Železna doba - 3. del

Najnovejša številka o kovini številka ena naše civilizacije in njenih odnosih. Dosedanji poskusi so pokazali, da je to zanimiv objekt za raziskovanje v domačem laboratoriju. Današnji poskusi ne bodo nič manj zanimivi in ​​vam bodo omogočili drugačen pogled na nekatere vidike kemije.

Eden od poskusov v prvem delu članka je bila oksidacija zelenkaste oborine železovega (II) hidroksida v rjavi železov (III) hidroksid z raztopino H₂O₂. Vodikov peroksid se razgradi pod vplivom številnih dejavnikov, vključno z železovimi spojinami (pri poskusu so našli mehurčke kisika). Ta učinek boste uporabili za prikaz ...

… Kako deluje katalizator

seveda pospeši reakcijo, ampak - velja si zapomniti - le tisto, ki se lahko zgodi v danih pogojih (čeprav včasih zelo počasi, celo neopazno). Res je, obstaja trditev, da katalizator pospeši reakcijo, sam pa v njej ne sodeluje. Hmm ... zakaj je sploh dodan? Kemija ni čarovnija (včasih se mi zdi tako in "črno" za povrh) in s preprostim poskusom boste videli katalizator v akciji.

Najprej pripravite svoj položaj. Potrebovali boste pladenj, da miza ne bo poplavljena, zaščitne rokavice in očala ali vizir. Imate opravka s kavstičnim reagentom: perhidrolom (30 % raztopina vodikovega peroksida H₂O₂) in raztopina železovega (III) klorida FeCl₃. Ravnajte pametno, predvsem pazite na oči: koža rok, opečenih s pehidrolom, se obnavlja, oči pa ne. (1).

2. Uparjalnik na levi vsebuje samo vodo, na desni - vodo z dodatkom perhidrola. V oba vliješ raztopino železovega (III) klorida

3. Potek reakcije, po njenem zaključku se katalizator regenerira

Nalijemo v porcelanasti izparilnik in dodamo dvakrat več vode (reakcija se pojavi tudi pri vodikovem peroksidu, vendar je pri 3% raztopini učinek komaj opazen). Prejeli ste približno 10 % raztopino H₂O₂ (komercialni perhidrol, razredčen z vodo v razmerju 1:2). V drugi uparjalnik nalijte toliko vode, da ima vsaka posoda enako količino tekočine (to bo vaš referenčni okvir). Sedaj dodajte 1-2 cm v oba soparnika.³ 10% raztopina FeCl₃ in pozorno opazujte potek testa (2).

V regulacijskem uparjalniku ima tekočina rumenkasto barvo zaradi hidratiziranih Fe ionov.³⁺. Po drugi strani pa se v posodi z vodikovim peroksidom dogaja marsikaj: vsebina porjavi, plin se intenzivno sprošča, tekočina v uparjalniku se močno segreje ali celo zavre. Konec reakcije zaznamuje prenehanje razvijanja plina in sprememba barve vsebine v rumeno, kot pri krmilnem sistemu (3). Bil si le priča delovanje katalizatorja, a veste, kakšne spremembe so se zgodile v plovilu?

Rjava barva izvira iz železovih spojin, ki nastanejo kot posledica reakcije:

Plin, ki se intenzivno izloča iz uparjalnika, je seveda kisik (lahko preverite, ali nad površino tekočine začne goreti žareč plamen). V naslednjem koraku kisik, ki se sprosti v zgornji reakciji, oksidira katione Fe.²⁺:

Regenerirani Fe ioni³⁺ ponovno sodelujejo pri prvi reakciji. Postopek se konča, ko porabite ves vodikov peroksid, kar boste opazili, ko se vsebini izparilnika povrne rumenkasta barva. Ko obe strani prve enačbe pomnožite z dvema in jo postrani dodate drugi ter nato iste člene na nasprotnih straneh prekličete (kot v običajni matematični enačbi), dobite enačbo distribucijske reakcije H₂O₂. Upoštevajte, da v njem ni železovih ionov, vendar jih vnesite nad puščico, da označite njihovo vlogo pri transformaciji:

Tudi vodikov peroksid se spontano razgradi po zgornji enačbi (očitno brez železovih ionov), vendar je ta proces precej počasen. Dodatek katalizatorja spremeni reakcijski mehanizem v takšnega, ki je lažji za izvedbo in tako pospeši celotno pretvorbo. Zakaj torej ideja, da katalizator ni vključen v reakcijo? Verjetno zato, ker se v procesu regenerira in ostane nespremenjen v zmesi produktov (v poskusu se pojavi rumena barva Fe(III) ionov tako pred kot po reakciji). Torej zapomni si to katalizator sodeluje pri reakciji in je aktivni del.

Za težave s H.₂O₂

4. Katalaza razgradi vodikov peroksid (cev levo), dodajanje raztopine EDTA uniči encim (cev desno)

Tudi encimi so katalizatorji, vendar delujejo v celicah živih organizmov. Narava je uporabila železove ione v aktivnih centrih encimov, ki pospešujejo oksidacijske in redukcijske reakcije. To je posledica že omenjenih rahlih sprememb valence železa (iz II v III in obratno). Eden od teh encimov je katalaza, ki ščiti celice pred zelo strupenim produktom celične pretvorbe kisika – vodikovim peroksidom. Katalazo lahko enostavno dobite: krompir pretlačite in pire krompir prelijete z vodo. Pustite, da se suspenzija spusti na dno in zavrzite supernatant.

V epruveto nalijte 5 cm.³ ekstrakta krompirja in dodajte 1 cm³ vodikov peroksid. Vsebina je zelo penasta, lahko tudi "uide" iz epruvete, zato jo poskusite na pladnju. Katalaza je zelo učinkovit encim, ena molekula katalaze lahko razgradi do več milijonov molekul H v minuti.₂O₂.

Po vlivanju ekstrakta v drugo epruveto dodajte 1-2 ml³ raztopino EDTA (natrijeva edetska kislina) in vsebino premešamo. Če zdaj dodate kapljico vodikovega peroksida, ne boste videli razgradnje vodikovega peroksida. Razlog je tvorba zelo stabilnega kompleksa železovih ionov z EDTA (ta reagent reagira s številnimi kovinskimi ioni, s čimer jih določimo in odstranimo iz okolja). Kombinacija Fe ionov³⁺ z EDTA blokiral aktivno mesto encima in posledično inaktiviral katalazo (4).

Železen poročni prstan

V analitični kemiji identifikacija številnih ionov temelji na tvorbi težko topnih oborin. Vendar pa bo že bežen pogled na tabelo topnosti pokazal, da nitratni (V) in nitratni (III) anioni (soli prvega imenujemo preprosto nitrati, drugi pa nitriti) praktično ne tvorijo oborine.

Železov (II) sulfat FeSO priskoči na pomoč pri odkrivanju teh ionov.₄. Pripravite reagente. Poleg te soli boste potrebovali koncentrirano raztopino žveplove kisline (VI) H₂SO₄ in razredčeno 10-15% raztopino te kisline (previdno pri redčenju, vlivanje seveda "kisline v vodo"). Poleg tega soli, ki vsebujejo zaznane anione, kot je KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Pripravite koncentrirano raztopino FeSO.₄ in raztopine soli obeh anionov (četrt žličke soli raztopimo v ca. 50 cm³ voda).

5. Pozitiven rezultat ring testa.

Reagenti so pripravljeni, čas je za eksperimentiranje. V dve epruveti nalijemo 2-3 cm³ Raztopina FeSO₄. Nato dodajte nekaj kapljic koncentrirane raztopine dušika.₂SO₄. S pipeto zberite alikvot raztopine nitrita (npr. NaNO₂) in jo vlijte tako, da teče po steni epruvete (to je pomembno!). Na enak način vlijemo del raztopine soli (npr. KNO₃). Če obe raztopini previdno zlijemo, se na površini pojavijo rjavi krogi (od tod tudi skupno ime za ta test, obročasta reakcija) (5). Učinek je zanimiv, vendar imate pravico biti razočarani, morda celo ogorčeni (To je vendarle analitični test? Rezultati so v obeh primerih enaki!).

Vendar naredite še en poskus. Tokrat dodajte razredčeno H.₂SO₄. Po injiciranju raztopin nitratov in nitritov (kot prej) boste opazili pozitiven rezultat le v eni epruveti – tisti z raztopino NaNO.₂. Tokrat verjetno nimate pomislekov glede uporabnosti obročnega testa: reakcija v rahlo kislem mediju omogoča jasno razlikovanje obeh ionov.

Reakcijski mehanizem temelji na razpadu obeh vrst nitratnih ionov s sproščanjem dušikovega oksida (II) NO (v tem primeru se železov ion oksidira z dvomestne na trimestno). Kombinacija Fe(II) iona z NO ima rjavo barvo in daje barvo obroču (izvedena je, če je test pravilno opravljen, s preprostim mešanjem raztopin boste dobili samo temno barvo epruvete, vendar - priznate - ne bo tako zanimivega učinka). Vendar je za razgradnjo nitratnih ionov potreben močno kisli reakcijski medij, medtem ko nitrit zahteva le rahlo nakisanje, zato opažene razlike med preskusom.

Iron v tajni službi

Ljudje so vedno imeli kaj skrivati. Ustvarjanje revije je vključevalo tudi razvoj metod za zaščito tako posredovanih informacij - šifriranje ali skrivanje besedila. Za slednjo metodo so izumili vrsto simpatičnih črnil. To so snovi, za katere ste jih naredili napis se ne vidirazkrije pa se pod vplivom na primer segrevanja ali obdelave z drugo snovjo (razvijalec). Pripraviti lepo črnilo in razvijalec ni težko. Dovolj je najti reakcijo, pri kateri nastane obarvan produkt. Najbolje je, da je samo črnilo brezbarvno, potem bo njihov napis neviden na podlagi katere koli barve.

Železove spojine prav tako naredijo privlačna črnila. Po izvedbi predhodno opisanih testov lahko ponudimo raztopini železovega (III) in FeCl klorida kot simpatična črnila.₃, kalijev tiocianid KNCS in kalijev ferocianid K₄[Fe(CN)₆]. Pri reakciji FeCl₃ s cianidom bo rdeča, s ferocianidom pa modra. Primernejši so kot črnila. raztopine tiocianata in ferocianidaker so brezbarvni (v slednjem primeru je treba raztopino razredčiti). Napis je narejen z rumenkasto raztopino FeCl.₃ vidi se na belem papirju (razen če je karton tudi rumen).

6. Dvobarvna maskara je dobra

7. Simpatično črnilo s salicilno kislino

Pripravite razredčene raztopine vseh soli in s čopičem ali vžigalico pišite na karte z raztopino cianida in ferocianida. Za vsako uporabite drugo krtačo, da preprečite kontaminacijo reagentov. Ko se posuši, si nadenite zaščitne rokavice in vato navlažite z raztopino FeCl.₃. Raztopina železovega (III) klorida jedko in pušča rumene lise, ki sčasoma porjavijo. Zato se izogibajte obarvanju kože in okolice z njim (poskus izvedite na pladnju). Z vatirano palčko se dotaknite kosa papirja, da navlažite njegovo površino. Pod vplivom razvijalca se bodo pojavile rdeče in modre črke. Na en list je mogoče pisati tudi z obema črniloma, takrat bo razkriti napis dvobarven (6). Kot modro črnilo je primeren tudi salicilni alkohol (2 % salicilne kisline v alkoholu) (7).

S tem se zaključi tridelni članek o železu in njegovih spojinah. Ugotovili ste, da je to pomemben element, poleg tega pa vam omogoča izvedbo številnih zanimivih poskusov. Vendar se bomo še vedno osredotočili na temo "železa", saj boste čez mesec dni srečali njegovega najhujšega sovražnika - korozijo.

Glej tudi: