الحديد

في الكيمياء ، يُشير الحديد (II) إلى عنصر الحديد في حالة تأكسده +2 . ويُستخدم غالبًا صفة "حديدوز" أو البادئة "حديدو-" لتحديد هذه المركبات، كما في كلوريد الحديدوز لكلوريد الحديد (II) ( FeCl₂ ). أما صفة "حديديك" فتُستخدم لأملاح الحديد (III) التي تحتوي على كاتيون Fe³⁺ ^. وكلمة "حديدوز" مشتقة من الكلمة اللاتينية _"ferrum " التي تعني "الحديد".

في المركبات الأيونية (الأملاح)، قد توجد ذرة الحديد الثنائي كأيون موجب منفصل يُرمز له بـ Fe²⁺ ^، مع أن الأوصاف الأكثر دقة تشمل روابط أخرى مثل الماء والهاليدات. توجد مراكز الحديد الثنائي في معقدات التناسق ، كما في أنيون الفيروسيانيد [ Fe(CN) _₆ ] ^⁴⁻ ، حيث ترتبط ستة روابط سيانيد بالمركز المعدني؛ أو في المركبات العضوية المعدنية ، مثل الفيروسين [ Fe (C₅H₅ ₎ ₂ _]_، حيث يرتبط أنيونان من السيكلوبنتادينيل بمركز الحديد ^{الثنائي} .

أيونات الحديدوز في علم الأحياء

جميع أشكال الحياة المعروفة تحتاج إلى الحديد. ^{[ 1 ]} تحتوي العديد من البروتينات في الكائنات الحية على مراكز حديد (II). ومن أمثلة هذه البروتينات المعدنية الهيموجلوبين ، والفيريدوكسين ، والسيتوكرومات . في العديد من هذه البروتينات، يتحول الحديد (II) بشكل عكسي إلى الحديد (III). ^{[ 2 ]}

يُسبب نقص الحديد في النظام الغذائي للإنسان فقر الدم . تستطيع الحيوانات والبشر الحصول على الحديد اللازم من الأطعمة التي تحتوي عليه بصورة قابلة للامتصاص، مثل اللحوم. أما الكائنات الحية الأخرى، فتستمد الحديد من البيئة. ومع ذلك، يميل الحديد إلى تكوين أكاسيد/هيدروكسيدات الحديد الثلاثي غير القابلة للذوبان في البيئات الهوائية ( المؤكسجة )، وخاصة في التربة الكلسية . تستطيع البكتيريا والأعشاب النمو في مثل هذه البيئات عن طريق إفراز مركبات تُسمى السديروفورات ، والتي تُشكل مركبات قابلة للذوبان مع الحديد الثلاثي، والتي يُمكن إعادة امتصاصها داخل الخلية. (أما النباتات الأخرى، فتُشجع نمو أنواع معينة من البكتيريا حول جذورها، والتي تُختزل الحديد الثلاثي إلى الحديد الثنائي الأكثر قابلية للذوبان). ^[³^]

على عكس معقدات الحديد الثلاثي المائية، فإن معقدات الحديد الثنائي المائية قابلة للذوبان في الماء عند درجة حموضة قريبة من التعادل. ومع ذلك، يتأكسد الحديدوز بواسطة الأكسجين الموجود في الهواء، متحولاً إلى حديد ثلاثي. ^[⁴^]

أملاح ومركبات الحديدوز

عادةً ما تكون أملاح الحديد (II)، مثل " الكلوريد "، عبارة عن مركبات مائية ذات صيغ [ Fe(H2O ₎ 6 _] 2+ ^، كما هو الحال في ملح مور . ^[⁵^]

تكون الروابط المائية على معقدات الحديد (II) غير مستقرة. تتفاعل مع 1،10-فينانثرولين لإنتاج مشتق الحديد (II) الأزرق:

عند وضع الحديد المعدني (حالة الأكسدة 0) في محلول حمض الهيدروكلوريك ، يتكون كلوريد الحديد (II) مع انطلاق غاز الهيدروجين ، وذلك من خلال التفاعل

Fe⁰ ₊ 2H⁺ ^→ Fe²⁺ ⁺ H₂

يتأكسد الحديد الثنائي (Fe(II)) بواسطة بيروكسيد الهيدروجين إلى حديد ثلاثي (Fe(III)) ، مُكَوِّنًا جذر هيدروكسيل وأيون هيدروكسيد في هذه العملية. يُعرف هذا بتفاعل فنتون . ثم يُختزل الحديد الثلاثي (Fe(III)) مرة أخرى إلى حديد ثنائي (Fe(II)) بواسطة جزيء آخر من بيروكسيد الهيدروجين، مُكَوِّنًا جذر هيدروبروكسيل وبروتون . والنتيجة النهائية هي عدم تناسب بيروكسيد الهيدروجين لتكوين نوعين مختلفين من جذور الأكسجين، مع الماء (H⁺ ⁺ OH⁻ ) ^كناتج ثانوي. ^{[ 6 ]}

Fe²⁺ + _H₂O₂_→ Fe³⁺ ⁺ HO ^• + ^OH⁻

1

Fe³⁺ ⁺ H₂O₂ _→ Fe²⁺ + ^HOO^• + ^H⁺

2

تتفاعل الجذور الحرة الناتجة عن هذه العملية في تفاعلات ثانوية، والتي يمكن أن تؤدي إلى تحلل العديد من المركبات العضوية والكيميائية الحيوية.

المعادن الحديدية والمواد الصلبة الأخرى

يوجد الحديد الثنائي (Fe(II)) في العديد من المعادن والمواد الصلبة. ومن الأمثلة على ذلك كبريتيد الحديد (FeS) وأكسيد الحديد (FeO). تبدو هذه الصيغ بسيطة ظاهريًا، لأن هذه الكبريتيدات والأكاسيد غالبًا ما تكون غير متكافئة . فعلى سبيل المثال، قد يشير مصطلح "كبريتيد الحديدوز" إلى النوع المتكافئ بنسبة 1:1 (الاسم المعدني : الترويليت ) أو إلى مجموعة من مشتقات الحديد الناقصة ( مثل البيروتيت ). أما معدن الماغنيتيت ("حجر المغناطيس") فهو مركب مختلط التكافؤ يحتوي على كل من الحديد الثنائي (Fe(II)) والحديد الثلاثي (Fe(III))، وصيغته _{الكيميائية}_Fe₃O₄ .

الترابط

الحديد الثنائي (Fe(II)) هو مركز ^سداسي ، أي أن لديه ستة إلكترونات تكافؤ في غلافه المداري 3d. يحدد عدد ونوع الروابط المرتبطة بالحديد الثنائي كيفية ترتيب هذه الإلكترونات. مع ما يُسمى "روابط المجال القوي" مثل السيانيد ، تتزاوج الإلكترونات الستة. لذا، فإن الفيروسيانيد ( [ Fe(CN) _₆ ] ^⁴⁻) لا يحتوي على إلكترونات منفردة، مما يعني أنه معقد منخفض الدوران. مع ما يُسمى "روابط المجال الضعيف" مثل الماء ، تكون أربعة من الإلكترونات الستة منفردة، مما يعني أنه معقد عالي الدوران . لذا، فإن المعقد المائي [ Fe(H₂O ₎ ₆ _] ²⁺ ^{بارامغناطيسي} . مع الكلوريد ، يُشكل الحديد الثنائي معقدات رباعية الأوجه، مثل [ FeCl₄ ] _²⁻^. المعقدات رباعية الأوجه هي معقدات عالية الدوران.

معرض

مركبات الحديد الثنائي المختارة

نترات الحديدوز سداسي الهيدرات ، Fe( _NO₃ ) _₂ · _6H₂O
_{أكسالات}الحديدوز ثنائي _{الهيدرات} ، هومبولت ، _FeC₂O₄ · 2H₂O
فيفيانيت ، فوسفات الحديدوز ثماني الهيدرات ، _Fe3 ( _PO4 ) ₂ · _8H2O
كبريتات الحديدوز سباعي هيدرات ، ميلانتريت ، FeSO ₄ · 7H ₂ O
كبريتيد الحديدوز ، الترويليت ، FeS
سيليكات الحديدوز، الفيروسيليت ، _FeSiO3

انظر أيضاً

المغناطيسية الحديدية – آلية تتشكل بها المواد في شكل مغناطيس وتنجذب إليه
أكسيد الحديد (II) – مركب غير عضوي صيغته FeO (أكسيد الحديدوز)
بروميد الحديد الثنائي (بروميد الحديدوز)
التصنيف: معادن الحديد (II)

مراجع

↑ "الحديد عنصر أساسي لتطور الحياة على الأرض - وإمكانية وجود حياة على كواكب أخرى" . جامعة أكسفورد . 7 ديسمبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مايو 2022 .
↑ بيرغ، جيريمي مارك؛ ليبارد، ستيفن جيه. (1994). مبادئ الكيمياء الحيوية غير العضوية . سوساليتو، كاليفورنيا: منشورات جامعة العلوم. ISBN 0-935702-73-3.
↑ هـ. مارشنر وف. رومهيلد (1994): "استراتيجيات النباتات لاكتساب الحديد". النبات والتربة ، المجلد 165، العدد 2، الصفحات 261-274. doi : 10.1007/BF00008069
↑ بيتسش، إس تي (2014). "10.11 - دورة الأكسجين العالمية". في: هولاند، إتش دي؛ توريكيان، كيه كيه (محرران). دراسة في الجيوكيمياء . وحدة مرجعية في علوم الأرض والبيئة. المجلد 10 (الطبعة الثانية ). إلسيفير. الصفحات 437-473 . doi : 10.1016/B978-0-08-095975-7.00811-1 . ISBN 978-0-08-095975-7.
↑ إيرنشو، أ.؛ غرينوود، ن.ن. (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). أكسفورد: باتروورث-هاينمان. ISBN 0-7506-3365-4.
↑ تانغ، تشونغمين؛ تشاو، بيران؛ وانغ، هان؛ ليو، يانيان؛ بو، وينبو (2021). "الطب الحيوي يلتقي بكيمياء فنتون". مراجعات كيميائية . 121 (4): 1981-2019 . doi : 10.1021/acs.chemrev.0c00977 . PMID 33492935. S2CID 231712587 .

[1] "الحديد عنصر أساسي لتطور الحياة على الأرض - وإمكانية وجود حياة على كواكب أخرى" . جامعة أكسفورد . 7 ديسمبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مايو 2022 .

[2] بيرغ، جيريمي مارك؛ ليبارد، ستيفن جيه. (1994). مبادئ الكيمياء الحيوية غير العضوية . سوساليتو، كاليفورنيا: منشورات جامعة العلوم. ISBN 0-935702-73-3.

[marsch94-3] هـ. مارشنر وف. رومهيلد (1994): "استراتيجيات النباتات لاكتساب الحديد". النبات والتربة ، المجلد 165، العدد 2، الصفحات 261-274. doi : 10.1007/BF00008069

[4] بيتسش، إس تي (2014). "10.11 - دورة الأكسجين العالمية". في: هولاند، إتش دي؛ توريكيان، كيه كيه (محرران). دراسة في الجيوكيمياء . وحدة مرجعية في علوم الأرض والبيئة. المجلد 10 (الطبعة الثانية ). إلسيفير. الصفحات 437-473 . doi : 10.1016/B978-0-08-095975-7.00811-1 . ISBN 978-0-08-095975-7.

[earn-5] إيرنشو، أ.؛ غرينوود، ن.ن. (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). أكسفورد: باتروورث-هاينمان. ISBN 0-7506-3365-4.

[6] تانغ، تشونغمين؛ تشاو، بيران؛ وانغ، هان؛ ليو، يانيان؛ بو، وينبو (2021). "الطب الحيوي يلتقي بكيمياء فنتون". مراجعات كيميائية . 121 (4): 1981-2019 . doi : 10.1021/acs.chemrev.0c00977 . PMID 33492935. S2CID 231712587 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[

[

[

[ 6 ]