Роль железа в жизни

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Природные соединения железа

1.1 Крупнейшие месторождения Российской Федерации

2. Получение железа

3. Роль железа в жизни живых организмов

3.1 Распределение железа в организме

3.2 Истинная железодефицитная анемия (ЖДА)

3.3 Лечение и профилактика железодефицитной анемии

4. Практическая часть

Заключение

Список литературы

Приложение



Введение

Мы выбрали именно эту тему для своей научной работы, потому что железо было известно много тысяч лет назад, и до сих пор этот металл широко используется в технике. Этот металл очень важен, и ценен не только для техники, но и для жизнедеятельности живых организмов.

Целью нашей работы является изучение роли железа в жизни.

Данная цель реализуется при решении следующих задач:

1. исследование роли железа в живых организмах;

2. определение наличия железа в некоторых продуктах питания, в воде;

3. составление оптимального ежедневного меню, препятствующего развитию анемии.

Для осуществления поставленной цели и задач нами изучена литература по данной тематике. Литература обширна, трудностей в ходе исследования не возникает. Приобретены теоретические знания и изучены практические исследования (химические эксперименты).

Объект исследования: химия.

Предмет исследования: железо, значение и применение.

Методы исследования: эксперимент.



1. Природные соединения железа

«Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы, оно -- основа культуры и промышленности, оно -- орудие войны и мирного труда, И трудно во всей таблице Менделеева найти другой элемент, который был бы так связан с прошлыми, настоящими и будущими судьбами человечества.

А. Е. Ферсман

ЖЕЛЕЗО (лат. Fеrrum) -- химический элемент VIII группы периодической системы Д.И. Менделеева; атомный номер 26, атомная масса 55,847. Железо - блестящий серебристо-белый металл. В природе элемент состоит из четырёх стабильных изотопов с массовыми числами 54, 56, 57 и 58, среди которых преобладает изотоп ⁵⁶Fe (91,68%).

Железо - один из наиболее распространённых в природе элементов: по содержанию в земной коре (4,65% по массе) оно уступает лишь кислороду, кремнию и алюминию. Учёные подсчитали, что примерно 20 000 000 млрд. т этого элемента сконцентрировано в виде месторождений, пригодных для промышленной разработки.

Исследования советских и американских учёных показали, что железо в заметных количествах присутствует в лунном грунте. В образцах, доставленных автоматической станцией «Луна-20», железо находится в распылённом неокисленном виде. А красноватый оттенок Марса, как полагают учёные, обусловлен тем, что многие горные породы, слагающие эту планету, покрыты окисью железа.

В земной же коре самородное, металлическое железо встречается крайне редко и называется теллурическим (от латинского «теллус» - земля). Такое железо получается в уникальных геологических условиях - там, где потоки расплавленной лавы, богатой оксидами железа, на пути своего извержения пересекала пласты каменного угля. И уголь восстанавливал железо до чистого состояния точно также, как это происходит в доменной печи.

Важнейшие руды: бурые железняки (основной минерал гидрогетит HFeO₂ * пH₂O, содержащий 63--69% Fe), красные железняки (гематит Fe₂O₃, 70% Fe), магнитные железняки (магнетит Fe₃O₄, 72,4% Fe), шпатовые железняки (сидерит FeC0₃, 48,2% Fe). Большинство минералов железа имеет жёлто-бурый, коричневый, красно-бурый и тёмно-красный цвет.

Не случайно название минерала «гематит» происходит от греческих слов «хайма» (означающего кровь) и «литос»- камень. Старое русское название этого минерала - «кровавик». Характерно, что и слово «руда», которое когда-то, видимо, относилось только к месторождениям железа, родственно русскому слову «рдеть» - быть ярко-красным - и украинскому «рудный»-рыжий.

1.1 Крупнейшие месторождения Российской Федерации

Наиболее крупные природные запасы руд железа находятся в Российской Федерации - Курская магнитная аномалия, на Урале (горы Магнитная, Высокая, Благодать), на юге Западной Сибири (Горная Шория).

Все железорудные месторождения и прогнозные ресурсы железных руд Хакасии сосредоточены в пределах Кузнецко-Алтайской и Западно-Саянской субпровинций Алтае-Саянской минерагенической провинции. Всего в республике разведано 8 месторождений магнетитовых руд. Наиболее крупным из них в пределах территории Хакасии является Волковское (Таштыпский район) с запасами 499 млн. тонн. Запасы Тейского, Анзасского и Абаканского месторождений (каждого) превышают 100 млн. тонн. Месторождения Самсон (Ширинский район), Абагасское, Ельгентагское, Изыхгольское (Аскизский район) являются мелкими (с запасами до 50 млн. тонн каждое). Суммарные балансовые запасы железной руды в Хакасии составляют 625 млн. тонн, а общие запасы и ресурсы - около одного миллиарда тонн. В промышленном освоении находятся Абаканское (эксплуатируется с 1867 года, сейчас здесь добывается 2 млн. тонн руды в год), Тейское, Абагасское и Изыхгольское месторождения. Добыча железных руд и выпуск промпродукта производится двумя рудниками - Абаканским и Тейским. Сейчас в Хакасии началась отработка запасов Южного участка Изыхгольского месторождения железной руды. Запасы месторождения оцениваются в 11,1 миллиона тонн. В целом же две третьи руд месторождения не требуют обогащения. Уже добыто 48 тысяч тонн руды с содержанием железа 53,6 процента.



2. Получение железа

Способ получения железа - из руд был открыт во 2-м тыс. до н.э. в западной части Азии и вслед за тем распространился в Вавилоне, Египте, Греции. Вначале железо получали примитивным, так называемым сыродутным, способом. Для этого куски руды дробили, смешивали с древесным углём и помещали в специальные ямы, вырытые с наветренной стороны на склоне гор или высоких холмов (эти ямы получили название «горнов»). Затем разжигали костёр; при высокой температуре шёл процесс восстановления железо - руда превращалась в металл. Температура процесса в этих условиях была ниже температуры плавления железа, поэтому получался не жидкий расплавленный металл, а мягкая железная губка; для превращения в монолитный металл и придания нужной формы её подвергали горячей ковке.

По прочности и твёрдости первое рудное железо ещё во многом уступало бронзе, а сыродутный процесс был малопроизводительным. Но постепенно технология совершенствовалась, увеличивались размеры горнов, для подачи воздуха начали применяться большие меха, приводимые в движение усилиями сразу нескольких человек. Позднее древние металлурги научились путём науглероживания и закалки придавать железу - нужные свойства. Теперь уже железо могло не только успешно конкурировать с бронзой, но и занять главенствующее положение среди материалов, используемых человеком. На смену бронзовому веку пришёл век железный (начало 1-го тысячелетия до н. э.). Чистое железо - получают в сравнительно небольших количествах электролизом водных растворов его солей или восстановлением водородом его оксидов. В стадии научной разработки находится способ непосредственного получения железа - из руд путём электролиза расплавов (подобно алюминию). Получает развитие производство достаточно чистого железа - прямым восстановлением его из рудных концентратов водородом, природным газом или углём при относительно низких температурах.

Вследствие своей невысокой прочности железо используется в технике, как правило, не в чистом виде, а в виде различных по составу и свойствам сплавов. Важнейшие промышленные сплавы железа - сталь и чугун (в быту «железными» часто называют стальные или чугунные изделия). Чугун выплавляют в доменных печах, сталь -- в кислородных конвертерах, мартеновских и электрических печах. Для производства сталей и сплавов особо ответственного назначения применяются новые процессы -- вакуумный и электрошлаковый переплав, плазменная и электроннолучевая плавка и другие. Учёные работают над созданием экономически выгодных способов выплавки стали в непрерывно действующих агрегатах, обеспечивающих высокое качество металла и позволяющих автоматизировать процесс. Большую группу сплавов железа составляют так называемые ферросплавы, которые применяют в металлургии, главным образом при выплавке специальных сталей.



3. Роль железа в жизни живых организмов

Не будь его на Земле, не смогла бы существовать жизнь в привычных для нас формах: ведь этот элемент входит в кровь почти всех представителей животного мира нашей планеты. Двухвалентное железо - содержится в гемоглобине -- веществе, обеспечивающем «дыхание тканей». Железо необходимо не только животным, но и растениям.

Ещё в 1707г. французский химик Луи Лемери (младший) обнаружил железо в золе сожжённых трав. Впоследствии выяснилось, что этот элемент входит в состав всех растений, так как он совершенно необходим для образования хлорофилла. Железо содержится в дыхательных ферментах и в значительной степени влияет на интенсивность дыхания растений. Любопытно, что только морской планктон потребляет в год полмиллиарда тонн железа, то есть почти столько, сколько производят его ежегодно все металлургические заводы нашей планеты (2).

3.1 Распределение железа в организме

В организме железо распределяется следующим образом:

§ Железо гемоглобина 1,5 - 3,0 г (1500-3000 мг)

§ Резервное железо (депо) 0,5 - 1,5 г (500-1500 мг)

§ Железо миоглобина, ферментов 0,5 г (500 мг)

§ Транспортное железо 0,003 - 0,004 г (3-4 мг)

Сывороточное железо (транспортное, железо плазмы, циркулирующее) составляет в среднем 10-27 мкмоль/л, а общее его количество в организме около 3-4 мг. Представляет собой пластический субстрат, непрерывно поступающий в костный мозг для синтеза гемоглобина, в ткани для клеточного дыхания, в органы депо для пополнения запасов. По уровню СЖ можно судить о дефиците или насыщенности организма железом, о функциональной способности кроветворения, о состоянии депо железа.

Резервное железо. В нормальных условиях запасы железа составляют в среднем 1г (1000 мг) и представляют собой соединения железа с белками, которые откладываются в основном в печени, селезенке и костном мозге:

1. Ферритин - комплекс из трехвалентного железа и протеина апоферритина.

2. Гемосидерин - также комплекс железа и апоферритина, но с большим содержанием железа и меньшим белка, в результате чего соединение становится нерастворимым.

Функциональное назначение резервного железа заключается в поддержании на постоянном уровне концентрации сывороточного железа. При необходимости оно в виде ферритина быстро высвобождается из депо, связывается с трансферрином и поступает в костный мозг.

Трансферрин: относится к b-глобулинам сыворотки и единственный обладает способностью транспортировать железо. Благодаря трансферрину железо непрерывно высвобождается из органов-депо и снова депонируется в них. Количественные вариации трансферрина в нормальных условиях зависят от степени насыщения организма железом, главным образом от насыщения депо. Они совершенно независимы от колебаний других белковых фракций сыворотки. При насыщении трансферрина железом менее чем на 15% образование эритроцитов в костном мозге снижается. Образующиеся в таких условиях красные кровяные клетки имеют небольшие размеры (микроцитоз) и меньшее содержание пигмента (гипохромия) (1).

3.2 Истинная железодефицитная анемия (ЖДА)

При большом дефиците железа развивается железодефицитная анемия (ЖДА). Под анемией (малокровием) понимают снижение общего количества гемоглобина, чаще всего проявляющееся уменьшением его концентрации в единице объема крови. В большинстве случаев анемия сопровождается падением содержания эритроцитов. Это определение с гематологической точки зрения. В клиническом аспекте анемией называют состояние крови, которое внешне проявляется более или менее выраженной бледностью кожных покровов и видимых слизистых. При этом необходимы два условия: во-первых, бледность должна быть не только общей, но и постоянной и, во-вторых, кожа и слизистые должны быть без отечности. При недостатке железа в организме человек начинает быстро утомляться, возникают головные боли, появляется плохое настроение. Рецепты различных «железных» лекарств были известны ещё в старину. Самый простой способ - кислое яблоко «превратить» в ежика. Для этого в яблоко втыкается большое количество обыкновенных гвоздей (естественно, очень чистых) и оставляется такой «ежик» на ночь; утром гвозди благополучно удаляются, а яблоко съедается (7).

3.3 Лечение и профилактика железодефицитной анемии

Лечение железодефицитной анемии основывается на применении препаратов железа и рациональном питании. Лечение легких форм анемии проводится амбулаторно, среднетяжелой и тяжелой форм в стационаре (возможно в условиях дневного стационара). Поскольку всасывание железа из пищевых продуктов ограничено, основу лечения должны составлять препараты железа.

Для профилактики дефицита железа в организме необходимо придерживаться определенной диеты, употреблять в пищу продукты, богатые содержанием железа: суточная потребность в железе составляет 35-39 мг. Поэтому оптимальным может служить следующее меню, компенсирующее ежедневную потребность организма человека в железе:

- 50г морской капусты, там еще к тому же и очень нужный йод (8 мг);

- 100г кураги с чаем вместо конфет и плюшек (11мг);

- 50г петрушки в салат из огурцов и помидоров, а также укропа (4мг);

- 100г гречка на гарнир в обед или 100г сырой свеклы между приемами пищи (7мг);

- 100-200г или язык говяжий, или мясо индейки или телятина (4-8мг) (1).



4. Практическая часть

Опыт 1.Определение содержания железа в продуктах питания

Железо находится в пище в виде ионов Fe²⁺и Fe³⁺. Метод, положенный в основу данного исследования, основан на реакции взаимодействия ионов железа (III) с ионом SCN^-, приводящей к появлению ярко- красной окраски:

Fe³⁺(водн.) + SCN^-(водн.) > Fe (SCN)²⁺ (водн.) (6)

Порядок работы:

1. Положили в отдельные фарфоровые тигли по 2,5 г исследуемого образца.

2. Поставили тигель на штатив и, не закрывая его, начнем прокаливание тигля на горелке. Прокаливание продолжаем до превращения образца в золу серовато- белого цвета.

3. Даем тиглю остыть. Переносим всю золу в стакан ёмкостью 50 мл. Добавляем в стакан 10 мл. 2MHCl и интенсивно перемешаем в течение 1 мин. Затем добавляем 5 мл дистиллированной воды.

4. Отфильтровали смесь и собрали 5 мл фильтрата в пробирку.

5. Добавили к фильтрату 5 мл 0,1М раствора KSCN и интенсивно перемешали.

Образцы следующих пищевых продуктов: печень говяжья (сырая), мука гречневая, мука рисовая, морская капуста, курага, яичный желток. Полученные при проведении исследований результаты помещены в таблицу.

Таблица 1

Полученные результаты исследования

№	Образец	Результат (наличие окрашивания)
1	Печень говяжья (сырая)	Окрашивание есть
2	Мука гречневая	Окрашивание есть
3	Мука рисовая	Окрашивания нет
4	Морская капуста	Окрашивание есть
5	Курага	Окрашивание есть
6	Яичный желток	Окрашивание есть

Вывод: железо содержится в продуктах питания (печень, гречневая мука, курага, морская капуста, яичный желток). Отсутствие положительной реакции при обнаружении железа в муке рисовой можно объяснить маленьким % содержанием железа в данном образце.

Опыт 2. Анализ проб воды на содержание ионов железа

Порядок работы:

1. Сделать забор проб воды из разных источников в стерильную посуду.

2. Поместить пробу воды из одного источника в две стерильные пробирки.

3. Прилить в одну пробирку несколько капель раствора феррицианида калия (K₃[Fe(CN)₆]), а во вторую пробирку раствор роданида калия (КSCN).

4. Проанализировать изменение цвета (или отсутствие изменения) в пробирках.

Действие роданида калия или роданида аммония.

Роданид калия или аммония KSCN, (NH₄SCN) с ионами железа (III) даёт характерное кроваво - красное окрашивание, осадок не образуется:

FeCl₃ + 3KSCN>3KCl +Fе(SCN)₃

Действие феррицианида калия.

Феррицианид калия K₃[Fe (CN)₆] (красная кровяная соль) при действии на ионы железа (III) образует соединение Fe₃[Fe (CN)₆], раствор при этом окрашивается в бурый цвет, осадок не выпадает. При действии феррицианида калия K₃[Fe (CN)_6`] на ионы железа (II) образует темно- синий осадок - так называемая турунбулевая синь:

3FeCl₂ + 2K₃[Fe(CN)₆] >Fe₃[Fe(CN)₆]₂v+ 6KCl.

железо ион железодефицитный анемия

Примеры исследования по выявлению ионов железа в воде из разных источников (таблица 2).

Таблица 2

Примеры исследования по выявлению ионов железа в воде из разных источников

Проба	Место забора пробы	Реакция на ионы железа
1	Село Дубовка Артезианская вода из водопровода	отрицательная
2	Село Дубовка вода из реки	отрицательная
3	Село Дубовка вода из родника	отрицательная
4	Село Песковатка вода из родника	отрицательная

Изменения цвета содержимого пробирок при исследовании всех проб воды не произошло. Отсюда можно сделать вывод, что во всех исследуемых пробах воды ионов железа (II) и (III) не содержатся.

Опыт 3. Анализ детских (яблочных) соков

Порядок работы:

1. В отдельные пробирки вливаем различные соки. (Для каждого вида сока по две пробирки, одна - для контроля, вторая- для опыта)

2. Прилить в первую пробирку несколько капель раствора феррицианида калия (K₃[Fe(CN)₆]). Проанализировать изменение цвета (или отсутствие изменения) в пробирках.

Действие феррицианида калия.

Феррицианид калия K₃[Fe (CN)₆] (красная кровяная соль) при действии на ионы железа (III) образует соединение Fe₃[Fe (CN)₆], раствор при этом окрашивается в бурый цвет, осадок не выпадает.

Мы изучили исследование по выявлению ионов железа в различных детских соках.

Таблица 3

Результаты по выявлению ионов железа в различных детских соках

Проба сока	Названия детского сока	Реакция на содержание ионов железа
1.	Фруктовый сад (осветленный)	Осадок не выпадает, окрашивание в бурый цвет незначительное
2.	Фруто Няня (пюре-сок)	Осадок выпадает (из-за наличия мякоти), окрашивание в бурый цвет
3.	Малышам ( осветленный)	Осадок не выпадает, окрашивание в бурый цвет не значительное
4.	Тёма (осветленный)	Осадок не выпадает, окрашивание в бурый цвет интенсивнее
5.	Фруто Няня (с мякотью)	Осадок выпадает, окрашивание в бурый цвет



Заключение

В ходе исследовательской работы нами была изучена роль железа в жизни живых организмов.

Проведенные практические исследования выявили:

- отсутствие железа в питьевой воде село Песковатка и Дубовка.

- наличие железа в отдельных продуктах питания, как животного (печень говяжья), так и растительного происхождения (мука гречневая).

- наличие железа различных детских соках и большее содержание ионов железа в соках с мякотью.

Мы познакомились с необходимой диетой, предотвращающей развитие дефицита железа, а в тяжелых случаях железодефицитной анемии.



Список литературы

1. Аликберова Л. Занимательная химия: книга для учащихся, учителей, родителей. М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.

2. Большая советская энциклопедия. Москва.: издательство «Советская энциклопедия», 1972.

3. Книга для чтения по неорганической химии. В.А Крицман Часть 2 «Просвещение», 1994.

4. Мир химии.: «Детская литература», 1988.

5. Ресурсы Интернет.

6. Техника химического эксперимента. Том 2 В.Н Верховский 1975.

7. Химическая энциклопедия школьника. Неорганическая химия Москва.: «Советская энциклопедия», 1975.

8. Химия для всех.. Издательство «Знание». Москва, 1987.



Приложение 1

Содержание железа в продуктах питания.

Таблица 4

Содержание железа в разных продуктах питания различно

Продукт	Железо (мг на 100 г съедобной части)
Печень свиная Морская капуста Курага Петрушка Свекла Горох Пшено Печень говяжья Желток яйца Крупа гречневая Язык говяжий Мясо индейки Хлеб пшеничный из обойной муки Хлеб ржаной простой Орехи фундук Говядина Яйцо куриное цельное Крупа рисовая Белок яйца	20,20 16 11 8 7 7,00 6,98 6,90 6,70 6,65 5 4 3,95 3,60 3,0 2,90 2,50 1,02 0,15

Размещено на Allbest.ru

...