Железо.Свойства и значение в жизни человека

Гексациано-(II) феррат калия служит чувствительным реактивом на ионы железа (III), так как ионы [Fе (СМ) ₆]^4-, взаимодействуя с ионами Fе³⁺ , образуют нерастворимую в воде соль гекса-циано-(II)феррат железа (III) Fе₄[(Fе(СN)₆]₃ характерного синего цвета; эта соль получила название берлинской лазури:

                                            4Fе + 3[Fе(СN)₆]^4- = Fе₄[Fе(СN)₆]₃

 

Берлинская лазурь применяется  в качестве краски. При действии хлора или брома на раствор  желтой кровяной соли анион ее окисляется, превращаясь в ион [Fе(СN) ₆]^3- :

 

2[Fе(СN)₆]^4- + СI₂ = 2[Fе(СN)₆]^3- + 2СI^-

 

Соответствующая этому  аниону соль К₃[Fе (СN)₆] называется гексациано-(III) феррaтом калия, или красной кровяной солью. Она образует красные безводные кристаллы.

Если подействовать  гексациано-(III)ферратом калия на раствор соли железа (II), то получается осадок гексациано-(III)феррата железа (II) {турнбулева синь}, внешне очень похожий на берлинскую лазурь, но имеющий иной состав *:

ЗFе²⁺ + 2[Fе(СN)₆]³⁺ = Fе₃ [Fе(СN)₆]₂

 

С солями железа(III) Кз[Fе(СN)₆] образует зеленовато-бурый раствор.                                          

В большинстве других комплексных соединений, как и  в рассмотренных цианоферратах, координационное число железа (II) я железа (III) равно шести.

Ф е р р и т ы. При сплавлении оксида железа (III) с карбонатами натрияили калия образуются ферриты — соли не полученной в свободном состоянии железистой кислоты НFе0₂, например, феррит натрия NаFеО₂:

 

Fе₂О₃ + Nа₂СО₃ = 2NаFеO₂ + СО₂

 

В технике ферритами  или ферритными материалами называют продукты спекания порошков оксида железа (III) и оксидов некоторых двухвалентных металлов, например, никеля, цинка, марганца. Спекание производится при1000—1400 "С. Ферриты обладают ценными магнитными свойствами и высоким электрическим сопротивлением, что обусловливает небольшую величину электрических потерь в них. Ферриты широко применяются в технике связи, счетно-решающих устройствах, в автоматике и телемеханике.

Соединения железа (VI). Если нагревать стальные опилки или оксид железа (III) с нитратом и гидроксидом калия, то образуется сплав, содержащий феррaт калия К₂Fе0₄ — соль железной кислоты Н₂Fе0₄:

Fе₂О₃ + 4КОН + ЗКNО₃ = 2К₂Fе0₄ + ЗКNO₃ + 2Н₂0

При растворении сплава в воде получается красно-фиолетовый раствор, из ' которого действием хлорида  бария можно осадить нерастворимый в воде феррат бария ВаFе0₄.

Все ферраты — очень  сильные окислители (более сильные, чем перманга-иаты). Соответствующая  ферратам железная кислота Н₂FеО₄ и ее ангидрид FеО₃) в свободном состоянии не получены

 

Карбонилы железа. Железо образует летучие соединения с оксидом углерода, называемые карбонилами железа. Пентакарбонил железа Fе(СО)₅ представляет собой бледно-желтую жидкость, кипящую при 105 °С, нерастворимую в воде, но растворимую во многих органических растворителях. Fе(СО)₅ получают пропусканием СО над порошком железа при 150—200 °С и давлении 10 МПа, Примеси, содержащиеся в железе, не вступают в реакции с СО, вследствие чего получается весьма чистый продукт. При нагревании в вакууме пентакарбонил железа разлагается на железо и СО; это используется для получения высокочистого порошкового железа — карбонильного железа.

 

 

Биологическая роль железа, применение его соединений в медицине.

 

  В организме человека содержится 5г железа. Большая часть его сосредоточена в гемоглобине крови (70%). Железо входит также в состав ферментов, например цитохромо, каталазы, пероксидазы и др. В связанной форме железо находится в некоторых белках, которые выполняют в организме роль переносчиков железа.

   Одним из наиболее  важных внутрикомплексных соединений, которые создала природа является гемоглобин. Это сложный по составу белок, содержащий и небелковую(простетическую) группу- ген, на долю которой приходится около 4% гемоглобина.

            Простетическая группа представляет  собой бионеорганический комплекс Fe(II) с полициклическим органическим веществом - порфирином. Эта группа носит название гем(от греч. гема - кровь). Гем имеет  плоскостное строение.

            Железо в геме  имеет и шестую  орбиталь, которая в гемоглобине  используется в процессе связывания кислорода. Эта же орбиталь участвует в образовании связи с углеродом монооксидом. Доказано, что пятая и шестая связи перпендикулярны к плоскости порфириного кольца.

            Как уже отмечалось, физиологическая  функция гемоглобина заключается  в способности обратимо связывать кислород и переносить его от легких к тканям. Если гемоглобин обозначить Hb Fe²⁺ , то реакция обратимого присоединения можно записать так:

                             [Hb Fe²⁺ ] + O₂ ↔ [Hb Fe²⁺  • O₂]

    дезоксигемоглобин                                   оксигемоглобин

Гемоглобин, присоединивший кислород называется оксигемоглобин, а без кислорода-дезоксогемоглобином.

        Гемоглобин взаимодействует с углеродом монооксидом, который в быту известен, как угарный газ. При этом образуется макроциклический комплекс с железом- карбонилгемоглобин:  [Hb Fe²⁺ ] + СО  [Hb Fe²⁺  • СО]  константа этого комплекса приблизительно в 100 раз больше, чем комплекса железа с кислородом в геме. Поэтому  при вдыхании углерода монооксиде большая часть гемоглобина переходит в карбонилгемоглобин, что и нарушает перенос кислорода от легких к тканям и вызывает отравление организма.при значительном увеличении парцмального давления кослорода равновесие сместится в сторону разрушения HbFe • СО и большего образования оксигемоглобина [Hb Fe]  • O_2.

                Структуру подобную гемоглобину имеет и миоглобин (Mb). Он обратимо связывает кислород в мышцах, по механизму действия сходен с гемоглобиом и относится к гемосодержащим белкам: 

                                                  MbFe²⁺ + O₂            MbFe ²⁺ • О₂

                                     Дезоксиформа                        оксиформа

  

           Существует большая группа железосодержащих ферментов, которые катализируют процесс переноса электронов в митохондриях, это так называевые цитохромы (ЦХ). Всего известно около 50 цитохром. Наиболее изученным считается цитохром С. Доказано, что перенос электронов в окислительно-восстановительной цепи с участием этого фермента осуществляется за счет изменения состояния железа:

                                        ЦХFe³⁺ + e ↔ ЦХFe²⁺

          Группа ферментов, катализирующих реакций и окисления водородпероксидом, называются каталазами и пероксидами. Они также имеют в своей структуре гем, в центре которого находится Fe³⁺ . Механизм действия каталазы до конца не ясен, но доказано, что Fe³⁺

не восстанавливается. Каталаза ускоряет разложение водородпероксида, который образуется в реакциях метаболизма:

                               Н₂О₂ + Н₂О₂ каталаза      2Н₂О +О₂

      В этой реакции одна молекулаН₂О₂ является окислителем, другая – восстановителем. Реакция идет с большой скоростью, одна молекула каталазы может разложить 44000 молекул Н₂О₂ в одну секунду.

        Фермент пероксидаза  ускоряет реакции окисления органических веществ (RH) водородпероксидом по схеме:

                       Н₂О₂ + Н₂О• RН   ^{пероксидаза}       3Н₂О 2Н₂О + R

      В органах и  тканях имеется так называемое  депонированное (запасенное) железо, которое  используется, если возникает дефицит железа. Депонируется оно с помощью белка- ферритина, который представляет мобой биопластер с молекулярной массой 460000.

          В организме железо может транпортироваться в виде аминокислотных комплексов, которые образуются за счет  координационной связи железа с азотом пептидных групп. Образование таких бионеорганических комплексов делает возможным прохождение  ионов через клеточные мембраны. Как известно, пептидный слой оболочки клетки затрудняет прохождение ионов металлов в виде акваионов. А если ион металла находится в окружении органических легандов, то он достаточно легко проходит через клеточную мембрану.

        Железо также транспортируется  в виде железосодержащих белков, например, транссерринов.  В механизме  действия транссеррина многое остается дискуссионным, но доказано, что транссеррин отдает железо в виде Fe³⁺ . Функция транссеррина заключается в транспорте ионов железа в ретикулоциты, в которых осуществляется синтез.