычно не является проблемой, примерно 25% из которых в конечном итоге усваивается, в зависимости от запасов в организме. Эта скорость может быть увеличена витамином С, так как он восстанавливает трехвалентное железо до двухвалентного.

В пище железо находится либо в двухвалентной форме (ферроформе), связанной с гемоглобином и миоглобином, либо в трехвалентной форме. 

Железо также является компонентом различных ферментов и, следовательно, участвует, например, в синтезе ДНК. Обычные функции мозга также зависят от этого элемента. Кроме того, железо в организме прочно связано с трансферрином, который отвечает за обмен металла между клетками. Это вещество обладает сильным антибиотическим действием. Избыточные запасы железа хранятся в печени, но костный мозг также очень богат железом, поскольку именно здесь образуется гемоглобин.

Дефицит железа приводит к анемии, которая проявляется утомляемостью, головными болями и снижением работоспособности. У детей анемия отрицательно влияет на умственное развитие, вызывая чрезмерную раздражительность и трудности в обучении. В случае дефицита железа, который возникает у маленьких детей, беременных женщин и женщин в период менструации, часто назначают растворимые соли железа.

Если потребление железа слишком велико, что происходит, например, у пациентов с гемохроматозом, железо накапливается в поджелудочной железе, печени, селезенке и сердце, что может привести к повреждению этих органов. 

Соединения железа могут иметь значительно более серьезные последствия для здоровья, чем само относительно безвредное железо. Растворимые соединения Fe2 +, такие как FeCl2 или FeSO4 , в частности, обладают токсическим действием при приеме внутрь около 200 мг и смертельны для взрослых людей в дозе 10-50 г. Некоторые железосодержащие хелаты также могут быть очень опасными, а карбонилы железа, такие как нервно-паралитический агент пентакарбонил железа крайне токсичны.

Вдыхание чрезмерных концентраций паров или пыли оксида железа может привести к развитию доброкачественной опухоли легких (так называемый сидероз). 

Железо содержится в мясе, цельнозерновых, картофеле и овощах. Организм человека быстрее усваивает железо из продуктов животного, чем из продуктов растительного происхождения. 

Железо (Fe) и вода

Содержание железа в морской воде составляет около 1-3 частей на миллиард, но сильно варьируется. Речная вода обычно содержит 0,5–1 промилле, а грунтовые воды до 100 промилле этого металла.

Большинство водорослей имеют концентрацию железа 20-200 частей на миллион, а некоторые бурые водоросли даже накапливают до 4000 частей на миллион. Морская рыба содержит около 10-90 частей на миллион, а ткань устриц около 195 частей на миллион (значения основаны на сухом веществе).

В растворенной форме железо находится в диапазоне кислотных и нейтральных pH и в условиях повышенного содержания кислорода преимущественно в виде трехвалентного Fe (OH). 

Как и в каких соединениях железо реагирует с водой?

Хотя железо не претерпевает значительных изменений в чистой воде или сухом воздухе, оно ржавеет в присутствии воды и кислорода, например, во влажном воздухе. Серебристый цвет меняется на коричневато-красный по мере образования гидрогенизированного оксида. 

В большинстве случаев образующийся слой ржавчины не защищает железо от дальнейшей реакции, а растворяется, чтобы окислить еще больше металла. Большинство присутствующих электролитов представляет собой сульфат железа (II), который образуется при воздействии атмосферного воздуха. Гидроксид железа (III) часто осаждается в природных водах.

Растворимость железа и / или его соединений в воде

Элементарное железо не растворяется в воде при нормальных условиях. Этим свойством обладают и многочисленные соединения железа. Например, встречающийся в природе оксид железа, такой же как гидроксид железа, карбид железа или пентакарбонил железа нерастворимы в воде. Некоторые соединения железа обладают более высокой растворимостью при более низком pH.

С другой стороны, другие соединения железа более или менее растворимы в воде. Карбонат железа имеет растворимость в воде 60 мг / л, сульфид железа 6 мг / л, а железный купорос даже 295 г / л. 

Как железо может попасть в воду?

Наиболее важные минералы, в которых железо встречается в природе – это магнетит, гематит, гетит, лепидокрокит и сидерит. Куски железа, марганца и небольшого количества извести, диоксида кремния и органических соединений размером с кулак часто можно найти в глубоководных районах.

Какие экологические проблемы может вызвать загрязнение воды железом?

Железо является важным элементом почти для всех живых существ и играет важную роль в природных процессах в своей двухвалентной и трехвалентной форме. Добавление растворимого железа могло бы, например, значительно повысить продуктивность в верхних слоях океанов. Оно также может играть важную роль в углеродном цикле. Поскольку железо необходимо для фиксации азота и восстановления нитратов, оно, вероятно, является ограничивающим фактором роста фитопланктона. 

Железо образует хелаты, которые часто играют важную роль в природе, такие как гемоглобин, красный пигмент крови. Поглощение двухвалентного железа у теплокровных животных значительно выше, чем у трехвалентной формы, и зависит, среди прочего, от степени насыщения запасов железа в организме.

Что касается водных организмов, железо часто играет роль ограничивающего фактора в верхних слоях морей. Если в воде нет хелатирующих агентов, гидроксид железа (III), который легко растворяется при низких значениях pH, выпадает в осадок и обычно непригоден для организмов.

Поглощающая способность растений сильно различается и зависит не только от наличия железа в почве, но также от значения pH, содержания фосфатов и конкуренции с другими тяжелыми металлами в почве. Симптомы дефицита железа часто возникают на очень известковых почвах. Это связано с тем, что pH почвы увеличивается из-за содержания извести.

Обычно железо присутствует в почве в виде железа (III), но в водонасыщенных почвах превращается в железо (II) и, таким образом, лучше усваивается корнями растений.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

тринадцать − тринадцать =

Пролистать наверх