Jernalder – del 3

Den siste utgaven om metall nummer én i vår sivilisasjon og dens relasjoner. Forsøk utført så langt har vist at dette er et interessant objekt for forskning i hjemmelaboratoriet. Dagens eksperimenter vil ikke være mindre interessante og lar deg ta et annet blikk på noen aspekter av kjemi.

Et av forsøkene i den første delen av artikkelen var oksidasjon av et grønnaktig bunnfall av jern(II)hydroksid til brunt jern(III)hydroksid med en løsning av H₂O₂. Hydrogenperoksid brytes ned under påvirkning av mange faktorer, inkludert jernforbindelser (oksygenbobler ble funnet i forsøket). Du vil bruke denne effekten til å vise...

… Hvordan en katalysator fungerer

selvfølgelig fremskynder reaksjonen, men - det er verdt å huske - bare en som kan oppstå under gitte forhold (selv om noen ganger veldig sakte, til og med umerkelig). Riktignok er det en påstand om at katalysatoren akselererer reaksjonen, men tar ikke del i den selv. Hmm... hvorfor er det lagt til i det hele tatt? Kjemi er ikke magi (noen ganger virker det slik for meg, og "svart" for å starte opp), og med et enkelt eksperiment vil du se katalysatoren i aksjon.

Forbered først posisjonen din. Du trenger et brett for å holde bordet fra flom, vernehansker og briller eller visir. Du har å gjøre med et kaustisk reagens: perhydrol (30 % hydrogenperoksidløsning H₂O₂) og jern(III)kloridløsning FeCl₃. Handle klokt, spesielt ta vare på øynene dine: huden på hendene som er brent med pehydrol regenererer, men øynene gjør det ikke. (1).

2. Fordamperen til venstre inneholder kun vann, til høyre - vann med tilsetning av perhydrol. Du heller en løsning av jern(III)klorid i begge

3. Reaksjonsforløpet, etter at den er fullført, regenereres katalysatoren

Hell over i en porselensfordamper og tilsett dobbelt så mye vann (reaksjonen foregår også med hydrogenperoksid, men ved 3% løsning er effekten knapt merkbar). Du mottok omtrent 10 % løsning av H₂O₂ (kommersiell perhydrol fortynnet 1:2 med vann). Hell nok vann i den andre fordamperen slik at hvert kar har samme mengde væske (dette vil være din referanseramme). Legg nå til 1-2 cm til begge dampkokere.³ 10 % FeCl-løsning₃ og observer nøye fremdriften av testen (2).

I kontrollfordamperen har væsken en gulaktig farge på grunn av hydratiserte Fe-ioner.³⁺. På den annen side skjer det mye i et kar med hydrogenperoksid: innholdet blir brunt, gassen frigjøres intensivt, og væsken i fordamperen blir veldig varm eller til og med koker. Slutten av reaksjonen er preget av opphør av gassutviklingen og en endring i fargen på innholdet til gul, som i kontrollsystemet (3). Du var bare et vitne katalysatordrift, men vet du hvilke endringer som har skjedd i fartøyet?

Den brune fargen kommer fra jernholdige forbindelser som dannes som et resultat av reaksjonen:

Gassen som blir intensivt kastet ut fra fordamperen er selvfølgelig oksygen (du kan sjekke om en glødende flamme begynner å brenne over væskeoverflaten). I neste trinn oksiderer oksygenet som frigjøres i reaksjonen ovenfor Fe-kationene.²⁺:

Regenererte Fe-ioner³⁺ de tar igjen del i den første reaksjonen. Prosessen avsluttes når alt hydrogenperoksidet er brukt opp, noe du vil merke når den gulaktige fargen går tilbake til innholdet i fordamperen. Når du multipliserer begge sider av den første ligningen med to og legger den sidelengs til den andre, og deretter kansellerer de samme leddene på motsatte sider (som i en vanlig matematisk ligning), får du fordelingsreaksjonsligningen H₂O₂. Vær oppmerksom på at det ikke er jernioner i den, men for å indikere deres rolle i transformasjonen, skriv dem over pilen:

Hydrogenperoksid spaltes også spontant i henhold til ligningen ovenfor (selvfølgelig uten jernioner), men denne prosessen er ganske langsom. Tilsetningen av en katalysator endrer reaksjonsmekanismen til en som er lettere å implementere og derfor øker hastigheten på hele konverteringen. Så hvorfor ideen om at katalysatoren ikke er involvert i reaksjonen? Sannsynligvis fordi det regenereres i prosessen og forblir uendret i blandingen av produkter (i forsøket oppstår den gule fargen til Fe(III)-ioner både før og etter reaksjonen). Så husk det katalysatoren er involvert i reaksjonen og er den aktive delen.

For problemer med H.₂O₂

4. Katalase bryter ned hydrogenperoksid (rør til venstre), tilsetning av en EDTA-løsning ødelegger enzymet (rør til høyre)

Enzymer er også katalysatorer, men de virker i cellene til levende organismer. Naturen brukte jernioner i de aktive sentrene til enzymer som akselererer oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner. Dette skyldes de allerede nevnte små endringene i valensen til jern (fra II til III og omvendt). Et av disse enzymene er katalase, som beskytter cellene mot det svært giftige produktet av cellulær oksygenkonvertering - hydrogenperoksid. Du kan enkelt få katalase: mos poteter og hell vann over potetmos. La suspensjonen synke til bunnen og kast supernatanten.

Hell 5 cm i reagensrøret.³ potetekstrakt og tilsett 1 cm³ hydrogenperoksid. Innholdet er veldig skummende, det kan til og med "komme ut" av reagensrøret, så prøv det på et brett. Katalase er et veldig effektivt enzym, ett katalasemolekyl kan bryte ned opptil flere millioner H-molekyler i løpet av et minutt.₂O₂.

Etter å ha hellet ekstraktet i det andre reagensglasset, tilsett 1-2 ml³ EDTA-løsning (natriumeddiksyre) og innholdet blandes. Hvis du nå legger til et skudd med hydrogenperoksid, vil du ikke se noen nedbrytning av hydrogenperoksid. Årsaken er dannelsen av et meget stabilt jernionkompleks med EDTA (dette reagenset reagerer med mange metallioner, som brukes til å bestemme og fjerne dem fra miljøet). Kombinasjon av Fe-ioner³⁺ med EDTA blokkerte det aktive stedet til enzymet og inaktiverte følgelig katalase (4).

Giftering av jern

I analytisk kjemi er identifiseringen av mange ioner basert på dannelsen av lite løselige bunnfall. Imidlertid vil et overfladisk blikk på løselighetstabellen vise at nitrat (V) og nitrat (III) anioner (salter av den første kalles ganske enkelt nitrater, og den andre - nitritter) praktisk talt ikke danner et bunnfall.

Jern (II) sulfat FeSO kommer til unnsetning ved å oppdage disse ionene.₄. Forbered reagensene. I tillegg til dette saltet trenger du en konsentrert løsning av svovelsyre (VI) H₂SO₄ og en fortynnet 10-15% løsning av denne syren (vær forsiktig når du fortynner, helle, selvfølgelig, "syre i vann"). I tillegg kommer salter som inneholder de påviste anionene, slik som KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Forbered en konsentrert FeSO-løsning.₄ og løsninger av salter av begge anioner (en kvart teskje salt er oppløst i ca. 50 cm³ vann).

5. Positivt resultat av ringtesten.

Reagensene er klare, det er på tide å eksperimentere. Hell 2-3 cm i to rør³ FeSO løsning₄. Tilsett deretter noen dråper konsentrert N-løsning.₂SO₄. Bruk en pipette, samle en alikvot av nitrittløsningen (f.eks. NaNO₂) og hell den i slik at den renner ned langs veggen på reagensrøret (dette er viktig!). Hell på samme måte i en del av salpeterløsningen (for eksempel KNO₃). Hvis begge løsningene helles forsiktig, vil det vises brune sirkler på overflaten (derav det vanlige navnet på denne testen, ringreaksjon) (5). Effekten er interessant, men du har rett til å bli skuffet, kanskje til og med indignert (Dette er tross alt en analytisk test? Resultatene er de samme i begge tilfeller!).

