Жалезны век - Частка 3

Апошні выпуск аб метале нумар адзін нашай цывілізацыі і яго ўзаемаадносінах. Праведзеныя да гэтага часу эксперыменты паказалі, што гэта цікавы аб'ект для даследавання ў хатняй лабараторыі. Сённяшнія эксперыменты будуць не менш цікавымі і дазволяць па-іншаму зірнуць на некаторыя аспекты хіміі.

Адным з эксперыментаў у першай частцы артыкула было акісленне зялёнага асадка гідраксіду жалеза (II) да бурага гідраксіду жалеза (III) растворам H₂O₂. Перакіс вадароду раскладаецца пад уздзеяннем шматлікіх фактараў, у тым ліку злучэнні жалеза (у эксперыменце былі выяўлены бурбалкі кіслароду). Вы будзеце выкарыстоўваць гэты эфект, каб паказаць…

… Як працуе каталізатар

вядома паскарае плынь рэакцыі, але - варта памятаць - толькі той, які можа адбывацца ў дадзеных умовах (хоць часам вельмі павольна, нават неўзаметку). Ёсць, праўда, сцвярджэнне, што каталізатар паскарае рэакцыю, але сам у ёй удзелу не бярэ. Хм… навошта яго ўвогуле дадаюць? Хімія не чараўніцтва (часам мне так здаецца, і "чорнае" ў дадатак), і дзякуючы простаму эксперыменту вы ўбачыце каталізатар у дзеянні.

Спачатку падрыхтуйце пазіцыю. Вам спатрэбіцца паднос, каб не заліваць стол, ахоўныя пальчаткі і акуляры ці казырок. Вы маеце справу з з'едлівым рэагентам: пергідролем (30% раствор перакісу вадароду H₂O₂) і раствор хларыду жалеза (III) FeCl₃. Дзейнічайце з розумам, асабліва беражыце вочы: абпаленая пегідролам скура рук рэгенеруе, а вачэй няма. (1).

2. Выпарнік злева ўтрымоўвае толькі ваду, справа - ваду з даданнем пергидроля. Вы ўліваеце раствор хларыду жалеза (III) у абодва

3. Ход рэакцыі, пасля яе завяршэння адбываецца рэгенерацыя каталізатара

Наліць у парцалянавы выпарнік і дадаць у два разу больш воды (рэакцыя ідзе і з перакісам вадароду, але ў выпадку 3% раствора эфект дрэнна замецены). Вы атрымалі прыкладна 10% раствор H₂O₂ (камерцыйны пергідроль разводзілі вадой 1:2). Наліце ​​столькі вады ў другі выпарнік, каб у кожнай пасудзіне была аднолькавая колькасць вадкасці (гэта будзе ваша сістэма адліку). Цяпер дадайце 1-2 гл да абодвух отпаривателям.³ 10% раствор FeCl₃ і ўважліва назірайце за ходам цеста (2).

У кантрольным выпарніку вадкасць мае жаўтлявы колер з-за гідратаваных іёнаў Fe.³⁺. З іншага боку, у пасудзіне з перакісам вадароду адбываецца шмат усяго: змесціва бурэе, газ вылучаецца інтэнсіўна, а вадкасць у испарителе моцна награваецца ці нават кіпіць. Заканчэнне рэакцыі азначае спыненне газавылучэння і змяненне колеру змесціва на жоўты, як і ў кантрольнай сістэме (3). Вы былі проста сведкам праца каталітычнага нейтралізатара, а ці ведаеце вы, якія змены адбыліся ў пасудзіне?

Карычневы колер паходзіць ад злучэнняў двухвалентнага жалеза, якія ўтвараюцца ў выніку рэакцыі:

Газ, які інтэнсіўна выкідваецца з выпарніка, гэта, вядома, кісларод (можна праверыць, ці пачне гарэць тлеючая паходня над паверхняй вадкасці). На наступным этапе кісларод, які вызваляецца ў вышэйпаказанай рэакцыі, акісляе катыёны Fe.²⁺:

Рэгенераваныя іёны Fe³⁺ яны зноўку прымаюць удзел у першай рэакцыі. Працэс сканчаецца, калі ўвесь перакіс вадароду зрасходавана, што вы заўважыце па вяртанні жаўтлявага колеру да змесціва выпарніка. Калі вы памнажаеце абедзве часткі першага ўраўненні на два і дадаеце яго збоку да другога, а затым скарачаеце аднолькавыя члены з процілеглых бакоў (як у звычайным матэматычным раўнанні), вы атрымліваеце ўраўненне рэакцыі размеркавання H₂O₂. Звярніце ўвагу, што ў ім няма іёнаў жалеза, але каб паказаць іх ролю ў ператварэнні, набярыце іх над стрэлкай:

Перакіс вадароду таксама самаадвольна раскладаецца па прыведзеным вышэй раўнанні (відавочна, без іёнаў жалеза), але працэс гэты даволі павольны. Даданне каталізатара змяняе механізм рэакцыі на прасцейшы ў рэалізацыі і, такім чынам, паскарае ўсё ператварэнне. Дык чаму ж ідэя, што каталізатар не ўдзельнічае ў рэакцыі? Верагодна, таму, што ён рэгенеруецца ў працэсе і застаецца нязменным у сумесі прадуктаў (у эксперыменце жоўтая афарбоўка іёнаў Fe(III) узнікае як да, так і пасля рэакцыі). Так што памятайце, што каталізатар ўдзельнічае ў рэакцыі і гэта актыўная частка.

За непрыемнасці з Х.₂O₂

4. Каталаза раскладае перакіс вадароду (прабірка злева), даданне раствора ЭДТА разбурае фермент (прабірка справа)

Ферменты таксама каталізатарамі, але яны дзейнічаюць у клетках жывых арганізмаў. Прырода выкарыстоўвала іёны жалеза ў актыўных цэнтрах ферментаў, якія паскараюць рэакцыі акіслення і аднаўленні. Гэта звязана з ужо згаданымі лёгкімі зменамі валентнасці жалеза (са II на III і наадварот). Адным з такіх ферментаў з'яўляецца каталаза, якая абараняе клеткі ад высокатаксічнага прадукта клеткавых ператварэнняў кіслароду - перакісу вадароду. Вы можаце лёгка атрымаць каталазу: разамніце бульбу і заліце ​​пюрэ вадой. Дайце завісі апусціцца на дно і зліце надосадочную вадкасць.

У прабірку насыпаць 5 гл.³ бульбянога экстракта і дадаць 1 см³ пераксіду вадароду. Змесціва вельмі пеніцца, можа нават "вылезці" з прабіркі, так што спрабуйце на падносе. Каталаза - вельмі эфектыўны фермент, адна малекула каталазы можа расшчапіць да некалькіх мільёнаў малекул H за хвіліну.₂O₂.

Пераліўшы экстракт у другую прабірку, дадайце 1-2 гл³ раствор ЭДТА (натрыю эдэтавая кіслата) і змесціва змешваюць. Калі вы зараз дадасце порцыю перакісу вадароду, вы не ўбачыце ніякага раскладання перакісу вадароду. Чыннік - адукацыя вельмі ўстойлівага комплексу іёна жалеза з ЭДТА (гэты рэагент рэагуе са шматлікімі іёнамі металаў, што выкарыстоўваецца для іх вызначэння і выдаленні з навакольнага асяроддзя). Камбінацыя іёнаў Fe³⁺ з ЭДТА блакаваў актыўны цэнтр фермента і, такім чынам, инактивировал каталазу (4).

Жалезнае заручальнае кольца

У аналітычнай хіміі ідэнтыфікацыя многіх іёнаў заснавана на адукацыі цяжкарастваральных ападкаў. Аднак збеглы погляд на табліцу растваральнасці пакажа, што нітратны (V) і нітратны (III) аніёны (солі першых называюцца проста нітратамі, а другіх - нітрытамі) практычна не ўтвараюць асадка.

На дапамогу ў выяўленні гэтых іёнаў прыходзіць сульфат жалеза (II) FeSO.₄. Падрыхтуйце рэагенты. Апроч гэтай солі вам спатрэбіцца канцэнтраваны раствор сернай кіслаты (VI) H₂SO₄ і разведзены 10-15% раствор гэтай кіслаты (будзьце асцярожныя пры развядзенні, уліваючы, вядома, "кіслату ў ваду"). Акрамя таго, солі, якія змяшчаюць выяўленыя аніёны, напрыклад, KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Прыгатуйце канцэнтраваны раствор FeSO.₄ і растворы соляў абодвух аніёнаў (чвэрць чайнай лыжкі солі растварыць прыкладна ў 50 гл³ вада).

5. Станоўчы вынік колцавага цеста.

Рэагенты гатовыя, час эксперыментаваць. Наліце ​​па 2-3 гл у дзве прабіркі³ Раствор FeSO₄. Затым дадайце некалькі кропель канцэнтраванага раствора Н.₂SO₄. З дапамогай піпеткі збярыце аліквоту раствора нітрыту (напрыклад, NaNO₂) і ўліце яго так, каб ён сцякаў па сценцы прабіркі (гэта важна!). Такой жа выявай уліць частку раствора салетры (напрыклад, KNO₃). Калі асцярожна наліць абодва раствора, то на паверхні з'явяцца карычневыя колы (адсюль і агульная назва гэтага цеста - колцавая рэакцыя) (5). Эфект цікавы, але вы маеце права расчаравацца, можа быць, нават абурыцца (Гэта ж аналітычная спроба? Вынікі аднолькавыя ў абодвух выпадках!).

Аднак правядзіце яшчэ адзін эксперымент. На гэты раз дабаўце ў прабіркі з растворам солі жалеза (II) разбаўлены раствор H.₂SO₄. Пасля ўвядзення раствораў нітратаў і нітрытаў (як і раней) вы заўважыце станоўчы вынік толькі ў адной прабірцы - той, што з растворам NaNO.₂. На гэты раз у вас, верагодна, няма ніякіх заўваг з нагоды карыснасці колцавага цеста: рэакцыя ў злёгку кіслым асяроддзі дазваляе выразна адрозніць два іёны.

Механізм рэакцыі заснаваны на раскладанні абодвух тыпаў нітрат-іёнаў з вылучэннем аксіду азоту (II) NO (пры гэтым іён жалеза акісляецца з двух- у трохзнакавы). Злучэнне іёна Fe(II) з NO мае карычневы колер і надае кольцу афарбоўку (робіцца, калі тэст зроблены правільна, простым змешваннем раствораў вы атрымаеце толькі цёмны колер прабіркі, але - вы прызнайцеся - будзе не такі цікавы эфект). Аднак для раскладання нітрат-іёнаў патрабуецца сильнокислое рэакцыйнае асяроддзе, а для нітрыту патрабуецца толькі слабое падкісленне, адгэтуль назіраныя адрозненні падчас тэсту.

Жалеза ў сакрэтнай службе

Людзям заўсёды было што хаваць. Стварэнне часопіса таксама пацягнула за сабой распрацоўку метадаў абароны такой інфармацыі – шыфраванне або ўтойванне тэксту. Для апошняга метаду было вынайдзена мноства сімпатычных чарнілаў. Гэта рэчывы, з-за якіх вы іх зрабілі надпіс не бачныаднак выяўляецца пад уплывам, напрыклад, награванні або апрацоўкі іншым рэчывам (праявіцелем). Падрыхтоўка сімпатычных чарнілаў і іх праяўніка не з'яўляецца складанай справай. Досыць знайсці рэакцыю, пры якой утворыцца афарбаваны прадукт. Лепш за ўсё, каб самі чарнілы былі бясколернымі, тады зроблены імі надпіс будзе незаўважная на падкладцы любога колеру.

Злучэнні жалеза таксама дазваляюць рабіць прывабныя чарнілы. Пасля правядзення раней апісаных выпрабаванняў у якасці сімпатычных чарнілаў могуць быць прапанаваны растворы жалеза (III) і хларыду FeCl.₃, тыяцыянід калію KNCS і ферацыянід калію K₄[Fe(CN)₆]. У рэакцыі FeCl₃ з цыянідам афарбуецца ў чырвоны, а з ферацыянідам - ​​у сіні колер. Яны лепш падыходзяць у якасці чарнілаў. растворы тыяцыянату і ферацыянідупаколькі яны бясколерныя (у апошнім выпадку раствор неабходна разводзіць). Надпіс выкананы жаўтлявым растворам FeCl.₃ яго відаць на белай паперы (калі толькі карта таксама не жоўтая).

6. Двухкаляровая туш добрая

7. Сімпатычныя чарніла саліцылавай кіслаты

Прыгатуйце разведзеныя растворы ўсіх соляў і з дапамогай пэндзліка або запалкі напішыце на картках растворам цыяніду і ферацыяніду. Выкарыстоўвайце розныя шчоткі для кожнага, каб не забрудзіць рэагенты. Пры высыханні надзеньце ахоўныя пальчаткі і намочыце вату растворам FeCl.₃. Раствор хларыду жалеза (III) каразійны і пакідае жоўтыя плямы, якія з часам становяцца карычневымі. Па гэтай прычыне пазбягайце афарбоўвання ёю скуры і навакольнага асяроддзя (выконвайце досвед на падносе). Выкарыстоўвайце ватовы тампон, каб дакрануцца да ліста паперы, каб завільгатнець яго паверхню. Пад уздзеяннем распрацоўшчыка з'явяцца чырвоныя і сінія літары. Таксама можна пісаць абодвума чарніламі на адным лісце паперы, тады які расчыніўся надпіс будзе двухколернай (6). Саліцылавы спірт (2% раствор саліцылавай кіслаты ў спірце) таксама падыходзіць у якасці сініх чарнілаў (7).

На гэтым заканчваецца артыкул з трох частак аб жалезе і яго злучэннях. Вы высветлілі, што гэта важны элемент, а акрамя таго, ен дазваляе праводзіць мноства цікавых эксперыментаў. Зрэшты, мы ўсё ж спынімся на "жалезнай" тэме, бо праз месяц вы сустрэнеце яго лютага ворага. карозія.

Глядзі таксама: