Железо

Относится к побочной подгруппе восьмой группы периодической системы. Атомный номер 26, атомная масса 55,847±3. В образовании химических связей участвуют не только электроны внешнего s-подуровня, но и предыдущего недостроенного d-подуровня. Относительно невысокие значения энергии ионизации атома железа (Fe) обусловливают слабую связь внешних электронов с ядром, проявление элементом положительной валентности в соединениях и характерных свойств металлов. Особенности строения атома железа, типичные для переходных элементов, определяют переменную валентность у этого металла, а также его ярко выраженную способность к комплексообразованию.

Железо — один из главных компонентов литосферы, составляет около 5% ее массы и занимает четвертое место после кислорода (49,4%), кремния (28,6%) и алюминия (8,3%). Встречается преимущественно в магматических и ультраосновных породах. В почвах различают силикатные и несиликатные (свободные) формы.

Силикатные формы входят в состав кристаллических решеток первичных и вторичных минералов. К основным почвообразующим минералам железа относятся следующие: гематит (α-Fe2O3), преимущественно встречающийся в почвах аридных, семиаридных и тропических регионов; маггемит (ɣ-Fe2O3), формирующийся в почвах тропических зон; гетит (α-FeOOH), широко распространенный в почвах всех климатических зон; лепидокрокит (ɣ-FeOOH), характерный для слабо дренируемых почв, его образование обычно происходит при низких значениях pH и температуры; пирит (Fe2S2), сульфид железа (FeS) и ярозит (KFe3(S04)2(OH)6), распространенные в богатых серой затопляемых почвах.

Несиликатные формы железа подразделяют на окристаллизованные, аморфные и подвижные (обменные, водорастворимые). Последние имеют наибольшее значение для минерального питания растений. В почвах подвижные формы представлены в основном органоминеральными соединениями и ионами. Подвижность железа в почве определяется растворимостью его соединений, зависящей как от реакции (pH) (рис. 2. 1) и окислительно-восстановительного потенциала (Eh) среды, так и от процессов комплексообразования. Из расчетов диаграмм растворимости большого числа соединений железа следует, что наименьшей растворимостью в воде характеризуется гидроксид Fe3+. Он образуется при более низких значениях pH (2,3-3,4), чем гидроксид Fe2+ (5,8-7,8). Возможно, растворимость гидроксида трехвалентного железа входит в число основных факторов, контролирующих подвижность железа в почве. В хорошо аэрируемых почвах соединений Fe2+ немного, следовательно, невелико и общее содержание растворимых форм железа. Экстремально низкое содержание последних, вызывающее у растений симптомы дефицита железа, отмечено в широко распространенных в аридных районах карбонатных почвах, а также в переизвесткованных кислых почвах, характеризующихся повышенными значениями pH и Eh. В диапазоне pH от 7 до 9 минеральные формы железа представлены, главным образом в форме Fe(OH)2+, Fe(OH)3 и Fe(OH)4- . Их концентрация в почвенном растворе составляет около 10-10 моль/л. Концентрация растворимого железа, необходимая для нормального роста растений, должна быть на несколько порядков выше (10-6 — 10-5 моль/л). В кислых, особенно гидроморфных почвах создаются благоприятные условия для восстановления Fe3+ до Fe2+ , что способствует повышению растворимости соединений железа.


Рис. 2.1. Растворимость соединений железа в зависимости от рН [по: Lindsay, 1974]


Пунктирными линиями обозначены 100%- (верхняя линия) И 1%-ный (нижняя) уровни потребности растений в этом микроэлементе.

Однако концентрация железа в растворах гидроморфных почв может достигать токсичного для растений уровня. Соединения железа с органическим веществом почвы представляют собой важный резерв доступных соединений этого металла для растений. Взаимодействуют с железом в основном гуминовые вещества, органические кислоты, фенолы и сидерофоры.

Образованию комплексных соединений микроэлементов с гуминовыми веществами способствует их структура, а именно полимерные цепи функциональных групп, участвующие в координации металлов. Взаимодействие металлов, в том числе и железа, с гуминовыми веществами может сопровождаться формированием водорастворимых и малорастворимых в воде соединений. Растворимость комплексов зависит от химической природы и соотношения компонентов, а также от реакции среды.

Обычно гуминовые кислоты характеризуются большей, чем фульвокислоты, склонностью к образованию нерастворимых соединений с металлами. Поэтому фульватные комплексы железа рассматривают в качестве важного фактора, определяющего как миграцию этого металла по профилю почвы, так и его доступность растениям. Как правило, миграционная способность и доступность растениям фульватных комплексов железа, а также марганца с увеличением молекулярной массы снижаются.

Поделиться:

Дополнительные материалы по теме: