IJzertijd - Deel 3

Het nieuwste nummer over het nummer één metaal van onze beschaving en haar relaties. Uit de tot nu toe uitgevoerde experimenten is gebleken dat dit een interessant object is voor onderzoek in het thuislaboratorium. De experimenten van vandaag zullen niet minder interessant zijn en je in staat stellen om sommige aspecten van de chemie op een andere manier te bekijken.

Een van de experimenten in het eerste deel van het artikel was de oxidatie van een groenachtig neerslag van ijzer(II)hydroxide tot bruin ijzer(III)hydroxide met een oplossing van H₂O₂. Waterstofperoxide valt uiteen onder invloed van vele factoren, waaronder ijzerverbindingen (in het experiment werden zuurstofbellen gevonden). Je gebruikt dit effect om te laten zien...

… Hoe een katalysator werkt

конечно versnelt de reactie, maar - het is de moeite waard om te onthouden - slechts één die onder bepaalde omstandigheden kan optreden (hoewel soms heel langzaam, zelfs onmerkbaar). Toegegeven, er wordt beweerd dat de katalysator de reactie versnelt, maar er zelf niet aan deelneemt. Hmm... waarom wordt het überhaupt toegevoegd? Chemie is geen magie (soms lijkt het me zo, en 'zwart' om op te starten), en met een eenvoudig experiment zul je de katalysator in actie zien.

Bereid eerst uw standpunt voor. Je hebt een dienblad nodig om te voorkomen dat de tafel onder water komt te staan, beschermende handschoenen en een veiligheidsbril of een vizier. Je hebt te maken met een caustisch reagens: perhydrol (30% waterstofperoxide-oplossing H₂O₂) en een oplossing van ijzer(III)chloride FeCl₃. Handel verstandig, zorg vooral voor uw ogen: de huid van de met pehydrol verbrande handen regenereert, maar de ogen niet. (1).

2. De verdamper aan de linkerkant bevat alleen water, aan de rechterkant - water met toevoeging van perhydrol. In beide giet je een oplossing van ijzer(III)chloride

3. Tijdens het verloop van de reactie wordt de katalysator na voltooiing geregenereerd

Giet in een porseleinen verdamper en voeg twee keer zoveel water toe (de reactie treedt ook op met waterstofperoxide, maar in het geval van een 3% oplossing is het effect nauwelijks merkbaar). U heeft ongeveer 10% oplossing van H₂O₂ (commerciële perhydrol 1:2 verdund met water). Giet voldoende water in de tweede verdamper zodat elk vat dezelfde hoeveelheid vloeistof heeft (dit wordt uw referentiekader). Voeg nu 1-2 cm toe aan beide stomers.³ 10% FeCl-oplossing₃ en observeer zorgvuldig de voortgang van de test (2).

In de controleverdamper heeft de vloeistof een gelige kleur door gehydrateerde Fe-ionen.³⁺. Aan de andere kant gebeurt er veel in een vat met waterstofperoxide: de inhoud wordt bruin, het gas komt intensief vrij en de vloeistof in de verdamper wordt erg heet of kookt zelfs. Het einde van de reactie wordt gemarkeerd door het stoppen van de gasontwikkeling en een verandering in de kleur van de inhoud naar geel, zoals in het controlesysteem (3). Je was slechts een getuige werking van de katalysator, maar weet u welke veranderingen er in het vat zijn opgetreden?

De bruine kleur komt van de ijzerhoudende verbindingen die ontstaan ​​als gevolg van de reactie:

Het gas dat intensief uit de verdamper komt is natuurlijk zuurstof (u kunt controleren of er een gloeiende vlam boven het vloeistofoppervlak gaat branden). In de volgende stap oxideert de zuurstof die vrijkomt bij de bovenstaande reactie de Fe-kationen.²⁺:

Geregenereerde Fe-ionen³⁺ ze nemen weer deel aan de eerste reactie. Het proces eindigt wanneer alle waterstofperoxide is opgebruikt, wat u zult merken als de gelige kleur terugkeert naar de inhoud van de verdamper. Wanneer je beide zijden van de eerste vergelijking met twee vermenigvuldigt en deze zijdelings bij de tweede optelt, en vervolgens dezelfde termen aan weerszijden annuleert (zoals in een normale wiskundige vergelijking), krijg je de verdelingsreactievergelijking H₂O₂. Houd er rekening mee dat er geen ijzerionen in zitten, maar om hun rol in de transformatie aan te geven, typt u ze boven de pijl:

Waterstofperoxide ontleedt ook spontaan volgens de bovenstaande vergelijking (uiteraard zonder ijzerionen), maar dit proces is vrij traag. De toevoeging van een katalysator verandert het reactiemechanisme in een gemakkelijker te implementeren mechanisme en versnelt daardoor de gehele omzetting. Dus waarom het idee dat de katalysator niet betrokken is bij de reactie? Waarschijnlijk omdat het tijdens het proces wordt geregenereerd en onveranderd blijft in het mengsel van producten (in het experiment treedt de gele kleur van Fe(III)-ionen zowel voor als na de reactie op). Dus onthoud dat de katalysator is betrokken bij de reactie en is het actieve deel.

Voor problemen met H.₂O₂

4. Catalase ontleedt waterstofperoxide (buisje links), toevoeging van een EDTA-oplossing vernietigt het enzym (buisje rechts)

Enzymen zijn ook katalysatoren, maar ze werken in de cellen van levende organismen. De natuur gebruikte ijzerionen in de actieve centra van enzymen die oxidatie- en reductiereacties versnellen. Dit komt door de reeds genoemde kleine veranderingen in de valentie van ijzer (van II naar III en vice versa). Een van deze enzymen is katalase, dat cellen beschermt tegen het zeer giftige product van cellulaire zuurstofomzetting - waterstofperoxide. Je kunt gemakkelijk katalase krijgen: pureer aardappelen en giet water over aardappelpuree. Laat de suspensie naar de bodem zinken en gooi het supernatant weg.

Giet 5 cm in de reageerbuis.³ aardappelextract en voeg 1 cm toe³ waterstof peroxide. De inhoud is erg schuimend, het kan zelfs uit de reageerbuis "lopen", dus probeer het op een bakje. Catalase is een zeer efficiënt enzym, één molecuul katalase kan in een minuut tot enkele miljoenen H-moleculen afbreken.₂O₂.

Voeg na het gieten van het extract in de tweede reageerbuis 1-2 ml toe³ EDTA-oplossing (natriumedetinezuur) en de inhoud wordt gemengd. Als je nu een scheut waterstofperoxide toevoegt, zie je geen ontbinding van waterstofperoxide. De reden is de vorming van een zeer stabiel ijzerionencomplex met EDTA (dit reagens reageert met veel metaalionen, wat wordt gebruikt om ze te bepalen en uit de omgeving te verwijderen). Combinatie van Fe-ionen³⁺ met EDTA blokkeerde de actieve plaats van het enzym en bijgevolg geïnactiveerde katalase (4).

IJzeren trouwring

In de analytische chemie is de identificatie van veel ionen gebaseerd op de vorming van slecht oplosbare neerslagen. Een vluchtige blik op de oplosbaarheidstabel zal echter aantonen dat de nitraat (V) en nitraat (III) anionen (zouten van de eerste worden eenvoudigweg nitraten genoemd en de tweede - nitrieten) praktisch geen neerslag vormen.

IJzer(II)sulfaat FeSO komt te hulp bij het detecteren van deze ionen.₄. Bereid de reagentia voor. Naast dit zout heb je een geconcentreerde oplossing van zwavelzuur (VI) H nodig₂SO₄ en een verdunde 10-15% oplossing van dit zuur (wees voorzichtig bij het verdunnen, giet natuurlijk "zuur in water"). Daarnaast zouten die de gedetecteerde anionen bevatten, zoals KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Bereid een geconcentreerde FeSO-oplossing voor.₄ en oplossingen van zouten van beide anionen (los een kwart theelepel zout op in ongeveer 50 cm³ water).

5. Positief resultaat van het ringonderzoek.

De reagentia zijn klaar, het is tijd om te experimenteren. Giet 2-3 cm in twee buizen³ FeSO-oplossing₄. Voeg vervolgens een paar druppels geconcentreerde N-oplossing toe.₂SO₄. Verzamel met een pipet een aliquot van de nitrietoplossing (bijv. NaNO₂) en giet het erin zodat het langs de wand van de reageerbuis naar beneden stroomt (dit is belangrijk!). Giet op dezelfde manier een deel van de salpeteroplossing (bijvoorbeeld KNO₃). Als beide oplossingen voorzichtig worden gegoten, verschijnen er bruine cirkels op het oppervlak (vandaar de gebruikelijke naam voor deze test, ringreactie) (5). Het effect is interessant, maar je hebt het recht om teleurgesteld te zijn, misschien zelfs verontwaardigd (dit is tenslotte een analytische test? De resultaten zijn in beide gevallen hetzelfde!).

Doe echter nog een experiment. Voeg deze keer verdunde H toe.₂SO₄. Na het injecteren van nitraat- en nitrietoplossingen (zoals eerder), ziet u een positief resultaat in slechts één reageerbuis - die met de NaNO-oplossing.₂. Deze keer heb je waarschijnlijk geen opmerkingen over het nut van de ringtest: door de reactie in een licht zuur medium kun je duidelijk onderscheid maken tussen twee ionen.

Het reactiemechanisme is gebaseerd op de ontleding van beide soorten nitraationen waarbij stikstofmonoxide (II) NO vrijkomt (in dit geval wordt het ijzerion geoxideerd van twee tot drie cijfers). De combinatie van het Fe(II)-ion met NO heeft een bruine kleur en geeft de ring een kleur (het is gedaan als de test correct is uitgevoerd, door simpelweg de oplossingen te mengen krijgt u alleen de donkere kleur van de reageerbuis, maar - je geeft toe - er zal niet zo'n interessant effect zijn). Voor de ontleding van nitraationen is echter een sterk zuur reactiemedium nodig, terwijl voor nitriet slechts een geringe aanzuring nodig is, vandaar de waargenomen verschillen tijdens de test.

Ijzer in de geheime dienst

Mensen hebben altijd iets te verbergen gehad. De oprichting van het tijdschrift bracht ook de ontwikkeling met zich mee van methoden om dergelijke verzonden informatie te beschermen - codering of het verbergen van de tekst. Voor de laatste methode is een verscheidenheid aan sympathieke inkten uitgevonden. Dit zijn de stoffen waarvoor je ze hebt gemaakt de inscriptie is niet zichtbaarhet komt echter tot uiting onder invloed van bijvoorbeeld verhitting of behandeling met een andere stof (ontwikkelaar). Het voorbereiden van mooie inkt en zijn ontwikkelaar is niet moeilijk. Het is voldoende om de reactie te vinden waarin een gekleurd product wordt gevormd. Het is het beste dat de inkt zelf kleurloos is, dan is de door hen gemaakte inscriptie onzichtbaar op een ondergrond van welke kleur dan ook.

IJzerverbindingen maken ook aantrekkelijke inkten. Na het uitvoeren van de eerder beschreven testen kunnen oplossingen van ijzer(III) en FeCl-chloride worden aangeboden als sympathieke inkten.₃, kaliumthiocyanide KNCS en kaliumferrocyanide K₄[Fe(CN)₆]. In de FeCl-reactie₃ met cyanide wordt het rood en met ferrocyanide wordt het blauw. Ze zijn beter geschikt als inkt. oplossingen van thiocyanaat en ferrocyanideomdat ze kleurloos zijn (in het laatste geval moet de oplossing worden verdund). De inscriptie is gemaakt met een gelige oplossing van FeCl.₃ het is te zien op wit papier (tenzij de kaart ook geel is).

6. Tweekleurige mascara is goed

7. Sympathische salicylzuurinkt

Maak verdunde oplossingen van alle zouten en gebruik een penseel of lucifer om op de kaarten te schrijven met een oplossing van cyanide en ferrocyanide. Gebruik voor elk een andere borstel om verontreiniging van de reagentia te voorkomen. Trek na het drogen beschermende handschoenen aan en bevochtig het katoen met de FeCl-oplossing.₃. IJzer(III)chloride-oplossing corrosief en laat gele vlekken achter die na verloop van tijd bruin worden. Zorg er daarom voor dat u er geen vlekken op de huid en het milieu mee maakt (voer het experiment uit op een dienblad). Gebruik een wattenstaafje om een ​​stuk papier aan te raken om het oppervlak te bevochtigen. Onder invloed van de ontwikkelaar verschijnen rode en blauwe letters. Het is ook mogelijk om met beide inkten op één vel papier te schrijven, dan zal de onthulde inscriptie tweekleurig zijn (6). Salicylalcohol (2% salicylzuur in alcohol) is ook geschikt als blauwe inkt (7).

Dit concludeert het driedelige artikel over ijzer en zijn verbindingen. Je ontdekte dat dit een belangrijk element is, en bovendien kun je veel interessante experimenten uitvoeren. We zullen ons echter nog steeds concentreren op het onderwerp 'ijzer', want over een maand zul je zijn ergste vijand ontmoeten - коррозия.

Zie ook: