Роль железа в организме и использование его соединений в медицине.

По количественному содержанию в организме все d-элементы относятся к микроэлементам. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов; это значит, что они регулируют процессы размножения, роста, обмена веществ и т.д. Для медиков большой интерес представляют изменения количества микроэлементов в организме при различных патологических состояниях. Т.е. измерение содержания микроэлементов в органах и тканях позволяет диагностировать и, следовательно, лечить некоторые заболевания.Содержание железа в организме человека примерно 10^-5 %. Большая часть железа находится в крови (в эритроцитах в виде вещества гемоглобина), остальное - в ферментах, участвующих в ОВР, в процессах тканевого дыхания и иммуногенеза. Потребность в сутки – 20 мг. Применение: хлорид железа II, влияет на иммуногенез; хлорид железа III – кровоостанавливающее средство; органические препараты железа используют как противоанемические средства.

Коррозия – самопроизвольное разрушение металлов и их сплавов под действием окружающей среды. Причины коррозии могут быть разными, но химическая сущность этого процесса одна: атомы металла теряют электроны, при взаимодействии с компонентами окружающей среды (т.е. окисляются), и при этом образуются различные соединения этого металла (оксиды, гидроксиды и т.д.), устойчивые к действию этих компонентов при данных условиях.

Коррозия причиняет огромный ущерб. Больше всего страдают от коррозии железо и его сплавы (и как наиболее распространенные в технике и в результате особых свойств железа). Примерно 25% выплавленной за год стали превращается в ржавчину за это время. Особенно активно идет коррозия в аппаратах химической промышленности, здесь на них действуют различные агрессивные вещества (окислители, кислоты, щелочи…), к тому же при повышенном давлении и температуре. Но убытки от коррозии — это не только потеря металла, это выход из строя оборудования и сооружений, загрязнение окружающей среды, аварии и гибель людей.

При повышенной температуре металлы окисляются кислородом воздуха или другими неметаллами (хлором и т.д.), например: Fe + O₂ → Fe₂O₃ Такая коррозия называется газовой.

Часто коррозия развивается во влажном воздухе и тогда на поверхности металла образуется тончайшая пленка влаги, в которой растворены кислотные оксиды (прежде всего СО₂). Иногда металл контактирует с растворами электролитов (грунтовая вода, морская вода, почва…). В этих случаях окислителями выступают ионы водорода или реакция протекает с участием молекул воды. Такая коррозия называется электрохимической. Например:

Fe + H₂O + O₂ → Fe(OH)₂

Fe(OH)₂ + H₂O + O₂ → Fe(OH)₃

Fe + H₂CO₃ → FeCO₃ + H₂

Для защиты металлов от коррозии применяют различные методы.

1. Покрытия. Чтобы прекратить контакт металла с окружающей средой используют различные покрытия. Они бывают:

А) металлические покрытия (никелирование, хромирование, оцинкование, лужение и т.д.). Для этого используют:

1) малоактивный металл, который не подвергается быстрой коррозии (Sn);

2) металл, образующий прочную оксидную пленку, защищающую от дальнейшей коррозии (Al);

3) активный металл, «принимающий удар на себя» (Zn).

Б) неметаллические покрытия: лаки, краски, эмали, полимеры.

2. Ингибиторы коррозии. В растворы, которые контактируют с металлами, добавляют вещества, обладающие отрицательной каталитической активностью, т.е. уменьшающие скорость химических реакции коррозии. Например, для систем отопления используют метафосфаты натрия.

3. Катодная защита. Если станину станка или металлоконструкцию подсоединить к отрицательному полюсу постоянного источника тока, то процессы окисления металла проходить не будут.

4. Протекторы. Если к корпусу судна подсоединить кусок активного металла (Zn), то окисляться будет он, а не стальной корпус.

5. Коррозионностойкие сплавы. Добавление некоторых металлов (Cr, Ni) в сплавы железа делают их устойчивыми к коррозии.

Сплавы. Для большинства металлов характерна способность растворятся друг с другом в расплавленном состоянии и при охлаждении образовывать сплавы. Сплавы могут состоять из двух и более компонентов. Это могут быть металлы, неметаллы и продукты их взаимодействия. Сплавы используют очень широко, потому что чистые металлы не всегда обладают всем набором качеств, которые необходимы для той или иной цели. Сплавы сочетают свойства металлов, которые вошли в состав сплава, а иногда даже появляются свойства, которых не имели исходные вещества. Сплавы бывают двух видов:

1) Если сплавляют близкие по свойствам металлы, то они смешиваются неограниченно друг с другом и образуют твердые растворы (дюралюминий: Al и Cu). Такие сплавы прочные, пластичные, сочетают свойства компонентов, но новых свойств от них ждать не приходится.

2) Если компоненты очень различны по природе, то каждый кристаллизуется отдельно, и сплав – механическая смесь мельчайших кристаллов этих компонентов (чугун: Fe и С). Такие сплавы хрупкие, на разломе можно различить кристаллы разных компонентов, возможно появление новых свойств (например, чугун расширяется при охлаждении).

3) Если компоненты взаимодействуют между собой, то образуются т.н. соединения интерметаллиды, обладающие какими-то свойствами, отличными от свойств исходных веществ (чугун: Fe₃С- цементит, обуславливает высокую твердость чугуна).

Железо и его сплавы называют черными металлами. Остальные металлы и их сплавы – цветными. Для железа существует два вида сплавов: чугуны и стали. Чугуны содержат более 2% углерода, стали – меньше 2%.

Чугуны твердые, химически стойкие. Чугуны бывают:

Передельный (до 90% от всего выплавленного чугуна) - содержит углерод в основном в виде цементита. Используют для переработки в сталь. Очень твердый и хрупкий. Литейный чугун – содержит углерод в виде кристаллов графита. Механически литейный чугун более прочный, чем передельный. Он имеет легирующие добавки, уменьшающие хрупкость. Используют для изготовления литых изделий (станины станков, посуда…). В отличии от других сплавов чугун увеличивает объем при переходе от жидкого состояния к твердому.

Стали содержат углерода менее 2% (а чаще и менее 1%), но содержат специальные добавки, которые называют легирующими (хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кремний…). Сталь можно подвергать ковке и прокату, она более пластична, особенно при высокой температуре. Легирующие добавки сильно меняют свойства стали. Так изготавливают нержавеющие, инструментальные, жаропрочные стали и т.д.

 

Упражнения

Упр.№1 Напишите схему строения и электронную формулу железа. В чем отличие строения атома железа от строения атомов типичных металлов?

Упр.№2 Какие степени окисления проявляет железо? Запишите формулы соответствующих оксидов и гидроксидов.

Упр.№3 Какие металлы больше всего похожи на железо?

Упр.№4 Опишите физические свойства железа. Чем этот металл отличается от других металлов?

Упр.№5 В каком виде находится железо в природе? Почему?

Упр.№6 Каким способом чаще всего получают железо?

Упр.№7 С какими из перечисленных веществ будет реагировать железо при н.у.? Запишите уравнения реакций, поставьте степени окисления укажите окислитель и восстановитель.

а) раствор серной кислоты; б) фтор; в) магний; г)вода; д) кислород.

Упр. №8 Почему сплавы железа широко используют в народном хозяйстве?

Упр.№9 Что такое коррозия? Какие способы защиты от нее существуют?

Упр.10 Что такое чугун и сталь? Опишите их свойства и применение.

Тесты. Железо

 

№	вопрос	А	Б	В	Г
	Чугун- сплав, в состав котрого обязательно входит	железо и сера	железо и кислород	железо и углерод	медь и олово
	Восстановителем может быть	Fe+3	Fe+2	Al+3	Na+
	В природе железо встречается в виде минерала	красный железняк	серый железняк	желтый железняк	черный железняк
	Доменный процесс используют для получения	чистого железа	алюминия	чугуна	стали
	Железо в соединениях имеет	Переменную валентность	Валентность равную нулю	Валентность постоянную	отрицательную валентность
	Окислительные свойства железо проявляет	Fe2O3	FeCl2	Fe (простое вещество)	FeSO4
	Какая реакция возможна для металлического железа при обычной температуре	Взаимодействие с концентрированной серной кислотой	Взаимодействие с разбавленной соляной кислотой	Взаимодействие с гидроксидом натрия	Взаимодействие с хлоридом цинка
	При горении железа в кислороде образуется	FeO	Fe2O3	Fe3O4	Fe(OH)3
	Ион железа(Ш) в растворе можно обнаружить с помощью	Соляной кислоты	Гидроксида натрия	Медного купороса	Нитрата серебра
	В организме человека большая часть железа находится	в эритроцитах крови	В нервной ткани	В печени	Щитовидной железе
	Формула оксида железа (П)	Fe2O3	FeCl3	FeN	FeO
	При горении железа в хлоре образуется	FeCl3	Fe2O3	FeCl2	FeCl5
	Химическая суть процесса коррозии	Восстановление металла кислородом воздуха	Взаимодействие металла с водой	Окисление металла	Образование ржавчины
	Железо в промышленности обычно восстанавливают	водородом	коксом	Электрическим током	хлором
	В уравнении реакции Fe + O2 → Fe2O3 перед восстановителем надо поставить коэффициент

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: