Rautakausi - Osa 3

Uusin numero sivilisaatiomme ykkösmetallista ja sen suhteista. Tähän mennessä tehdyt kokeet ovat osoittaneet, että tämä on mielenkiintoinen kohde kotilaboratorion tutkimukseen. Tämän päivän kokeet eivät ole yhtä mielenkiintoisia, ja niiden avulla voit tarkastella joitain kemian näkökohtia eri tavalla.

Yksi artikkelin ensimmäisen osan kokeista oli vihertävän rauta(II)hydroksidisakan hapetus ruskeaksi rauta(III)hydroksidiksi H-liuoksella.₂O₂. Vetyperoksidi hajoaa monien tekijöiden vaikutuksesta, mukaan lukien rautayhdisteet (kokeessa löydettiin happikuplia). Käytät tätä tehostetta näyttääksesi...

… Kuinka katalyytti toimii

tietenkin nopeuttaa reaktiota, mutta - kannattaa muistaa - vain sellainen, joka voi esiintyä tietyissä olosuhteissa (tosin joskus hyvin hitaasti, jopa huomaamattomasti). On totta, että katalyytti kiihdyttää reaktiota, mutta ei itse osallistu siihen. Hmm... miksi se ylipäätään lisätään? Kemia ei ole taikuutta (joskus minusta näyttää siltä, ​​ja "musta" käynnistää), ja yksinkertaisella kokeella näet katalysaattorin toiminnassa.

Valmistele ensin asento. Tarvitset tarjottimen, joka suojaa pöytää tulvilta, suojakäsineet ja suojalasit tai visiirin. Olet tekemisissä syövyttävän reagenssin kanssa: perhydroli (30 % vetyperoksidiliuos H₂O₂) ja rauta(III)kloridiliuos FeCl₃. Toimi viisaasti, huolehdi erityisesti silmistäsi: pehydrolilla palaneiden käsien iho uusiutuu, mutta silmät eivät. (1).

2. Vasemmalla oleva höyrystin sisältää vain vettä, oikealla - vettä, johon on lisätty perhydrolia. Kaada rauta(III)kloridiliuosta molempiin

3. Reaktion kulku sen päätyttyä katalyytti regeneroidaan

Kaada posliinihaihduttimeen ja lisää kaksi kertaa enemmän vettä (reaktio tapahtuu myös vetyperoksidin kanssa, mutta 3-prosenttisessa liuoksessa vaikutus on tuskin havaittavissa). Sait noin 10 % H-liuosta₂O₂ (kaupallinen perhydroli laimennettuna 1:2 vedellä). Kaada tarpeeksi vettä toiseen höyrystimeen, jotta jokaisessa astiassa on sama määrä nestettä (tämä on viitekehys). Lisää nyt 1-2 cm molempiin höyrystimiin.³ 10 % FeCl-liuos₃ ja tarkkaile tarkasti testin etenemistä (2).

Kontrollihaihduttimessa neste on väriltään kellertävä hydratoituneiden Fe-ionien vuoksi.³⁺. Toisaalta vetyperoksidia sisältävässä astiassa tapahtuu paljon: sisältö muuttuu ruskeaksi, kaasua vapautuu voimakkaasti ja höyrystimessä oleva neste kuumenee hyvin tai jopa kiehuu. Reaktion loppua leimaa kaasun kehittymisen lakkaaminen ja sisällön värin muuttuminen keltaiseksi, kuten ohjausjärjestelmässä (3). Olit vain todistaja katalysaattorin toiminta, mutta tiedätkö mitä muutoksia aluksessa on tapahtunut?

Ruskea väri tulee rautayhdisteistä, jotka muodostuvat reaktion seurauksena:

Höyrystimestä intensiivisesti poistuva kaasu on tietysti happea (voit tarkistaa, alkaako hehkuva liekki palaa nesteen pinnan yläpuolella). Seuraavassa vaiheessa yllä olevassa reaktiossa vapautuva happi hapettaa Fe-kationit.²⁺:

Regeneroidut Fe-ionit³⁺ he taas osallistuvat ensimmäiseen reaktioon. Prosessi päättyy, kun kaikki vetyperoksidi on käytetty loppuun, minkä huomaat, kun kellertävä väri palaa höyrystimen sisältöön. Kun kerrot ensimmäisen yhtälön molemmat puolet kahdella ja lisäät sen sivuttain toiseen ja peruutat sitten samat termit vastakkaisilla puolilla (kuten normaalissa matemaattisessa yhtälössä), saat jakautumisreaktioyhtälön H₂O₂. Huomaa, että siinä ei ole rauta-ioneja, mutta osoittaaksesi niiden roolin muunnoksessa kirjoittamalla ne nuolen yläpuolelle:

Vetyperoksidi hajoaa myös spontaanisti yllä olevan yhtälön mukaisesti (ilmeisesti ilman rautaioneja), mutta tämä prosessi on melko hidas. Katalyytin lisääminen muuttaa reaktiomekanismin sellaiseksi, joka on helpompi toteuttaa ja siten nopeuttaa koko konversiota. Joten miksi ajatus, että katalyytti ei ole mukana reaktiossa? Luultavasti siksi, että se regeneroituu prosessissa ja pysyy muuttumattomana tuoteseoksessa (kokeissa Fe(III)-ionien keltainen väri esiintyy sekä ennen reaktiota että sen jälkeen). Joten muista se katalyytti osallistuu reaktioon ja on aktiivinen osa.

Ongelmiin H.₂O₂

4. Katalaasi hajottaa vetyperoksidia (putki vasemmalla), EDTA-liuoksen lisääminen tuhoaa entsyymin (putki oikealla)

Entsyymit ovat myös katalyyttejä, mutta ne toimivat elävien organismien soluissa. Luonto käytti rauta-ioneja entsyymien aktiivisissa keskuksissa, jotka nopeuttavat hapettumis- ja pelkistysreaktioita. Tämä johtuu jo mainituista vähäisistä muutoksista raudan valenssissa (II:sta III:aan ja päinvastoin). Yksi näistä entsyymeistä on katalaasi, joka suojaa soluja erittäin myrkylliseltä solun happikonversiotuotteelta - vetyperoksidilta. Katalaasia saa helposti: soseuta perunat ja kaada perunamuusin päälle vettä. Anna suspension vajota pohjaan ja hävitä supernatantti.

Kaada 5 cm koeputkeen.³ perunauute ja lisää 1 cm³ vetyperoksidi. Sisältö on erittäin vaahtoavaa, se saattaa jopa "poistua" koeputkesta, joten kokeile sitä tarjottimella. Katalaasi on erittäin tehokas entsyymi, yksi katalaasimolekyyli voi hajottaa jopa useita miljoonia H-molekyylejä minuutissa.₂O₂.

Kun uute on kaadettu toiseen koeputkeen, lisää 1-2 ml³ EDTA-liuos (natriumedetiinihappo) ja sisältö sekoitetaan. Jos lisäät nyt vetyperoksidia, et näe vetyperoksidin hajoamista. Syynä on erittäin vakaan rautaionikompleksin muodostuminen EDTA:n kanssa (tämä reagenssi reagoi monien metalli-ionien kanssa, jota käytetään niiden määrittämiseen ja poistamiseen ympäristöstä). Fe-ionien yhdistelmä³⁺ EDTA esti entsyymin aktiivisen kohdan ja inaktivoi siten katalaasin (4).

Rautainen vihkisormus

Analyyttisessä kemiassa monien ionien tunnistaminen perustuu niukkaliukoisten saostumien muodostumiseen. Kuitenkin pintapuolinen vilkaisu liukoisuustaulukkoon osoittaa, että nitraatti (V) ja nitraatti (III) anionit (ensimmäisen suolat kutsutaan yksinkertaisesti nitraateiksi ja toisen - nitriiteiksi) eivät käytännössä muodosta sakkaa.

Rauta(II)sulfaatti FeSO tulee apuun näiden ionien havaitsemisessa.₄. Valmistele reagenssit. Tämän suolan lisäksi tarvitset väkevän rikkihappoliuoksen (VI) H₂SO₄ ja tämän hapon laimennettu 10-15-prosenttinen liuos (ole varovainen laimentaessasi, kaatamalla tietysti "happoa veteen"). Lisäksi havaittuja anioneja sisältävät suolat, kuten KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Valmista konsentroitu FeSO-liuos.₄ ja molempien anionien suolaliuokset (neljännes teelusikallista suolaa liuotetaan noin 50 cm³ vesi).

5. Rengastestin positiivinen tulos.

Reagenssit ovat valmiita, on aika kokeilla. Kaada 2-3 cm kahteen putkeen³ FeSO ratkaisu₄. Lisää sitten muutama tippa väkevää N-liuosta.₂SO₄. Ota pipetillä näyte nitriittiliuosta (esim₂) ja kaada se niin, että se valuu alas koeputken seinämää pitkin (tämä on tärkeää!). Kaada samalla tavalla joukkoon osa suolaliuosta (esimerkiksi KNO₃). Jos molemmat liuokset kaadetaan varovasti, pinnalle ilmestyy ruskeita ympyröitä (tästä johtuu tämän testin yleinen nimi, rengasreaktio) (5). Vaikutus on mielenkiintoinen, mutta sinulla on oikeus olla pettynyt, ehkä jopa närkästynyt (Tämä on loppujen lopuksi analyyttinen testi? Tulokset ovat samat molemmissa tapauksissa!).

Tee kuitenkin toinen kokeilu. Lisää tällä kertaa laimennettu H.₂SO₄. Kun olet ruiskuttanut nitraatti- ja nitriittiliuoksia (kuten ennenkin), huomaat positiivisen tuloksen vain yhdessä koeputkessa - siinä, jossa on NaNO-liuosta.₂. Tällä kertaa sinulla ei todennäköisesti ole kommentteja rengastestin hyödyllisyydestä: reaktio hieman happamassa väliaineessa mahdollistaa kahden ionin selkeän erottamisen.

Reaktiomekanismi perustuu molempien nitraatti-ionien hajoamiseen, jolloin vapautuu typpioksidia (II) NO (tässä tapauksessa rauta-ioni hapettuu kahdesta kolmeen numeroon). Fe(II)-ionin yhdistelmä NO:n kanssa on väriltään ruskea ja antaa renkaalle värin (se tehdään jos testi on tehty oikein, yksinkertaisesti sekoittamalla liuoksia saat vain koeputken tumman värin, mutta - myönnät - ei tule niin mielenkiintoista vaikutusta). Nitraatti-ionien hajoaminen vaatii kuitenkin vahvasti hapanta reaktioväliainetta, kun taas nitriitti vaatii vain vähäistä happamoitumista, tästä syystä kokeen aikana havaitut erot.

Rauta salaisessa palvelussa

Ihmisillä on aina ollut jotain salattavaa. Lehden luominen merkitsi myös menetelmien kehittämistä tällaisten siirrettyjen tietojen suojaamiseksi - salaus tai tekstin piilottaminen. Jälkimmäistä menetelmää varten on keksitty useita sympaattisia musteita. Näitä aineita varten olet tehnyt ne kirjoitus ei näyse kuitenkin paljastuu esimerkiksi kuumentamisen tai toisella aineella (kehite)käsittelyn vaikutuksesta. Kauniin musteen ja sen kehittimen valmistaminen ei ole vaikeaa. Riittää, kun löydetään reaktio, jossa värillinen tuote muodostuu. On parasta, että muste itse on väritön, niin heidän tekemänsä merkintä on näkymätön minkä tahansa värisellä alustalla.

Rautayhdisteet tekevät myös houkuttelevia musteita. Aiemmin kuvattujen kokeiden suorittamisen jälkeen rauta(III)- ja FeCl-kloridiliuoksia voidaan ehdottaa sympaattisiksi musteiksi.₃, kaliumtiosyanidi KNCS ja kaliumferrosyanidi K₄[Fe(CN)₆]. FeCl-reaktiossa₃ syanidilla se muuttuu punaiseksi ja ferrosyanidilla siniseksi. Ne sopivat paremmin musteiksi. tiosyanaatin ja ferrosyanidin liuoksetkoska ne ovat värittömiä (jälkimmäisessä tapauksessa liuos on laimennettava). Kirjoitus tehtiin kellertävällä FeCl-liuoksella.₃ se näkyy valkoisella paperilla (ellei kortti ole myös keltainen).

6. Kaksisävyinen ripsiväri on hyvä

7. Sympaattinen salisyylihappomuste

Valmista kaikista suoloista laimennetut liuokset ja kirjoita korteille siveltimellä tai tulitikulla syanidi- ja ferrosyanidiliuoksella. Käytä kullekin eri harjaa välttääksesi reagenssien kontaminoitumisen. Kun kuivunut, pue suojakäsineet jalkaan ja kostuta puuvilla FeCl-liuoksella.₃. Rauta(III)kloridiliuos syövyttävä ja jättää keltaisia ​​täpliä, jotka muuttuvat ruskeiksi ajan myötä. Tästä syystä vältä ihon ja ympäristön värjäämistä sillä (suorita koe tarjottimella). Kosketa paperinpalaa pumpulipuikolla sen pinnan kostuttamiseksi. Kehittäjän vaikutuksesta punaiset ja siniset kirjaimet tulevat näkyviin. On myös mahdollista kirjoittaa molemmilla musteilla yhdelle paperiarkille, jolloin paljastettu kirjoitus on kaksivärinen (6). Salisyylialkoholi (2 % salisyylihappoa alkoholissa) sopii myös siniseksi musteeksi (7).

Tämä päättää kolmiosaisen artikkelin raudasta ja sen yhdisteistä. Huomasit, että tämä on tärkeä elementti, ja lisäksi sen avulla voit suorittaa monia mielenkiintoisia kokeita. Keskitymme kuitenkin edelleen "rautaiseen" aiheeseen, koska kuukauden kuluttua tapaat hänen pahimman vihollisensa - korroosio.

Katso myös: