Edat del Ferro - Part 3

L'últim número sobre el metall número u de la nostra civilització i les seves relacions. Els experiments realitzats fins ara han demostrat que es tracta d'un objecte interessant per a la investigació al laboratori domèstic. Els experiments d'avui no seran menys interessants i us permetran fer una mirada diferent a alguns aspectes de la química.

Un dels experiments de la primera part de l'article va ser l'oxidació d'un precipitat verdós d'hidròxid de ferro (II) a hidròxid de ferro marró (III) amb una solució d'H₂O₂. El peròxid d'hidrogen es descompon sota la influència de molts factors, inclosos els compostos de ferro (a l'experiment es van trobar bombolles d'oxigen). Utilitzareu aquest efecte per mostrar...

… Com funciona un catalitzador

per descomptat accelera la reacció, però - val la pena recordar- només un que pot ocórrer en condicions determinades (encara que de vegades molt lentament, fins i tot imperceptible). És cert que hi ha una afirmació que el catalitzador accelera la reacció, però no hi participa. Hmm... per què s'afegeix? La química no és màgia (de vegades em sembla així, i "negre" per començar), i amb un experiment senzill, veureu el catalitzador en acció.

Primer prepara la teva posició. Necessitareu una safata per evitar que la taula s'inundi, guants de protecció i ulleres o una visera. Esteu davant d'un reactiu càustic: perhidrol (solució de peròxid d'hidrogen al 30% H₂O₂) i solució de clorur de ferro (III) FeCl₃. Actueu amb prudència, sobretot cuideu els vostres ulls: la pell de les mans cremades amb pehidrol es regenera, però els ulls no. (1).

2. L'evaporador de l'esquerra només conté aigua, a la dreta - aigua amb l'addició de perhidrol. Aboqueu una solució de clorur de ferro (III) a tots dos

3. El curs de la reacció, un cop finalitzada, es regenera el catalitzador

Aboqueu en un evaporador de porcellana i afegiu-hi el doble d'aigua (la reacció també es produeix amb peròxid d'hidrogen, però en el cas d'una solució al 3%, l'efecte gairebé no es nota). Heu rebut aproximadament un 10% de solució d'H₂O₂ (perhidrol comercial diluït 1:2 amb aigua). Aboqueu prou aigua al segon evaporador perquè cada recipient tingui la mateixa quantitat de líquid (aquest serà el vostre marc de referència). Ara afegiu 1-2 cm als dos vapors.³ Solució de FeCl al 10%.₃ i observeu acuradament el progrés de la prova (2).

A l'evaporador de control, el líquid té un color groguenc a causa dels ions Fe hidratats.³⁺. D'altra banda, en un recipient amb peròxid d'hidrogen passen moltes coses: el contingut es torna marró, el gas s'allibera de manera intensa i el líquid de l'evaporador s'escalfa molt o fins i tot bull. El final de la reacció està marcat pel cessament de l'evolució de gas i un canvi en el color del contingut a groc, com en el sistema de control (3). Només vas ser un testimoni funcionament del convertidor catalític, però saps quins canvis s'han produït a l'embarcació?

El color marró prové dels compostos ferrosos que es formen com a resultat de la reacció:

El gas que s'expulsa intensament de l'evaporador és, per descomptat, oxigen (podeu comprovar si una flama brillant comença a cremar per sobre de la superfície del líquid). En el següent pas, l'oxigen alliberat en la reacció anterior oxida els cations Fe.²⁺:

Ions Fe regenerats³⁺ tornen a participar en la primera reacció. El procés s'acaba quan s'ha esgotat tot el peròxid d'hidrogen, cosa que notareu a mesura que el color groguenc torni al contingut de l'evaporador. Quan multipliqueu per dos els dos costats de la primera equació i l'afegiu lateralment a la segona, i després cancel·leu els mateixos termes en costats oposats (com en una equació matemàtica normal), obteniu l'equació de reacció de distribució H₂O₂. Tingueu en compte que no hi ha ions de ferro, però per indicar el seu paper en la transformació, escriviu-los a sobre de la fletxa:

El peròxid d'hidrogen també es descompon espontàniament segons l'equació anterior (òbviament sense ions de ferro), però aquest procés és bastant lent. L'addició d'un catalitzador canvia el mecanisme de reacció a un de més fàcil d'implementar i, per tant, accelera tota la conversió. Aleshores, per què la idea que el catalitzador no està implicat en la reacció? Probablement perquè es regenera en el procés i es manté sense canvis en la barreja de productes (en l'experiment, el color groc dels ions Fe(III) es produeix tant abans com després de la reacció). Així que recordeu-ho el catalitzador intervé en la reacció i és la part activa.

Per problemes amb H.₂O₂

4. La catalasa descompon el peròxid d'hidrogen (tub a l'esquerra), afegint una solució d'EDTA destrueix l'enzim (tub a la dreta)

Els enzims també són catalitzadors, però actuen a les cèl·lules dels organismes vius. La natura va utilitzar ions de ferro en els centres actius dels enzims que acceleren les reaccions d'oxidació i reducció. Això es deu als ja esmentats lleugers canvis en la valència del ferro (de II a III i viceversa). Un d'aquests enzims és la catalasa, que protegeix les cèl·lules del producte altament tòxic de la conversió d'oxigen cel·lular: peròxid d'hidrogen. Podeu obtenir catalasa fàcilment: triturar patates i abocar aigua sobre el puré de patates. Deixeu que la suspensió s'enfonsi al fons i descarteu el sobrenedant.

Aboqueu 5 cm al tub d'assaig.³ extracte de patata i afegir 1 cm³ peròxid d'hidrogen. El contingut és molt espumós, fins i tot pot "sortir" del tub d'assaig, així que prova-ho en una safata. La catalasa és un enzim molt eficient, una molècula de catalasa pot descompondre fins a diversos milions de molècules H en un minut.₂O₂.

Després d'abocar l'extracte al segon tub d'assaig, afegiu 1-2 ml³ Es barregen la solució d'EDTA (àcid edètic sòdic) i el contingut. Si ara afegiu un cop de peròxid d'hidrogen, no veureu cap descomposició de peròxid d'hidrogen. El motiu és la formació d'un complex d'ions de ferro molt estable amb EDTA (aquest reactiu reacciona amb molts ions metàl·lics, que s'utilitza per determinar-los i eliminar-los del medi ambient). Combinació d'ions Fe³⁺ amb EDTA va bloquejar el lloc actiu de l'enzim i, en conseqüència, va inactivar la catalasa (4).

Anell de noces de ferro

En química analítica, la identificació de molts ions es basa en la formació de precipitats poc solubles. Tanmateix, una ullada superficial a la taula de solubilitat mostrarà que els anions de nitrat (V) i nitrat (III) (les sals del primer s'anomenen simplement nitrats, i del segon - nitrits) pràcticament no formen un precipitat.

El sulfat de ferro (II) FeSO ve al rescat en detectar aquests ions.₄. Preparar els reactius. A més d'aquesta sal, necessitareu una solució concentrada d'àcid sulfúric (VI) H₂SO₄ i una solució diluïda al 10-15% d'aquest àcid (anar amb compte a l'hora de diluir, abocant, per descomptat, "àcid a l'aigua"). A més, sals que contenen els anions detectats, com ara KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Prepareu una solució concentrada de FeSO.₄ i solucions de sals d'ambdós anions (un quart de culleradeta de sal es dissol en uns 50 cm³ aigua).

5. Resultat positiu de la prova de l'anell.

Els reactius estan preparats, és hora d'experimentar. Aboqueu 2-3 cm en dos tubs³ solució de FeSO₄. A continuació, afegiu unes gotes de solució concentrada de N.₂SO₄. Amb una pipeta, recollir una alíquota de la solució de nitrit (per exemple, NaNO₂) i aboqueu-lo perquè flueixi per la paret del tub d'assaig (això és important!). De la mateixa manera, aboqueu part de la solució de salitre (per exemple, KNO₃). Si les dues solucions s'aboquen amb cura, apareixeran cercles marrons a la superfície (d'aquí el nom comú d'aquesta prova, reacció d'anell) (5). L'efecte és interessant, però tens dret a sentir-te decebut, potser fins i tot indignat (al cap i a la fi, això és un test analític? Els resultats són els mateixos en tots dos casos!).

Tanmateix, feu un altre experiment. Aquesta vegada afegiu H diluït.₂SO₄. Després d'injectar solucions de nitrats i nitrits (com abans), notareu un resultat positiu només en un tub d'assaig: el que té la solució de NaNO.₂. Aquesta vegada probablement no us preocuparà la utilitat de la prova de l'anell: la reacció en un medi lleugerament àcid permet distingir clarament els dos ions.

El mecanisme de reacció es basa en la descomposició dels dos tipus d'ions nitrat amb l'alliberament d'òxid nítric (II) NO (en aquest cas, l'ió ferro s'oxida de dos a tres dígits). La combinació de l'ió Fe(II) amb NO té un color marró i dóna color a l'anell (es fa si la prova es fa correctament, simplement barrejant les solucions només obtindreu un color fosc de la proveta, però - admeteu - no hi haurà un efecte tan interessant). Tanmateix, la descomposició dels ions nitrat requereix un medi de reacció fortament àcid, mentre que el nitrit només requereix una lleugera acidificació, d'aquí les diferències observades durant la prova.

Ferro al Servei Secret

La gent sempre ha tingut alguna cosa a amagar. La creació de la revista també va comportar el desenvolupament de mètodes per protegir aquesta informació transmesa: xifrat o ocultació del text. S'han inventat una varietat de tintes simpàtiques per a aquest últim mètode. Aquestes són les substàncies per a les quals les vau fer la inscripció no és visibletanmateix, es revela sota la influència de, per exemple, la calefacció o el tractament amb una altra substància (revelador). Preparar una tinta bonica i el seu desenvolupador no és difícil. N'hi ha prou amb trobar la reacció en què es forma un producte de color. El millor és que la tinta sigui incolora, llavors la inscripció feta per ells serà invisible en un substrat de qualsevol color.

Els compostos de ferro també fan tintes atractives. Després de realitzar les proves descrites anteriorment, es poden oferir solucions de ferro (III) i clorur de FeCl com a tintes simpàtiques.₃, tiocianur de potassi KNCS i ferrocianur de potassi K₄[Fe(CN)₆]. En la reacció FeCl₃ amb el cianur es tornarà vermell, i amb el ferrocianur es tornarà blau. Són més adequats com a tintes. solucions de tiocianat i ferrocianurja que són incolors (en aquest últim cas cal diluir la solució). La inscripció es va fer amb una solució groguenca de FeCl.₃ es pot veure en paper blanc (tret que la targeta també sigui groga).

6. La màscara de dos tons és bona

7. Tinta d'àcid salicílic simpàtic

Prepareu solucions diluïdes de totes les sals i feu servir un pinzell o un partit per escriure a les targetes amb una solució de cianur i ferrocianur. Utilitzeu un raspall diferent per a cadascun per evitar contaminar els reactius. Quan estigui sec, poseu-vos guants de protecció i humitegeu el cotó amb la solució de FeCl.₃. Solució de clorur de ferro (III). corrosiu i deixa taques grogues que es tornen marrons amb el temps. Per aquest motiu, eviteu tacar-ne la pell i l'entorn (realitzar l'experiment en una safata). Utilitzeu un hisop de cotó per tocar un tros de paper per humitejar-ne la superfície. Sota la influència del desenvolupador, apareixeran lletres vermelles i blaves. També és possible escriure amb les dues tintes en un full de paper, llavors la inscripció revelada serà de dos colors (6). L'alcohol salicílic (àcid salicílic al 2% en alcohol) també és adequat com a tinta blava (7).

Això conclou l'article de tres parts sobre el ferro i els seus compostos. Heu descobert que aquest és un element important i, a més, us permet fer molts experiments interessants. Tanmateix, encara ens centrarem en el tema del "ferro", perquè d'aquí a un mes coneixeràs el seu pitjor enemic: corrosió.

Vegeu també: