Почему валентность железа равна 3. Что такое валентность: как определять и как использовать

Cтраница 3

А (для которых уравнение (1) дает порядок связи 0 19); кроме того, приходится принять валентность железа равной 6 вместо первоначальной величины 5 78, а для связей Fe-Si и Fe-Fe использовать различные радиусы атома Fe (VI) па том основании, что вклад d - электропов в эти связи различен. В дальнейшем было показано , что уравнение Полипга не согласуется с межатомными расстояниями при К. Поэтому остается неясным, следует ли использовать это уравнение при обсуждении межатомных расстояний в пптерметаллических соединениях.  

Обе полученные соли железа - хлориды железа - обладают различными свойствами, поэтому необходимо дать им названия, которые указывали бы валентность железа.  

Титриметрическое определение общего железа предусматривает перевод всего имеющегося в образце железа в одно и то же валентное состояние и последующее титрование, в процессе которого валентность железа меняется. Титрование окисных ионов железа никогда не было общераспространенным, и наиболее широко используются методы, в которых закисное железо при титровании переходит в окисное.  

Гемоглобин при помощи железа может присоединять не только кислород, но и окись углерода. Валентность железа при этом тоже не меняется. Ядовитое действие окиси углерода проявляется в том, что образующийся карбоксигемоглобин становится непригодным к переносу кислорода, в результате чего наступает кислородное голодание. При связывании 70 % гемоглобина окисью углерода наступает смерть.  

К шестой координационной связи железа цитохрома а могут присоединиться HCN, H2S, CO. При этом валентность железа (Fe3) становится постоянной и поток электронов прекращается.  

Скорость образования акролеина возрастает с увеличением концентрации железа в катализаторе, а скорость образования СО2 растет значительно меньше, что указывает на участие иона Fe3 в образовании я-аллильного комплекса, ведущего мягкое окисление пропилена. В условиях окисления пропилена валентность железа изменяется обратимо. Если в исходном катализаторе ионы Мо64 окружены октаэдрами кислородных ионов, то образовавшиеся ионы Мо5 находятся в координации квадратной пирамиды. Перестройка решетки катализаторов изменяет ее дефектность и влияет на каталитические свойства.  

Однако деструкция их легко протекает как в сильнокислой, так и в сильнощелочной среде. Последнее нами было использовано для установления валентности железа в этих соединениях. С этой целью вещество 66 (CeH6COC2HN3) 2Fe - H20 в токе азота было обработано 0 02N раствором КОН, приготовленным из перегнанной дважды в токе азота воды. При нагревании наблюдается образование зеленого коллоидного раствора и осадка гидрата закиси железа. Следовательно, в полученном комплексе валентность железа равна двум.  

Извлечение железа до седьмого цикла остается почти экви-пропорциональным, а с восьмого цикла оно также частично остается в скелете и не поддается извлечению. Вероятно, здесь играет роль изменение валентности железа и его координационного числа.  

В тканях, где содержание кислорода незначительно, кислород отщепляется от гемоглобина. Легкость диссоциации оксигемоглобина объясняется тем, что валентность железа остается всегда постоянной.  

Когда такой протопорфирин железа присоединяется к определенному белку, образуется собственно фермент. Связывание происходит, по-видимому, через одну из валентностей железа, а дополнительно и за счет взаимодействия белка с двумя группами пропионовой кислоты протопорфирина. В случае каталазы четыре группы ферригема, или гемина, присоединяются к одной молекуле белка такой величины, что общее содержание железа составляет около 0 1 вес. Каталаза из различных источников или разных видов (например, бактериальная, печеночная или эритроцитная) может обладать разной активностью. Ферригемы каталазы не легко восстанавливаются до феррогема; действительно, только в последнее время выяснена возможность такого восстановления без разрушения фермента. Фермент пероксидаза также образуется подобным образом путем присоединения ферригема к белку. Весьма отчетливое различие заключается в том, что в пероксидазе имеется только одна группа ферригема на молекулу. Молекула белка также меньше и обладает способностью к соединению с протопорфири-ном марганца без потери пероксидатической активности. Пероксидаза отличается еще тем, что она труднее инактивируется при нагревании, чем каталаза.  

Механизм окисления и восстановление цитохромов еще не вполне изучен. Различие между окисленной и восстановленной формами цитохрома с состоит в изменении валентности железа. Функция цитохрома заключается в снятии электрона с атома водорода, активированного дегидразами. Следовательно, цитохром принимает и отдает электроны, являясь переносчиком именно их, а не водорода. В конечном итоге, электроны переносятся на кислород, и последний таким путем приобретает способность вступать в соединение с ионизированным водородом.  

На уроках химии вы уже познакомились с понятием валентности химических элементов. Мы собрали в одном месте всю полезную информацию по этому вопросу. Используйте ее, когда будете готовиться к ГИА и ЕГЭ.

Валентность и химический анализ

Валентность – способность атомов химических элементов вступать в химические соединения с атомами других элементов. Другими словами, это способность атома образовывать определенное число химических связей с другими атомами.

С латыни слово «валентность» переводится как «сила, способность». Очень верное название, правда?

Понятие «валентность» - одно из основных в химии. Было введено еще до того, как ученым стало известно строение атома (в далеком 1853 году). Поэтому по мере изучения строения атома пережило некоторые изменения.

Так, с точки зрения электронной теории валентность напрямую связана с числом внешних электронов атома элемента. Это значит, что под «валентностью» подразумевают число электронных пар, которыми атом связан с другими атомами.

Зная это, ученые смогли описать природу химической связи. Она заключается в том, что пара атомов вещества делит между собой пару валентных электронов.

Вы спросите, как же химики 19 века смогли описать валентность еще тогда, когда считали, что мельче атома частиц не бывает? Нельзя сказать, что это было так уж просто – они опирались на химический анализ.

Путем химического анализа ученые прошлого определяли состав химического соединения: сколько атомов различных элементов содержится в молекуле рассматриваемого вещества. Для этого нужно было определить, какова точная масса каждого элемента в образце чистого (без примесей) вещества.

Правда, метод этот не без изъянов. Потому что определить подобным образом валентность элемента можно только в его простом соединении со всегда одновалентным водородом (гидрид) или всегда двухвалентным кислородом (оксид). К примеру, валентность азота в NH 3 – III, поскольку один атом водорода связан с тремя атомами азота. А валентность углерода в метане (СН 4), по тому же принципу, – IV.

Этот метод для определения валентности годится только для простых веществ. А вот в кислотах таким образом мы можем только определить валентность соединений вроде кислотных остатков, но не всех элементов (кроме известной нам валентности водорода) по отдельности.

Как вы уже обратили внимание, обозначается валентность римскими цифрами.

Валентность и кислоты

Поскольку валентность водорода остается неизменной и хорошо вам известна, вы легко сможете определить и валентность кислотного остатка. Так, к примеру, в H 2 SO 3 валентность SO 3 – I, в HСlO 3 валентность СlO 3 – I.

Аналогчиным образом, если известна валентность кислотного остатка, несложно записать правильную формулу кислоты: NO 2 (I) – HNO 2 , S 4 O 6 (II) – H 2 S 4 O 6 .

Валентность и формулы

Понятие валентности имеет смысл только для веществ молекулярной природы и не слишком подходит для описания химических связей в соединениях кластерной, ионной, кристаллической природы и т.п.

Индексы в молекулярных формулах веществ отражают количество атомов элементов, которые входят в их состав. Правильно расставить индексы помогает знание валентности элементов. Таким же образом, глядя на молекулярную формулу и индексы, вы можете назвать валентности входящих в состав элементов.

Вы выполняете такие задания на уроках химии в школе. Например, имея химическую формулу вещества, в котором известна валентность одного из элементов, можно легко определить валентность другого элемента.

Для этого нужно только запомнить, что в веществе молекулярной природы число валентностей обоих элементов равны. Поэтому используйте наименьшее общее кратное (соответсвует числу свободных валентностей, необходимых для соединения), чтобы определить неизвестную вам валентность элемента.

Чтобы было понятно, возьмем формулу оксида железа Fe 2 O 3 . Здесь в образовании химической связи участвуют два атома железа с валентностью III и 3 атома кислорода с валентностью II. Наименьшим общим кратным для них является 6.

• Пример: у вас есть формулы Mn 2 O 7 . Вам известна валентность кислорода, легко вычислить, что наименьше общее кратное – 14, откуда валентность Mn – VII.

Аналогичным образом можно поступить и наоборот: записать правильную химическую формулу вещества, зная валентности входящих в него элементов.

• Пример: чтобы правильно записать формулу оксида фосфора, учтем валентность кислорода (II) и фосфора (V). Значит, наименьшее общее кратное для Р и О – 10. Следовательно, формула имеет следующий вид: Р 2 О 5 .

Хорошо зная свойства элементов, которые они проявляют в различных соединениях, можно определить их валентность даже по внешнему виду таких соединений.

Например: оксиды меди имеют красную (Cu 2 O) и черную (CuО) окраску. Гидроксиды меди окрашены в желтый (CuОН) и синий (Cu(ОН) 2) цвета.

А чтобы ковалентные связи в веществах стали для вас более наглядными и понятными, напишите их структурные формулы. Черточки между элементами изображают возникающие между их атомами связи (валентности):

Характеристики валентности

Сегодня определение валентности элементов базируется на знаниях о строении внешних электронных оболочек их атомов.

Валентность может быть:

• постоянной (металлы главных подгрупп);
• переменной (неметаллы и металлы побочных групп):
• высшая валентность;
• низшая валентность.

Постоянной в различных химических соединениях остается:

• валентность водорода, натрия, калия, фтора (I);
• валентность кислорода, магния, кальция, цинка (II);
• валентность алюминия (III).

А вот валентность железа и меди, брома и хлора, а также многих других элементов изменяется, когда они образуют различные химические соедения.

Валентность и электронная теория

В рамках электронной теории валентность атома определеяется на основании числа непарных электронов, которые участвуют в образовании электронных пар с электронами других атомов.

В образовании химических связей участвуют только электроны, находящиеся на внешней оболочке атома. Поэтому максимальная валентность химического элемента – это число электронов во внешней электронной оболочке его атома.

Понятие валентности тесно связано с Периодическим законом, открытым Д. И. Менделеевым. Если вы внимательно посмотрите на таблицу Менделеева, легко сможете заметить: положение элемента в перодической системе и его валентность неравзрывно связаны. Высшая валентность элементов, которые относятся к одной и тоже группе, соответсвует порядковому номеру группы в периодичнеской системе.

Низшую валентность вы узнаете, когда от числа групп в таблице Менделеева (их восемь) отнимете номер группы элемента, который вас интересует.

Например, валентность многих металлов совпадает с номерами групп в таблице периодических элементов, к которым они относятся.

Таблица валентности химических элементов

В скобках даны те валентности, которые обладающие ими элементы проявляют редко.

Валентность и степень окисления

Так, говоря о степени окисления, подразумевают, что атом в веществе ионной (что важно) природы имеет некий условный заряд. И если валентность – это нейтральная характеристика, то степень окисления может быть отрицательной, положительной или равной нулю.

Интересно, что для атома одного и того же элемента, в зависимости от элементов, с которыми он образует химическое соединение, валентность и степень окисления могут совпадать (Н 2 О, СН 4 и др.) и различаться (Н 2 О 2 , HNO 3).

Заключение

Углубляя свои знания о строении атомов, вы глубже и подробнее узнаете и валентность. Эта характеристика химических элементов не является исчерпывающей. Но у нее большое прикладное значение. В чем вы сами не раз убедились, решая задачи и проводя химические опыты на уроках.

Эта статья создана, чтобы помочь вам систематизировать свои знания о валентности. А также напомнить, как можно ее определить и где валентность находит применение.

Надеемся, этот материал окажется для вас полезным при подготовке домашних заданий и самоподготовке к контрольным и экзаменам.

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Одной из важных в изучении школьных тем является курс, касающийся валентности. Об этом пойдет речь в статье.

Валентность – что это такое?

Валентность в химии означает свойство атомов химического элемента привязывать к себе атомы другого элемента. В переводе с латыни – сила. Выражается она в числах. Например, валентность водорода всегда будет равняться единице. Если взять формулу воды – Н2О, ее можно представить в виде Н – О – Н. Один атом кислорода смог связать с собой два атома водорода. Значит, количество связей, которые создает кислород, равно двум. И валентность этого элемента будет равняться двум.

В свою очередь, водород будет двухвалентным. Его атом может быть соединен только с одним атомом химического элемента. В данном случае с кислородом. Говоря точнее, атомы в зависимости от валентности элемента, образуют пары электронов. Сколько таких пар образовано – таковой и будет валентность. Числовое значение именуется индексом. У кислорода индекс 2.

Как определить валентность химических элементов по таблице Дмитрия Менделеева

Посмотрев на таблицу элементов Менделеева, можно заметить вертикальные ряды. Их называют группами элементов. От группы зависит и валентность. Элементы первой группы имеют первую валентность. Второй – вторую. Третьей – третью. И так далее.

Есть также элементы с постоянным индексом валентности. Например, водород, группа галогенов, серебро и так далее. Их необходимо выучить обязательно.

Как определить валентность химических элементов по формулам?

Иногда сложно определить по таблице Менделеева валентность. Тогда нужно смотреть конкретную химическую формулу. Возьмем оксид FeO. Здесь и у железа, как у кислорода, индекс валентности будет равняться двум. А вот в оксиде Fe2O3 – по-другому. Железо будет трехвалентным.

Нужно помнить всегда разные способы определения валентности и не забывать их. Знать постоянные ее числовые значения. У каких элементов они есть. И, конечно, пользоваться таблицей химических элементов. А также изучать отдельные химические формулы. Лучше представлять их в схематическом виде: Н – О – Н, например. Тогда видны связи. И количество черточек (тире) будет числовым значением валентности.

Валентность – способность элементов присоединять к себе другие элементы.

Говоря простым языком, это число, показывающее, сколько элементов может присоединить к себе определённый атом.

Ключевым моментом в химии является правильная запись формул соединений.

Существуют несколько правил, которые облегчают нам правильное составление формул.

1. Валентность всех металлов главных подгрупп равна номеру группы:

На рисунке представлен пример главной и побочной подгруппы I группы.

2. Валентность кислорода равна двум

3. Валентность водорода равна одному

4. Неметаллы проявляют два типа валентности:

• Низшую (8-№ группы)
• Высшую (равна № группы)

А) В соединениях с металлами, неметаллы проявляют низшую валентность!

Б) В бинарных соединениях сумма валентности одного вида атомов равна сумме валентности другого вида атомов!

Валентность алюминия равна трём (алюминий -металл III группы). Валентность кислорода равна двум. Сумма валентности для двух атомов алюминия равна 6. Сумма валентности для трёх атомов кислорода равна тоже 6.

1) Определите валентности элементов в соединениях:

Валентность алюминия равна III. В формуле 1 атом => суммарная валентность тоже равна 3. Следовательно, для всех атомов хлора валентность тоже будет равна 3 (правило бинарных соединений). 3:3=1. Валентность хлора равна 1.

Валентность кислорода равна 2. В соединении 3 атома кислорода => суммарная валентность равна 6. Для двух атомов суммарная валентность равна 6 => для одного атома железа — 3 (6:2=3)

2) Составьте формулы соединения, состоящего из:

натрия и кислорода

Валентность кислорода равна II.

Натрий-металл первой группы главной подгруппы => его валентность равна I.

Железо (Ferrum, Fe) - химический элемент VIII группы периодической системы Д.И. Менделеева, входит в состав дыхательных пигментов, в т.ч. гемоглобина, участвует в связывании и переносе кислорода к тканям в организме животных и человека.

Атомный номер железа 26, атомная масса 55,847. В природе обнаружены 4 стабильных изотопа железа; известны 6 радиоактивных изотопов железа с массовыми числами от 52 до 61, из которых в медицине для исследования эритропоэза, обмена и всасывания железа применяют 59 Fe.

Чистое железо представляет собой блестящий белый ковкий металл, t пл 1539±5°, t кип около 3200°, относительная плотность 7,874; проявляет свойства ферромагнетиков (веществ, у которых ниже определенной температуры появляется самопроизвольная намагниченность). Железо обладает переменной валентностью; соединения железа , имеющего валентность +2 и +3, наиболее устойчивы, кроме того, железо может проявлять валентность +1, +4 и +6. В природе оно распространено преимущественно в виде соединений трехвалентного железа. В растениях, животных и микроорганизмах железо присутствует в составе сложных органических соединений и в небольших количествах в виде ионов Fe 2+ и Fe 3+ .

В организме взрослого человека содержится 4-5 г железа, изкоторых около 70% входит в состав гемоглобина (см. Кровь ), около 5-10% - в состав миоглобина, около 20-25% приходится на так называемое резервное железо и не более 0,1% железа находится в плазме крови; в клетках и тканях Ж. присутствует в составе дыхательных ферментов (его относительное содержание - около 1% железа организма). В плазме крови определяется так называемое геминовое железо , железо ферритина, внутрисосудистого гемоглобина и трансферрина. Геминовое железо входит в состав гемина (производного гема, в отличие от гемоглобина, содержащего только одну порфириновую группу). Ферритин представляет собой самый богатый железом сывороточный белок (в его составе имеется мицелла, содержащая до 4300 атомов окисленного железа), состоящий из белка апоферритина и гидрооксидфосфата железа.

Основная часть железа плазмы крови связана с белком трансферрином (сидерофиллином) - главным компонентом фракции b 1 -глобулинов. Трансферрин находится в крови в концентрации около 0,4 г /100 мл и при нормальном содержании Ж. в плазме крови (около 100 мкг /100 мл ) насыщен железом в среднем на 30%. Так называемая ненасыщенная железосвязывающая способность крови (НЖСС) определяется дополнительным количеством железа, которое может быть связано трансферрином, а общая железосвязывающая способность крови (ОЖСС) - общим количеством железа, которое способен связать трансферрин. В норме ОЖСС крови у мужчин составляет 45-75 мкмоль/л (250-400 мкг /100 мл ), у женщин на 10-15% ниже. Прочность комплекса трансферрин - железо максимальна при рН 7,0. При снижении величины рН, а также при восстановлении Ж. комплекс распадается на белок и так называемое кислотно-отщепляемое (негеминовое) железо . Концентрация негеминового железа в плазме крови зависит от возраста, пола и времени суток и составляет у взрослых мужчин 12-32 мкмоль/л (65-175 мкг /100 мл ), у взрослых женщин она на 10-15% ниже. Выведение железа с мочой в среднем в сутки равно 60-100 мкг .

Гиперсидеремия (повышение концентрации негеминового Ж. в плазме крови) с одновременным снижением НЖСС наблюдается при гемосидерозе , гемохроматозе , некоторых анемиях , острых и хронических инфекциях, циррозе печени , уремии (см. Почечная недостаточность ), злокачественных новообразованиях, гемолитической и паренхиматозной желтухах . Гипосидеремия (снижение концентрации негеминового железа в плазме крови), сопровождающаяся одновременным повышением НЖСС, наблюдается при истощений резервов Ж. , недостаточном его поступлении с пищей и при состояниях, сопровождающихся повышенной потребностью в железе (беременности, кровопотере, гипохромных анемиях, острых инфекционных болезнях и др.). Ж. может откладываться в тканях организма (сидероз). У шахтеров, занятых на разработках красного железняка, наблюдается экзогенный сидероз, при этом в легких откладывается железо в виде оксида Fe(III). В результате избыточного разрушения гемоглобина образуется пигмент гемосидерин - агрегат гидрооксида Fe(lll) с белками, гликозами-ногликанами и липидами, накопление гранул которого (эндогенный сидероз) происходит, например, в местах кровоизлияний. Поскольку обмен железа в организме в значительной степени определяется состоянием печени, определение содержания Ж. в плазме крови может быть использовано в качестве дополнительного функционального теста, свидетельствующего о состоянии печени.

Установлено, что ионы свободного Fe(ll), а также комплексные соединения железа могут инициировать свободнорадикальное перекисное окисление липидов (универсальный механизм повреждения биологических мембран, белков и нуклеиновых кислот) в организме. В связи с этим определение свободного ионизированного Ж. в биологических жидкостях приобретает особую важность. Так, содержание ионизированного железа повышается в синовиальной жидкости при артритах и в цереброспинальной жидкости при некоторых неврологических заболеваниях.

Ж. поступает в организм человека с пищей. К продуктам питания, богатым железом , относятся печень, чернослив, фасоль, горох, гречневая крупа, а также овсяная крупа, ржаной хлеб, мясо, яйца, шоколад, шпинат, яблоки, абрикосы. Содержание усвояемого Ж. в продуктах животного происхождения составляет 10-20% всего, содержащегося в них железа, в растительных продуктах 1-6%. У взрослого человека потребность в железе определяется необходимостью компенсации его потерь, а также степенью усвоения Ж. из пищи. Потребность в железе у женщин на 30-90% выше, чем у мужчин; у 15-16-летних юношей потребность в Ж. значительно выше, чем у взрослых мужчин и детей. У женщин репродуктивного возраста половина и более необходимого железо расходуется на компенсацию потерь гемоглобина при менструациях. При беременности потребность в Ж. возрастает примерно на 60%. Всасывание железа увеличено при железодефицитных состояниях. Плохо всасывается в кишечнике Ж. органических соединений; всасывание Ж. снижается и за счет образования его нерастворимых солей (так, при избытке в рационе неорганического фосфора, образующего с железосодержащими веществами нерастворимые соединения, может развиться железодефицитная анемия). Наиболее усвояемой формой железа является ионизированное Fe(ll), поэтому всасыванию Ж. способствует наличие соляной кислоты, вызывающей его ионизацию, и восстановителей, например аскорбиновой кислоты, способствующих восстановлению Fe(lll) до Fe(ll), а также веществ, которые могут связывать железо , образуя с ним усвояемые комплексы (в желудке - специфического гликопротеина, в кишечнике - алоферритина и аминокислот, содержащих сульфгидрильные группы). Несмотря на наличие в организме этих механизмов повышения усвояемости железа пищи, практическая потребность в Ж. в 5-10 раз превышает действительную физиологическую потребность в нем.

Основная часть всосавшегося в кишечнике железа поступает в кровоток, а затем в костный мозг, где используется главным образом для синтеза гемоглобина. Поступающее в эпителиальные клетки слизистой оболочки кишечника Fe(ll) быстро окисляется до гидрооксида Fe(lll), который соединяется с апоферритином, поэтому всасывание Ж. слизистой оболочкой кишечника лимитируется связывающей способностью апоферритина. Депонирование железа происходит в печени, где оно практически полностью находится в составе ферритина. Пути выведения избытка железа отсутствуют: при превышении емкости ферритинового депо избыток железа аккумулируется в печени и других органах в виде гранул гемосидерина, содержащих до 37% железа (по массе).

Содержание железа в сыворотке крови и в моче определяют по цветной реакции с сульфонированным батофенантролином. Железосвязывающую способность сыворотки крови определяют путем выдерживания испытуемой сыворотки с раствором Fe(lll); при этом весь трансферрин насыщается железом. Избыток солей железа удаляют путем их адсорбции на карбонате магния, который затем удаляют центрифугированием, и железо в надосадочной жидкости определяют с сульфонированным батофенантролином.

Участие железа в образовании гемоглобина обусловливает применение его препаратов в качестве антианемических средств .

Библиогр.: Лабораторные методы исследования в клинике, под ред. В.В. Меньшикова, с. 267, М., 1987; Петров В.Н. Физиология и патология обмена железа, Л., 1982, библиогр.; Щерба М.М. и др. Железодефицитные состояния, Л., 1975.