Vaskorszak – 3. rész

A legújabb szám civilizációnk első számú fémjéről és kapcsolatairól. Az eddigi kísérletek azt mutatták, hogy ez egy érdekes tárgy az otthoni laboratóriumban végzett kutatáshoz. A mai kísérletek nem kevésbé lesznek érdekesek, és lehetővé teszik, hogy más pillantást vethessen a kémia egyes aspektusaira.

A cikk első részének egyik kísérlete egy zöldes színű vas(II)-hidroxid csapadék oxidációja volt barna vas(III)-hidroxiddá H oldatával.₂O₂. A hidrogén-peroxid számos tényező hatására bomlik, beleértve a vasvegyületeket is (a kísérletben oxigénbuborékokat találtak). Ezzel az effektussal megmutatod...

… Hogyan működik a katalizátor

persze felgyorsítja a reakciót, de - érdemes megjegyezni - csak olyat, ami adott körülmények között (bár néha nagyon lassan, akár észrevétlenül) előfordulhat. Igaz, van egy állítás, hogy a katalizátor felgyorsítja a reakciót, de maga nem vesz részt benne. Hmm... miért van egyáltalán hozzá? A kémia nem varázslat (néha úgy tűnik számomra, és "fekete" a rendszerindításhoz), és egy egyszerű kísérlettel látni fogja a katalizátort működés közben.

Először készítse elő a pozícióját. Szüksége lesz egy tálcára, hogy megóvja az asztalt az elárasztástól, védőkesztyűre és védőszemüvegre vagy napellenzőre. Ön egy maró reagenssel foglalkozik: perhidrollal (30%-os hidrogén-peroxid oldat H₂O₂) és vas(III)-klorid-oldat FeCl₃. Cselekedj okosan, különösen vigyázz a szemedre: a pehidrollal megégett kezek bőre regenerálódik, a szem viszont nem. (1).

2. A bal oldali párologtató csak vizet tartalmaz, a jobb oldalon - vizet perhidrol hozzáadásával. Öntsön vas(III)-klorid oldatot mindkettőbe

3. A reakció lefolyása, annak lezajlása után a katalizátort regenerálják

Porcelán bepárlóba öntjük és kétszer annyi vizet adunk hozzá (hidrogén-peroxidnál is előfordul a reakció, de 3%-os oldat esetén alig észrevehető a hatás). Körülbelül 10%-os H oldatot kapott₂O₂ (kereskedelmi perhidrol, vízzel 1:2 arányban hígítva). Öntsön annyi vizet a második elpárologtatóba, hogy minden edényben ugyanannyi folyadék legyen (ez lesz a referenciakeret). Most adjunk hozzá 1-2 cm-t mindkét párolóhoz.³ 10%-os FeCl oldat₃ és gondosan figyelje meg a vizsgálat menetét (2).

A kontroll elpárologtatóban a folyadék sárgás színű a hidratált vas-ionok miatt.³⁺. A hidrogén-peroxidos edényben viszont sok minden történik: a tartalom megbarnul, a gáz intenzíven szabadul fel, az elpárologtatóban pedig nagyon felforrósodik, esetleg felforr a folyadék. A reakció végét a gázfejlődés megszűnése és a tartalom színének sárgássá válása jelzi, mint a vezérlőrendszerben (3). Te csak egy szemtanú voltál katalizátoros működés, de tudja, milyen változások történtek az edényben?

A barna szín a reakció eredményeként képződő vasvegyületekből származik:

Az elpárologtatóból intenzíven kilépő gáz természetesen oxigén (ellenőrizheti, hogy a folyadék felszíne felett izzó láng kezd-e égni). A következő lépésben a fenti reakcióban felszabaduló oxigén oxidálja a Fe-kationokat.²⁺:

Regenerált vas-ionok³⁺ ismét részt vesznek az első reakcióban. A folyamat akkor ér véget, amikor az összes hidrogén-peroxidot elhasználta, amit észre fog venni, ahogy a sárgás szín visszatér az elpárologtató tartalmához. Ha az első egyenlet mindkét oldalát megszorozzuk kettővel, és oldalirányban hozzáadjuk a másodikhoz, majd töröljük ugyanazokat a tagokat az ellenkező oldalon (mint egy normál matematikai egyenletben), megkapjuk a H eloszlási reakcióegyenletet.₂O₂. Kérjük, vegye figyelembe, hogy nincsenek benne vasionok, de az átalakulásban betöltött szerepük jelzéséhez írja be őket a nyíl fölé:

A hidrogén-peroxid is spontán bomlik a fenti egyenlet szerint (nyilván vasionok nélkül), de ez a folyamat meglehetősen lassú. Katalizátor hozzáadása a reakciómechanizmust egy könnyebben megvalósíthatóra változtatja, és ezáltal felgyorsítja a teljes konverziót. Akkor miért az az elképzelés, hogy a katalizátor nem vesz részt a reakcióban? Valószínűleg azért, mert a folyamat során regenerálódik, és változatlan marad a termékkeverékben (a kísérletben a Fe(III)-ionok sárga színe a reakció előtt és után is előfordul). Szóval ne feledd a katalizátor részt vesz a reakcióban és az aktív rész.

A H-vel való gondok miatt.₂O₂

4. A kataláz lebontja a hidrogén-peroxidot (a cső a bal oldalon), az EDTA-oldat hozzáadása elpusztítja az enzimet (a cső a jobb oldalon)

Az enzimek is katalizátorok, de az élő szervezetek sejtjeiben hatnak. A természet vasionokat használt az enzimek aktív központjaiban, amelyek felgyorsítják az oxidációs és redukciós reakciókat. Ennek oka a vas vegyértékének már említett enyhe változása (II-ről III-ra és fordítva). Az egyik ilyen enzim a kataláz, amely megvédi a sejteket a celluláris oxigénátalakítás rendkívül mérgező termékétől - a hidrogén-peroxidtól. Katalázt könnyen beszerezhetsz: burgonyát pürésíts, és a krumplipürét öntsd fel vízzel. Hagyja a szuszpenziót lesüllyedni az aljára, és dobja ki a felülúszót.

Öntsön 5 cm-t a kémcsőbe.³ burgonyakivonatot és adjunk hozzá 1 cm-t³ hidrogén-peroxid. A tartalom nagyon habos, akár „kikerülhet” a kémcsőből, próbáld ki tálcán. A kataláz nagyon hatékony enzim, egy molekula kataláz akár több millió H-molekulát is képes lebontani egy perc alatt.₂O₂.

Miután a kivonatot a második kémcsőbe öntötte, adjon hozzá 1-2 ml-t³ EDTA-oldatot (nátrium-edetinsav) és a tartalmát összekeverjük. Ha most hozzáad egy adag hidrogén-peroxidot, nem fogja látni a hidrogén-peroxid bomlását. Ennek oka az EDTA-val nagyon stabil vasion komplex képződése (ez a reagens sok fémionnal reagál, ami meghatározza és eltávolítja őket a környezetből). Fe-ionok kombinációja³⁺ EDTA-val blokkolta az enzim aktív helyét, és ennek következtében inaktiválta a katalázt (4).

Vas jegygyűrű

Az analitikai kémiában sok ion azonosítása gyengén oldódó csapadék képződésén alapul. Azonban egy felületes pillantás az oldhatósági táblázatra megmutatja, hogy a nitrát (V) és nitrát (III) anionok (az első sóit egyszerűen nitrátoknak, a második nitriteknek nevezik) gyakorlatilag nem képeznek csapadékot.

A vas(II)-szulfát FeSO segít ezeknek az ionoknak a kimutatásában.₄. Készítse elő a reagenseket. Ezen a són kívül szüksége lesz egy tömény kénsav (VI) H oldatra₂SO₄ és ennek a savnak hígított, 10-15%-os oldatát (hígításnál óvatosan, természetesen „savat vízbe önteni”). Ezenkívül a kimutatott anionokat tartalmazó sók, például a KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Készítsen tömény FeSO-oldatot.₄ és mindkét anion sójának oldatai (egy negyed teáskanál sót kb. 50 cm-ben oldunk fel³ víz).

5. A gyűrűteszt pozitív eredménye.

A reagensek készen állnak, ideje kísérletezni. Öntsön 2-3 cm-t két csőbe³ FeSO oldat₄. Ezután adjunk hozzá néhány csepp tömény N-oldatot.₂SO₄. Pipetta segítségével gyűjtsük össze a nitritoldat egy alikvot részét (pl. NaNO₂) és öntsük bele úgy, hogy a kémcső falán lefolyjon (ez fontos!). Ugyanígy öntse bele a sóoldat egy részét (például KNO₃). Ha mindkét oldatot óvatosan felöntjük, barna körök jelennek meg a felületen (innen ered a teszt általános neve, gyűrűreakció) (5). A hatás érdekes, de joga van csalódni, esetleg felháborodni (Ez egy elemző teszt, az eredmény mindkét esetben ugyanaz!).

Azonban végezzen egy másik kísérletet. Ezúttal adjunk hozzá híg H-t.₂SO₄. A nitrát- és nitritoldatok befecskendezése után (mint korábban) csak egy kémcsőben fog pozitív eredményt észlelni – abban, amelyikben a NaNO oldat van.₂. Ezúttal valószínűleg nem aggódik a gyűrűpróba hasznosságát illetően: az enyhén savas közegben végbemenő reakció lehetővé teszi a két ion egyértelmű megkülönböztetését.

A reakciómechanizmus mindkét típusú nitrát-ion lebontásán alapul, nitrogén-monoxid (II) NO felszabadulásával (ebben az esetben a vasion két-három számjegyű oxidációval történik). A Fe(II) ion NO-val való kombinációja barna színű és színt ad a gyűrűnek (ha a tesztet helyesen végezzük, az oldatok egyszerű összekeverésével csak a kémcső sötét színét kapjuk, de - elismered - nem lesz olyan érdekes hatás). A nitrátionok lebontásához azonban erősen savas reakcióközeg szükséges, míg a nitrithez csak enyhe savanyítás szükséges, ezért a vizsgálat során megfigyelhető különbségek.

Vas a titkosszolgálatban

Az embereknek mindig volt rejtegetnivalójuk. A folyóirat létrehozása magában foglalta az ilyen továbbított információk védelmére szolgáló módszerek kidolgozását is - titkosítás vagy a szöveg elrejtése. Ez utóbbi módszerhez többféle szimpatikus tintát találtak ki. Ezekre az anyagokra készítetted őket a felirat nem látszikazonban feltárul például melegítés vagy más anyaggal (fejlesztő) való kezelés hatására. A szép tinta és előhívójának elkészítése nem nehéz. Elég megtalálni azt a reakciót, amelyben színes termék képződik. A legjobb, ha maga a tinta színtelen, akkor az általuk készített felirat láthatatlan lesz bármilyen színű hordozón.

A vasvegyületek vonzó tintákat is készítenek. A korábban ismertetett vizsgálatok elvégzése után vas(III) és FeCl-klorid oldatok ajánlhatók fel szimpatikus tintaként.₃, kálium-tiocianid KNCS és kálium-ferrocianid K₄[Fe(CN)₆]. A FeCl reakcióban₃ ciánnal piros, ferrocianiddal pedig kék színű lesz. Tintaként jobban megfelelnek. tiocianát és ferrocianid oldatokmivel színtelenek (utóbbi esetben az oldatot hígítani kell). A felirat sárgás FeCl oldattal készült.₃ fehér papíron látható (hacsak nem sárga a kártya is).

6. Jó a kéttónusú szempillaspirál

7. Szimpatikus szalicilsav tinta

Készítsen hígított oldatot az összes sóból, és ecsettel vagy gyufával írjon a kártyákra cianid és ferrocianid oldattal. Mindegyikhez más kefét használjon, hogy elkerülje a reagensek szennyeződését. Ha megszáradt, vegyen fel védőkesztyűt, és nedvesítse meg a pamutot FeCl-oldattal.₃. Vas(III)-klorid oldat maró hatású és sárga foltokat hagy maga után, amelyek idővel megbarnulnak. Emiatt kerüljük a bőr és a környezet vele való szennyezését (a kísérletet tálcán végezzük). Használjon vattapamacsot, hogy megérintsen egy papírdarabot, hogy megnedvesítse a felületét. A fejlesztő hatására piros és kék betűk jelennek meg. Mindkét tintával is írhatsz egy lapra, ekkor kétszínű lesz a feltárt felirat (6). Szalicilalkohol (2% szalicilsav az alkoholban) szintén alkalmas kék tintaként (7).

Ezzel zárul a vasról és vegyületeiről szóló háromrészes cikk. Rájött, hogy ez egy fontos elem, és emellett sok érdekes kísérletet is lehetővé tesz. Azonban továbbra is a „vas” témára fogunk összpontosítani, mert egy hónap múlva találkozik a legrosszabb ellenségével - rozsdásodás.

Lásd még: