Jernalder - del 3

Det seneste nummer om vores civilisations metal nummer et og dets forhold. De hidtidige forsøg har vist, at dette er et interessant emne for forskning i hjemmelaboratoriet. Dagens eksperimenter vil ikke være mindre interessante og vil give os mulighed for at tage et andet kig på nogle aspekter af kemi.

Et af forsøgene i første del af artiklen var oxidation af et grønligt bundfald af jern(II)hydroxid til brunt jern(III)hydroxid med en opløsning af H₂O₂. Hydrogenperoxid nedbrydes under indflydelse af mange faktorer, herunder jernforbindelser (iltbobler blev opdaget i eksperimentet). Du skal bruge denne effekt til at vise...

...Hvordan virker en katalysator?

selvfølgelig fremskynder reaktionen, men - det er værd at huske - kun én, der kan forekomme under givne forhold (selvom nogle gange meget langsomt, endda umærkeligt). Sandt nok er der en påstand om, at katalysatoren accelererer reaktionen, men ikke selv deltager i den. Hmm... hvorfor er det overhovedet tilføjet? Kemi er ikke magi (nogle gange forekommer det sådan for mig, og "sort" for at starte), og med et simpelt eksperiment vil du se katalysatoren i aktion.

Forbered først din position. Du skal bruge en bakke til at forhindre bordet i at spilde, beskyttelseshandsker og briller eller et visir. Du har at gøre med et kaustisk reagens: perhydrol (30 % opløsning af hydrogenperoxid H₂O₂) og jern(III)chloridopløsning FeCl₃. Handl klogt, pas især på dine øjne: huden på dine hænder brændt med pehydrol regenererer, men dine øjne gør det ikke. (1).

2. Fordamperen til venstre indeholder kun vand, til højre - vand med tilsætning af perhydrol. Du hælder en opløsning af jern(III)chlorid i begge

3. Reaktionens forløb, efter dens afslutning regenereres katalysatoren

Hæld i en porcelænsfordamper og tilsæt dobbelt så meget vand (reaktionen sker også med brintoverilte, men i tilfælde af en 3% opløsning er effekten dårligt mærkbar). Du har cirka 10 % H opløsning₂O₂ (kommerciel perhydrol blev fortyndet 1:2 med vand). Hæld nok vand i den anden fordamper, så hver beholder indeholder den samme mængde væske (dette vil være din referenceramme). Tilføj nu 1-2 cm til begge dampere.³ 10% FeCl opløsning₃ og hold nøje øje med testen (2).

I kontrolfordamperen er væsken gullig på grund af hydrerede Fe-ioner.³⁺. Til gengæld sker der meget i et kar med brintoverilte: indholdet bliver brunt, gas frigives intenst, og væsken i fordamperen bliver meget varm eller endda koger. Slutningen af ​​reaktionen er markeret ved, at gasudviklingen ophører, og indholdets farve ændres til gul, som i kontrolsystemet (3). Du var bare et vidne katalysatordrift, ved du, hvilke ændringer der er sket i fartøjet?

Den brune farve kommer fra jernholdige jernforbindelser, som dannes som følge af reaktionen:

Den gas, der udsendes intensivt fra fordamperen, er naturligvis ilt (du kan tjekke, om den ulmende fakkel begynder at brænde over væskens overflade). I det næste trin oxiderer oxygenet, der frigives i ovenstående reaktion, Fe-kationerne.²⁺:

Regenererede Fe-ioner³⁺ de deltager igen i den første reaktion. Processen slutter, når al brintoverilte er brugt op, hvilket du vil bemærke, når den gullige farve vender tilbage til indholdet i fordamperen. Når du multiplicerer begge sider af den første ligning med to og lægger den til siden af ​​den anden, og derefter annullerer de lignende led på modsatte sider (som i en normal matematisk ligning), får du fordelingsreaktionsligningen H₂O₂. Bemærk, at der ikke er jernioner, men for at angive deres rolle i konverteringen skal du skrive dem over pilen:

Hydrogenperoxid nedbrydes også spontant ifølge ovenstående ligning (naturligvis uden jernioner), men denne proces er ret langsom. Tilsætningen af ​​en katalysator ændrer reaktionsmekanismen til en, der er lettere at implementere og derfor fremskynder hele transformationen. Så hvorfor tanken om, at katalysatoren ikke er involveret i reaktionen? Sandsynligvis fordi det regenereres under processen og forbliver uændret i blandingen af ​​produkter (i forsøget fremkommer den gule farve af Fe(III)-ioner både før og efter reaktionen). Så husk det katalysatoren deltager i reaktionen og er den aktive del.

For problemer med H.₂O₂

4. Catalase nedbryder hydrogenperoxid (reagensglas til venstre), tilsætning af en EDTA-opløsning ødelægger enzymet (reagensglas til højre)

Enzymer er også katalysatorer, men de virker i cellerne i levende organismer. Naturen brugte jernioner i de aktive centre af enzymer, der accelererer oxidations- og reduktionsreaktioner. Dette skyldes de allerede nævnte små ændringer i valensen af ​​jern (fra II til III og omvendt). Et af disse enzymer er katalase, som beskytter cellerne mod det meget giftige produkt af cellulær oxygenomdannelse - hydrogenperoxid. Du kan nemt få katalase: mos kartofler og hæld vand over kartoffelmos. Lad suspensionen synke til bunds og kassér supernatanten.

Hæld 5 cm i reagensglasset.³ kartoffelekstrakt og tilsæt 1 cm³ brintoverilte. Indholdet er meget skummende og kan endda "komme ud" af reagensglasset, så prøv det på en bakke. Catalase er et meget effektivt enzym; et katalasemolekyle kan nedbryde op til flere millioner H-molekyler på et minut.₂O₂.

Efter hældning af ekstraktet i et andet reagensglas tilsættes 1-2 cm³ EDTA-opløsning (natriumeddikesyre) og indholdet blandes. Hvis du tilføjer en portion brintoverilte nu, vil du ikke se nogen nedbrydning af brintoverilte. Årsagen er dannelsen af ​​et meget stabilt kompleks af jernion med EDTA (dette reagens reagerer med mange metalioner, som bruges til deres bestemmelse og fjernelse fra miljøet). Kombination af Fe-ioner³⁺ med EDTA blokerede det aktive sted af enzymet og inaktiverede derfor katalase (4).

Vielsesring af jern

I analytisk kemi er identifikationen af ​​mange ioner baseret på dannelsen af ​​tungtopløselige bundfald. Et overfladisk blik på opløselighedstabellen vil dog vise, at nitrat (V) og nitrat (III) anionerne (salte af den første kaldes blot nitrater, og den anden - nitritter) praktisk talt ikke danner et bundfald.

Jern(II)sulfat FeSO kommer til undsætning ved påvisning af disse ioner.₄. Forbered reagenserne. Ud over dette salt skal du bruge en koncentreret opløsning af svovlsyre (VI) H₂SO₄ og en fortyndet 10-15% opløsning af denne syre (vær forsigtig, når du fortynder, hælder selvfølgelig "syre i vand"). Desuden salte indeholdende de påviste anioner, såsom KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Forbered en koncentreret FeSO-opløsning.₄ og opløsninger af salte af begge anioner (opløs en kvart teskefuld salt i ca. 50 cm³ vand).

5. Positivt resultat af ringtesten.

Reagenserne er klar, det er tid til at eksperimentere. Hæld 2-3 cm i to reagensglas³ FeSO løsning₄. Tilsæt derefter et par dråber koncentreret opløsning N.₂SO₄. Brug en pipette til at samle en alikvot af en nitritopløsning (såsom NaNO₂) og hæld det i, så det flyder ned ad væggen i reagensglasset (det er vigtigt!). På samme måde hældes en del af nitratopløsningen i (f.eks. KNO₃). Hvis begge opløsninger hældes forsigtigt, vil der komme brune cirkler på overfladen (deraf det fælles navn for denne test, ringreaktion) (5). Effekten er interessant, men du har ret til at blive skuffet, måske endda indigneret (Dette er trods alt en analytisk test? Resultaterne er de samme i begge tilfælde!).

Prøv dog endnu et eksperiment. Denne gang tilsættes fortyndet H-opløsning til reagensglassene, der indeholder jern(II)-saltopløsningen.₂SO₄. Efter indsprøjtning af nitrat- og nitritopløsninger (som før), vil du kun bemærke et positivt resultat i ét reagensglas - det med NaNO-opløsningen.₂. Denne gang har du sikkert ingen forbehold for ringtestens anvendelighed: reaktionen i et let surt miljø gør det muligt at skelne de to ioner klart.

Reaktionsmekanismen er baseret på nedbrydning af begge typer nitrationer med frigivelse af nitrogenoxid (II) NO (i dette tilfælde oxideres jernionen fra to til tre cifre). Kombinationen af ​​Fe(II) ionen med NO har en brun farve og giver ringen en farve (det gøres hvis testen er udført korrekt, ved blot at blande opløsningerne får man kun den mørke farve på reagensglasset, men - du indrømmer - der vil ikke være sådan en interessant effekt). Nedbrydningen af ​​nitrationer kræver dog et stærkt surt reaktionsmedium, mens nitrit kun kræver en lille forsuring, deraf de observerede forskelle under testen.

Jern i Secret Service

Folk har altid haft noget at skjule. Oprettelsen af ​​tidsskriftet indebar også udvikling af metoder til at beskytte sådanne overførte informationer - kryptering eller skjule teksten. En række sympatiske blæk er blevet opfundet til sidstnævnte metode. Det er de stoffer, du har lavet dem til indskriften er ikke synligdog afsløres det under påvirkning af for eksempel opvarmning eller behandling med et andet stof (fremkalder). Det er ikke svært at lave noget smukt blæk og dets udvikler. Det er nok at finde den reaktion, der giver et farvet produkt. Det er bedst, at selve blækket er farveløst, så vil inskriptionen lavet af det være usynlig på et underlag af enhver farve.

Jernforbindelser gør også attraktive blæk. Efter udførelse af de tidligere beskrevne tests kan opløsninger af jern (III) og FeCl-chlorid foreslås som sympatiske trykfarver.₃, kaliumthiocyanid KNCS og kaliumferrocyanid K₄[Fe(CN)₆]. I FeCl-reaktionen₃ med cyanid bliver det rødt, og med ferrocyanid bliver det blåt. De egner sig bedre som blæk. opløsninger af thiocyanat og ferrocyanidda de er farveløse (i sidstnævnte tilfælde skal opløsningen fortyndes). Indskriften er lavet med en gullig FeCl-opløsning.₃ det er synligt på hvidt papir (medmindre kortet også er gult).

6. Tofarvet mascara er godt

7. Sympatisk salicylsyreblæk

Forbered fortyndede opløsninger af alle salte og brug en pensel eller tændstik til at skrive på kortene med en opløsning af cyanid og ferrocyanid. Brug en forskellig børste til hver for at undgå at forurene reagenserne. Ved tørring skal du bære beskyttelseshandsker og fugte vat med FeCl-opløsning.₃. Jern(III)chloridopløsning ætsende og efterlader gule pletter, der bliver brune med tiden. Af denne grund skal du undgå at plette din hud og miljø med det (foretag eksperimentet på en bakke). Brug en vatpind til at røre ved et stykke papir for at fugte dets overflade. Under påvirkning af udvikleren vises røde og blå bogstaver. Du kan også skrive med begge blæk på et ark papir, så vil den åbnede inskription være tofarvet (6). Salicylalkohol (en 2% opløsning af salicylsyre i alkohol) er også velegnet som blå blæk (7).

Dette afslutter en artikel i tre dele om jern og dets forbindelser. Du fandt ud af, at dette er et vigtigt element, og derudover giver det dig mulighed for at udføre mange interessante eksperimenter. Vi vil dog stadig fokusere på emnet "jern", for om en måned vil du møde hans værste fjende - korrosion.

Se også: