عصر آهن - قسمت 3

آخرین شماره در مورد فلز شماره یک تمدن ما و روابط آن. آزمایشات انجام شده تا کنون نشان داده است که این یک شی جالب برای تحقیق در آزمایشگاه خانگی است. آزمایشات امروز کمتر جالب نخواهد بود و به شما امکان می دهد نگاهی متفاوت به برخی از جنبه های شیمی بیندازید.

یکی از آزمایش‌های بخش اول مقاله، اکسیداسیون یک رسوب سبز رنگ از هیدروکسید آهن (II) به هیدروکسید آهن قهوه‌ای (III) با محلول H بود.₂O₂. پراکسید هیدروژن تحت تأثیر عوامل زیادی از جمله ترکیبات آهن تجزیه می شود (در آزمایش حباب های اکسیژن پیدا شد). شما از این افکت برای نشان دادن ...

... چگونه یک کاتالیزور کار می کند

البته واکنش را تسریع می کند، اما - شایان ذکر است - تنها موردی است که می تواند در شرایط معین رخ دهد (اگرچه گاهی اوقات بسیار آهسته و حتی نامحسوس). درست است، این ادعا وجود دارد که کاتالیزور واکنش را تسریع می کند، اما خود در آن شرکت نمی کند. هوم... اصلا چرا اضافه شده؟ شیمی جادو نیست (بعضی اوقات به نظر من اینطور است و برای بوت "سیاه") و با یک آزمایش ساده، کاتالیزور را در عمل خواهید دید.

ابتدا موقعیت خود را آماده کنید. برای جلوگیری از آبگرفتگی میز به یک سینی، دستکش محافظ و عینک یا گیره نیاز دارید. شما با یک معرف سوزاننده سروکار دارید: پرهیدرول (30% محلول پراکسید هیدروژن H₂O₂) و محلول کلرید آهن (III) FeCl₃. عاقلانه عمل کنید، به خصوص مراقب چشمان خود باشید: پوست دست های سوخته با pehydrol بازسازی می شود، اما چشم ها نه. (1).

2. اواپراتور سمت چپ فقط حاوی آب است، در سمت راست - آب با افزودن پرهیدرول. محلول کلرید آهن (III) را داخل هر دو می ریزید

3. سیر واکنش، پس از اتمام آن، کاتالیزور دوباره تولید می شود

داخل یک اواپراتور چینی بریزید و دو برابر آب اضافه کنید (واکنش با پراکسید هیدروژن نیز رخ می دهد، اما در مورد محلول 3٪، اثر به سختی قابل توجه است). شما تقریباً 10٪ محلول H دریافت کردید₂O₂ (پرهیدرول تجاری رقیق شده 1:2 با آب). به اندازه کافی آب در اواپراتور دوم بریزید تا هر ظرف به همان اندازه مایع داشته باشد (این مرجع شما خواهد بود). حالا 1-2 سانتی متر به هر دو بخارپز اضافه کنید.³ محلول 10 درصد FeCl₃ و پیشرفت آزمون را با دقت مشاهده کنید (2).

در اواپراتور کنترلی، مایع به دلیل یون های آهن هیدراته، رنگ مایل به زردی دارد.³⁺. از سوی دیگر، چیزهای زیادی در ظرفی با پراکسید هیدروژن اتفاق می‌افتد: محتویات آن قهوه‌ای می‌شود، گاز به شدت آزاد می‌شود و مایع در اواپراتور بسیار داغ می‌شود یا حتی می‌جوشد. پایان واکنش با توقف تکامل گاز و تغییر رنگ محتویات به زرد مانند سیستم کنترل مشخص می شود (3). تو فقط شاهد بودی عملکرد مبدل کاتالیزوری، اما آیا می دانید چه تغییراتی در رگ رخ داده است؟

رنگ قهوه ای از ترکیبات آهنی است که در نتیجه واکنش ایجاد می شود:

گازی که به شدت از اواپراتور خارج می شود، البته اکسیژن است (می توانید بررسی کنید که آیا شعله درخشان بالای سطح مایع شروع به سوختن می کند یا خیر). در مرحله بعد، اکسیژن آزاد شده در واکنش فوق، کاتیون های آهن را اکسید می کند.²⁺:

یون آهن احیا شده³⁺ آنها دوباره در اولین واکنش شرکت می کنند. این فرآیند زمانی به پایان می رسد که تمام پراکسید هیدروژن مصرف شود، که با بازگشت رنگ زرد به محتویات اواپراتور متوجه خواهید شد. هنگامی که هر دو طرف معادله اول را در دو ضرب می کنید و آن را به پهلو به دومی اضافه می کنید، و سپس همان عبارت ها را در دو طرف مقابل باطل می کنید (مانند یک معادله ریاضی عادی)، معادله واکنش توزیع H را به دست می آورید.₂O₂. لطفا توجه داشته باشید که هیچ یون آهن در آن وجود ندارد، اما برای نشان دادن نقش آنها در تبدیل، آنها را در بالای فلش تایپ کنید:

پراکسید هیدروژن نیز طبق معادله بالا (بدیهی است بدون یون آهن) خود به خود تجزیه می شود، اما این روند نسبتا کند است. افزودن یک کاتالیزور مکانیسم واکنش را به مکانیزمی تغییر می‌دهد که اجرای آن آسان‌تر است و در نتیجه کل تبدیل را سرعت می‌بخشد. پس چرا این ایده که کاتالیزور در واکنش دخالت ندارد؟ احتمالاً به این دلیل که در فرآیند بازسازی می شود و در مخلوط محصولات بدون تغییر باقی می ماند (در آزمایش، رنگ زرد یون های Fe(III) هم قبل و هم بعد از واکنش رخ می دهد). پس این را به خاطر بسپار کاتالیزور در واکنش نقش دارد و بخش فعال است.

