Вода плюс железо: Химические свойства железа

Содержание

Реакция железа и воды

Химические реакции

29.12.2019

Виктор Потехин

Реакция взаимодействия железа и воды.

Поделиться в:

Уравнение реакции взаимодействия железа и воды:

Железо и вода взаимодействуют друг с другом.

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂ (t = 700-900 °C).

При обычных условиях железо с водой практически не реагирует. Только раскаленное железо может вступать в реакцию с водяным паром при температуре 700-900 ^оС.

Реакция железа и воды протекает при условии: при температуре 700-900 °C.

В результате реакции железа и воды образуются оксид железа (II, III) и водород. Данная реакция является исторически первым способом получения водорода.

Однако в присутствии кислорода или во влажном воздухе железо медленно окисляется.

2Fe + 2H₂O + O₂ → 2Fe(OH)₂.

Реакция железа, воды и кислорода протекает при обычных условиях.

В результате реакции железа, воды и кислорода образуется гидроксид железа (II).

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Коэффициент востребованности
5 737

← Реакция железа и гидроксида калия

Реакция хлорида железа (III) и железа →

Мировая экономика

Нефть Brent и WTI

USD/JPY

USD/AUD

USD/CHF

USD/GBP

USD/CAD

Серебро

Палладий

Золото

Справочники

Востребованные технологии

Концепция инновационного развития общественного производства – осуществления Второй индустриализации России на период 2017-2022 гг. (107 539)
Экономика Второй индустриализации России (104 295)
Этилен (этен), получение, свойства, химические реакции (34 311)
Программа искусственного интеллекта ЭЛИС (31 032)
Метан, получение, свойства, химические реакции (28 787)
Крахмал, свойства, получение и применение (28 603)
Природный газ, свойства, химический состав, добыча и применение (28 384)
Целлюлоза, свойства, получение и применение (27 222)
Пропилен (пропен), получение, свойства, химические реакции (26 934)
Прямоугольный треугольник, свойства, признаки и формулы (25 772)

Еще технологии

Поиск технологий

Выберите отрасль экономики или все отраслиПоиск по всем отраслямБиотехнологииВодоснабжение и водоотведениеДобыча, обработка и переработка полезных ископаемыхЗдравоохранениеИнформация и связьЛегкая промышленностьЛесная и деревообрабатывающая промышленностьНаноиндустрияНефтехимическая промышленностьОбразование. Подготовка кадровПищевая промышленностьПолучение энергии. ЭлектроэнергетикаПроизводство компьютеров, электронных и оптических изделийПроизводство лекарственных средств и материаловПроизводство машин и оборудованияПроизводство металлических изделийПроизводство прочей неметаллической минеральной продукцииПроизводство резиновых и пластмассовых изделийПроизводство транспортных средств и оборудованияПроизводство электрического оборудованияПромышленность строительных материаловСбор и утилизация отходов, ликвидация загрязненийСельское хозяйство, лесное хозяйство, охота, рыболовство и рыбоводствоСистемы (технологии) управленияСтекольная и фарфоро-фаянсовая промышленностьСтроительствоСупер прорывные технологииТопливная промышленностьТранспортировкаХимическая промышленностьХранениеЦеллюлозно-бумажная промышленностьЧерная и цветная металлургия

Поиск технологий

Финансирование:Технологии ожидают финансирования

В процессе разработки:Технологии в процессе разработки

О чём данный сайт?

Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.

Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

О Второй индустриализации

Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.

Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.

Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

Может быть интересно:

Очистка воды от железа. Методы удаления железа из воды ➣ Первая вода

Ржавая вода? Вы правы — это железо!

Часто бывает так, что из скважины идет прозрачная и чистая вода, однако, немного отстоявшись, она становится мутной и ржавой. Это показатель того, что в жидкости содержится много растворенного железа (Fe2). Исправить ситуацию можно, используя фильтры очистки воды от железа.

Железо — один из самых распространенных природных элементов. Железо присутствует в большинстве вулканических пород, оно также входит в состав пород, цементирующих песчаники. Железо в значительных количествах содержится в различных глинах, а в осадочных карбонатных породах (например, известняк) встречается только в виде незначительных примесей.

Неудивительно, что проблема присутствия в природной воде железа является одной из самых распространенных. C такой водой возникает целый ряд проблем, как быту, так и при коммерческо-промышленных операциях. Уже при концентрациях железа свыше 0,3 мг/л такая вода при бытовом использовании в коттеджах и квартирах вызывает образование ржавых потеков, способна изменить цвет тканей при их стирке и т. п. При больших концентрациях у воды возникает характерный металлический привкус, что отрицательно сказывается на качестве напитков (чай, кофе и т. п.). В некоторых случаях может пострадать даже качество еды, приготовленной на воде с высоким содержанием железа. Все это делает задачу по удалению железа очень актуальной как для питьевого и хозяйственно-бытового применения, так и для промышленного использования.

Железо существует в природе в различных формах (в зависимости от валентности): Fe°, Fe+2, Fe+3, а также в виде различных сложных химических соединений.

1. Элементарное железо (Fe°). Элементарное, или металлическое железо, безусловно, нерастворимо в воде. В присутствии влаги и кислорода воздуха окисляется до трехвалентного, образуя нерастворимый оксид Fe2O3(процесс, известный в быту как «ржавление»).

2. Двухвалентное железо (Fe+2). Почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, хотя возможны случаи (при определенных редко встречающихся в природной воде уровнях рН), когда гидроксид железа Fe(OH)2 способен выпадать в осадок.

3. Трехвалентное железо (Fe+3). Гидроксид железа Fe(OH)3 нерастворим в воде (кроме случая очень низкого рН). Хлорид FeCl3 и сульфат Fe2(SO4)3 трехвалентного железа растворимы и могут образовываться даже в слабощелочных водах.

4. Органическое железо. Органическое железо встречается в воде в разных формах и в составе различных комплексов. Органические соединения железа, как правило, растворимы или имеют коллоидную структуру и очень трудно поддаются удалению.

Различают следующие виды органического железа:

Бактериальное железо. Некоторые виды бактерий способны использовать энергию растворенного железа в процессе своей жизнедеятельности. При этом происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, которое сохраняется в желеобразной оболочке вокруг бактерии.

Коллоидное железо. Коллоиды — это нерастворимые частицы очень малого размера (менее 1 микрона), в силу чего они трудно поддаются фильтрации на гранулированных фильтрующих материалах. Крупные органические молекулы (такие, как танины и лигнины) также попадают в эту категорию. Коллоидные частицы из-за своего малого размера и высокого поверхностного заряда (отталкивающего частицы друг от друга, препятствуя их укрупнению) создают в воде суспензии и не осаждаются, находясь во взвешенном состоянии.

Растворимое органическое железо. Так же, как, например, полифосфаты, способны связывать и удерживать в растворе кальций и другие металлы, некоторые органические молекулы способны связывать железо в сложные растворимые комплексы, называемые хелатами. Примером такого связывания может служить удерживающая железопорфириновая группа гемоглобина крови или удерживающий магний хлорофилл растений. Так, прекрасным хелатообразующим агентом является гуминовая кислота, играющая важную роль в почвенном ионообмене. Все вышеперечисленные виды железа «ведут» себя в воде по-разному. Основные отличительные признаки приведены в таблице.

Тип железа	Вода из-под крана	Вода после отстаивания
Двухвалентное	Чистая	Красно-бурый осадок
Трехвалентное	Окрашена	Красно-бурый осадок
Коллоидное	Желто-бурая	Не образует осадка, не фильтруется
Растворенное органическое	Желто-бурая
Бактериальное	Опалесцирующая пленка, желеобразные образования вводопроводной системе

Необходимо только отметить, что «беда никогда не ходит одна» и на практике почти всегда встречается сочетание нескольких или даже всех видов железа. Учитывая, что нет единых утвержденных методик определения органического, коллоидного и бактериального железа, то в деле подбора эффективного метода (скорее, комплекса методов) обезжелезивания многое зависит от практического опыта специалиста, занимающегося обеспечением систем фильтров для очистки воды.

Очистка воды от железа, удаление его из воды — без преувеличения одна из самых сложных задач в фильтрах для очистки воды. Даже беглый обзор существующих способов обезжелезивания позволяет сделать обоснованный вывод о том, что на данный момент не существует универсального экономически оправданного метода, применимого во всех случаях жизни. Одни методы и фильтры для воды достаточно эффективны в быту в городской среде, однако они могут быть бессильны в процессе очистки воды от железа в коттеджах или производстве — многое зависит от качества фильтруемой воды. Каждый из существующих методов применим только в определенных пределах, и имеет как достоинства, так и существенные недостатки.

Итак, к существующим методам удаления железа можно отнести:

1. Окисление (кислородом воздуха или аэрацией, хлором, перманганатом калия, перекисью водорода, озоном) с последующим осаждением (с коагуляцией или без нее) и фильтрацией.

Традиционный метод, применяемый уже много десятилетий. Так как реакция окисления железа требует довольно длительного времени, то использование для окисления только воздуха требует больших резервуаров, в которых можно обеспечить нужное время контакта. Это наиболее старый способ и используется только на крупных муниципальных системах. Добавление же специальных окислителей ускоряет процесс. Наиболее широко применяется хлорирование, так как параллельно позволяет решать проблему с дезинфекцией. Наиболее передовым и сильным окислителем на сегодняшний день является озон. Однако установки для его производства довольно сложны, дороги и требуют значительных затрат электроэнергии, что ограничивает его применение. Необходимо отметить также, что в концентрированном виде (например, на точке ввода в воду) озон является ядом (как, собственно говоря, и многие другие окислители) и требует очень внимательного к себе отношения.

Частицы окисленного железа имеют достаточно малый размер (1-3 мкм) и поэтому осаждаются достаточно долго, поэтому применяют специальные химические вещества-коагулянты, способствующие укрупнению частиц и их ускоренному осаждению. Применение коагулянтов необходимо также потому, что фильтрация на муниципальных очистных сооружениях осуществляется в основном на устаревших песчаных или антрацитовых осветлительных фильтрах (не способных задерживать мелкие частицы). Однако даже применение более современных фильтрующих засыпок (например, алюмосиликатов) не позволяет фильтровать частицы размером менее 20 микрон. Проблему очистки воды от железа могло бы решить применение специальной керамики, но она достаточно дорого стоит (так как не производится в России).

У всех перечисленных способов окисления есть ряд недостатков.

Во-первых, если не применять коагулянты, то процесс осаждения окисленного железа занимает долгое время, в противном же случае фильтрация некоагулированных частиц сильно затрудняется из-за их малого размера.

Во-вторых, эти методы окисления (в меньшей степени это относится к озону) слабо помогают в борьбе с органическим железом.

В-третьих, наличие в воде железа часто (практически всегда) сопровождается наличием марганца. Марганец окисляется гораздо труднее, чем железо, и, кроме того, при значительно более высоких уровнях рН, что естественным образом затрудняет очистку воды от железа

Все вышеперечисленные недостатки сделали невозможным применение этого метода в сравнительно небольших бытовых и коммерческо-промышленных системах, работающих на больших скоростях.

2. Каталитическое окисление с последующей фильтрацией — наиболее распространенный на сегодняшний день метод удаления железа, применяемый в высокопроизводительных компактных системах.

Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора (ускорителя химической реакции окисления). Наибольшее распространение в современной водоподготовке нашли фильтрующие среды на основе диоксида марганца MnO2: Birm, Filox, Pyrolox, МЖФ, Bremix. и др. Эти фильтрующие «засыпки» отличаются между собой как своими физическими характеристиками, так и содержанием диоксида марганца, и поэтому эффективно работают в разных диапазонах значений параметров, характеризующих воду.

Однако принцип их работы одинаков. Железо (и в меньшей степени марганец) в присутствии диоксида марганца быстро окисляется и оседает на поверхности гранул фильтрующей среды. Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора является одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители. Наиболее распространенным является перманганат калия KMnO4 («марганцовка»), так как его применение не только активизирует реакцию окисления, но и компенсирует «вымывание» марганца с поверхности гранул фильтрующей среды, то есть регенерирует ее. Используют как периодическую, так и непрерывную регенерацию.

Все системы на основе каталитического окисления с помощью диоксида марганца кроме специфических (не все из них работают по марганцу, почти все они имеют большой удельный вес и требуют больших расходов воды при обратной промывке) имеют и ряд общих недостатков.

Во-первых, они неэффективны в отношении органического железа. Более того, при наличии в воде любой из форм органического железа на поверхности гранул фильтрующего материала со временем образуется органическая пленка, изолирующая катализатор — диоксид марганца от воды. Таким образом, вся каталитическая способность фильтрующей засыпки сводится к нулю. Практически «на нет» сводится и способность фильтрующей среды удалять железо, так как в фильтрах этого типа просто не хватает времени для естественного протекания реакции окисления.

Во-вторых, системы этого типа все равно не могут справиться со случаями, когда содержание железа в воде превышает 10-15 мг/л, что совсем не редкость. Присутствие в воде марганца только усугубляет ситуацию.

Для обезжелизивания воды методом окисления Компания «Первая вода» предлагает фильтры с загрузками Birm и МЖФ. Данные фильтрующие среды не требуют применения химических окислителей (марганцовки). Восстановление свойств фильтрующей среды происходит при помощи взрыхления обратным потоком воды. Удаленные соединения железа и марганца смываются в канализацию.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ

3. Ионный обмен как метод обработки воды известен довольно давно и применяется в основном для умягчения воды. Раньше для реализации этого метода использовались природные иониты (сульфоугли, цеолиты). Однако с появлением синтетических ионообменных смол эффективность использования ионного обмена для целей водоочистки резко возросла.

С точки зрения удаления железа из воды важен тот факт, что катиониты способны удалять из воды не только ионы кальция и магния, но и другие двухвалентные металлы, а значит и растворенное двухвалентное железо. Причем теоретически концентрации железа, с которыми могут справиться ионообменные смолы, очень велики. Еще основным достоинством ионного обмена является возможность умягчения воды одновременно с обезжелезивание и удалеением марганца.

Восстановление рабочих свойств фильтрующего материала (регенерация) – автоматизированный процесс при помощи раствора соли и воды. Раствор соли пропускается через фильтрующий материал, а удаленные загрязнения смываются в канализацию.

Достоинством ионного обмена является также и то, что он «не боится» верного спутника железа — марганца, сильно осложняющего работу систем, основанных на использовании методов окисления. Главное же преимущество ионного обмена в том, что из воды могут быть удалены железо и марганец, находящиеся в растворенном состоянии. То есть совсем отпадает необходимость в такой капризной и «грязной» (из-за необходимости вымывать ржавчину) стадии, как окисление.

КОМПЛЕКСНЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ И УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

Специалисты компании «Первая вода» выполняют грамотный подбор оборудования по обезжелезиванию воды и удалению марганца.

Обращайтесь к нам и вы получите качественную исчерпывающую консультацию по вопросам водоочистки.

Взаимодействие железа с водой и кислородом

Химические свойства железа

[Депозитные фотографии]

Железо — металл восьмой группы четвертого периода периодической таблицы. Его символ Fe. Его атомный номер 26 и молекулярная масса 56 г/моль. Металл имеет среднюю активность и является восстановителем.

Железо серебристо-белого цвета, очень ковкое, температура плавления 1539°С. При нагревании быстро приобретает эластичность, поддается ковке и обработке. Более того, при нагревании он может реагировать с водой и кислородом.

Распространенность железа на Земле

Железо — один из самых распространенных элементов на Земле, занимающий четвертое место после алюминия, кислорода и кремния. Земная кора примерно на 5% состоит из железа. Многие минералы, такие как магнетит, гематит, пирит и лимонит, состоят в основном из железа.

Физические свойства железа

[Викимедиа]

Железо используется в электрических устройствах благодаря своим магнитным свойствам и электропроводности.
Есть два типа железа:

чистое;
коммерчески чистый.

Чистое железо содержит минимум примесей. Коммерчески чистое железо может содержать до 0,1 % углерода, кислорода, азота, серы и, в еще меньших количествах, фосфора. Чистое железо напоминает платину – серебристое и блестящее. Коммерчески чистое железо не подвергается коррозии и минимально подвержено влиянию кислот. Он гибкий и эластичный.

Химические свойства железа

[Депозитные фотографии]

Железо быстро окисляется (ржавеет) в присутствии влаги. Реакция:

4Fe + 3O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃

При нагревании железо реагирует с водой с образованием основного оксида. При соединении 3 молей железа и 4 молей воды будут получены оксиды железа с нестехиометрическим составом FeₓOᵧ – смешанный оксид железа(II,III) Fe₃O₄ и газообразный водород.
Реакция между железом и водой протекает по следующему уравнению:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂↑

Образец магнетита, природного Fe₃O₄

[Викимедиа]

Эти вещества широко используются в промышленности и других областях.

Щелкните здесь для безопасных и занимательных экспериментов с железом.

Реакция железа с кислородом

Железо реагирует с кислородом только при нагревании. Это можно продемонстрировать с помощью следующего эксперимента. Держите тонкую железную проволоку над пламенем горелки. Затем погрузите раскаленную проволоку в емкость с кислородом. Проволока будет гореть ярким пламенем и испускать искры. Эти искры представляют собой частицы железного огарка Fe₃O₄. Аналогичная реакция происходит и в воздухе, когда сталь нагревается за счет трения:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

или

3Fe + 2O₂ = FeO•Fe₂O₃

Эти реакции включают выделение тепла и световой энергии.

Железо в быту

via GIPHY

Вышеуказанные химические свойства железа и реакции с различными элементами широко применяются на практике. Например, сталь и чугун делают из железа. Сталь содержит менее 2,14% углерода, а чугун не более 7% углерода. Чугун используется в строительных материалах, деталях машин, автомобильной промышленности, рельсах и инструментах.

Чистое железо используется в производстве трансформаторов и электромагнитов. Железо, несомненно, является одним из самых важных элементов в жизни человека. Сейчас из него делают практически все. Он заменил бронзу в производстве инструментов. А сплавы железа обладают более полезными свойствами, чем сплавы меди и олова, особенно учитывая его распространенность на Земле по сравнению с другими металлами. Этот элемент также является компонентом гемоглобина, который жизненно важен для функционирования человеческого организма. В целом железо играет важнейшую роль в поддержании здоровья всего организма и нормальном функционировании всех органов и систем.

У нас есть для вас еще статьи по химии:

Секрет банки колы: что она скрывает?
Какой секрет скрывает обычная алюминиевая банка из-под газировки?
Как определить наличие сахара в продуктах
Простой способ проверить напитки на сахар

Вы можете провести десятки химических опытов дома!

Оловянный дендрит

Учить больше

Железо (Fe) и вода

Главная
Периодическая таблица
Элементы и вода
Железо в воде (Fe + h3O)

Морская вода содержит примерно 1-3 мкг/л железа Количество сильно варьируется, и отличается в Атлантическом и Тихом океане.

Реки содержат примерно 0,5-1 ppm железа, а подземные воды – 100 ppm. Питьевая вода не может содержать более 200 частей на миллиард железа.
Большинство водорослей содержат от 20 до 200 частей на миллион железа, а некоторые бурые водоросли могут накапливать до 4000 частей на миллион. Коэффициент биоконцентрации водорослей в морской воде составляет примерно 10 ⁴ — 10 ⁵ . Морская рыба содержит примерно 10-90 частей на миллион, а ткани устриц содержат примерно 195 частей на миллион железа (все это сухая масса).
Растворенное железо в основном присутствует в виде Fe(OH) ₂ ⁺ (водн.) в кислых и нейтральных, богатых кислородом условиях. В условиях с низким содержанием кислорода он в основном встречается в виде бинарного железа. Железо входит в состав многих органических и неорганических хелатообразующих комплексов, обычно водорастворимых.

Как и в какой форме железо взаимодействует с водой?

Железо явно не изменяется в чистой воде или в сухом воздухе, но в присутствии воды и кислорода (влажный воздух) железо подвергается коррозии. Его серебристый цвет меняется на красновато-коричневый из-за образования гидратированных оксидов. Растворенные электролиты ускоряют механизм реакции, который выглядит следующим образом:

4 Fe + 3 O ₂ + 6 H ₂ O -> 4 Fe ³⁺ + 12 OH ^— -> 4 Fe(OH) ₃ или 4 FeO(OH) + 4 H ₂ O

Обычно оксидный слой не защищает железо от дальнейшей коррозии, но удаляется, чтобы образовалось больше оксидов металлов. Электролиты в основном представляют собой сульфат железа (II), образующийся при коррозии под действием атмосферы SO ₂ . В морских районах важную роль в этом процессе могут играть частицы атмосферных солей.
Гидроксид железа (II) часто выпадает в осадок в природных водах.

Растворимость железа и соединений железа

Элементарное железо растворяется в воде при нормальных условиях. Многие соединения железа обладают этой характеристикой. Встречающиеся в природе оксид железа, гидроксид железа, карбид железа и пентакарбонил железа нерастворимы в воде. Растворимость в воде некоторых соединений железа увеличивается при более низких значениях рН.
Другие соединения железа могут быть более растворимы в воде, чем упомянутые выше примеры. Карбонат железа имеет растворимость в воде 60 мг/л, сульфид железа 6 мг/л, а железный купорос даже 295 г/л. Многие хелатные комплексы железа растворимы в воде.
Обычно существует разница между водорастворимыми соединениями Fe ²⁺ и обычно нерастворимыми в воде соединениями Fe ³⁺. Последние растворимы в воде только в сильнокислых растворах, но растворимость в воде увеличивается, когда они восстанавливаются до Fe ²⁺ при определенных условиях.

Почему железо присутствует в воде?

Основными природными минералами железа являются магнетит, гематит, гетит и сидерит. Процессы выветривания выделяют элемент в воду. И минеральная вода, и питьевая вода содержат карбонат железа. В глубоководных районах вода часто содержит фрагменты железа размером с кулак, марганец и небольшое количество извести, диоксид кремния и органические соединения.
Железо применяется во всем мире в коммерческих целях и производится в количестве 500 миллионов тонн в год. Около 300 миллионов тонн перерабатывается. Основная причина в том, что железо применимо в большем количестве областей, чем любой другой металл. Сплавы снижают коррозионную активность металла. Производители стали добавляют различное количество углерода. Железные сплавы в конечном итоге перерабатываются в контейнеры, автомобили, стиральные машины, мосты, здания и даже небольшие пружины. Соединения железа применяются в качестве пигментов в производстве стекла и электронной почты или перерабатываются в фармацевтику, химикаты, железосодержащие удобрения или пестициды. Они также применяются в пропитке древесины и фотографии.
Алюминиевые отходы, содержащие железо, ранее сбрасывались в поверхностные воды. Сегодня их удаляют и применяют в качестве наполнителей почвы.
Соединения железа применяются в реакциях осаждения, для удаления соединений из воды в процессах очистки воды. Изотоп ⁵⁹ Fe применяется в медицинских исследованиях и ядерной физике.

Каково воздействие железа в воде на окружающую среду?

Железо требуется большинству организмов с пищей и играет важную роль в естественных процессах в бинарной и третичной формах. Окисленное третичное железо не может использоваться организмами свободно, за исключением очень низких значений рН. Тем не менее, железо обычно встречается в этой обычно нерастворимой в воде форме.
Добавление растворимого железа может быстро повысить продуктивность поверхностных слоев океана. Он может играть важную роль в круговороте углерода. Железо необходимо для связывания азота и восстановления нитратов и может быть ограничивающим фактором для роста фитопланктона. Растворимость в соленой воде крайне низкая.
Круговорот железа означает восстановление третичного железа органическими лигандами (процесс, фотокатализируемый в поверхностных водах) и окисление бинарного железа.
Железо образует хелатные комплексы, которые часто играют важную роль в природе, такие как гемоглобин, красный краситель крови, который связывает и высвобождает кислород в процессах дыхания. Организмы поглощают большее количество бинарного железа, чем третичного, и поглощение в основном зависит от степени насыщения запасов физического железа.
Железо часто является лимитирующим фактором для водных организмов в поверхностных слоях. При отсутствии хелатирующих лигандов осаждаются нерастворимые в воде третичные гидроксиды железа. Это не считается опасным для водных организмов, потому что мало что известно об опасностях переносимого водой железа.
Моллюски имеют зубы из магнетита или гетита.
Зеленые растения используют железо для процессов преобразования энергии. Растения, которые используются в качестве корма для животных, могут содержать до 1000 частей на миллион железа, но это количество намного ниже в растениях, используемых для потребления человеком. Обычно растения содержат от 20 до 300 частей на миллион железа (сухая масса), но лишайники могут содержать до 5,5% железа. Когда почвы содержат мало железа или мало растворимого в воде железа, у растений могут возникнуть проблемы с ростом. Поглощающая способность растений сильно различается и зависит не только от концентрации железа в почве, но также от значений pH, концентрации фосфатов и конкуренции между железом и другими тяжелыми металлами. Известковые почвы часто испытывают дефицит железа, даже при наличии достаточного количества железа. Это связано с обычно высоким значением pH, что приводит к осаждению железа.
Железо обычно встречается в почвах в третичной форме, но в водонасыщенных почвах оно превращается в бинарное железо, что позволяет поглощать железо растениями. Растения могут поглощать нерастворимые в воде соединения железа, выделяя ионы H ⁺, вызывая его растворение. Микроорганизмы выделяют сидерохром железа, который может непосредственно поглощаться растениями.
Железо может быть вредным для растений при концентрации в корме от 5 до 200 частей на миллион. Они не могут быть найдены в природе в нормальных условиях, когда присутствует небольшое количество почвенной воды.
Некоторые бактерии поглощают частицы железа и превращают их в магнетит, чтобы использовать его в качестве магнитного компаса для ориентации. Соединения железа могут оказывать гораздо более серьезное воздействие на окружающую среду, чем сам элемент. Известен ряд значений LD ₅₀ для крыс (пероральный прием): ацетилацетонат железа (III) 1872 мг/кг, хлорид железа (II) 984 мг/кг и пентакарбонил железа 25 мг/кг.
В природе существует четыре нерадиоактивных изотопа железа. Существует восемь нестабильных изотопов железа.

Какое влияние на здоровье оказывает содержание железа в воде?

Общее количество железа в организме человека составляет приблизительно 4 г, из которых 70% содержится в красителях крови. Железо является диетическим требованием для людей, как и для многих других организмов. Мужчинам ежедневно требуется около 7 мг железа, а женщинам — 11 мг. Разница определяется менструальными циклами. Когда люди питаются нормально, эти количества могут быть получены быстро. Организм усваивает примерно 25% всего железа, содержащегося в пище. Когда у кого-то дефицит железа, потребление железа с кормом может быть увеличено с помощью таблеток витамина С, потому что этот витамин восстанавливает третичное железо до бинарного железа. Фосфаты и фитаты уменьшают количество бинарного железа.
В пищевых продуктах железо присутствует в виде бинарного железа, связанного с гемоглобином и миоглобином, или в виде третичного железа. Организм может особенно усваивать бинарную форму железа.
Железо является центральным компонентом гемоглобина. Он связывает кислород и переносит его из легких в другие части тела. Затем он переносит CO ₂ обратно в легкие, где его можно выдохнуть. Для хранения кислорода также требуется железо. Железо входит в состав нескольких основных ферментов и участвует в синтезе ДНК. Нормальные функции мозга зависят от железа.
В организме железо прочно связано с трансферрином, что обеспечивает обмен металла между клетками. Соединение является сильным антибиотиком и предотвращает рост бактерий на жизненно важном элементе. При заражении бактериями организм вырабатывает большое количество трансферрина.
Когда железо превышает необходимое количество, оно откладывается в печени. Костный мозг содержит большое количество железа, потому что он производит гемоглобин.
Дефицит железа приводит к анемии, вызывая усталость, головные боли и потерю концентрации. Также страдает иммунная система. У детей раннего возраста это отрицательно сказывается на умственном развитии, приводит к раздражительности, вызывает нарушение концентрации внимания. Маленьких детей, беременных женщин и женщин в период менструации часто лечат солями железа (II) при дефиците железа.
При абсорбции железа в высоких концентрациях, например у пациентов с гемохроматозом, железо накапливается в поджелудочной железе, печени, селезенке и сердце. Это может привести к повреждению этих жизненно важных органов. Здоровые люди, как правило, не подвержены передозировке железом, что также встречается редко. Это может произойти, когда человек пьет воду с концентрацией железа более 200 частей на миллион.
Соединения железа могут оказывать более серьезное влияние на здоровье, чем сам относительно безвредный элемент. Водорастворимые бинарные соединения железа, такие как FeCl ₂ и FeSO ₄ могут вызывать токсические эффекты при концентрациях, превышающих 200 мг, и смертельны для взрослых при дозах 10-50 г. Ряд хелатов железа могут быть токсичными, а пентакарбонил железа, являющийся нервным токсином, известен своим сильным токсическим механизмом. Железная пыль может вызвать заболевание легких.

Какие технологии очистки воды можно применить для удаления железа из воды?

Удаление железа из воды в основном осуществляется при подготовке питьевой воды, так как минеральная вода содержит большое количество ионов железа. Они влияют на цвет, запах и мутность воды.
Железо присутствует во всех сточных водах. Удаление железа из сточных вод может быть достигнуто путем окисления бинарного железа до третичного железа. Гидролиз впоследствии вызывает образование хлопьев, которые можно удалить фильтрацией через песок. Окисление может быть достигнуто добавлением кислорода или других окислителей, таких как хлор или перманганат калия. Скорость реакции зависит от значений pH и медленнее в кислых, чем в щелочных условиях. Для ускорения реакции в кислых условиях воду можно аэрировать для удаления углекислого газа и восстановления pH.