Железно доба – Дел 3

Најновото издание за металот број еден на нашата цивилизација и неговите односи. Досегашните експерименти покажаа дека ова е интересна тема за истражување во домашната лабораторија. Денешните експерименти нема да бидат ништо помалку интересни и ќе ни овозможат поинаков поглед на некои аспекти на хемијата.

Еден од експериментите во првиот дел од статијата беше оксидација на зеленикав талог од железо (II) хидроксид до кафеав железен (III) хидроксид со раствор од H₂O₂. Водород пероксид се распаѓа под влијание на многу фактори, вклучувајќи ги и соединенијата на железо (во експериментот беа откриени меурчиња со кислород). Овој ефект ќе го искористите за да покажете ...

...Како работи катализаторот?

се разбира ја забрзува реакцијата, но - вреди да се запамети - само она што може да се случи во дадени услови (иако понекогаш многу бавно, дури и незабележливо). Сепак, постои изјава дека катализаторот ја забрзува реакцијата, но не учествува во неа. Хм... зошто воопшто да се додаде? Хемијата не е магија (понекогаш така ми се чини, а „црна“ за подигање), а со едноставен експеримент ќе го видите катализаторот на дело.

Прво подгответе ја вашата позиција. Ќе ви треба послужавник за да не се истури масата, заштитни ракавици и очила или визир. Имате работа со каустичен реагенс: перхидрол (30% раствор на водород пероксид H₂O₂) и раствор на железен (III) хлорид FeCl₃. Постапувајте мудро, особено внимавајте на очите: кожата на вашите раце изгорена со пехидрол се регенерира, но вашите очи не. (1).

2. Испарувачот лево содржи само вода, десно - вода со додавање на перхидрол. Во двете се истура раствор од железо(III) хлорид

3. Напредок на реакцијата, по нејзиното завршување катализаторот се регенерира

Истурете во порцелански испарувач и додадете двојно повеќе вода (реакцијата се јавува и со водород пероксид, но во случај на 3% раствор ефектот е слабо забележлив). Имате приближно 10% H раствор₂O₂ (комерцијалниот перхидрол беше разреден 1:2 со вода). Истурете доволно вода во вториот испарувач, така што секој сад содржи иста количина на течност (ова ќе биде вашата референтна рамка). Сега додадете 1-2 см на двете пареа.³ 10% раствор на FeCl₃ и внимателно гледајте го тестот (2).

Во контролниот испарувач, течноста е жолтеникава поради хидрираните јони на Fe.³⁺. Од друга страна, во сад со водород пероксид се случува многу: содржината станува кафеава, гасот интензивно се ослободува, а течноста во испарувачот станува многу жешка, па дури и врие. Крајот на реакцијата е означен со прекин на еволуцијата на гасот и промена на бојата на содржината во жолта, како во контролниот систем (3). Ти беше само сведок работа на катализатор, дали знаете какви промени настанале во садот?

Кафеавата боја доаѓа од соединенија на црно железо, кои се формираат како резултат на реакцијата:

Гасот што интензивно се испушта од испарувачот е, се разбира, кислород (можете да проверите дали тлеечкиот факел почнува да гори над површината на течноста). Во следниот чекор, кислородот ослободен во горната реакција ги оксидира катјоните на Fe.²⁺:

Регенерирани јони на Fe³⁺ тие повторно учествуваат во првата реакција. Процесот завршува кога ќе се потроши целиот водороден пероксид, што ќе го забележите кога жолтеникавата боја ќе се врати на содржината на испарувачот. Кога ќе ги помножите двете страни на првата равенка со два и ќе ја додадете на страната на втората, а потоа ќе ги откажете сличните термини на спротивните страни (како во нормална математичка равенка), ќе ја добиете равенката на реакцијата на дистрибуција H₂O₂. Забележете дека нема железни јони, но за да ја покажете нивната улога во конверзијата, напишете ги над стрелката:

Водород пероксид, исто така, спонтано се распаѓа според горната равенка (очигледно без железни јони), но овој процес е прилично бавен. Додавањето на катализатор го менува механизмот на реакција во оној што е полесен за имплементација и затоа ја забрзува целата трансформација. Па зошто идејата дека катализаторот не е вклучен во реакцијата? Веројатно затоа што се регенерира во текот на процесот и останува непроменета во мешавината на производи (во експериментот, жолтата боја на јоните на Fe(III) се појавува и пред и по реакцијата). Затоа запомнете го тоа катализаторот учествува во реакцијата и е активен дел.

За проблеми со Х.₂O₂

4. Каталазата разградува водород пероксид (епрувета лево), додавањето на растворот ЕДТА го уништува ензимот (епрувета десно)

Ензимите се исто така катализатори, но тие дејствуваат во клетките на живите организми. Природата користела јони на железо во активните центри на ензими, забрзувајќи ги реакциите на оксидација и намалување. Ова се должи на веќе споменатите мали промени во валентноста на железото (од II до III и обратно). Еден од овие ензими е каталазата, која ги штити клетките од високотоксичниот производ на клеточните трансформации на кислород - водород пероксид. Можете лесно да добиете каталаза со пасирање на компири и додавање вода на пире од компири. Оставете ја суспензијата да потоне до дното и фрлете го супернатантот.

Истурете 5 cm во епрувета.³ екстракт од компир и додадете 1 см³ хидроген пероксид. Содржината е многу пенлива и може дури и да „излезе“ од епрувета, па пробајте ја на послужавник. Каталазата е многу ефикасен ензим; една молекула на каталаза може да разложи до неколку милиони молекули H за една минута.₂O₂.

Откако ќе го истурите екстрактот во втора епрувета, додадете 1-2 см³ Растворот на ЕДТА (натриум едетична киселина) и содржината се мешаат. Ако додадете дел од водород пероксид сега, нема да видите никакво распаѓање на водород пероксид. Причината е формирањето на многу стабилен комплекс на железен јон со EDTA (овој реагенс реагира со многу метални јони, кој се користи за нивно одредување и отстранување од околината). Комбинација на јони на Fe³⁺ со EDTA го блокираше активното место на ензимот и, според тоа, инактивирана каталаза (4).

Железен венчален прстен

Во аналитичката хемија, идентификацијата на многу јони се заснова на формирање на ретко растворливи талози. Сепак, брз поглед на табелата за растворливост ќе покаже дека нитратните (V) и нитратните (III) анјони (солите на првите едноставно се нарекуваат нитрати, а вторите - нитрити) практично не формираат талог.

Железо (II) сулфат FeSO доаѓа на помош при откривањето на овие јони.₄. Подгответе ги реагенсите. Во прилог на оваа сол, ќе ви треба концентриран раствор на сулфурна киселина (VI) H₂SO₄ и разреден 10-15% раствор на оваа киселина (внимавајте при разредување, истурање, се разбира, „киселина во вода“). Покрај тоа, соли кои содржат откриени анјони, како што е KNO₃, НаНО₃, НаНО₂. Подгответе концентриран раствор на FeSO.₄ и раствори на соли на двата анјони (растворете четвртина лажичка сол во околу 50 cm³ вода).

5. Позитивен резултат од тестот со прстен.

Реагенсите се подготвени, време е за експериментирање. Истурете 2-3 см во две епрувети³ Раствор на FeSO₄. Потоа додадете неколку капки концентриран раствор N.₂SO₄. Со помош на пипета, соберете одреден дел од раствор од нитрит (како NaNO₂) и истурете го за да тече по ѕидот на епрувета (ова е важно!). На ист начин, истурете дел од растворот од нитрат (на пример, KNO₃). Ако внимателно ги истурите двата раствори, на површината ќе се појават кафеави кругови (оттука и заедничкото име за овој тест - реакција на прстенот) (5). Ефектот е интересен, но имате право да бидете разочарани, можеби дури и огорчени (Ова е, сепак, аналитички тест? Резултатите се исти и во двата случаи!).

Сепак, обидете се уште еден експеримент. Овој пат, додајте разреден H раствор во епруветите што содржат раствор од железо (II).₂SO₄. По воведувањето раствори на нитрати и нитрити (како и досега), ќе забележите позитивен резултат само во една епрувета - онаа со растворот NaNO.₂. Овој пат веројатно немате резерви за корисноста на тестот со прстен: реакцијата во малку кисела средина овозможува јасно да се разликуваат двата јони.

Механизмот на реакција се заснова на распаѓање на двата вида нитратни јони со ослободување на азотен оксид (II) NO (во овој случај, јонот на железо се оксидира од двоцифрен до трицифрен). Комбинацијата на јонот Fe(II) со NO има кафена боја и му дава боја на прстенот (ако тестот е правилно направен, со едноставно мешање на растворите ќе добиете само темна боја на епрувета, но - мора признајте - нема да биде толку интересен ефект). Меѓутоа, за распаѓање на нитратните јони е потребен силно кисел медиум за реакција, додека нитритот бара само благо закиселување, па оттука и забележаните разлики во тестот.

Железо во тајната служба

Луѓето отсекогаш имале што да сокријат. Создавањето на списанието повлекува и развој на методи за заштита на таквите пренесени информации - шифрирање или криење на текстот. Различни симпатични мастила се измислени за вториот метод. Ова се супстанциите што ве натерале да ги направите натписот не е видливсепак, се открива под влијание, на пример, на загревање или третман со друга супстанција (програмер). Не е тешко да се направи убаво мастило и неговиот развивач. Доволно е да се најде реакцијата што произведува обоен производ. Најдобро е самото мастило да биде безбојно, тогаш натписот направен од него ќе биде невидлив на подлогата од која било боја.

Железните соединенија создаваат и привлечни мастила. По извршувањето на претходно опишаните тестови, растворите на железо (III) и FeCl хлорид може да се предложат како симпатички мастила.₃, калиум тиоцијанид KNCS и калиум фероцианид К₄[Fe(CN)₆]. Во реакцијата на FeCl₃ со цијанид ќе поцрвене, а со фероцианид сино. Тие се подобри како мастила. раствори на тиоцијанат и фероцијанидбидејќи се безбојни (во вториот случај растворот мора да се разреди). Натписот е направен со жолтеникав раствор на FeCl.₃ тоа е видливо на бела хартија (освен ако картичката е исто така жолта).

6. Двобојна маскара е добра

7. Мастило со симпатична салицилна киселина

Подгответе разредени раствори од сите соли и користете четка или кибрит за да напишете на картичките со раствор од цијанид и фероцианид. Користете различна четка за секоја за да избегнете контаминирање на реагенсите. Кога се сушите, носете заштитни ракавици и намачкајте ја памучната волна со раствор FeCl.₃. Раствор на железен (III) хлорид корозивни и остава жолти дамки кои со текот на времето стануваат кафени. Поради оваа причина, избегнувајте да ја обоите кожата и околината со него (направете го експериментот на послужавник). Користете памучно стапче за да допрете парче хартија за да ја навлажнете неговата површина. Под влијание на развивачот, ќе се појават црвени и сини букви. Може да пишувате и со двете мастила на еден лист хартија, тогаш отворениот натпис ќе биде двобоен (6). Салицилен алкохол (2% раствор на салицилна киселина во алкохол) е исто така погоден како сино мастило (7).

Ова ја заклучува статијата од три дела за железото и неговите соединенија. Дознавте дека ова е важен елемент, а покрај тоа, ви овозможува да спроведете многу интересни експерименти. Сепак, сепак ќе се фокусираме на „железната“ тема, бидејќи за еден месец ќе го сретнете неговиот најголем непријател - корозија.

Видете исто така: