Железо в нашей жизни

Муниципальное общеобразовательное учреждение Калмыцкая Национальная Гимназия им. Кичикова А.Ш.

Железо в нашей жизни

Творческая работа

Выполнила обучающийся 11 класса Кокаева Айса Михайловна

Руководитель: Матиевская С.Д., учитель химии

Оглавление

1.Железо и его значение

1. История открытия………………………………………………………...2
2. Нахождение в природе…………………………………………………….3
3. Физиологические свойства……………………………………………..4 -5
4. Процесс усвоения железа организмом……………………………………6
5. Экологическое значение………………………………………………...6-8
6. Применение железа……………………………………………………...8-9

2. Экспериментальная часть

1. Подготовка к эксперименту……………………………………………9-10
2. Проведение эксперимента……………………………………………….10
3. Обработка результатов……………………………………………….10-11

Заключение………………………………………………………………..11-12

Литература……………………………………………………………………13

Введение

Железо всем нам очень знакомо. Но истинные масштабы применения и использования этого металла вряд ли нам известно. Поэтому мы решили в своей работе рассказать об этом удивительном металле. Ведь он не только имеет промышленное значение, но и необходим для всех живых организмов и нетолько.

Цель исследования: Обнаружение ионов Fe3+ в питьевой воде.

Задачи: Изучить возможный способ обнаружения ионов Fe3+ в питьевой воде. Сравнить результаты с возможно допустимым ПДК.

Предмет исследования: пробы воды взятые из питьевых источников.

База исследования: Исследование проводилось на базе МОУ «СОШ с. Красная Речка», Пугачевского района, Саратовской области. Было проведено 5 опытов.

Значение исследование заключается в том, что железо содержится не только в живых организмах как необходимый элемент, но и в воде, почве. Соединения железа влияют на качество воды, иногда имеют негативное влияние на здоровье человека.

1. Железо, его значение.

1. История открытия.

Железо – один из семи металлов, известно человеку с глубокой древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Но прежде, знакомство человека с железом космического происхождения говорит факт наличия у коренных обитателей Гренландии, не имевших никакого понятия о железной руде, ножей, изготовленных из железа. В 1920 г. в Африке, нашли самый крупный железный метеорит Гоба, он весил 60 т. В составе железных метеоритов на долю железа приходится 91%

В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставлялись с семью известными тогда планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесным происхождением металлов. Такое сопоставление стало обычным около 200 лет назад.

Сначала железо сопоставлялось с Меркурием и так же называлось, но позднее его стали сопоставлять с Марсом, и так же называлось, что подчеркивало внешнее сходство с красной окраской Марса. Позднее, став международным, название Ferrum принято у ромеанских народов. Оно связано с греколатинским fars (быть твердым). Алхимики наряду с твердым употребляли и многие другие названия: Iris, Sarsare, Mirena и другие.

Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень древним временам в Египте и Месопотамии. В древнерусской литературе слово железо фигурирует в древнейших памятниках, под названием жезъло, жельзо, железо.

Девятнадцатый век стал первым железным веком.

1.2. Нахождение в природе.

Из всех металлов подгруппы В более распространено в земной коре железо, среди других элементов оно занимает четвертое место, а среди металлов - второе (после алюминия). На долю железа приходится около 1,5 % от всех атомов, составляющих земную кору.

Свободное железо встречается в природе достаточно редко, главным образом в метеоритах. Из железа состоит, по – видимому, внутреннее ядро Земли. Полагают, что железа в нем 90% и 10% никеля и кобальта.

Мантия, покрывающая железное ядро Земли, также содержит в себе железо.

На поверхности Земли железо распространено повсеместно. Оно находится почти во всех горных породах, песках, глинах в виде кислородных соединений, их называют железными рудами. Главнейшие из них: Бурые железняки (основной минерал гидрогетит HFeO2 × nH2O); красные железняки (основной минерал магнетит FeCO3). Железо содержится в природных водах.

С наличием железных руд на территории средней части Русской равнины связано существование аномалии земного магнетизма.

С помощью спектрального анализа астрономы находят железо в раскаленных атмосферах в бесчисленных далеких и близких звезд. Железо обнаружено на Солнце.

Богатейшие месторождения железных руд в СНГ находятся на Урале, в Кривом Роге, Казахстане, в Курской, Белгородской области, под Керчью, в Карело – Финской АССР, Сибири.

Железо входит в состав гемоглобина человека и животных, играет большую роль в жизни человека, но об этом мы расскажем в следующей главе.

1.3 Физиологические свойства.

Огромная роль железа в жизни растений, животных, человека.

Важным фактором миграции и перераспределения железа в природе является биомасса Земли, в составе которой его содержится до 10 млрл. т. Оно концентрируется в морских водорослях, в морских животных, наземных животных, бактериях. Многие составные части пищевой цепи интенсивно накапливают железо. Активно аккумулирует его водная флора, причем интенсивность накопления зависит от времени года.

Железо необходимо для растений. Оно участвует в окислительных процессах протоплазмы, при дыхании растений и в построении хлорофилла, хотя само и не входит в его состав. Растения искусственно лишенные железа имеют бесцветные листья. Такое заболевание растений называется хлороз. При добавлении ничтожного количества железа к воде, питающей растение, листья вскоре становятся зелеными.

Большую роль играют растения в жизни микроорганизмов. Некоторые бактерии, являющиеся кормом для малощетинковых червей, также концентрируют железо. Таким путем осуществляется передача металла по трофической цепи к более высоким организмам. Существуют в пресных водах микроорганизмы, для которых железо является источником энергии, необходимой для синтеза их органических веществ. Такие бактерии играют большую роль в образовании залежей железных руд.

Железо – это биогенный элемент. Входя в состав гемоглобина, миоглобина, – красящего вещества крови, а также в состав различных ферментов и других сложных белковых комплексов, железо обусловливает не только цвет крови, но и важнейшую функцию ее – перенос кислорода, поступающего при дыхании в легкие, к органам, тканям, клеткам, и в обратном процессе – переносе углекислого газа от тканей к легким. В организмах животных и человека железо распространено так же «повсеместно», как и в природе: хрусталик и роговица глаза, лишенных кровеносных сосудов, в печени и селезенке - есть железо. В организме взрослого человека содержится около 4 г железа, из которых 75% - в гемоглобине. Из органов наиболее богаты железом печень и селезенка. железо стимулирует функции этих органов.

У человека и животных при недостатке железа развивается анемия (малокровие).

Существует большое число организмов, не имеющих гемоглобина, но и в них обнаружено железо. Оно входит в состав протоплазмы, в которой при его участии осуществляется процесс внутриклеточного дыхания.

Значение железа в жизнедеятельности организма было оценено давно и столь же давно соединения железа стали применяться при лечении малокровия, истощения, упадка сил.

При неправильном приеме внутрь реальную опасность представляет железо, поступающее в организм в составе лекарственных средств. Препараты железа занимают шестое место среди наиболее частых причин отравления у детей до 5 лет. Отравление сопровождается тошнотой, рвотой с примесью крови, боли в животе, жидкий стул черного цвета, снижение давления. Если проявляются признаки поражения печени, желтуха, шок – то это главные причины смертельного исхода.

Также опасна пыль Fe2O3 образующаяся при сварке. Происходят рентгенологические изменения в легких в виде темных пятен пылевых очагов. Описан случай «железной лихорадки» у электросварщиков после работы в плохо вентилируемом помещении, в атмосфере пыли и паров, содержащих железо. Симптомы: Усталость, потливость, повышение температуры, лейкоцитоз.

в 2002 г в Саратовской области установлено, что у детей, посещающих детские учреждения, расположенные на территории геохимических аномалий, содержание соединений Fe, кадмия, никеля в биосубстратах (волосы, моча) нередко определялось на критическом или профессиональном уровнях. У таких детей отмечались выраженные отклонения в физическом развитии, наиболее высокий уровень аллергической и общей заболеваемости.

1.4 Процесс усвоения железа организмом.

В пищевых продуктах железо находится в более устойчивой степени окисления +3, а клетки кишечника пропускают только железо в степени окисления +2. Минуя пищевод и попав желудок, ионы Fe+3 восстанавливаются в степень окисления Fe+2 и только тогда усваиваются от 2-20% железа. Если человек плохо пережевывает пищу, ионы Fe+3не успевают восстанавливаться и остаются недоступными. На усвоение влияет и состав пищи. Ионы Fe+3 в присутствии витамина С и фруктозы легче растворяются и усваиваются. Но есть и враги железа. Это чай и кофе, яичные желтки, алкоголь. Как правило, поступающего с пищей железа вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях необходимо применять железосодержащие препараты (анемия).

1.5 Экологическое значение железа.

Основным источниками поступления железа и его соединений в окружающую среду являются антропогенными. Локальной техногенной аномалией является зона металлургических комбинатов, в твердых выбросах которых содержится от 22 000 до 31 000 мг/кг железа. В прилегающие к комбинатам почвы поступает до 31 – 42 мг/кг железа. Вследствие этого в огородных культурах накапливается железо (в клубнике до 8, 5 мг/кг при уровне в контроле 3,9 мг/кг).

Большую опасность представляют сточные воды и шламы производств химического, металлургического, машиностроительного, металлообрабатывающего, нефтехимического, химикофармацевтического, лакокрасочного, текстильного. Концентрация железа в травильных водах черных металлов достигает 5000× 7000 мг/л.

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

Поэтому необходимы, на наш взгляд, следующие природоохранные меры:

1. рекультивация земель;
2. комплексное использование руд;
3. улавливание и использование газообразных выбросов;
4. переработка твердых отходов, их использование в качестве вторичного материала.

Токсичность соединений железа в воде зависит от рН воды. В щелочной среде токсичность для рыб резко возрастает, т. к. образуются гидроксиды железа, которые осаждаются на жабрах, закупоривают их и разъедают. Вода, содержащая железо, непригодна для инкубации икры рыб, т. к. гидроксид его осаждается на ней и жабрах мальков и вызывает их массовую гибель.

Общий характер действия на теплокровных. Соединения железа(II) обладают общим токсическим действием: у крыс, кроликов при поступлении в желудок – параличи, смерть в судорогах, причем хлориды токсичнее сульфатов. Соединения железа(III) менее ядовиты, но действуют прижигающе на пищеварительный канал и вызывают рвоту.

Водные ресурсы Саратовской области являются ценным природным богатством, источником водоснабжения и с/х производства.

Гидрохимический контроль Саратовской области установил превышение норм ПДК по химическим показателям качества воды в 1998 г, на содержание железа общего составляет 1,2.

В результате сведений Доклада о состоянии окружающей природной среды Саратовской области нами были проанализированы следующие сведения в период с 1996 г по 2002 г о содержании железа общего в реке Большой Иргиз Пугачевского района.

Река Большой Иргиз является притоком реки Волги. Среднегодовая концентрация железа общего были на следующем уровне:

1996 г – 0,12 мг/л

1998 г. - 1,2 мг/л

2000 г. – 0,14 мг/л

2001 г. – 0,07 мг/л

2002 г. – 0,07 мг/л.

Анализ воды проводили г. Пугачев водопост 3 категории. Б. Иргиз имеет 2 створа отбора проб воды. Уровень загрязнения в фоновом и контрольном створам мало отличается. Среднегодовое содержание железа общего составляет 0,32 мг/л, что является в пределах нормы.

1.6 Применение железа

Металлическое железо является основным металлом современной техники. Чистое железо используется в тех ее областях, где необходимы высокие пластические свойства. Большая часть железа идет на производство углеродистых и легированных сталей, т. к. черная металлургия является основой индустриализации. Железо входит в качестве добавок и в другие сплавы, повышая их прочность и пластичность (латунных сплавов, алюминиевых бронз).

Гидроскиды железа (II) и (III) применяют в качестве пигментов. Многие соединения железа - сурик, мумия, железные квасцы, железный купорос, находят широкое применение в народном хозяйстве.

Природный дисульфид железа , служит сырьем для получения серной кислоты, серы и железа. Нитрат железа (III) используется как протрава при крашении х/бумажных тканей и как утяжелитель шелка.

Оксиды железа служат основным сырьем для получения металлического железа. Ферромагнитные оксиды используются в электротехнике, в производстве магнитных лент. FeSO4 используется для очистки сточных вод от цианидов и солей хрома, борьбы с вредителями садов для уничтожения мхов, лишайников и грибных спор, а также для питания растений и борьбы с засолением почв; в текстильной промышленности, для приготовления чернил, красок, для консервации древесины, как химический реактив. Ферриты находят применение в радиотехнической аппаратуре, в ЭВМ, автоматике и телемеханике.