Men gjør et annet eksperiment. Denne gangen tilsett fortynnet H.₂SO₄. Etter å ha injisert nitrat- og nitrittløsninger (som før), vil du merke et positivt resultat i kun ett reagensglass - det med NaNO-løsningen.₂. Denne gangen har du sannsynligvis ingen kommentar til nytten av ringtesten: reaksjonen i et lett surt medium lar deg skille klart mellom to ioner.

Reaksjonsmekanismen er basert på dekomponering av begge typer nitrationer med frigjøring av nitrogenoksid (II) NO (i dette tilfellet oksideres jernionet fra to til tre sifre). Kombinasjonen av Fe(II)-ionet med NO har en brun farge og gir ringen en farge (det gjøres hvis testen er utført riktig, ved ganske enkelt å blande løsningene får du kun den mørke fargen på reagensrøret, men - du innrømmer - det vil ikke være en så interessant effekt). Dekomponering av nitrationer krever imidlertid et sterkt surt reaksjonsmedium, mens nitritt kun krever svak forsuring, derav de observerte forskjellene under testen.

Jern i Secret Service

Folk har alltid hatt noe å skjule. Opprettelsen av tidsskriftet innebar også utvikling av metoder for å beskytte slik overført informasjon - kryptering eller skjule teksten. En rekke sympatiske blekk er blitt oppfunnet for sistnevnte metode. Dette er stoffene du har laget dem for inskripsjonen er ikke synligdet avsløres imidlertid under påvirkning av for eksempel oppvarming eller behandling med et annet stoff (utvikler). Det er ikke vanskelig å forberede pent blekk og dets utvikler. Det er nok å finne reaksjonen der et farget produkt dannes. Det er best at selve blekket er fargeløst, da vil inskripsjonen laget av dem være usynlig på et underlag av hvilken som helst farge.

Jernforbindelser gjør også attraktive blekk. Etter å ha utført de tidligere beskrevne testene, kan løsninger av jern (III) og FeCl-klorid foreslås som sympatisk blekk.₃, kaliumtiocyanid KNCS og kaliumferrocyanid K₄[Fe(CN)₆]. I FeCl-reaksjonen₃ med cyanid blir det rødt, og med ferrocyanid blir det blått. De egner seg bedre som blekk. løsninger av tiocyanat og ferrocyanidsiden de er fargeløse (i sistnevnte tilfelle må løsningen fortynnes). Inskripsjonen ble laget med en gulaktig løsning av FeCl.₃ det kan sees på hvitt papir (med mindre kortet også er gult).

6. Tofarget mascara er bra

7. Sympatisk salisylsyreblekk

Forbered fortynnede løsninger av alle salter og bruk en pensel eller fyrstikk til å skrive på kortene med en løsning av cyanid og ferrocyanid. Bruk en annen børste for hver for å unngå å forurense reagensene. Når den er tørr, ta på vernehansker og fukt bomullen med FeCl-løsningen.₃. Jern(III)kloridløsning etsende og etterlater gule flekker som blir brune over tid. Av denne grunn bør du unngå å farge huden og miljøet med det (utfør eksperimentet på et brett). Bruk en bomullspinne til å berøre et stykke papir for å fukte overflaten. Under påvirkning av utvikleren vil røde og blå bokstaver vises. Det er også mulig å skrive med begge blekkene på ett ark, da vil den avslørte inskripsjonen være tofarget (6). Salisylalkohol (2 % salisylsyre i alkohol) egner seg også som blått blekk (7).

Dette avslutter den tredelte artikkelen om jern og dets forbindelser. Du fant ut at dette er et viktig element, og i tillegg lar det deg gjennomføre mange interessante eksperimenter. Imidlertid vil vi fortsatt fokusere på "jern" -emnet, for om en måned vil du møte hans verste fiende - korrosjon.

Se også: