Երկաթի դար - Մաս 3

Վերջին թողարկումը մեր քաղաքակրթության թիվ մեկ մետաղի և նրա հարաբերությունների մասին։ Մինչ այժմ իրականացված փորձերը ցույց են տվել, որ սա հետաքրքիր օբյեկտ է տնային լաբորատորիայում հետազոտության համար։ Այսօրվա փորձերը ոչ պակաս հետաքրքիր կլինեն և թույլ կտան այլ կերպ նայել քիմիայի որոշ ասպեկտներին։

Հոդվածի առաջին մասի փորձերից մեկը երկաթի (II) հիդրօքսիդի կանաչավուն նստվածքի օքսիդացումն էր շագանակագույն երկաթի (III) հիդրօքսիդ H-ի լուծույթով:₂O₂. Ջրածնի պերօքսիդը քայքայվում է բազմաթիվ գործոնների, այդ թվում՝ երկաթի միացությունների ազդեցության տակ (փորձի ժամանակ հայտնաբերվել են թթվածնի պղպջակներ)։ Դուք կօգտագործեք այս էֆեկտը՝ ցույց տալու համար...

… Ինչպես է գործում կատալիզատորը

իհարկե արագացնում է ռեակցիան, բայց - արժե հիշել - միայն մեկը, որը կարող է առաջանալ տվյալ պայմաններում (թեև երբեմն շատ դանդաղ, նույնիսկ աննկատ): Ճիշտ է, կա պնդում, որ կատալիզատորը արագացնում է ռեակցիան, բայց ինքը չի մասնակցում դրան։ Հմմ... ինչո՞ւ է ընդհանրապես ավելացված։ Քիմիան կախարդանք չէ (երբեմն ինձ այդպես է թվում, իսկ բեռնախցիկի համար «սև» է), և պարզ փորձի դեպքում դուք կտեսնեք կատալիզատորը գործողության մեջ:

Նախ պատրաստեք ձեր դիրքը. Սեղանը ջրհեղեղից պաշտպանելու համար ձեզ հարկավոր է սկուտեղ, պաշտպանիչ ձեռնոցներ և ակնոցներ կամ երեսկալ: Դուք գործ ունեք կաուստիկ ռեագենտի՝ ​​պերհիդրոլի (30% ջրածնի պերօքսիդի լուծույթ H₂O₂) և երկաթի (III) քլորիդի լուծույթ FeCl₃. Գործեք խելամտորեն, հատկապես ուշադիր եղեք ձեր աչքերի մասին՝ պեհիդրոլով այրված ձեռքերի մաշկը վերականգնվում է, իսկ աչքերը՝ ոչ։ (1).

2. Ձախ կողմում գոլորշիացնողը պարունակում է միայն ջուր, աջից՝ ջուր՝ պերհիդրոլի ավելացումով։ Երկուսի մեջ էլ երկաթի (III) քլորիդի լուծույթ եք լցնում

3. Ռեակցիայի ընթացքը, դրա ավարտից հետո կատալիզատորը վերականգնվում է

Լցնել ճենապակյա գոլորշիչի մեջ և ավելացնել երկու անգամ ավելի շատ ջուր (ռեակցիան տեղի է ունենում նաև ջրածնի պերօքսիդի դեպքում, բայց 3% լուծույթի դեպքում ազդեցությունը հազիվ նկատելի է): Դուք ստացել եք H-ի մոտավորապես 10% լուծույթ₂O₂ (առևտրային պերհիդրոլ նոսրացված 1:2 ջրով): Լցնել այնքան ջուր երկրորդ գոլորշիչի մեջ, որպեսզի յուրաքանչյուր անոթ ունենա նույն քանակությամբ հեղուկ (սա կլինի ձեր հղման շրջանակը): Այժմ երկու շոգենավերին ավելացրեք 1-2 սմ:³ 10% FeCl լուծույթ₃ և ուշադիր հետևեք թեստի առաջընթացին (2):

Հսկիչ գոլորշիչում հեղուկը ունի դեղնավուն գույն՝ հիդրատացված Fe իոնների պատճառով:³⁺. Մյուս կողմից, ջրածնի պերօքսիդով անոթում շատ բան է տեղի ունենում. պարունակությունը դառնում է դարչնագույն, գազը ինտենսիվորեն արտազատվում է, իսկ գոլորշիացման հեղուկը շատ տաքանում է կամ նույնիսկ եռում։ Ռեակցիայի ավարտը նշվում է գազի էվոլյուցիայի դադարեցմամբ և պարունակության գույնի փոփոխությամբ դեղին, ինչպես կառավարման համակարգում (3): Դուք պարզապես վկա էիք կատալիտիկ փոխարկիչի աշխատանքը, բայց գիտե՞ք, թե ինչ փոփոխություններ են տեղի ունեցել անոթում։

Դարչնագույն գույնը գալիս է ռեակցիայի արդյունքում առաջացող գունավոր միացություններից.

Գոլորշիացնողից ինտենսիվորեն արտանետվող գազը, իհարկե, թթվածին է (կարող եք ստուգել, ​​թե արդյոք վառվող բոցը սկսում է վառվել հեղուկի մակերևույթից վերևում): Հաջորդ քայլում վերոնշյալ ռեակցիայի ժամանակ արձակված թթվածինը օքսիդացնում է Fe կատիոնները։²⁺:

Վերածնված Fe իոններ³⁺ նրանք կրկին մասնակցում են առաջին արձագանքին։ Գործընթացն ավարտվում է, երբ ամբողջ ջրածնի պերօքսիդը սպառվում է, ինչը դուք կնկատեք, երբ դեղնավուն գույնը վերադառնում է գոլորշիչի պարունակությանը: Երբ առաջին հավասարման երկու կողմերը բազմապատկեք երկուսով և այն մի կողմ ավելացնեք երկրորդին, իսկ հետո չեղարկեք նույն անդամները հակառակ կողմերի վրա (ինչպես սովորական մաթեմատիկական հավասարման դեպքում), դուք ստանում եք բաշխման ռեակցիայի հավասարումը H:₂O₂. Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ դրա մեջ երկաթի իոններ չկան, բայց փոխակերպման մեջ դրանց դերը նշելու համար դրանք սլաքի վերևում մուտքագրեք.

Ջրածնի պերօքսիդը նույնպես ինքնաբերաբար քայքայվում է վերը նշված հավասարման համաձայն (ակնհայտորեն առանց երկաթի իոնների), սակայն այս գործընթացը բավականին դանդաղ է ընթանում։ Կատալիզատորի ավելացումը փոխում է ռեակցիայի մեխանիզմը, որն ավելի հեշտ է իրագործվում և հետևաբար արագացնում է ամբողջ փոխակերպումը: Ուրեմն ինչու է այն միտքը, որ կատալիզատորը ներգրավված չէ ռեակցիայի մեջ: Հավանաբար այն պատճառով, որ այն վերականգնվում է գործընթացում և մնում է անփոփոխ արտադրանքների խառնուրդում (փորձի ժամանակ Fe(III) իոնների դեղին գույնը տեղի է ունենում ինչպես ռեակցիայից առաջ, այնպես էլ հետո)։ Այսպիսով, հիշեք դա կատալիզատորը ներգրավված է ռեակցիայի մեջ և հանդիսանում է ակտիվ մասը.

Հ.-ի հետ ունեցած անախորժությունների համար։₂O₂

4. Կատալազը քայքայում է ջրածնի պերօքսիդը (ձախ կողմում գտնվող խողովակ), EDTA լուծույթի ավելացումը ոչնչացնում է ֆերմենտը (խողովակը աջ կողմում)

Ֆերմենտները նույնպես կատալիզատորներ են, բայց նրանք գործում են կենդանի օրգանիզմների բջիջներում։ Բնությունը երկաթի իոններ օգտագործեց ֆերմենտների ակտիվ կենտրոններում, որոնք արագացնում են օքսիդացման և նվազեցման ռեակցիաները: Դա պայմանավորված է երկաթի վալենտության արդեն նշված աննշան փոփոխություններով (II-ից III և հակառակը): Այդ ֆերմենտներից մեկը կատալազն է, որը պաշտպանում է բջիջները թթվածնի փոխակերպման բարձր թունավոր արտադրանքից՝ ջրածնի պերօքսիդից: Դուք հեշտությամբ կարող եք կատալազա ստանալ՝ կարտոֆիլը տրորել և կարտոֆիլի պյուրեի վրա ջուր լցնել։ Թող կախոցը իջնի ներքևի մասում և դեն նետեք վերին նյութը:

Փորձանոթի մեջ լցնել 5 սմ:³ կարտոֆիլի էքստրակտ եւ ավելացնել 1 սմ³ ջրածնի պերօքսիդ. Բովանդակությունը շատ փրփուր է, այն կարող է նույնիսկ «դուրս գալ» փորձանոթից, այնպես որ փորձեք այն սկուտեղի վրա: Կատալազը շատ արդյունավետ ֆերմենտ է, կատալազի մեկ մոլեկուլը կարող է մեկ րոպեում քայքայել մինչև մի քանի միլիոն H մոլեկուլ:₂O₂.

Քաղվածքը երկրորդ փորձանոթի մեջ լցնելուց հետո ավելացնել 1-2 մլ³ ԷԴՏԱ լուծույթը (նատրիումի էդետիկ թթու) և պարունակությունը խառնվում են։ Եթե ​​դուք հիմա ավելացնեք ջրածնի պերօքսիդի կադր, ապա չեք տեսնի ջրածնի պերօքսիդի տարրալուծում: Պատճառը EDTA-ի հետ շատ կայուն երկաթի իոնային համալիրի առաջացումն է (այս ռեագենտը փոխազդում է բազմաթիվ մետաղական իոնների հետ, որոնք օգտագործվում են դրանք որոշելու և շրջակա միջավայրից հեռացնելու համար)։ Fe իոնների համակցություն³⁺ EDTA-ով արգելափակել է ֆերմենտի ակտիվ կայքը և, հետևաբար, անակտիվացրել կատալազը (4):

Երկաթե հարսանեկան մատանին

Անալիտիկ քիմիայում շատ իոնների նույնականացումը հիմնված է քիչ լուծվող նստվածքների առաջացման վրա։ Այնուամենայնիվ, լուծելիության աղյուսակին հպանցիկ հայացքը ցույց կտա, որ նիտրատ (V) և նիտրատ (III) անիոնները (առաջինի աղերը կոչվում են պարզապես նիտրատներ, իսկ երկրորդը ՝ նիտրիտներ) գործնականում նստվածք չեն կազմում:

Այս իոնները հայտնաբերելիս օգնության է գալիս երկաթի (II) սուլֆատ FeSO-ն:₄. Պատրաստեք ռեակտիվները: Այս աղից բացի ձեզ անհրաժեշտ կլինի ծծմբաթթվի (VI) H-ի խտացված լուծույթ₂SO₄ և այս թթվի նոսրացված 10-15% լուծույթ (զգույշ եղեք նոսրացնելիս, իհարկե, «թթու ջրի մեջ» լցնելիս): Բացի այդ, հայտնաբերված անիոնները պարունակող աղեր, ինչպիսիք են KNO-ն₃, NaNO₃, NaNO₂. Պատրաստել խտացված FeSO լուծույթ:₄ և երկու անիոնների աղերի լուծույթները (քառորդ թեյի գդալ աղը լուծվում է մոտ 50 սմ.³ ջուր):

5. Օղակաձեւ թեստի դրական արդյունքը.

Ռեակտիվները պատրաստ են, ժամանակն է փորձարկել։ 2-3 սմ լցնել երկու խողովակների մեջ³ FeSO լուծում₄. Այնուհետեւ ավելացրեք մի քանի կաթիլ N խտացված լուծույթ։₂SO₄. Պիպետտի միջոցով հավաքեք նիտրիտային լուծույթի մասնաբաժինը (օրինակ՝ NaNO₂) և լցնել այն այնպես, որ այն հոսի փորձանոթի պատով (սա կարևոր է): Նույն կերպ լցնել սելիտրայի լուծույթի մի մասը (օրինակ՝ KNO₃) Եթե ​​երկու լուծույթներն էլ զգուշորեն լցվեն, մակերեսին կհայտնվեն շագանակագույն շրջանակներ (այստեղից էլ այս թեստի ընդհանուր անվանումը՝ օղակի ռեակցիա) (5): Հետաքրքիր է էֆեկտը, բայց դու իրավունք ունես հիասթափվելու, գուցե նույնիսկ վրդովվելու (Սա վերլուծական թեստ է, ի վերջո, երկու դեպքում էլ նույն արդյունքներն են):

Այնուամենայնիվ, կատարեք մեկ այլ փորձ: Այս անգամ ավելացրեք նոսր Հ.₂SO₄. Նիտրատի և նիտրիտային լուծույթները ներարկելուց հետո (ինչպես նախկինում) դրական արդյունք կնկատեք միայն մեկ փորձանոթում` NaNO լուծույթով:₂. Այս անգամ դուք, հավանաբար, որևէ մտահոգություն չունեք օղակի թեստի օգտակարության վերաբերյալ. թեթևակի թթվային միջավայրում ռեակցիան թույլ է տալիս հստակորեն տարբերել երկու իոնները:

Ռեակցիայի մեխանիզմը հիմնված է երկու տեսակի նիտրատ իոնների տարրալուծման վրա՝ ազոտային օքսիդի (II) NO արտազատմամբ (այս դեպքում երկաթի իոնը օքսիդացված է երկուից երեք նիշ)։ Fe(II) իոնի համադրությունը NO-ի հետ ունի շագանակագույն գույն և գույն է տալիս օղակին (դա արվում է, եթե թեստը ճիշտ է կատարվում, ուղղակի լուծույթները խառնելով՝ կստանաք միայն փորձանոթի մուգ գույնը, բայց. - խոստովանում եք, - այդքան հետաքրքիր ազդեցություն չի լինի): Այնուամենայնիվ, նիտրատ իոնների տարրալուծումը պահանջում է խիստ թթվային ռեակցիայի միջավայր, մինչդեռ նիտրիտը պահանջում է միայն աննշան թթվայնացում, հետևաբար, փորձարկման ընթացքում նկատված տարբերությունները:

Երկաթ գաղտնի ծառայության մեջ

Մարդիկ միշտ թաքցնելու բան են ունեցել. Ամսագրի ստեղծումը ենթադրում էր նաև փոխանցված տեղեկատվության պաշտպանության մեթոդների մշակում՝ գաղտնագրում կամ թաքցնում տեքստը: Վերջին մեթոդի համար հայտնագործվել են համակրելի թանաքների բազմազանություն։ Սրանք այն նյութերն են, որոնց համար դրանք պատրաստել եք մակագրությունը տեսանելի չէսակայն այն բացահայտվում է, օրինակ, այլ նյութով (մշակող) տաքացման կամ բուժման ազդեցության տակ։ Գեղեցիկ թանաքի և դրա մշակողի պատրաստումը դժվար չէ: Բավական է գտնել այն ռեակցիան, որում ձևավորվում է գունավոր արտադրանք։ Լավագույնն այն է, որ թանաքն ինքնին լինի անգույն, ապա նրանց կողմից արված մակագրությունը անտեսանելի կլինի ցանկացած գույնի հիմքի վրա:

Երկաթի միացությունները նաև գրավիչ թանաքներ են ստեղծում: Նախկինում նկարագրված թեստերն իրականացնելուց հետո երկաթի (III) և FeCl քլորիդի լուծույթները կարող են առաջարկվել որպես սիմպաթիկ թանաք:₃, կալիումի թիոցիանիդ KNCS և կալիումի ֆերոցյանիդ Կ₄[Fe(CN)₆]. FeCl ռեակցիայի մեջ₃ ցիանիդով այն կդառնա կարմիր, իսկ ֆերոցիանիդի հետ՝ կապույտ։ Նրանք ավելի հարմար են որպես թանաքներ: թիոցիանատի և ֆերոցիանիդի լուծույթներքանի որ դրանք անգույն են (վերջին դեպքում լուծույթը պետք է նոսրացվի)։ Գրությունը կատարվել է FeCl-ի դեղնավուն լուծույթով։₃ այն կարելի է տեսնել սպիտակ թղթի վրա (եթե քարտը նույնպես դեղին է):

6. Երկու գույնի սեւաներկը լավ է

7. Սիմպաթիկ սալիցիլաթթվի թանաք

Պատրաստեք բոլոր աղերի նոսրացված լուծույթները և խոզանակով կամ լուցկիով գրեք քարտերի վրա ցիանիդի և ֆերոցիանիդի լուծույթով: Յուրաքանչյուրի համար օգտագործեք տարբեր խոզանակ, որպեսզի խուսափեք ռեակտիվների աղտոտումից: Երբ չորանա, հագեք պաշտպանիչ ձեռնոցներ և թրջեք բամբակը FeCl լուծույթով։₃. Երկաթի (III) քլորիդի լուծույթ քայքայիչ և թողնում է դեղին բծեր, որոնք ժամանակի ընթացքում շագանակագույն են դառնում: Այդ իսկ պատճառով խուսափեք դրանով մաշկը և շրջակա միջավայրը ներկելուց (փորձը կատարեք սկուտեղի վրա): Օգտագործեք բամբակյա շվաբր, որպեսզի դիպչեք թղթի կտորին՝ դրա մակերեսը խոնավացնելու համար: Մշակողի ազդեցության տակ կհայտնվեն կարմիր և կապույտ տառեր: Հնարավոր է նաև երկու թանաքներով գրել մեկ թերթիկի վրա, ապա բացահայտված մակագրությունը կլինի երկգույն (6): Սալիցիլային սպիրտ (2% սալիցիլաթթու սպիրտի մեջ) նույնպես հարմար է որպես կապույտ թանաք (7):

Սրանով ավարտվում է երկաթի և նրա միացությունների մասին երեք մասից բաղկացած հոդվածը։ Դուք պարզեցիք, որ սա կարևոր տարր է, և բացի այդ, այն թույլ է տալիս բազմաթիվ հետաքրքիր փորձեր անցկացնել։ Այնուամենայնիվ, մենք դեռ կկենտրոնանանք «երկաթե» թեմայի վրա, քանի որ մեկ ամսից դուք կհանդիպեք նրա ամենավատ թշնամուն. կոռոզիա.

Տես նաեւ.