Биологическая роль железа и его применение в медицине

ГОУ ВПО «Курский Государственный Медицинский Университет»

Кафедра общей неорганической, физической и коллоидной химии

Биологическая роль железа и его применение в медицине

Выполнила Нарыкова Е.А.

Проверил А.А. Атреньев

Курск, 2010

Содержание

Введение

Нахождение железа в природе. Основные минералы и их свойства

Биологическая роль железа

Роль питания

Техногенные источники поступления железа в окружающую среду

Химические свойства железа, его основные соединения

Вредные соединения железа, источники их поступления в окружающую среду, свойства, поражающее действие, ПДК, способы очистки

Получение железа и его основных соединений, их практическое использование

Диагностическое и лечебное применение железа

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Железо англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) - один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами, железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего - 7-8%.

С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe₂0₃,), бурого железняка (2Fe₂0₃, ЗН₂0) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO,), магнетита (Fe₃0₄) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500°С. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800°С повторной проковкой.

Этимология названий железа на древних языках довольно отчетливо отражает историю знакомства наших предков с этим металлом. Многие древние народы, несомненно, познакомились с ним, как с металлом, упавшим с неба, т. е. как с метеоритным железом. Так, в древнем Египте железо имело название би-ни-пет (бенипет, коптское - бени- пе), что в буквальном переводе означает небесная руда, или небесный металл. В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н.э.) имеются два упоминания о железе; в одном случае о нем говорится как о металле из города Кэзи (Верхний Египет), в другом - как о металле небесного изготовления (артпет). Древнегреческое название железа, так же как и северокавказское - зидо, связано с древнейшим словом, уцелевшим в латинском языке,-- sidereus (звездный от Sidus - звезда, светило). Fla древнем и современном армянском языке железо называется ер- кат, что означает капнувшее (упавшее) с неба.

О том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют и распространенные у некоторых народов мифы о богах или демонах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, - плуги, топоры и пр. Интересен также факт, что к моменту открытия Америки индейцы и эскимосы Северной Америки не были знакомы со способами получения железа из руд, но умели обрабатывать метеоритное железо.

Нахождение железа в природе. Основные минералы и их свойства

Железо - самый распространенный после алюминия металл на земном шаре; оно составляет около 5% земной коры. Встречается железо в виде различных соединений: оксидов, сульфидов, силикатов. В свободном виде железо находят в метеоритах, изредка встречается самородное железо (феррит) в земной коре как продукт застывания магмы.

Железо входит в состав многих минералов, из которых слагаются месторождения железных руд.

Основные рудные минералы железа: Гематит (железный блеск, красный железняк) - Fe₂0₃ (до 70% Fe); Магнетит (магнитный железняк) - Ре₃0₄(до 72,4%> Fe); Гетит - FeOOFI

Гидрогетыт - Fe00H*nH₂0 (лимонит) - (около 62% Fe); Сидерит - Fe(C0₃) (около 48,2% Fe); Пирит - FeS₂

Месторождения железных руд образуются в различных геологических условиях; с этим связано разнообразие состава руд и условий их залегания. Железные руды разделяются на следующие промышленные типы:

Бурые железняки - руды водной окиси железа (главный минерал - гидрогетит), 30-55%) железа.

Красные железняки, или гематитовые руды (главный минерал - гематит, иногда с магнетитом), 51 -66% железа.

Магнитные железняки (главный минерал - магнетит), 50-65% железа.

Сидеритовые или карбонатные осадочные руды, 30-35% железа.

Силикатные осадочные железные руды, 25-40% железа.

Большие запасы железных руд находятся на Урале, где целые горы (например Магнитная, Качканар, Высокая и др.) образованы магнитным железняком. Большие залежи железных руд имеются вблизи Курска, на Кольском полуострове, в Западной и Восточной Сибири, на дальнем Востоке. Богатые залежи имеются на Украине.

Железо является также одним из наиболее распространенных элементов в природных водах, где среднее содержание его колеблется в интервале 0,01-26 мг/л.

Животные организмы и растения аккумулируют железо. Активно аккумулируют железо некоторые виды водорослей, бактерии.

В теле человека содержание железа колеблется от 4 до 7т (в тканях, крови, внутренних органах).Железо поступает в организм с пищей. Суточная потребность взрослого человека в железе составляет 11-30мг. В основных пищевых продуктах содержится следующее количество железа (в мкг/100г.): Рыба - 1000 Мясо - 3000 Молоко - 70 Хлеб - 4000

Картофель, овощи, фрукты - от 600 до 900

В теле человека содержание железа колеблется от 4 до 7г (в тканях, крови, внутренних органах).Железо поступает в организм с пищей. Суточная потребность взрослого человека в железе составляет 11-30мг. В основных пищевых продуктах содержится следующее количество железа (в мкг/100г.): Рыба - 1000 Мясо-3000 Молоко - 70 Хлеб - 4000

Картофель, овощи, фрукты - от 600 до 900

Биологическая роль железа

Для нормального роста и выполнения биологических функций человеку и животным кроме витаминов необходим целый ряд неорганических элементов. Эти элементы можно разделить на 2 класса макроэлементы и микроэлементы.

Макроэлементы, к которым относятся кальций, магний, натрий, калий, фосфор, сера и хлор, требуются организму в относительно больших количествах (порядка нескольких граммов в сутки). Часто они выполняют более чем одну функцию.

Более непосредственное отношение к действию ферментов имеют незаменимые микроэлементы, суточная потребность в которых не превышает нескольких миллиграммов, т.е. сопоставима с потребностью в витаминах. Известно, что в пище животных обязательно должно содержаться около 15 микроэлементов.

Большинство незаменимых микроэлементов служит в качестве кофакторов или простетических групп ферментов. При этом они выполняют какую-нибудь одну функцию из трех (по меньшей мере) возможных функций. Во-первых, незаменимый микроэлемент сам по себе может обладать каталитической активностью по отношению к той иди иной химической реакции, скорость которой в значительной степени возрастает в присутствии ферментного белка. Это особенно характерно для ионов железа и меди. Во-вторых, ион металла может образовывать комплекс одновременно и с субстратом и с активным центром фермента, в результате оба они сближаются друг с другом и переходят в активную форму. Наконец, в-третьих, ион металла может играть роль мощного акцептора электронов на определенной стадии каталитического цикла.

Железо относится к тем микроэлементам, биологические функции которых изучены наиболее полно.

Значение железа для организма человека, как и в целом для живой природы, трудно переоценить. Подтверждением этому может быть не только большая распространенность его в природе, но и важная роль в сложных метаболических процессах, происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа определяется многогранностью его функций, незаменимостью другими металлами в сложных биохимических процессах, активным участием в клеточном дыхании, обеспечивающем нормальное функционирование тканей и организма человека.

Железо принадлежит к восьмой группе элементов периодической системы Д. И. Менделеева (атомный номер 26, атомный вес 55,847 , плотность 7,86 г/см). Ценным его свойством является способность легко окисляться и восстанавливаться, образовывать сложные соединения со значительно отличающимися биохимическими свойствами, непосредственно участвовать в реакциях электронного транспорта.

Роль питания

Общая масса железа у взрослого мужчины составляет около 4,5 г, у женщины около 3-4 г. Основная масса (около 75%) железа, составляющая 2,25-3 г, сосредоточена в гемоглобине.

Вне гемоглобина в эритроцитах содержится ничтожное, не учитываемое количество железа, входящее в состав клеточных энзимов (цитохромы, каталаза, оксидаза). Кроме того, при некоторых состояниях, в частности, после спленэктомии, в некоторых эритроцитах, так называемых сидероцитах, обнаруживаются гранулы трехвалентного железа (Fe (III)), дающего при окраске по Перльсу положительную реакцию на берлинскую лазурь, что указывает на близость к гемосидерину.

При нормальном содержании гемоглобина, составляемом 15г%, в 100 мл крови содержится 53,4 мг железа. Вся масса крови содержит около 3 г железа. Остальную часть железа составляет железо миоглобина (мышечного гемоглобина) от 300 до 600 мг и железо дыхательных ферментов - всего около 1 г. Железо, депонированное в органах, главным образом в печени, составляет около 0,5 г.

Суточная потребность взрослого человека в железе определяется масштабами физиологических процессов кроветворения и кроверазру шения.

Распространенность дефицита железа свидетельствует о том, что количества железа, абсорбированного из пищи, часто недостаточно для покрытия потребности в нем практически здорового населения. Однако довольно трудно установить истинную роль диет в различных районах земного шара в происхождении этой патологии.

Железодефицитные состояния могут развиваться при длительном употреблении питания с недостаточным общим содержанием железа, несмотря на нормальную калорийность, с достаточным или высоким его содержанием, но преобладанием продуктов растительного происхождения, содержащих тормозящие усвоение железа вещества. Длительное вынужденное применение однообразного по составу питания при некоторых внутренних заболеваниях или соблюдение больничных диет в ряде случаев может способствовать обеднению организма железом.

ПРОДУКТЫ	СОДЕРЖАНИЕ ЖЕЛЕЗА (в мг. на 100 г.)
Хлеб ржаной	2.0-2.6
пшеничный	0.9-2.8
Крупа гречневая	8.0
овсяная	3.9
Рис	1.8
Горох	9.4
Фасоль	12.4
Мясо (говядина)	2.6-2.8
Печень (говяжья)	9.8
Язык (говяжий)	5.0
Судак	0.4
Молоко коровье	0.1
Масло сливочное	0.2
Картофель	0.9
Творог	0.4
Соль поваренная	10.0
Шоколад	2.7
Лимоны	0.6
Апельсины	0.3
Яблоки	2.2
Земляника.	1.2
Редис	1.0
Помидоры	0.5-1.4
Морковь	1.2-1.4

В последнее время для оценки усвоения железа из комплексной пищи используется новый метод внешняя радиоактивная метка железом. Абсорбция его биологически меченых растительных продуктов не отличалась от усвоения при добавлении меченого железа в процессе приготовления пищи из этих продуктов. Получены доказательства, что даже при высоком содержании железа в пищевых рационах, превышающем официальные рекомендации для соответствующих групп населения, абсорбция его может быть незначительной и не удовлетворять потребности организма.

У жителей Северной Америки дефицит железа в организме - одно из наиболее распространенных последствий неправильного питания. Особенно характерен он для детей, девочек подростков и женщин детородного возраста. Железо может всасываться только в виде ионов Fe ; его всасывание и выведение протекают очень медленно и зависят от многих сложных факторов. Усваивается лишь незначительная часть присутствующего в пищевых продуктах железа. Более того, способность железа усваиваться сильно варьирует для разных пищевых продуктов. Лучше всего железо усваивается из мяса, значительно хуже из зерновых злаков. Молоко содержит очень мало железа.

Железо необходимо для синтеза железопорфириновых белков гемоглобина, миоглобина, цитохромов и цитохромоксидазы. В крови железо переносится в форме комплекса с плазменным белком трансферрином, а в тканях оно накапливается в виде ферритина белкового комплекса, содержащего гидроксид и фосфат железа. Ферритин в больших количествах содержится в печени, селезенке и костном мозгу. Железо не выводится из организма с мочой, оно выделяется с желчью и калом, а также при кровотечениях. Из-за удвоенных или утроенных потерь, железа во время менструаций женщинам необходимы большие количества железа, чем мужчинам. В хлеб и другие злаковые продукты специально добавляют дополнительное количество железа, однако это далеко не всегда является решением проблемы недостаточности железа, так как многие девушки и женщины, следя за своим весом, исключают хлеб из рациона. Недостаток железа приводит к железодефицитной анемии, при которой число эритроцитов в крови остается нормальным, а содержание гемоглобина в них уменьшается.

Техногенные источники поступления железа в окружающую среду

В зонах металлургических комбинатов в твердых выбросах содержится от 22000 до 31 ООО мг/кг железа.

В прилегающие к комбинатам почвы поступает до 31-42 мг/кг железа. Вследствие этого железо накапливается в огородных культурах.

Много железа поступает в сточные воды и шламы от производств: металлургического, химического, машиностроительного, металлообрабатывающего, нефтехимического, химико-фармацевтического, лакокрасочного, текстильного.

Содержание железа в составе сырого осадка, выпадающего в первичных отстойниках крупного промышленного города, может достигать 1428 мг/кг.

Пыль, дым промышленных производств могут содержать большие количества железа в виде аэрозолей железа, его оксидов, руд.

Пыль железа или его оксидов образуется при заточке металлического инструмента, очистке деталей от ржавчины, прокате железных листов, электросварке и при других производственных процессах, в которых имеют место железо или его соединения.

Железо может накапливаться в почвах, водоемах, воздухе, живых организмах.

Основные минералы железа подвергаются в природе фотохимическому разрушению, комплексообразованию, микробиологическому выщелачиванию, в результате чего, железо из труднорастворимых минералов переходит в водные объекты.

Железосодержащие минералы окисляются бактериями типа Th. Ferrooxidans.

Микробиологическое выщелачивание железа осуществляется не только за счет окисления, но и при восстановлении окисленных руд. В нем принимают участие микроорганизмы, относящиеся к разным труппам. В частности, восстановление Fe^J до Fe" осуществляют представители родов Bacillus и Pseudomonas, а так же некоторые грибы.

Упомянутые здесь широко распространенные в природе процессы протекают так же в отвалах горнорудных предприятий, металлургических комбинатов, производящих большое количество отходов (шлаки, огарки и т.п.).

С дождевыми, паводковыми и грунтовыми водами высвобождающиеся из твердых матриц металлы переносятся в реки и водоемы. Железо находится в природных водах в разных состояниях и формах: в истинно растворенной форме входят в состав донных отложений и гетерогенных систем (взвеси и коллоиды).

Химические свойства железа, его основные соединения

Железо - элемент VIII группы периодической системы. Атомный номер 26, атомный вес 55,85 (56). Конфигурация внешних электронов атома 3d⁶4s².

По химическим свойствам железо как переходный элемент близок к соседним элементам той же группы периодической системы - никелю и кобальту.

В соединениях железо чаще 2-х и 3-х валентно, но известны также валентности 1, 4 и 6.

Для высших валентных состояний железа характерны кислотные свойства. Железо, особенно 3-х валентное, склонно к комплексообразо- ванию. В химическом отношении железо - металл средней активности. В сухом воздухе при нагревании до 1 50-200° на поверхности компактного железа образуется тонкая защитная окисная пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления.

Во влажном воздухе железо быстро ржавеет, т.е. покрывается бурым налетом гидратированного оксида железа, который вследствие своей рыхлости не защищает железо от дальнейшего окисления.

В воде железо интенсивно корродирует. При обильном доступе кислорода при этом образуются гидратные формы оксида железа.

При недостатке кислорода или при его затрудненном доступе образуется смешанный оксид Fe₃04(Fe₂03'Fe0).

При взаимодействии железа с галогенами или галогеноводородами образуются галогениды железа.

Для железа характерны два ряда соединений: соединения Fe(II) и соединения Fe(III). Первые отвечают оксиду железа (II), или закиси железа FeO; вторые - оксиду железа (III), или окиси железа Fe₂0_:,.

Кроме того известны соли железной кислоты H₂Fe04, в которой степень окисленности железа +6.

Основные соединения железа (II)

Железный купорос - FeS0₄ 7Н₂0 - светло-зеленые кристаллы, хорошо растворимые в воде.

Гидроксид железа (II) - Fe(OH)₂ - белый осадок, который на воздухе вследствие окисления быстро принимает зеленоватую, а затем бурую окраску, переходя в Fe(OH)₃.

Оксид железа FeO, черный, легко окисляющийся порошок.

Карбонат железа FeC0₃. При действии воды, содержащей С0₂, карбонат железа, подобно карбонату кальция, частично переходит в более растворимую кислую соль Fe(HC0₃)₂. В виде этой соли железо содержится в природных железных водах.

Соли железа (II) легко могут быть переведены в соли железа (III) действием различных окислителей, например: HN0₃, KMn0₄, С1₂ и др.

Ввиду способности легко окисляться, соли железа (II) часто применяются как восстановители.

Основные соединения железа (III)

Хлорид железа FeCl₃ - темно-коричневые с зеленым отливом кристаллы. Сильно гигроскопичное вещество.

Сульфат железа Fe₂(S0₄)₃ - очень гигроскопичные, расплывающиеся на воздухе белые кристаллы. Образуют кристаллогидрат Fe(S0₄)₃'9H₂0 (желтые кристаллы). В водных растворах сульфат железа (III) сильно гидролизован.

Железо-аммонийные квасцы (NH₄)Fe(S0₄)₂ Н₂0 - хорошо растворимые в воде светло-фиолетовые кристаллы.

Гидроксид железа (III) Fe(OH)₃, более слабое основание, чем Fe(OH)₂.

Соли железа (III) сильно гидролизуются.

Характерной реакцией, отличающей соли железа (III) от солей железа (II), служит действие роданида калия KCNS (или роданида аммония) - появляется кроваво-красная окраска роданида железа (III) - Fe(CNS)₃.

Ионы железа (II) с роданидами не дают этой окраски.

Цианистые соединения железа

Гексациано (II) феррат калия K₄[Fe(CN)₆]'3H₂0 - светло-желтые кристаллы. Эта соль называется желтой кровяной солью. Раствор ее не дает реакции, характерной для ионов Fe(II). Но с ионами Fe(III) желтая кровяная соль взаимодействует с образованием нерастворимой соли синего цвета - берлинской лазури.

Гексациано (III) феррат калия K₃[Fe(CN)₆] - красная кровяная соль, темно красные кристаллы (безводные).

Красная кровяная соль - реактив на ионы Fe(II), с которыми она образует синий осадок, так называемой турнбулевой сини.

Вредные соединения железа, источники их поступления в окружающую среду, свойства, поражающее действие, ПДК, способы очистки

В воздух рабочей зоны на металлургических, металлообрабатывающих предприятиях поступает пыль, аэрозоли из частиц железа и его соединений. При воздействии на кожу возможны аллергические дерматиты, при вдыхании такого воздуха происходит раздражение дыхательных путей, разрушение легких, плевры, нарушения функции печени, желудочные заболевания. Поэтому установлено ПДК (Предельно Допустимая Концентрация) для железосодержащих частиц в воздухе рабоочей зоны в зависимости от типа частиц от 2 до 4мг/м.

При сгорании железного порошка, при операциях, связанных с работой электрической дуги, в окружающую атмосферу поступает дым оксида железа Fe₂Ch, который вызывает патологические изменения функции легких. ПДК для Fe₂0_:, в воздухе (в пересчете на Fe) - 0,04мг/м³.

Сульфаты и хлориды железа являются наиболее токсичными вредными примесями. ПДК для сульфата (в пересчете на Fe) в атмо- сферном воздухе - 0,007 мг/м", для хлорида - 0,004 мг/м".

Аэрозоли (пыль, дым) железа и его оксидов, руд и других соединений при длительном воздействии откладываются в легких и вызывают специфическое заболевание легких - сидероз. Различают, так называемый «красный сидероз», вызываемый оксидом железа (III) и «черный сидероз», возникающий от вдыхания пыли железа, его карбонатов и фосфатов.

У рабочих, обрабатывающих пириты, наблюдаются желудочные заболевания (гастриты, дуодениты).

У рабочих доменного и мартеновского производств наблюдается нарушение обоняния.

Среди электросварщиков, сталеваров часты воспалительные заболевания верхних дыхательных путей.

У рабочих железорудных шахт и горнообогатительных фабрик особенно часты хронические бронхиты, иногда осложненные астмой, эмфиземой легких.

Встречаются стоматиты, воспаления десен, поражения зубов, поражения слизистой рта.

Мероприятия, обеспечивающие безопасность работы в атмосфере с повышенным содержанием частиц железа и его соединений, заключаются в очистке воздуха от вредных примесей, в эффективной вентиляции помещений, в применении спецодежды, респираторов, очков.

Реальную опасность при приеме внутрь представляют железо, поступающее в организм в составе лекарственных веществ и сульфат железа (II).

Токсические дозы FeS0₄ или чистого железа (для человека ЛД = 200-250 мг/кг) приводят к смертельному исходу в результате химического ожога внутренних органов.

Токсичность соединений железа в воде зависит от рН. В щелочной среде токсичность возрастает. От избыточного содержания железа в воде могут гибнуть рыбы, водоросли. Большую опасность представляют сточные воды и шламы производств, связанных с переработкой железосодержащих продуктов.

Подпороговые концентрации в воде водоемов: сульфат и нитрат железа (III), гидроксид железа (И) - 0,5 мг/л; хлорид железа (III) - 0,9 мг/л.

Соединения железа (II) обладают общим токсическим действием. Соединения железа (III) менее ядовитые, но действуют прижигающе на пищеварительный канал и вызывают рвоту.

ПДК железа в питьевой воде 0,3 мг/л.

В природных водоемах, например, в Ладожском озере, в Неве, содержание железа меньше 0,3 мг/л. Перед поступлением в сети городского водоснабжения вода из водоемов подвергается фильтрации и действию коагулянтов, которые вместе с органическими примесями удаляют и часть железа.

Обработка воды с повышенным содержанием железа заключается в фильтровании на механических фильтрах (антрацит), коагуляции (коагулянт - глинозем A1₂(S0₄)₃), иногда - в обработке магнитными полями (в случае магнитных форм железа).

Профилактические мероприятия, обеспечивающие безопасные условия труда при воздействии на работающих железа и его соединений определяются нормативными документами применительно к конкретным условиям производства.

Получение железа и его основных соединений, их практическое использование

Из всех добываемых металлов, железо имеет наибольшее значение. Вся современная техника связана с применением железа и его сплавов. Количество добываемого железа примерно в 1 5 раз превосходит добычу всех остальных металлов вместе взятых.

Основным промышленным способом получения железа служит производство его в виде различных сплавов с углеродом - чугунов и углеродистых сталей. Чугуны получают доменным процессом, а стали - мартеновским, конверторным и электроплавильным процессами.

В доменном процессе в качестве основных шихтовых материалов участвуют: железная руда, кокс и известняк, необходимые для восстановления окислов железа в руде углеродом и разведения расплавленных чугуна и шлака.

В домну подается воздух или, для ускорения процесса, кислород (кислородное дутье). Углерод кокса окисляется кислородом:

С+0₂=С0₂; С+С0₂=2С0.

Образующийся при этом СО и углерод кокса восстанавливают окислом железа.

Поскольку указанные реакции протекают при избытке углерода, восстановленное железо сплавляется с углеродом и образуется чугун со значительно более низкой температурой плавления, чем чистое железо. Чугун (с 4,3% С) плавится при 1135°С, а железо при 1539°С.

Расплавленные низкоплавкие чугун и шлак собираются в горне доменной печи и периодически выпускаются через специальные отверстия.

Способы передела чугуна - мартеновский, конверторный и электроплавильный, - сводятся к удалению избыточного углерода и вредных примесей (S, Р) путем их окисления и к доводке содержания легирующих элементов до заданного путем добавления их при плавке.

Предельно допустимое содержание вредных примесей и необходимое содержание легирующих элементов установлены для каждой марки стали.

Чистое железо получают в виде порошка восстановлением его оксидов водородом или термическим разложением карбонила Fe(CO)₅.

Применение чистого железа ограничено, т.к. оно по своим механическим свойствам не удовлетворяет ряду требований к конструкционным материалам. Оно очень пластично.

Железо и его сплавы составляют основу современной техники. Значение железных сплавов для техники следует из того, что 95% всей металлической продукции составляет чугун и только 5% - сплавы остальных металлов.

Соединения железа

Железный купорос FeS0₄7H^0 получают путем растворения обрезков стали в 20-30%-ной серной кислоте.

Железный купорос - светло-зеленые кристаллы, хорошо растворимые в воде. Применяется для борьбы с вредителями растений, в производстве чернил и минеральных красок, при крашении тканей, для очистки сточных вод от цианидов.

При действии на железный купорос щелочи образуются гидроксиды железа - Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃.

Эти гидроксиды применяют в качестве пигментов. Природный гидроксид железа FeS₂ (пирит) служит сырьем для получения серной кислоты, серы и железа.

Нитрат железа Fe(N0₃)₃ получается при действии на железо азотной кислоты. Применяется как протрава при крашении хлопчатобумажных тканей и как утяжелитель шелка.

Хлорид железа FeCl₃ образуется при нагревании железа с хлором, хлорированием FeCl₂. Применяется как коагулянт при очистке воды, как протрава при крашении тканей, как катализатор в органическом синте-

Сульфат железа Fe₂(S0₄)₃ образует кристаллогидрат Fe₂(S0₄)₃'9H₂0 (желтые кристаллы). Получают растворением оксида Fe?0₃ в серной кислоте. Применяется как коагулянт при очистке воды, для травления металлов, используется при получении меди.

Оксиды железа обычно получают при действии водяного пара на раскаленное железо. Природные оксиды железа служат основным сырьем для получения металлического железа (его сплавов).

Fe₂0₃ и его производные (ферриты) используют в радиоэлектронике как магнитные материалы, в том числе как активные вещества магнитофонных лент.

Fe₃0₄ служит материалом для изготовления анодов в ряде электрохимических производств.

Ферриты - при сплавлении оксида железа (III) с карбонатами натрия или калия образуются ферриты - соли не полученной в свободном состоянии железистой кислоты HFeO.

В технике ферритами или ферритными материалами называют продукты спекания порошков Fe₂0₃ и оксидов некоторых двухвалентных металлов, например, Ni, Zn, Ми.

Ферриты обладают ценными магнитными свойствами и высоким электрическим сопротивлением.

Ферриты широко применяются в технике связи, счетно-решающих устройствах, в автоматике и телемеханике.

Соединения железа (VI)

Если нагревать стальные опилки или Fe₂0₃ с нитратом и гидро- ксидом калия, то образуется сплав, содержащий феррат калия K₂Fe0₄ - соль железной кислоты H₂Fe0₄, которая в свободном виде не получена.

При растворении сплава в воде получается красно-фиолетовый раствор, из которого действием хлорида бария можно осадить нерастворимый в воде феррат бария BaFe0₄.

Все ферраты - очень сильные окислители, более сильные, чем КМи0₄.

Карбонилы железа

Железо образует летучие соединения с окисью углерода, называемые карбонилами железа. Пентакарбонил железа Fe(CO)s - бледно- желтая жидкость, не растворимая в воде, но растворимая во многих органических растворителях. Fe(CO)₃ получают пропусканием СО над порошком железа при 150-200°С и давлении 100 атм. При нагревании в вакууме Fe(CO)₅ разлагается на железо и СО. Это используется для получения высокочистого порошкового железа - карбонильного железа.

Сплавы железа - это металлические сплавы на основе железа. До начала XIX века к сплавам железа относили преимущественно Fe-C (с примесями Si, Мп, S, Р), получившие название сталей и чугунов. Возрастающие требования техники к металлическим материалам, прежде всего в отношении их механических свойств, жаропрочности, коррозионной стойкости в различных агрессивных средах привели к созданию новых сплавов железа содержащих Cr, Ni, Si, Mo, W и др.

В настоящее время к сплавам железа относят: углеродистые стали, чугуны, легированные стали, содержащие кроме углерода другие элементы, и стали с особыми физико-химическими и механическими свойствами.

Кроме того для введения в сталь легирующих элементов применяются особые сплавы железа, получившие название ферросплавов.

В технике сплавы железа принято называть черными металлами, а их производство - черной металлургией.

Чугун отличается от стали более высоким содержанием углерода и своими свойствами. Он хрупок, но обладает хорошими литейными свойствами. Чугун дешевле стали. Основная масса чугуна перерабатывается в сталь.

Элементы, специально вводимые в сталь для изменения ее свойств, называются легирующими элементами, а сталь, содержащая такие элементы, называется легированной. К важнейшим легирующим элементам относятся Cr, Ni, Ми, W, Мо. Широко применяются жаростойкие сплавы на основе никеля (нихром, содержащий никель и хром и другие).

Из медно-никелевых сплавов (мельхиор и другие) изготавливают монеты, украшения, предметы домашнего обихода.

Кобальтсодержащие сплавы используются как вязкая составная часть металлорежущего инструмента, в которую вкраплены исключительно твердые карбиды МоС и WC.

Диагностическое и лечебное применение железа

Железо-связывающую способность сыворотки крови определяют по шале (A. Shade) в модификации Рата С.Rath) и Финна (C.Finch). Метод основан на том, что при взаимодействии р-глобулинов и двухвалентного железа образуется комплекс оранжево-красного цвета. Поэтому при добавлении ферросолей (обычно соли мора) к сыворотке крови нарастает интенсивность этой окраски, которая резко стабилизируется в точке насыщения белка.

Содержание железа в плазме крови подвержено суточным колебаниям - оно снижается ко второй половине дня.

При гемосидерозе, гемохроматозе, гемолитической, п-, дне- и гипопластической анемиях, железодефицитной анемии, острых и хронических инфекциях, циррозе печени, уремии, злокачественных новообразованиях, гемолитических и паренхиматозных (но не застойных) желтухах наблюдаются гиперсидеремии и одновременное уменьшение НЖСС. Гипосидеремия и одновременное повышение НЖСС определяются при недостаточном поступлении железа с пищей и при состояниях, сопровождающихся повышенной в нем потребностью: при беременности, острых и хронических кровопотерях, т.е. при так называемых гипохромных анемиях, а также при острых инфекционных заболеваниях.

Обмен железа в организме во многом зависит от нормального функционирования печени, поэтому определение содержания железа в сыворотке крови может быть использовано в качестве функциональной печеночной пробы. При паренхиматозных поражениях печени нарушается ее функция по депонированию железа, т.к. пораженный или погибающий гепатоцит отдает железо в кровь. Вместе с тем из-за утраты гепатоцитами способности ассимилировать железо разрушающихся эритроцитов происходит его накопление в сыворотке крови. Оба эти процесса вызывают при острых паренхиматозных заболеваниях печени гиперсидеремию, которую особенно важно учитывать при эпидемическом гепатите, т.к. при вирусных инфекциях содержание железа в сыворотке крови снижается.

В отличие от паренхиматозной желтухи механическая желтуха всегда протекает при нормальном или несколько пониженном содержании железа в сыворотки крови.

Радиоактивное железо применяют в радиоизотопной диагностике, для изучения эритропоэза, обмена и всасывания железа, главным образом, в виде цитрата или хлорида. Наиболее широкое клиническое применение находят препараты, меченные Fe. Препараты, меченные Fe, в клинической практике применяются редко из-за длительного периода выведения из организма и неудобства детектирования его излучения. В ряде случаев (сканирование головного мозга и др.) Предпочтительнее использовать короткоживущий изотоп Fe, который создает значительно меньшую дозу облучения организма. При определении усвояемости железа эритроцитами радиоактивное железо Fe) вводят в кровоток. В последующие 15-20 дней с промежутками в 2-3 дня берут пробы крови и путем измерения Fe-активности эритроцитов определяют степень поглощения железа эритроцитами.

Лечебное применение железа

При анемических состояниях лечебное применение железа обусловлено его участием в процессе гемоглобинообразования, совершающемся в эритробластах костного мозга.

Показаниями к применению железа являются железодефицитные анемии различной этиологии (анемии от кровопотерь, алиментарные анемии, хлороз, анемии беременных и др.), Протекающие с пониженным содержанием железа в крови и истощением тканевых резервов железа, а также состояния латентного (бессимптомного) дефицита железа, встречающегося у 20-30% практически здоровых женщин. Назначение железа показано и при других состояниях гипосидероза (недостаточности железа), сочетающихся с анемией или проявляющихся самостоятельно: при сидеропенической дисфагии Россолимо-Бехтерева, коилонихии, извращенности вкуса и обоняния, зловонном насморке (онезе).

При назначении препаратов железа внутрь следует учитывать анатомно-функциональное состояние желудочно-кишечного тракта, особенно его верхних отделов желудка, двенадцатиперстной кишки и начального отдела тощей кишки, являющихся наиболее активными участками всасывания железа. После кровопусканий, активирующих эритропоэз, абсорбция железа возрастает и осуществляется на протяжении всего кишечника, включая слепую кишку.

Лечебное применение железа обусловлено необходимостью восстановления нормальной концентрации не только гемоглобина, но и железа в тканях. Недостаточное лечение, в результате которого резервы тканевого железа не восполняются, способствует сохранению латентного дефицита железа и быстрому рецидиву анемии.

Критериями эффективности лечения препаратами железа считаются:

повышение цветного показателя крови;

повышение числа эритроцитов показателя гематокрита;

нормализация величины концентрации сывороточного железа;

снижение общей и латентной железо-связывающей способности сыворотки крови;

повышение насыщенности трансферрина железа;

пополнение тканевых резервов железа, определяемых при помощи десфераловой пробы.

Показателем эффективности лечения препаратами железа является также обратное развитие трофических нарушений эпителия и эндотелия, связанных с дефицитом железа.

Заключение

Железо можно назвать главным металлом нашего времени. Этот химический элемент очень хорошо изучен. Тем не менее, учёные не знают, Когда и кем открыто железо: слишком давно это было. Использовать железные изделия человек стал использовать уже в начале 1 тысячелетия до н.э. Когда на смену бронзовому веку пришел железный. Металлургия на территории Европы и Азии начала развиваться ещё в 9 - 7 веке до н.э.

Первое железо, попавшее в руки человека, было, вероятно, неземного происхождения. Поскольку ежегодно на Землю падает больше тысячи метеоритов, часть их - железные, состоящие в основном из никелистого железа. Самый большой из обнаруженных метеоритов весит около 60 тон. Он найден в 1920 году в юго-западной части Африки. У «небесного» железа есть одна важная технологическая особенность: в нагретом виде этот металл не поддаётся ковке, ковать можно лишь холодное метеоритное тело. Оружие из «небесного» металла долгие века оставались чрезвычайно редким и драгоценным.

Железо обнаружено также и на Луне, В лунном грунте, оно присутствует в самородном, не окислённом состоянии, что, очевидно, объясняется отсутствием атмосферы. Хотя на Земле железо тоже иногда встречается в самородном состоянии.

В древности железо ценилось очень высоко. В «Географии» древнего учёного Страбона, написанной в самом начале нашей эры, сказано, что у африканских народов железо стоило в 10 раз дороже золота... Может быть, это справедливо, если считать главным критерием дороговизны не химическую стойкость и редкость, а значение для техники, для развития цивилизации. Главные причины того, что именно железо стало важнейшим металлом для техники и производства, заключаются в распространённости соединений этого элемента и сравнительной простоте восстановления металла из них. Основная масса железа находится в месторождениях, которые можно разрабатывать промышленным способом.

По запасам в земной коре Fe занимает 4 место среди всех элементов, после кислорода, кремния и алюминия. Намного больше железа в ядре планеты, которое, согласно предположениям учёных, состоит из никеля и железа. Но это железо недоступно и вряд ли станет доступным в обозримом будущем. Поэтому важнейшим источником Fe остаются залегающие на поверхности Земли или на небольших глубинах такие минералы, как магнетит РезОф гидрогетит Fe02 Г1Н2О гематит Fe20 сидерит РеСОз-Они составляют основу железных руд - магнитного, бурого, красного и шпантового железняка.

Железо - серый металл, его легко обрабатывать: резать, ковать, прокатывать, штамповать. Ему можно придать большую прочность и твёрдость методами термического и механического воздействия (закалка, прокатка).

Рассказывая о свойствах Fe, нужно, прежде всего, говорить, о каком железе идёт речь - о техническом чистом Fe или о Fe высшей чистоты. Разница в их свойствах - и физических, и химических - достаточно велика.

Железо в соединениях может проявлять разные степени окисления: +2, +3, +6, редко +1 ,+4 и даже 0 (в карбониле Fe(Co)5). Из соединений двухвалентного железа наиболее известны FeO(2), а также его сульфид и галогени- ды. Ионы Fe образуются при растворении Fe в разбавленных кислотах - азотной и серной - Fe не растворяется: благодаря образованию на поверхности металла тонкой и плотной оксидной плёнки. Практически не растворяется Fe и в щелочах (кроме горячих концентрированных растворах).

Соли трёхвалентного железа обычно получаются при окислении солей двухвалентного железа. При этом если реакция происходит в растворе, цвет раствора меняется; характерная для Fe2+ светло-зелёная окраска изменяется на бурую. Соли трёхвалентного железа часто склонны к гидролизу. Железная H2Fe04 железистая HFeCb кислоты в свободном состоянии не получены. Однако соли их - дирраты и дерриты известны и изучены достаточно хоро-

Оксид трёхвалентного железа Fe203, Оксид состава Рез04 рассматривают как соединение FeO и Fe203_ Гидроксиды двух и трёхвалентного железа Fe(0H)2 и Fe(OH)3 в воде растворяется плохо и, в отличие от оксидов, не имеют большого практического значения. Оксиды же важны не только как источник множества соединений Fe, но и как важнейшие сырьё для чёрной металлургии. Подобно другим переходным металлам, Fe образует также множество комплексных соединений.

Для нормальной жизнедеятельности человеку совершенно необходимы железосодержащие органические соединения. Самое известное из них дыхательный пигмент гемоглобин. Но кроме гемоглобина Fe в нашем организме есть ещё и в моимобине - белке. Запасающим кислород в мышцах. Есть также железосодержащие ферменты и ферритин.

Список литературы

А.А. Хабаров, В.А. Булатникова, О Ф. Кочинова. Биологическая роль химических элементов. Под редакцией зав. кафедрой бионеорганической химии, профессора А.А. Хабарова - Курск, КГМУ, 1997,- 52 с.

А.А. Хабаров. Этюды о биологической роли химических элементов- Курск, КГМУ, 2005.-105 с.

В.А. Исидоров. Введение в химическую экотоксикологию. - Химиздат, 1999.

Краткая химическая энциклопедия,- Изд.: Советская энциклопедия, 1963.

М.Х. Карапетьянц, С.И. Дракин. Общая и неорганическая химия. Изд.: Химия, 1981.

Н.А. Глинка. Общая химия. - Изд.: Химия, 1971.

Справочник «Вредные химические вещества, неорганические соединения элементов V и VIII групп». - Изд.: Химия, 1989.