2. Экспериментальная часть

2.1 Подготовка к эксперименту.

Поместим в мерную колбу объемом 100 мл 300 мг железа, растворим его в 5 мл HNO3(к), затем доведем V р-ра до метки дистиллированной водой. В этом стандартном растворе содержится ионов Fe3+ 30 мг/мл, или 3000 мг/л. Разбавим 1 мл этого раствора в 100 раз и мы получим раствор с содержанием ионов Fe3+ 30 мг/л.

Нальем 10 мл этого раствора в мерную колбу на 100 мл и добавим дистиллированной воды до метки. В полученном стандартном растворе содержание Fe3+ составляет 3 мг/л. Из последнего раствора приготовим серию растворов объемом по 10 мл различной концентрации в пробирках.

№ 1 – 5 мл. с. р нальем в пробирку и добавим воды до 10 мл. Раствор содержит 1, 5 мл/л Fe3+.

№ 2 – 2 мл. с. р. нальем в пробирку и добавим воды до 10 мл. Раствор содержит 0,6 мг/л Fe3+.

№ 3 - 1 мл. с. р. нальем в пробирку и добавим воды до 10 мл. Раствор содержит 0,3мг/л Fe3+.

№ 4 - 0,5 мл с. р. нальем в пробирку и добавим воды до 10 мл. Раствор содержит 0,15 мл/л Fe3+.

№ 5 - дистиллированная вода, не содержит Fe3+.

В пять пронумерованных пробирок нальем по 2 мл каждого из рабочих стандартных растворов, добавим по крупинке персульфата аммония и по 2 мл раствора роданида. Закроем пробирки пробками и перемешаем содержимое. Мы получим стандартную шкалу для определения Fe3+ в воде, соответствующую содержанию ионов от нуля (пробирка №5 ) до 1,5 мг в литре воды (пробирка № 1) .

1. Проведение эксперимента.

Точно также, нальем в аналогичные пробирки, 2 мл исследуемой воды, добавим крупинку персульфата аммония и 2 мл. роданида и перемешаем. Концентрация рабочего раствора наиболее близкого по степени окраски и исследуемой пробы воды, принимается за результат анализа.

Предельно допустимая концентрация ионов железа в питьевой воде не более 0, 3 мг/л.

1. Обработка результатов.

Вывод:

Из таблицы видно, что во всех водоемах, откуда были взяты пробы имеют допустимое содержание ионов Fe3+ . Точно такие же эксперименты можно сделать и а вашем районе или городе.

Железо и его соединения необходимые составляющие живых организмов, имеют большое значение в природе и химической промышленности. Но наряду с этим немало важно и то, что соединения железа могут играть и негативную роль как для живых организмов, так и для человека.

Заключение

В результате проделанной работы мы выяснили что:

- Железо один из первых металлов известно человеку;

- Железо и его соединения имеют большое физиологическое и практическое значение;

- Загрязнение воды и почвы соединениями железа ведут к различным заболеваниям людей;

- Экспериментально можно выяснить каково содержание ионов Fe3+ в питьевой воде.

Результаты этой работы могут быть использованы в качестве дополнительного материала на уроках химии и биологии, а также на предметных неделях и во внеклассной работе учащихся.

Литература

1. Н. А. Фигуровский. Открытие химических элементов и происхождение их названий. Изд -во «Наука». 1970 г. – 206 с.: без иллюстр.
2. Н. С Ахметов. Неорганическая химия. Учебное пособие для ВУЗов. Изд-во 2-е переработанное и дополненное. М.: 1975 г. – 672 с.: с иллюстр.
3. Г. И. Штремплер. Словарь химических терминов: Пособие для слушателей подготовительных отделений и студентов пединститутов, 1989 г. -124 с.
4. С. Ю. Доронин А. И. Аргишева и др. Практикум по неорганической химии. Учебное пособие. г. Саратов, изд-во СПИ, 2001 г.-120 с.: без иллюстр.
5. Е. В. Зяблова. Из опыта проведения практической работы «Железо и его соединения». Химия в школе. 2003 г., № 5, с. 64-65
6. Газета Первое сентября приложение «Химия» № 23