Járnöld - Part 3

Nýjasta tölublaðið um málm númer eitt í siðmenningu okkar og sambönd hennar. Tilraunirnar sem gerðar hafa verið hingað til hafa sýnt að þetta er áhugaverður hlutur til rannsókna á rannsóknarstofu heima. Tilraunirnar í dag verða ekki síður áhugaverðar og gera þér kleift að líta öðruvísi á suma þætti efnafræðinnar.

Ein af tilraununum í fyrri hluta greinarinnar var oxun á grænleitu botnfalli járn(II)hýdroxíðs í brúnt járn(III)hýdroxíð með lausn af H₂O₂. Vetnisperoxíð brotnar niður undir áhrifum margra þátta, þar á meðal járnsambönd (súrefnisbólur fundust í tilrauninni). Þú munt nota þessi áhrif til að sýna...

… Hvernig hvati virkar

auðvitað flýtir fyrir viðbrögðum, en - það er þess virði að muna - aðeins einn sem getur átt sér stað við gefnar aðstæður (þó stundum mjög hægt, jafnvel ómerkjanlega). Það er að vísu fullyrðing um að hvatinn flýti fyrir hvarfinu, en taki ekki þátt í því sjálfur. Hmm... af hverju er það yfirhöfuð bætt við? Efnafræði er ekki galdur (mér sýnist það stundum vera það, og "svart" til að ræsa), og með einfaldri tilraun muntu sjá hvatann í verki.

Undirbúðu fyrst stöðu þína. Þú þarft bakka til að halda borðinu frá flóði, hlífðarhanska og hlífðargleraugu eða hjálmgríma. Þú átt við ætandi hvarfefni: perhýdról (30% vetnisperoxíðlausn H₂O₂) og járn(III)klóríðlausn FeCl₃. Farðu skynsamlega, farðu sérstaklega vel með augun: húð handanna sem brennd er með pehýdróli endurnýjar sig, en augun gera það ekki. (1).

2. Uppgufunartækið til vinstri inniheldur aðeins vatn, hægra megin - vatn með því að bæta við perhýdróli. Þú hellir lausn af járn (III) klóríði í bæði

3. Gangur hvarfsins, eftir að henni er lokið, er hvatinn endurmyndaður

Hellið í postulínsuppgufunartæki og bætið við tvöfalt meira af vatni (hvarfið á sér einnig stað með vetnisperoxíði, en ef um 3% lausn er að ræða eru áhrifin varla merkjanleg). Þú fékkst um það bil 10% lausn af H₂O₂ (viðskiptaperhýdról þynnt 1:2 með vatni). Hellið nægu vatni í seinni uppgufunartækið þannig að hvert ílát hafi sama magn af vökva (þetta verður viðmiðunarramminn). Bætið nú 1-2 cm við báðar gufuvélarnar.³ 10% FeCl lausn₃ og fylgjast vel með framvindu prófsins (2).

Í stjórna uppgufunartækinu hefur vökvinn gulleitan lit vegna vökvaðar Fe jóna.³⁺. Á hinn bóginn gerist ýmislegt í íláti með vetnisperoxíði: innihaldið verður brúnt, gasið losnar mikið og vökvinn í uppgufunartækinu verður mjög heitur eða jafnvel sýður. Lok efnahvarfsins markast af því að gasmyndun stöðvast og liturinn á innihaldinu breytist í gulan, eins og í stjórnkerfinu (3). Þú varst bara vitni virkni hvarfakúts, en veistu hvaða breytingar hafa orðið á skipinu?

Brúni liturinn kemur frá járnefnasamböndunum sem myndast við hvarfið:

Gasið sem kastast ákaft út úr uppgufunartækinu er auðvitað súrefni (þú getur athugað hvort glóandi logi fari að loga fyrir ofan yfirborð vökvans). Í næsta skrefi oxar súrefnið sem losnar í ofangreindum viðbrögðum Fe katjónirnar.²⁺:

Endurmyndaðar Fe jónir³⁺ þeir taka aftur þátt í fyrstu viðbrögðum. Ferlið lýkur þegar allt vetnisperoxíð hefur verið uppurið, sem þú munt taka eftir þegar gulleiti liturinn fer aftur í innihald uppgufunartækisins. Þegar þú margfaldar báðar hliðar fyrstu jöfnunnar með tveimur og bætir henni til hliðar við þá seinni og fellir síðan út sömu hugtök á gagnstæðum hliðum (eins og í venjulegri stærðfræðijöfnu), færðu dreifingarviðbragðsjöfnuna H₂O₂. Vinsamlegast athugaðu að það eru engar járnjónir í því, en til að gefa til kynna hlutverk þeirra í umbreytingunni skaltu slá þær fyrir ofan örina:

Vetnisperoxíð brotnar einnig sjálfkrafa niður samkvæmt ofangreindri jöfnu (augljóslega án járnjóna), en þetta ferli er frekar hægt. Með því að bæta við hvata breytist hvarfbúnaðurinn í þann sem er auðveldari í framkvæmd og flýtir því fyrir allri umbreytingunni. Svo hvers vegna hugmyndin um að hvatinn taki ekki þátt í hvarfinu? Sennilega vegna þess að það endurnýjast í ferlinu og helst óbreytt í blöndunni af afurðum (í tilrauninni kemur guli liturinn á Fe(III) jónum bæði fyrir og eftir hvarf). Svo mundu það hvatinn tekur þátt í hvarfinu og er virki hlutinn.

Fyrir vandræði með X.₂O₂

4. Katalasi brotnar niður vetnisperoxíð (rör vinstra megin), að bæta við EDTA lausn eyðileggur ensímið (rör til hægri)

Ensím eru líka hvatar en þau verka í frumum lífvera. Náttúran notaði járnjónir í virkum stöðvum ensíma sem flýta fyrir oxun og afoxunarhvörfum. Þetta er vegna áðurnefndra smávægilegra breytinga á gildi járns (frá II til III og öfugt). Eitt af þessum ensímum er katalasi, sem verndar frumur fyrir mjög eitruðum afurðum súrefnisbreytingar í frumu - vetnisperoxíði. Þú getur auðveldlega fengið katalasa: stappið kartöflur og hellið vatni yfir kartöflumús. Látið sviflausnina sökkva til botns og fargið flotinu.

Hellið 5 cm í tilraunaglasið.³ kartöfluþykkni og bætið við 1 cm³ vetnisperoxíð. Innihaldið er mjög froðukennt, það gæti jafnvel „skriðið út“ úr tilraunaglasinu, svo reyndu það á bakka. Katalasi er mjög duglegt ensím, ein katalasasameind getur brotið niður allt að nokkrar milljónir H sameinda á mínútu.₂O₂.

Eftir að útdrættinum hefur verið hellt í annað tilraunaglasið er 1-2 ml bætt við³ EDTA lausn (natríumedínsýra) og innihaldinu er blandað saman. Ef þú bætir nú við skoti af vetnisperoxíði muntu ekki sjá neina niðurbrot á vetnisperoxíði. Ástæðan er myndun mjög stöðugrar járnjónasamstæðu með EDTA (þetta hvarfefni hvarfast við margar málmjónir, sem eru notaðar til að ákvarða og fjarlægja þær úr umhverfinu). Samsetning Fe jóna³⁺ með EDTA lokaði virka stað ensímsins og óvirkjaði því katalasa (4).

Brúðkaupshringur úr járni

Í greiningarefnafræði byggist auðkenning margra jóna á myndun lítt leysanlegra botnfalla. Hins vegar mun lauslega litið á leysnitöfluna sýna að nítrat (V) og nítrat (III) anjónin (sölt þeirrar fyrstu eru kölluð einfaldlega nítrat og hin síðari - nítrít) mynda nánast ekki botnfall.

Járn (II) súlfat FeSO kemur til bjargar við að greina þessar jónir.₄. Undirbúðu hvarfefnin. Til viðbótar við þetta salt þarftu óblandaða lausn af brennisteinssýru (VI) H₂SO₄ og þynnt 10-15% lausn af þessari sýru (farið varlega þegar þið þynnið, hellið auðvitað „sýru í vatn“). Að auki eru sölt sem innihalda anjónirnar sem greindust, eins og KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Útbúið óblandaða FeSO lausn.₄ og lausnir af söltum beggja anjóna (leysið upp fjórðung af teskeið af salti í um 50 cm³ vatn).

5. Jákvæð niðurstaða hringprófs.

Hvarfefnin eru tilbúin, það er kominn tími til að gera tilraunir. Hellið 2-3 cm í tvö rör³ FeSO lausn₄. Bætið síðan við nokkrum dropum af óblandaðri N lausn.₂SO₄. Safnaðu skammti af nítrítlausninni með því að nota pípettu (t.d. NaNO₂) og helltu því út í þannig að það renni niður vegg tilraunaglassins (þetta er mikilvægt!). Á sama hátt skaltu hella hluta af saltpéturlausninni (til dæmis KNO₃). Ef báðum lausnum er hellt vandlega, munu brúnir hringir birtast á yfirborðinu (þar af leiðandi er algengt nafn fyrir þessa prófun, hringviðbrögð) (5). Áhrifin eru áhugaverð, en þú hefur rétt á að verða fyrir vonbrigðum, jafnvel reiður (Þetta er greiningarpróf, þegar allt kemur til alls? Niðurstöðurnar eru þær sömu í báðum tilvikum!).

Hins vegar gerðu aðra tilraun. Að þessu sinni er þynnt H bætt við.₂SO₄. Eftir að hafa sprautað nítrat- og nítrítlausnum (eins og áður) muntu taka eftir jákvæðri niðurstöðu í aðeins einu tilraunaglasi - því sem er með NaNO lausninni.₂. Að þessu sinni hefur þú sennilega engar athugasemdir við gagnsemi hringprófsins: hvarfið í örlítið súrum miðli gerir þér kleift að greina greinilega á milli tveggja jóna.

Hvarfbúnaðurinn byggist á niðurbroti beggja tegunda nítratjóna með losun nituroxíðs (II) NO (í þessu tilviki er járnjónin oxuð úr tveimur til þremur tölustöfum). Samsetning Fe(II) jónarinnar með NO hefur brúnan lit og gefur hringnum lit (það er gert ef prófið er rétt gert, með því einfaldlega að blanda lausnunum færðu aðeins dökka litinn á tilraunaglasinu, en - þú viðurkennir - það verða ekki svona áhugaverð áhrif). Hins vegar, niðurbrot nítratjóna krefst mjög súrs hvarfefnis, en nítrít krefst aðeins lítils súrnunar, þess vegna munurinn sem sást við prófunina.

Járn í leyniþjónustunni

Fólk hefur alltaf haft eitthvað að fela. Stofnun tímaritsins fól einnig í sér þróun aðferða til að vernda slíkar sendar upplýsingar - dulkóðun eða fela textann. Margs konar samúðarblek hefur verið fundið upp fyrir síðari aðferðina. Þetta eru efnin sem þú bjóst til fyrir áletrunin sést ekkiþað kemur hins vegar í ljós undir áhrifum td hitunar eða meðhöndlunar með öðru efni (framleiðanda). Það er ekki erfitt að undirbúa fallegt blek og verktaki þess. Það er nóg að finna hvarfið þar sem lituð vara myndast. Það er best að blekið sjálft sé litlaus, þá verður áletrunin sem þau gerðu ósýnileg á undirlagi af hvaða lit sem er.

Járnsambönd gera einnig aðlaðandi blek. Eftir að hafa framkvæmt áður lýstar prófanir er hægt að bjóða upp á lausnir af járni (III) og FeCl klóríði sem sympatískt blek.₃, kalíumþíósýaníð KNCS og kalíumferrósýaníð K₄[Fe(CN)₆]. Í FeCl hvarfinu₃ með sýaníði verður það rautt og með járnsýaníði verður það blátt. Þau henta betur sem blek. lausnir af þíósýanati og ferrósýaníðiþar sem þau eru litlaus (í síðara tilvikinu verður að þynna lausnina). Áletrunin var gerð með gulleitri lausn af FeCl.₃ það sést á hvítum pappír (nema spjaldið sé líka gult).

6. Tvílitur maskari er góður

7. Samúðlegt salisýlsýrublek

Útbúið þynntar lausnir af öllum söltum og notið pensil eða eldspýtu til að skrifa á spjöldin með lausn af blásýru og ferrósýaníði. Notaðu annan bursta fyrir hvern til að forðast að menga hvarfefnin. Þegar það er þurrt skaltu setja á þig hlífðarhanska og væta bómullina með FeCl lausninni.₃. Járn (III) klóríð lausn ætandi og skilur eftir sig gula bletti sem verða brúnir með tímanum. Af þessum sökum, forðastu að bletta húðina og umhverfið með því (framkvæmdu tilraunina á bakka). Notaðu bómullarþurrku til að snerta blað til að bleyta yfirborð þess. Undir áhrifum framkvæmdaraðila munu rauðir og bláir stafir birtast. Það er líka hægt að skrifa með báðum blekunum á eitt blað, þá verður áletrunin sem birtist tvílit (6). Salisýlalkóhól (2% salisýlsýra í alkóhóli) hentar einnig sem blátt blek (7).

Þar með lýkur þríþættri greininni um járn og efnasambönd þess. Þú komst að því að þetta er mikilvægur þáttur og að auki gerir það þér kleift að framkvæma margar áhugaverðar tilraunir. Hins vegar munum við enn einbeita okkur að „járni“ efninu, því eftir mánuð muntu hitta versta óvin hans - tæringu.

Sjá einnig: