铁(Fe)和水

铁与水发生反应的方式和形式是什么?

铁在纯水或干燥空气中不会发生明显的变化，但当水和氧气都存在时(潮湿空气)，铁就会腐蚀。由于形成了水合氧化物，它的银色变成了红褐色。溶解的电解质加速反应机理如下:

4fe + 3o₂+ 6小时₂O -> 4 Fe^{3 +}+ 12 oh^--> 4 Fe(OH)_3.或4 FeO(OH) + 4 H₂O

通常，氧化层不会保护铁免受进一步腐蚀，但被去除后，可以形成更多的金属氧化物。电解质主要是硫酸铁(II)，在大气中的SO腐蚀过程中形成₂．在海洋地区，大气中的盐颗粒可能在这一过程中发挥重要作用。
氢氧化铁常在天然水中析出。

铁和铁化合物的溶解度

在正常情况下，铁元素溶于水。许多铁化合物都有这个特性。天然存在的氧化铁、氢氧化铁、碳化铁和五羰基铁不溶于水。一些铁化合物的水溶性在较低的pH值下增加。
其他铁化合物可能比上面提到的例子更容易溶于水。碳酸铁的溶解度为60 mg/L，硫化铁的溶解度为6 mg/L，硫酸铁的溶解度甚至为295 g/L。许多铁螯合物是水溶性的。
通常水溶性铁是有区别的^{2 +}化合物和一般不溶于水的铁^{3 +}化合物。后者只溶于强酸性溶液，但当它们被还原为铁时，水溶性增加^{2 +}在一定条件下。

为什么铁会出现在水中?

天然铁矿物主要有磁铁矿、赤铁矿、针铁矿和菱铁矿。风化作用将这种元素释放到水中。矿泉水和饮用水都含有碳酸铁。在深海地区，水中通常含有拳头大小的铁碎片，锰少量的石灰，硅二氧化和有机化合物。
铁在世界范围内被用于商业目的，每年的产量为5亿吨。大约有3亿吨被回收。主要原因是铁比任何其他金属都适用于更多的领域。合金降低金属的腐蚀性。钢铁生产商添加了不同数量的碳。铁合金最终被加工成集装箱、汽车、洗衣机、桥梁、建筑物，甚至小弹簧。铁化合物被用作玻璃和电子邮件生产的颜料，或被加工成制药、化学品、铁质肥料或农药。这些也适用于木材浸渍和摄影。
铝在早期，含铁的废弃物被排放到地表水中。今天，这些被移除并用作土壤填充物。
铁化合物应用于沉淀反应，以去除水中的化合物净水工艺．的⁵⁹铁同位素应用于医学研究和核物理。

水中的铁对环境有什么影响?

铁是大多数生物的饮食需求，在二元和三级形式的自然过程中起着重要作用。氧化的叔铁不能被生物自由利用，除非在很低的pH值下。不过，铁通常以不溶于水的形式存在。
添加可溶性铁可以迅速增加海洋表层的生产力。它可能比发挥一个重要的作用碳循环．铁对于氮的结合和硝酸盐的还原是必不可少的，它可能是浮游植物生长的一个限制因素。在盐水中的溶解度极低。
铁循环是指通过有机配体还原叔铁(在地表水中光催化的过程)和二元铁的氧化。
铁形成的螯合复合物通常在自然界中发挥重要作用，如血红蛋白，一种血液中的红色着色剂，在呼吸过程中结合和释放氧气。生物对二元铁的吸收量高于三级铁，其吸收量主要取决于物理铁储量的饱和程度。
铁通常是表面层水中生物的限制因素。当螯合配体不存在时，水不溶性叔铁氢氧化物析出。人们认为这对水生生物没有危险，因为人们对水中铁的危害知之甚少。
软体动物的牙齿由磁铁矿或针铁矿组成。
绿色植物将铁用于能量转换过程。用作动物饲料的植物可能含有高达1000ppm的铁，但用于人类消费的植物的铁含量要低得多。一般植物含铁量在20 - 300ppm之间(干质量)，但地衣含铁量可高达5.5%。当土壤中含有少量铁或少量水溶性铁时，植物可能会出现生长问题。植物的吸收能力差异很大，不仅取决于土壤铁浓度，还取决于pH值、磷酸盐浓度以及铁与其他重金属之间的竞争。石灰土壤经常缺铁，即使存在足够量的铁。这是因为pH值普遍较高，导致铁析出。
铁通常以叔铁形式存在于土壤中，但在饱和水的土壤中，它会转化为二元铁，从而使植物能够吸收铁。植物通过释放H吸收水不溶性铁化合物⁺离子，使它溶解。微生物释放铁铁铬，可以直接被植物吸收。
当饲料浓度在5 - 200ppm之间时，铁可能对植物有害。在正常情况下，当土壤水分含量较低时，这些物质在自然界中是找不到的。
许多细菌吸收铁颗粒并将其转化为磁铁矿，将其用作定位的磁罗盘。铁化合物对环境的影响可能比元素本身严重得多。一些LD₅₀已知大鼠的值(口服摄入量):乙酰丙酮铁(III) 1872 mg/kg，氯化铁(II) 984 mg/kg，五羰基铁25 mg/kg。
天然存在四种非放射性铁同位素。有八种不稳定的铁同位素。

水中的铁对健康有什么影响?

人体内铁的总量约为4克，其中70%存在于红血色素中。铁是人类的饮食需求，就像许多其他生物一样。男性每天需要大约7毫克的铁，而女性每天需要11毫克。这种差异是由月经周期决定的。当人们正常进食时，这些量可以迅速获得。人体吸收食物中大约25%的铁。当一个人缺铁时，可以通过维生素C片来增加饲料中铁的摄入量，因为这种维生素可以将三级铁还原为二元铁。磷酸盐和植酸盐减少了二元铁的数量。
在食物中，铁以二铁形式存在，与血红蛋白和肌红蛋白结合，或以叔铁形式存在。人体尤其能吸收二元形式的铁。
铁是血红蛋白的核心成分。它结合氧气并将其从肺部输送到身体的其他部位。它比运输公司₂回到肺部，在那里它可以被呼出。储存氧气也需要铁。铁是几种必需酶的一部分，并参与DNA合成。正常的大脑功能依赖铁。
在人体内，铁与转铁蛋白紧密结合，使细胞间的金属交换成为可能。这种化合物是一种强效抗生素，可以防止细菌在这种重要元素上生长。当一个人被细菌感染时，身体会产生大量的转铁蛋白。
当铁超过所需量时，它就会储存在肝脏中。骨髓含有大量的铁，因为它产生血红蛋白。
缺铁会导致贫血，引起疲劳、头痛和注意力不集中。免疫系统也会受到影响。在幼儿中，这会对智力发展产生负面影响，导致易怒，并引起注意力不集中。幼儿、孕妇和经期妇女经常在缺铁的情况下服用铁(II)盐。
当高浓度的铁被吸收时，例如血色素沉着症患者，铁会储存在胰腺、肝脏、脾脏和心脏。这可能会损害这些重要器官。健康的人通常不会受到铁过量的影响，这也是很罕见的。当一个人喝铁浓度超过200ppm的水时，可能会发生这种情况。
铁化合物对健康的影响可能比相对无害的元素本身更严重。水溶性二元铁化合物，如FeCl₂和FeSO₄浓度超过200毫克可引起毒性作用，10-50克可致成年人死亡。许多铁螯合物可能是有毒的，神经毒素五羰基铁以其强毒性机制而闻名。铁粉可能引起肺病。

哪些净水技术可以用来去除水中的铁?

水中除铁主要是在水中进行的饮用水配制因为矿泉水含有大量的铁离子。这些物质会影响水的颜色、气味和浑浊度。
铁存在于所有的废水中。废水中铁的去除可以通过二元铁氧化为叔铁来实现。水解随后导致薄片的形成，薄片可以被去除砂过滤．氧化可以通过添加氧或其他氧化剂来实现，如氯或高锰酸钾。反应速率取决于pH值，在酸性条件下比在碱性条件下慢。为了加速酸性条件下的反应，可以对水进行充气二氧化碳去除和pH值恢复。全反应引起酸的形成，从而使自身减少。铁常与锰一起被还原。
应用离子交换剂从饮用水和生产用水中去除铁是另一种选择，但这不是很适合去除高浓度的铁。
铁化合物被应用于废水处理，通常作为凝结剂．硫酸铁在除磷中的应用就是一个例子。

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