Роль железа в природе

Избыток железа в организме

Среди самых важных процессов, которые происходят постоянно в человеческом организме под влиянием и с участием железа стоит назвать:

• транспортирование и хранение кислорода;
• благоприятное влияние на метаболизм;
• поддержка иммунитета, образование гемоглобина и миоглобина;
• участие в кроветворении;
• стимулирование процесса роста;
• улучшение состояния кожи, ногтей, волос.

В первую очередь нужно перечислить возможные случаи, которые могут привести к значительной потере железа. Такими случаями могут быть: язвенная болезнь, которая провоцирует постоянные кровопотери; цирроз печени; легочные и почечные кровотечения; геморрой; длительная продолжительность менструаций; наличие паразитических червей, которые вызывают кишечные кровотечения.

https://www.youtube.com/watch?v=ytdevru

При недостатке железа у человека наблюдается:

• одышка и слабость в мышцах;
• сухость кожи, преждевременное появление морщин;
• головокружения и ожирение;
• ломкость ногтей и волос;
• ухудшение концентрации внимания и состояния памяти;
• сонливость и чрезмерная беспричинная раздражительность.

В случае если суточная потребность железа превышает норму, то оно может накапливаться в клетках печени, сердца и поджелудочной железы, что приводит к тому, что эти органы неправильн выполняют свои функции. Кроме этого, в таком случае в организме наблюдается нехватка фосфора, что приводит к нервному и психическому истощению организма.

Железо играет активную роль в окислительно-восстановительных реакциях хлоропластов, митохондрий и пероксисомы, а также выполняет многие другие функции в растениях.

Участие железа в окислительно-восстановительных реакциях определяется легкой переменой валентности и высокой способностью к комплексообразованию.

Важная роль железа в биохимии растений подтверждается следующими факторами:

1. Железо обнаруживается в геме и негемовых белках и концентрируется в хлоропластах.
2. Органические комплексы железа участвуют в переносе электронов в процессе фотосинтеза.
3. Негемовые железосодержащие белки участвуют в восстановлении нитритов и сульфатов.
4. Процесс образования хлорофилла осуществляется с участием железа.
5. Железо вовлекается в метаболизм нуклеиновой кислоты.
6. Известна каталитическая и структурная роль двухвалентного и трехвалентного железа.^[4]

Формы и соединения железа в тканях и органеллах клеток растений

В растение железо поступает в двухвалентной форме. В дальнейшем восстановленная форма железа проходит через реакции реокисления, и в тканях уже содержится и Fe (II), и Fe (III), в большей части в комплексах с различными органическими соединениями.

железо запасается в виде фитоферритина, который состоит из соединений трехвалентного железа и белковой оболочки. Фитоферритин чаще всего находится в кристаллической форме. Его содержание велико в листьях, выращенных в темноте, но в процессе зеленения на свету фитоферритин быстро исчезает. Он локализуется также в ксилеме и флоэме, кроме того, встречается в клубеньках бобовых и в семенах.

значительная часть железа находится в физиологически неактивной форме и сосредоточена в виде малорастворимых соединений.

Большая часть железа в растениях находится в трехвалентном состоянии, тогда как физиологически важной является фракция Fe (II)/Fe (III), поскольку именно эта фракция подвержена обратимым окислительно-восстановительным превращениям.

– основная форма транспорта железа из корней в побеги растений, который осуществляется по ксилеме. Подвижность данного элемента во флоэме средняя. Она ниже, чем у калия, азота, фосфора и серы, но выше, чем у кальция и марганца.

железо встречается как в гемовой, так и в негемовой форме.

Гем – это железопорфириновый комплекс. Атом железа в нем координируется четырьмя атомами азота пиррольных колец протопорфирина. Последний придает стабильность белковой глобуле гемсодержащих ферментов.

Как простетическая группа, гемовое железо включено в состав многих белковых соединений. Это цитохромы, нитратредуктаза, нитритредуктаза, пероксидаза и каталаза, леггемоглобин, ферредоксин, нитрогеназа, супероксиддисмутаза, аконитаза, липоксигеназы и многие другие.[1]

Физические и химические свойства

Железо (Ferrum) Fe – химический элемент побочной подгруппы VIII группы периодической системы Менделеева. Атомный номер – 26. Атомная масса – 55,85. Строение атома железа типично для переходных элементов. Это определяет переменную валентность и ярко выраженную способность к комплексообразованию у данного металла.[1]

Для железа характерны двухвалентные и трехвалентные соединения. Известны также соли железистой кислоты, где железо шестивалентно.

Железо – пластичный металл серебристого цвета, хорошо поддается ковке, прокатке и прочим видам механической обработки.

• Плотность – 7,87 г/см³,
• Температура плавления – 1539°С,
• Температура кипения – 2870°С.

Твердое железо растворяет в себе многие элементы, в частности, углерод. На влажном воздухе железо ржавеет, то есть покрывается налетом гидратированного оксида железа бурого цвета. Данный оксид рыхлый и от дальнейшей коррозии железо не защищает. В воде данный металл интенсивно корродирует. При обильном доступе кислорода формируются гидратные формы оксида трехвалентного железа. При недостатке кислорода образуется смешанный оксид.

Металл легко растворяется в соляной кислоте любой концентрации, в разбавленной серной кислоте, в азотной кислоте. К концентрированным серной и азотной кислотам железо пассивно.[3]

В каких продуктах содержится железо

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

Железо является микроэлементом, запас которого можно пополнять, даже не подозревая этого. Еще с давних времен стало известно, какие продукты его содержат в большом количестве. Среди богатых на железо продуктов питания стоит перечислить следующие:

• мясо, птица, рыба, печень;
• различные крупы: гречка, овсянка, пшено;
• дрожжи пивные и сушеные;
• чернослив, курага, изюм, тыквенные и подсолнечные семечки;
• черный хлеб грубого помола;
• листья сельдерея, капуста обычная и красная;
• лесные орехи, шоколад, сыр и бобы.

Содержание в природе

Железо – самый распространенный после алюминия металл на земле. Его масса составляет 4 % от массы земной коры. В природе оно встречается в виде самых разнообразных соединений: сульфидов, оксидов, силикатов. В свободном состоянии железо можно встретить только в метеоритах.

Важнейшие руды железа – магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк, шпатовый железняк. В больших количествах встречается железный колчедан.[3]

Железо концентрируется преимущественно в основных сериях магматических пород. Глобальная распространенность железа составляет 45 %.

Геохимия соединений Fe в окружающей среде имеет сложный характер, определяется способностью элемента легко менять валентность в зависимости от физико-химических условий среды и тесно связана с циклами углерода, кислорода и серы.

Обычно окислительные и щелочные условия среды способствуют осаждению железа, а восстановительные и кислые растворяют его соединения. Свободное железо быстро фиксируется в виде гидроксидов и оксидов, замещает магний и алюминий и образует комплексы с химическими лигандами.[4]

В почвах железо присутствует в основном в виде оксидов и гидроксидов и находится либо в виде небольших частиц, либо связано с поверхностью минералов. В богатых органикой горизонтах железо присутствует в форме хелатов.

1. Гематит. Встречается в почвах аридных, семиаридных и тропических районов. Наследуется от материнских пород.
2. Маггемит. Образуется в сильно выветрелых почвах тропических зон и чаще всего присутствует в скоплениях гематита, магнетита, гетита.
3. Магнетит. Унаследован от материнских пород. Тесно связан с маггемитом.
4. Ферригидрит. Широко распространен, но очень нестабилен, легко переходит в гематит в районах с умеренными гумидами.
5. Гетит. Распространенный в почвах всех климатических зон минерал железа.
6. Лепидокрокит. Типичен для плохо дренируемых почв (рисовых полей) и почв умеренных гумидных районов. Образование данного минерала осуществляется при низких значениях pH, низкой температуре и в отсутствии трехвалентного железа.
7. Ильменит. В почвах обычно не встречается. К выветриванию устойчив. Унаследован от материнских пород.
8. Пирит, сульфид железа и ярозит. Серосодержащие минералы. Широко распространены в затопляемых почвах с содержанием серы, например, в кислых сульфатных.

И минералы, и органические соединения железа легко преобразуются в почвах. При этом органическое вещество оказывает большое влияние на образование оксидов железа.

Соединения железа с органикой почвы является важным резервом доступных соединений данного металла для растений. С железом взаимодействуют гуминовые вещества, органические кислоты, сидерофоры, фенолы.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyrightru

Взаимодействие железа с гуминовыми веществами сопровождается образованием водорастворимых и малорастворимых в воде соединений. На растворимость комплексов влияют многие факторы, в частности, химическая природа, соотношение компонентов, а также реакция среды. Как правило, гуминовые кислоты характеризуются большей склонностью к образованию нерастворимых соединений с металлами, чем фульвокислоты.

Преобразование железа осуществляется и микроорганизмами. Некоторые виды бактерий вовлечены в круговорот данного элемента и аккумулируют его на поверхности живых клеток.[4]

Широко распространено использование комплексонов железа и некоторых из отходов промышленности, содержащих данный элемент.

получают путем смешивания железного купороса с хелаторами. Массовая доля железа в них составляет от 10 до 17 %. Ценность хелатов определяется их устойчивостью к диссоциации в широких диапазонах кислотности, к микробиологическому разложению, высокой растворимостью в воде, низкой токсичностью и технологичностью форм.

Данные средства являются самым радикальным вариантом борьбы с известковым хлорозом, а также другими проявлениями недостаточности железа и антагонизма металлов.

отходы целлюлозно-бумажной промышленности и производства серной кислоты. Получают путем отжига флотационных колчеданов. Содержится 46–47 % железа.

Наиболее широкое распространение у продуктов взаимодействия минеральных солей железа с отходами древесины (лигносульфонатами, фенолами, полифлавоноидами). Наиболее перспективное сырье для получения комплексонов – природный лигнин.

Для устранения и предотвращения симптомов недостаточности железа используются также железный купорос, хлорное и лимоннокислое железо.[5]

Железо легко усваивается благодаря аскорбиновой кислоте и животному белку. Тогда как соевый белок, соединения, находящиеся в чае и кофе препятствуют нормальному его усвоению организмом.

Суточная доза железа

Человеческий организм постоянно требует пополнения запаса железа, потому неудивительно, что во время физических нагрузок, при дефиците кислорода и некоторых заболеваниях (кишечные заболевания, глистные инвазии) организм нуждается в еще большем его количестве.

Взрослым мужчинам стоит ежедневно употреблять 10 мг железа, тогда, как для женщин суточная норма возрастает до 20-35 мг, в зависимости от состояния ее организма (при беременности и в период кормления грудью женский организм нуждается в намного большем количестве этого микроэлемента). Для здоровых детей нормальным станет употребление от 4 до 18 мг железа каждый день.

Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. Учебное пособие. – СПб.: Издательство Санкт-петербургского университета, 1999. – 232 с.

Власюк П.А. Биологические элементы в жизнедеятельности растений. Издательство «Наукова Думка», Киев, 1969

Глинка Н.Л. Общая химия. Учебник для ВУЗов. Изд: Л: Химия, 1985 г, с 731

Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Перевод с англиского.– М.: Мир, 1989.– 439 с., ил.

Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– М.: Издательство МГУ, Издательство «КолосС», 2004.– 720 с., [16] л. ил.: ил. – (Классический университетский учебник).

Петров Б.А., Селиверстов Н.Ф. Минеральное питание растений. Справочное пособие для студентов и огородников. Екатеринбург, 1998. 79 с.

Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта , 2000. – 640 с., ил.

Ambohibary, Irrigated lowland hub, Madagascar, by AfricaRice, по лицензии CC BY-NC-SA

Iron deficiency, by Howard F. Schwartz, Colorado State University, Bugwood.org, по лицензии CC BY

Mojave Iron Ore, by Michael Dorausch, по лицензии CC BY-SA

Как усваивается железо

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafetyru

Среди микроэлементов, которые помогают железу усваиваться, нужно назвать медь, кобальт, марганец и витамин C.