برای مشکل با X.₂O₂

4. کاتالاز پراکسید هیدروژن (لوله سمت چپ) را تجزیه می کند، افزودن محلول EDTA آنزیم را از بین می برد (لوله سمت راست).

آنزیم ها نیز کاتالیزور هستند، اما در سلول های موجودات زنده عمل می کنند. طبیعت از یون های آهن در مراکز فعال آنزیم هایی استفاده می کند که واکنش های اکسیداسیون و کاهش را تسریع می کنند. این به دلیل تغییرات جزئی ذکر شده قبلاً در ظرفیت آهن (از II به III و بالعکس) است. یکی از این آنزیم ها کاتالاز است که از سلول ها در برابر محصول بسیار سمی تبدیل اکسیژن سلولی - پراکسید هیدروژن - محافظت می کند. شما به راحتی می توانید کاتالاز دریافت کنید: سیب زمینی را له کنید و روی پوره سیب زمینی آب بریزید. اجازه دهید سوسپانسیون به پایین فرو برود و مایع رویی را دور بریزید.

5 سانتی متر داخل لوله آزمایش بریزید.³ عصاره سیب زمینی و 1 سانتی متر اضافه کنید³ آب اکسیژنه. محتویات آن بسیار کف آلود است، حتی ممکن است از لوله آزمایش خارج شود، بنابراین آن را در سینی امتحان کنید. کاتالاز یک آنزیم بسیار کارآمد است، یک مولکول کاتالاز می تواند تا چندین میلیون مولکول H در دقیقه تجزیه شود.₂O₂.

پس از ریختن عصاره در لوله آزمایش دوم 1-2 میلی لیتر اضافه کنید³ محلول EDTA (سدیم ادتیک اسید) و محتویات آن مخلوط می شوند. اگر اکنون یک شات پراکسید هیدروژن اضافه کنید، هیچ گونه تجزیه پراکسید هیدروژن نخواهید دید. دلیل آن تشکیل کمپلکس یونی آهن بسیار پایدار با EDTA است (این معرف با بسیاری از یون های فلزی واکنش می دهد که برای تعیین و حذف آنها از محیط استفاده می شود). ترکیب یونهای آهن³⁺ با EDTA محل فعال آنزیم مسدود شده و در نتیجه کاتالاز غیرفعال می شود (4).

حلقه ازدواج آهنی

در شیمی تجزیه، شناسایی بسیاری از یون ها بر اساس تشکیل رسوبات کم محلول است. با این حال، یک نگاه گذرا به جدول حلالیت نشان می دهد که آنیون های نیترات (V) و نیترات (III) (نمک های اولی به سادگی نیترات نامیده می شوند و دومی - نیتریت ها) عملاً رسوب تشکیل نمی دهند.

سولفات آهن (II) FeSO در تشخیص این یون ها به کمک می آید.₄. معرف ها را آماده کنید. علاوه بر این نمک، به محلول غلیظ اسید سولفوریک (VI) H نیاز دارید₂SO₄ و یک محلول 10-15٪ رقیق شده از این اسید (در هنگام رقیق کردن، البته ریختن "اسید در آب" مراقب باشید). علاوه بر این، نمک های حاوی آنیون های شناسایی شده، مانند KNO₃، NaNO₃، NaNO₂. محلول غلیظ FeSO را آماده کنید.₄ و محلول های نمک هر دو آنیون (یک چهارم قاشق چایخوری نمک را در حدود 50 سانتی متر حل کنید.³ اب).

5. نتیجه مثبت تست حلقه.

معرف ها آماده هستند، زمان آزمایش فرا رسیده است. 2-3 سانتی متر را در دو لوله بریزید³ محلول FeSO₄. سپس چند قطره محلول N غلیظ به آن اضافه کنید.₂SO₄. با استفاده از یک پیپت، مقدار کمی از محلول نیتریت (به عنوان مثال NaNO) را جمع آوری کنید₂) و داخل آن بریزید تا از دیواره لوله آزمایش سرازیر شود (این مهم است!). به همین ترتیب، بخشی از محلول نمک (مثلاً KNO) را داخل آن بریزید₃). اگر هر دو محلول با دقت ریخته شوند، دایره های قهوه ای روی سطح ظاهر می شوند (از این رو نام رایج این آزمایش، واکنش حلقه ای است) (5). اثر جالب است، اما شما حق دارید ناامید شوید، حتی ممکن است عصبانی شوید (بالاخره این یک تست تحلیلی است؟ نتایج در هر دو مورد یکسان است!).

با این حال، آزمایش دیگری انجام دهید. این بار H رقیق را اضافه کنید.₂SO₄. پس از تزریق محلول های نیترات و نیتریت (مانند قبل)، تنها در یک لوله آزمایش - لوله آزمایش با محلول NaNO - نتیجه مثبت را مشاهده خواهید کرد.₂. این بار، احتمالاً هیچ نظری در مورد سودمندی آزمایش حلقه ندارید: واکنش در یک محیط کمی اسیدی به شما امکان می دهد به وضوح بین دو یون تمایز قائل شوید.

مکانیسم واکنش بر اساس تجزیه هر دو نوع یون نیترات با آزاد شدن اکسید نیتریک (II) NO است (در این حالت، یون آهن از دو تا سه رقم اکسید می شود). ترکیب یون Fe(II) با NO رنگ قهوه ای دارد و به حلقه رنگ می دهد (اگر آزمایش به درستی انجام شود انجام می شود، با مخلوط کردن محلول ها فقط رنگ تیره لوله آزمایش به دست می آید. - اعتراف می کنید - چنین تأثیر جالبی وجود نخواهد داشت). با این حال، تجزیه یون های نیترات نیاز به یک محیط واکنش اسیدی قوی دارد، در حالی که نیتریت فقط نیاز به اسیدی شدن جزئی دارد، از این رو تفاوت های مشاهده شده در طول آزمایش وجود دارد.

آهن در سرویس مخفی

مردم همیشه چیزی برای پنهان کردن داشته اند. ایجاد این مجله همچنین مستلزم توسعه روش هایی برای محافظت از چنین اطلاعات ارسال شده - رمزگذاری یا پنهان کردن متن است. انواع جوهرهای سمپاتیک برای روش دوم اختراع شده است. اینها موادی هستند که شما آنها را برای آنها ساخته اید کتیبه قابل مشاهده نیستبا این حال، تحت تأثیر، برای مثال، گرم کردن یا درمان با ماده دیگری (توسعه دهنده) آشکار می شود. تهیه جوهر زیبا و توسعه دهنده آن دشوار نیست. برای یافتن واکنشی که در آن یک محصول رنگی تشکیل می شود کافی است. بهتر است خود جوهر بی رنگ باشد، سپس کتیبه ساخته شده توسط آنها روی یک بستر از هر رنگی نامرئی خواهد بود.

ترکیبات آهن نیز جوهرهای جذابی ایجاد می کنند. پس از انجام آزمایشات توصیف شده قبلی، محلول های آهن (III) و کلرید FeCl را می توان به عنوان جوهر سمپاتیک پیشنهاد کرد.₃، تیوسیانید پتاسیم KNCS و پتاسیم فروسیانید K₄[Fe(CN)₆]. در واکنش FeCl₃ با سیانید قرمز و با فروسیانید آبی می شود. آنها به عنوان جوهر مناسب تر هستند. محلول های تیوسیانات و فروسیانیداز آنجایی که آنها بی رنگ هستند (در مورد دوم، محلول باید رقیق شود). کتیبه با محلول زرد رنگ FeCl ساخته شده است.₃ روی کاغذ سفید قابل مشاهده است (مگر اینکه کارت نیز زرد باشد).

6. ریمل دو رنگ خوب است

7. جوهر سمپاتیک اسید سالیسیلیک

محلول های رقیق شده از همه نمک ها را آماده کنید و از یک قلم مو یا کبریت برای نوشتن روی کارت ها با محلول سیانید و فروسیانید استفاده کنید. برای جلوگیری از آلوده شدن معرف ها، برای هر کدام از یک برس متفاوت استفاده کنید. وقتی خشک شد، دستکش های محافظ بپوشید و پنبه را با محلول FeCl مرطوب کنید.₃. محلول کلرید آهن (III). خورنده و لکه های زردی بر جای می گذارد که به مرور زمان قهوه ای می شوند. به همین دلیل از رنگ آمیزی پوست و محیط با آن خودداری کنید (آزمایش را روی سینی انجام دهید). از یک سواب پنبه ای برای لمس یک تکه کاغذ استفاده کنید تا سطح آن مرطوب شود. تحت تأثیر توسعه دهنده، حروف قرمز و آبی ظاهر می شوند. همچنین می توانید با هر دو جوهر روی یک برگ کاغذ بنویسید، سپس کتیبه آشکار شده دو رنگ خواهد بود (6). الکل سالیسیلیک (2% اسید سالیسیلیک در الکل) نیز به عنوان جوهر آبی مناسب است (7).

این مقاله سه قسمتی در مورد آهن و ترکیبات آن را به پایان می رساند. متوجه شدید که این یک عنصر مهم است و علاوه بر این، به شما امکان می دهد آزمایش های جالب زیادی انجام دهید. با این حال ، ما همچنان روی موضوع "آهن" تمرکز خواهیم کرد ، زیرا در یک ماه با بدترین دشمن او روبرو خواهید شد - خوردگی.

همچنین ببینید: