Феррик
В химии железо (III) или трехвалентное железо относится к элементу железу в степени окисления +3 . Хлорид железа — альтернативное название хлорида железа(III) ( FeCl3 ) . Прилагательное железистый вместо этого используется для обозначения солей железа (II) , содержащих катион Fe. 2+ . Слово «феррик» происходит от латинского слова «ferrum» , что означает «железо».
Хотя часто сокращается как Fe 3+ , что голый ион не существует, за исключением экстремальных условий. Центры железа(III) встречаются во многих соединениях и координационных комплексах , где Fe(III) связано с несколькими лигандами. Молекулярный комплекс железа представляет собой анион ферриоксалат . [Fe(C 2 O 4 ) 3 ] 3− , с тремя бидентатными ионами оксалата , окружающими ядро Fe. По сравнению с более низкими степенями окисления железо менее распространено в химии железоорганических соединений , но ферроцения катион [Fe(C 2 H 5 ) 2 ] + хорошо известен.
Железо(III) в биологии
[ редактировать ]Всем известным формам жизни требуется железо, которое обычно существует в степенях окисления Fe(II) или Fe(III). [1] Многие белки живых существ содержат центры железа(III). Примеры таких металлопротеинов включают оксигемоглобин , ферредоксин и цитохромы . Многие организмы, от бактерий до человека, хранят железо в виде микроскопических кристаллов (диаметром от 3 до 8 нм) гидроксида оксида железа(III) внутри оболочки белка ферритина , из которого его можно извлечь при необходимости. [2]
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 образовывать крайне нерастворимые оксиды/гидроксиды железа(III) в аэробной ( насыщенной кислородом ) среде, особенно в известковых почвах . Бактерии и травы могут процветать в такой среде, выделяя соединения, называемые сидерофорами , которые образуют растворимые комплексы с железом (III), которые могут реабсорбироваться клеткой. (Другие растения вместо этого способствуют росту вокруг своих корней определенных бактерий, которые восстанавливают железо(III) до более растворимого железа(II).) [3]
Нерастворимость соединений железа(III) также является причиной низкого уровня железа в морской воде, которое часто является ограничивающим фактором для роста микроскопических растений ( фитопланктона ), которые являются основой морской пищевой сети. [4]
Соли и комплексы железа(III)
[ редактировать ]Обычно соли железа (III), такие как « хлорид », представляют собой аквакомплексы с формулами [Fe(H 2 O) 5 Cl] 2+ , [Fe(H 2 O) 4 Cl 2 ] + и [Fe(H 2 O) 3 Cl 3 ] . Нитрат железа(III) растворяют в воде с образованием [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ ионы. В этих комплексах протоны являются кислыми. В конечном итоге эти растворы гидролизуются с образованием гидроксида железа (III). Fe(OH) 3 , который далее превращается в полимерный оксид-гидроксид посредством процесса, называемого олатированием . Эти гидроксиды выпадают в осадок из раствора в виде твердых веществ. Эта реакция высвобождает водорода. ионы ЧАС + понижение pH его растворов. Равновесия сложны : [5]
- [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ ⇌ [Fe(H 2 O) 5 OH] 2+ + Ч +
- [Fe(H 2 O) 5 OH] 2+ ⇌ [Fe(H 2 O) 4 (OH) 2 ] + + Ч +
- 2 [Fe(H 2 O) 4 (OH) 2 ] + ⇌ [Fe 2 (H 2 O) 8 (OH) 2 ] + 2 + 2 H 2 O
Различные хелатные соединения предотвращают полимеризацию. Эти же лиганды способны растворять даже оксиды и гидроксиды железа(III). Одним из этих лигандов является ЭДТА , которую часто используют для растворения отложений железа или добавляют в удобрения, чтобы сделать железо в почве доступным (растворимым) для растений. Цитрат также растворяет ионы трехвалентного железа при нейтральном pH, хотя его комплексы менее стабильны, чем комплексы ЭДТА. Многие хелатирующие лиганды — сидерофоры — образуются естественным путем для растворения оксидов железа (III).
Аво-лиганды комплексов железа(III) лабильны. Такое поведение визуализируется изменением цвета, вызванным реакцией с тиоцианатом:
- [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + СКН − ⇌ [Fe(SCN)(H 2 O) 5 ] 2+ + Н 2 О
Тогда как [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ почти бесцветен, [Fe(SCN)(H 2 O) 5 ] 2+ темно-красный.
В то время как водные комплексы железа (III) имеют тенденцию превращаться в полимерные оксигидроксиды, комплексы железа (III) с другими лигандами образуют стабильные растворы. Комплекс с 1,10-фенантролинбипиридином растворим и может поддерживать восстановление до производного железа(II):
Минералы железа(III) и другие твердые вещества
[ редактировать ]
Железо(III) содержится во многих минералах и твердых веществах, например, в оксиде. Fe 2 O 3 (гематит) и оксид-гидроксид железа(III) FeO(OH) чрезвычайно нерастворимы, что отражает их полимерную структуру. Ржавчина представляет собой смесь оксида железа(III) и оксида-гидроксида, которая обычно образуется, когда металлическое железо подвергается воздействию влажного воздуха. В отличие от пассивирующих оксидных слоев, образованных другими металлами, такими как хром и алюминий , ржавчина отслаивается, поскольку она более объемная, чем металл, из которого она образовалась. Поэтому незащищенные железные предметы со временем полностью превратятся в ржавчину.
Склеивание
[ редактировать ]
Железо(III) является объявлением 5 Это означает, что металл имеет пять «валентных» электронов в 3d-орбитальной оболочке. Количество и тип лигандов, связанных с железом (III), определяют, как располагаются эти электроны. В так называемых «лигандах сильного поля», таких как цианид , пять электронов объединяются в пары настолько, насколько это возможно. Таким образом, феррицианид ( [Fe(CN) 6 ] 3− имеет только один неспаренный электрон. Он низкоспиновый. В так называемых «лигандах слабого поля», таких как вода , пять электронов неспарены. Таким образом, aquo complex ( [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ имеет всего пять неспаренных электронов. Это высокоспиновый. С хлоридом железо(III) образует тетраэдрические комплексы, например ( [Fe(Cl) 4 ] − . Тетраэдрические комплексы являются высокоспиновыми. Магнетизм комплексов железа может проявляться, когда они имеют высокий или низкий спин.
См. также
[ редактировать ]- Хлорид железа – неорганическое соединение. ( хлорид железа(III) ).
- Оксид железа – химическое соединение ( оксид железа (III) ).
- Фторид железа - химическое соединение ( фторид железа (III) )
- Железо – элемент железо в степени окисления +2.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Железо является неотъемлемой частью развития жизни на Земле – и возможности жизни на других планетах» . Оксфордский университет . 7 декабря 2021 г. Проверено 9 мая 2022 г.
- ^ Берг, Джереми Марк; Липпард, Стивен Дж. (1994). Основы бионеорганической химии . Саусалито, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN 0-935702-73-3 .
- ^ Х. Маршнер и В. Рёмхельд (1994): «Стратегии заводов по приобретению железа». Растение и почва , том 165, выпуск 2, страницы 261–274. два : 10.1007/BF00008069
- ^ Бойд П.В., Уотсон А.Дж., Лоу К.С. и др. (октябрь 2000 г.). «Мезомасштабное цветение фитопланктона в полярном Южном океане, стимулируемое внесением удобрений железом». Природа . 407 (6805): 695–702. Бибкод : 2000Natur.407..695B . дои : 10.1038/35037500 . ПМИД 11048709 . S2CID 4368261 .
- ^ Эрншоу, А.; Гринвуд, Нью-Йорк (1997). Химия элементов (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-3365-4 .