Rauaaeg – 3. osa

Viimane number meie tsivilisatsiooni metallist number üks ja selle suhetest. Senised katsed on näidanud, et tegemist on huvitava objektiga kodulaboris uurimiseks. Tänased katsed ei ole vähem huvitavad ja võimaldavad teil heita pilk mõnele keemia aspektile.

Üks artikli esimese osa katsetest oli raud(II)hüdroksiidi roheka sademe oksüdeerimine pruuniks raud(III)hüdroksiidiks H lahusega.₂O₂. Vesinikperoksiid laguneb paljude tegurite, sealhulgas rauaühendite mõjul (katses leiti hapnikumulle). Kasutate seda efekti, et näidata...

… Kuidas katalüsaator töötab

muidugi kiirendab reaktsiooni, kuid – tasub meeles pidada – ainult sellist, mis antud tingimustes tekkida võib (kuigi vahel väga aeglaselt, isegi märkamatult). Tõsi, on väide, et katalüsaator kiirendab reaktsiooni, kuid ei osale selles ise. Hmm... miks see üldse lisatud on? Keemia ei ole maagia (mõnikord tundub see mulle nii ja alglaadimiseks "must") ja lihtsa katsega näete katalüsaatorit töös.

Esmalt valmistage ette oma positsioon. Laua üleujutuse eest kaitsmiseks vajate kandikut, kaitsekindaid ja kaitseprille või visiiri. Teil on tegemist söövitava reagendiga: perhüdrool (30% vesinikperoksiidi lahus H₂O₂) ja raud(III)kloriidi lahus FeCl₃. Käitu targalt, eriti hoolitse oma silmade eest: pehüdrooliga põletatud käte nahk taastub, aga silmad mitte. (1).

2. Vasakpoolne aurusti sisaldab ainult vett, paremal - vett perhüdrooli lisandiga. Valad mõlemasse raud(III)kloriidi lahust

3. Reaktsiooni käik, pärast selle lõppemist katalüsaator regenereeritakse

Valage portselanaurustisse ja lisage kaks korda rohkem vett (reaktsioon toimub ka vesinikperoksiidiga, kuid 3% lahuse puhul pole efekti märgatagi). Saite umbes 10% H lahust₂O₂ (kaubanduslik perhüdrool, lahjendatud 1:2 veega). Valage teise aurustisse piisavalt vett, et igas anumas oleks sama kogus vedelikku (see on teie võrdlusraamistik). Nüüd lisage mõlemale aurutile 1-2 cm.³ 10% FeCl lahus₃ ja jälgige hoolikalt katse kulgu (2).

Kontrollaurustis on vedelik kollaka värvusega hüdraatunud Fe ioonide tõttu.³⁺. Seevastu vesinikperoksiidiga anumas juhtub palju: sisu muutub pruuniks, gaas eraldub intensiivselt ning aurustis olev vedelik läheb väga kuumaks või lausa keeb. Reaktsiooni lõppu tähistab gaasi eraldumise lakkamine ja sisu värvuse muutumine kollaseks, nagu kontrollsüsteemis (3). Sa olid lihtsalt tunnistaja katalüüsmuunduri töö, aga kas sa tead, millised muutused on anumas toimunud?

Pruun värvus tuleneb rauaühenditest, mis tekivad reaktsiooni tulemusena:

Gaas, mis aurustist intensiivselt välja paiskub, on loomulikult hapnik (saab kontrollida, kas vedeliku pinna kohal hakkab hõõguv leek põlema). Järgmises etapis oksüdeerib ülaltoodud reaktsioonis vabanev hapnik Fe-katioonid.²⁺:

Regenereeritud Fe ioonid³⁺ nad võtavad jälle osa esimesest reaktsioonist. Protsess lõpeb, kui kogu vesinikperoksiid on ära kasutatud, mida märkate, kui aurusti sisule naaseb kollakas värvus. Kui korrutate esimese võrrandi mõlemad pooled kahega ja lisate selle külgsuunas teisele ja seejärel tühistate samad liikmed vastaskülgedel (nagu tavalises matemaatilises võrrandis), saate jaotusreaktsiooni võrrandi H₂O₂. Pange tähele, et selles pole rauaioone, kuid nende rolli teisenduses näitamiseks tippige need noole kohale:

Vesinikperoksiid laguneb spontaanselt ka vastavalt ülaltoodud võrrandile (ilmselgelt ilma rauaioonideta), kuid see protsess on üsna aeglane. Katalüsaatori lisamine muudab reaktsioonimehhanismi lihtsamini teostatavaks ja kiirendab seetõttu kogu konversiooni. Miks siis idee, et katalüsaator ei osale reaktsioonis? Ilmselt seetõttu, et see regenereerub protsessi käigus ja jääb toodete segus muutumatuks (katses ilmneb Fe(III) ioonide kollane värvus nii enne kui ka pärast reaktsiooni). Nii et pidage seda meeles katalüsaator osaleb reaktsioonis ja on aktiivne osa.

Häda pärast X-ga.₂O₂

4. Katalaas lagundab vesinikperoksiidi (vasakul toru), EDTA lahuse lisamine hävitab ensüümi (toru paremal)

Ensüümid on samuti katalüsaatorid, kuid need toimivad elusorganismide rakkudes. Loodus kasutas rauaioone oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioone kiirendavate ensüümide aktiivsetes keskustes. Selle põhjuseks on juba mainitud kerged muutused raua valentsis (II-lt III-le ja vastupidi). Üks nendest ensüümidest on katalaas, mis kaitseb rakke rakulise hapniku konversiooni ülimürgise produkti – vesinikperoksiidi eest. Katalaasi saab hõlpsasti kätte: püreesta kartulid ja vala kartulipudrule vesi. Laske suspensioonil põhja vajuda ja visake supernatant ära.

Valage katseklaasi 5 cm.³ kartuliekstrakt ja lisa 1 cm³ vesinikperoksiidi. Sisu on väga vahune, võib isegi katseklaasist “välja tulla”, nii et proovi kandikul. Katalaas on väga tõhus ensüüm, üks katalaasi molekul võib minutis lagundada kuni mitu miljonit H-molekuli.₂O₂.

Pärast ekstrakti teise katseklaasi valamist lisage 1-2 ml³ EDTA lahus (naatriumedetiinhape) ja sisu segatakse. Kui lisate nüüd vesinikperoksiidi, ei näe te vesinikperoksiidi lagunemist. Põhjuseks on väga stabiilse raudioonide kompleksi moodustumine EDTA-ga (see reagent reageerib paljude metalliioonidega, mida kasutatakse nende määramiseks ja keskkonnast eemaldamiseks). Fe ioonide kombinatsioon³⁺ EDTA-ga blokeeris ensüümi aktiivse saidi ja inaktiveeris järelikult katalaasi (4).

Rauast abielusõrmus

Analüütilises keemias põhineb paljude ioonide identifitseerimine vähelahustuvate sademete moodustumisel. Põgus pilk lahustuvuse tabelile näitab aga, et nitraadi (V) ja nitraadi (III) anioonid (esimese sooli nimetatakse lihtsalt nitraatideks ja teise nitrititeks) praktiliselt sadet ei moodusta.

Nende ioonide tuvastamisel tuleb appi raud(II)sulfaat FeSO.₄. Valmistage ette reaktiivid. Lisaks sellele soolale vajate väävelhappe (VI) H kontsentreeritud lahust₂SO₄ ja selle happe lahjendatud 10-15% lahus (lahjendamisel olge ettevaatlik, valades muidugi "hapet vette"). Lisaks tuvastatud anioone sisaldavad soolad, näiteks KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Valmistage ette kontsentreeritud FeSO lahus.₄ ja mõlema aniooni soolalahused (veerand teelusikatäit soola lahustatakse umbes 50 cm-s³ vesi).

5. Ringtesti positiivne tulemus.

Reaktiivid on valmis, on aeg katsetada. Valage 2-3 cm kaheks toruks³ FeSO lahendus₄. Seejärel lisage mõni tilk kontsentreeritud N lahust.₂SO₄. Koguge pipeti abil alikvoot nitritilahust (nt NaNO₂) ja valage see sisse nii, et see voolaks mööda katseklaasi seina alla (see on oluline!). Samal viisil valage osa soolalahusest (näiteks KNO₃). Kui mõlemad lahused valatakse ettevaatlikult, tekivad pinnale pruunid ringid (sellest ka selle testi üldnimetus ringreaktsioon) (5). Mõju on huvitav, kuid teil on õigus olla pettunud, võib-olla isegi nördinud (See on ju ikkagi analüütiline test? Tulemused on mõlemal juhul samad!).

Tehke siiski veel üks katse. Seekord lisage lahjendatud H.₂SO₄. Pärast nitraadi- ja nitritilahuste süstimist (nagu varem) märkate positiivset tulemust ainult ühes katseklaasis – selles, milles on NaNO lahus.₂. Seekord pole teil ilmselt mingit muret ringtesti kasulikkuse pärast: reaktsioon kergelt happelises keskkonnas võimaldab kaht iooni selgelt eristada.

Reaktsioonimehhanism põhineb mõlemat tüüpi nitraadiioonide lagunemisel lämmastikoksiidi (II) NO vabanemisega (sellisel juhul oksüdeeritakse raua ioon kahe- kuni kolmekohaliselt). Fe(II) iooni kombinatsioon NO-ga on pruuni värvi ja annab rõngale värvi (seda tehakse, kui test on õigesti tehtud, lihtsalt lahuseid segades saad ainult katseklaasi tumedat värvi, kuid - tunnistate - nii huvitavat efekti ei teki). Nitraadiioonide lagundamiseks on aga vaja tugevalt happelist reaktsioonikeskkonda, nitriti puhul aga vaid kerget hapestamist, sellest tulenevad katse käigus täheldatud erinevused.

Raud salateenistuses

Inimestel on alati olnud midagi varjata. Ajakirja loomisega kaasnes ka sellise edastatava teabe kaitsmise meetodite väljatöötamine - krüpteerimine või teksti peitmine. Viimase meetodi jaoks on leiutatud mitmesuguseid sümpaatilisi tinti. Need on ained, mille jaoks te need tegite kirja pole nähasee aga ilmneb näiteks kuumutamise või mõne muu ainega (agendiga) töötlemise mõjul. Ilusa tindi ja selle ilmuti ettevalmistamine pole keeruline. Piisab, kui leida reaktsioon, mille käigus moodustub värviline toode. Parim on, et tint ise oleks värvitu, siis jääb nende tehtud kiri mis tahes värvi substraadile nähtamatuks.

Rauaühendid teevad ka atraktiivseks tindiks. Pärast eelnevalt kirjeldatud testide läbiviimist võib raua (III) ja FeCl kloriidi lahuseid pakkuda sümpaatiliste tintidena.₃, kaaliumtiotsüaniid KNCS ja kaaliumferrotsüaniid K₄[Fe(CN)₆]. FeCl reaktsioonis₃ tsüaniidiga muutub see punaseks ja ferrotsüaniidiga siniseks. Need sobivad paremini tindiks. tiotsüanaadi ja ferrotsüaniidi lahusedkuna need on värvitud (viimasel juhul tuleb lahust lahjendada). Sild tehti kollaka FeCl lahusega.₃ seda on näha valgel paberil (kui kaart pole ka kollane).

6. Kahetooniline ripsmetušš on hea

7. Sümpaatiline salitsüülhappe tint

Valmistage kõigist sooladest ette lahjendatud lahused ja kirjutage pintsli või tikuga kaartidele tsüaniidi ja ferrotsüaniidi lahusega. Kasutage iga jaoks erinevat harja, et vältida reaktiivide saastumist. Kuivanud, pange kätte kaitsekindad ja niisutage puuvilla FeCl lahusega.₃. Raud(III)kloriidi lahus söövitav ja jätab kollaseid laike, mis aja jooksul pruuniks muutuvad. Sel põhjusel vältige sellega naha ja keskkonna määrimist (sooritage katse kandikul). Puudutage paberitükki vatitupsuga, et selle pinda niisutada. Arendaja mõjul ilmuvad punased ja sinised tähed. Samuti on võimalik kirjutada mõlema tindiga ühele paberilehele, siis tuleb nähtavale kahevärviline kiri (6). Sinise tindina sobib ka salitsüülalkohol (2% salitsüülhapet piirituses) (7).

Sellega on kolmeosaline artikkel rauda ja selle ühendite kohta lõpetatud. Sa avastasid, et see on oluline element ja lisaks võimaldab see läbi viia palju huvitavaid katseid. Keskendume siiski "raudsele" teemale, sest kuu aja pärast kohtate tema halvimat vaenlast - korrosioon.

Vaata ka: