Demir Çağı - Bölüm 3

Medeniyetimizin bir numaralı metali ve ilişkileriyle ilgili son sayı. Şu ana kadar yapılan deneyler, bunun ev laboratuvarında yapılacak ilginç bir araştırma konusu olduğunu gösterdi. Bugünkü deneyler de daha az ilgi çekici olmayacak ve kimyanın bazı yönlerine farklı bir açıdan bakmamıza olanak tanıyacak.

Makalenin ilk bölümündeki deneylerden biri, yeşilimsi demir (II) hidroksit çökeltisinin H çözeltisi ile kahverengi demir (III) hidroksite oksidasyonuydu.₂O₂. Hidrojen peroksit, demir bileşikleri de dahil olmak üzere birçok faktörün etkisi altında ayrışır (deneyde oksijen kabarcıkları keşfedildi). Bu efekti şunu göstermek için kullanacaksınız:

...Katalizör nasıl çalışır?

elbette reaksiyonu hızlandırır, ama - şunu hatırlamakta fayda var - yalnızca belirli koşullar altında gerçekleşebilenler (bazen çok yavaş, hatta algılanamaz bir şekilde de olsa). Ancak katalizörün reaksiyonu hızlandırdığına ancak reaksiyona katılmadığına dair bir ifade var. Hmm... neden ekleyelim ki? Kimya sihir değildir (bazen bana öyle geliyor ve hatta "siyah") ve basit bir deneyle katalizörün iş başında olduğunu göreceksiniz.

Öncelikle pozisyonunuzu hazırlayın. Masanın dökülmesini önlemek için bir tepsiye, koruyucu eldiven ve gözlüklere veya vizöre ihtiyacınız olacaktır. Kostik bir reaktifle uğraşıyorsunuz: perhidrol (%30 hidrojen peroksit H çözeltisi)₂O₂) ve demir (III) klorür çözeltisi FeCl₃. Akıllıca davranın, özellikle gözlerinize dikkat edin: Pehidrol ile yanan ellerinizin derisi yenilenir, ancak gözleriniz yenilenmez. (1).

2. Soldaki buharlaştırıcı sadece su içerir, sağdaki ise perhidrol ilaveli sudur. Her ikisine de bir demir(III) klorür çözeltisi döküyorsunuz.

3. Reaksiyonun ilerlemesi, tamamlandıktan sonra katalizör yenilenir

Porselen bir buharlaştırıcıya dökün ve iki kat daha fazla su ekleyin (reaksiyon hidrojen peroksit ile de meydana gelir, ancak% 3'lük bir çözelti durumunda etki çok az fark edilir). Yaklaşık %10 H çözeltiniz var₂O₂ (ticari perhidrol su ile 1:2 oranında seyreltilmiştir). İkinci buharlaştırıcıya, her bir kapta aynı miktarda sıvı bulunacak şekilde yeterince su dökün (bu sizin referans çerçeveniz olacaktır). Şimdi her iki vapura da 1-2 cm ekleyin.³ %10 FeCl çözeltisi₃ ve testi dikkatle izleyin (2).

Kontrol buharlaştırıcısında sıvı, hidratlanmış Fe iyonlarından dolayı sarımsı renktedir.³⁺. Öte yandan, hidrojen peroksit içeren bir kapta çok şey olur: içerik kahverengiye döner, gaz yoğun bir şekilde açığa çıkar ve buharlaştırıcıdaki sıvı çok ısınır, hatta kaynar. Reaksiyonun sonu, kontrol sisteminde (3) olduğu gibi, gaz oluşumunun durması ve içeriğin renginin sarıya dönmesi ile işaretlenir. Sen sadece bir tanıktın katalitik konvertörün çalışması, gemide ne gibi değişikliklerin meydana geldiğini biliyor musunuz?

Kahverengi renk, reaksiyon sonucu oluşan demirli demir bileşiklerinden gelir:

Evaporatörden yoğun bir şekilde yayılan gaz elbette oksijendir (için için yanan meşalenin sıvı yüzeyinin üzerinde yanmaya başlayıp başlamadığını kontrol edebilirsiniz). Bir sonraki adımda yukarıdaki reaksiyonda açığa çıkan oksijen Fe katyonlarını oksitler.²⁺:

Rejenere Fe iyonları³⁺ yine ilk reaksiyonda yer alırlar. İşlem, hidrojen peroksitin tamamı tükendiğinde sona erer; bunu, buharlaştırıcının içeriğinde sarımsı bir renk geri döndüğünde fark edeceksiniz. İlk denklemin her iki tarafını ikiyle çarpıp ikincinin kenarına eklediğinizde ve ardından karşı taraflardaki benzer terimleri iptal ettiğinizde (normal bir matematik denkleminde olduğu gibi), H dağılım reaksiyon denklemini elde edersiniz.₂O₂. Demir iyonlarının bulunmadığını unutmayın ancak dönüşümdeki rollerini belirtmek için bunları okun üstüne yazın:

Hidrojen peroksit de yukarıdaki denkleme göre (açıkçası demir iyonları olmadan) kendiliğinden ayrışır, ancak bu süreç oldukça yavaştır. Bir katalizörün eklenmesi, reaksiyon mekanizmasını uygulanması daha kolay bir mekanizmaya dönüştürür ve dolayısıyla tüm dönüşümü hızlandırır. Peki neden katalizörün reaksiyona dahil olmadığı fikri? Muhtemelen işlem sırasında yenilendiği ve ürün karışımında değişmeden kaldığı için (deneyde Fe(III) iyonlarının sarı rengi reaksiyondan önce ve sonra ortaya çıkmıştır). O yüzden şunu hatırla katalizör reaksiyona katılır ve aktif kısımdır.

H. ile yaşanan sorunlar için.₂O₂

4. Katalaz hidrojen peroksiti ayrıştırır (soldaki test tüpü), bir EDTA çözeltisi eklemek enzimi yok eder (sağdaki test tüpü)

Enzimler de katalizördür ancak canlı organizmaların hücrelerinde etki gösterirler. Doğa, enzimlerin aktif merkezlerinde oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonlarını hızlandıran demir iyonlarını kullandı. Bunun nedeni, demirin değerindeki daha önce bahsedilen küçük değişikliklerdir (II'den III'e ve tersi). Bu enzimlerden biri, hücreleri hücresel oksijen dönüşümlerinin son derece toksik ürünü olan hidrojen peroksitten koruyan katalazdır. Patatesleri ezip, pürenin üzerine su ekleyerek kolaylıkla katalaz elde edebilirsiniz. Süspansiyonun dibe batmasına izin verin ve süpernatantı atın.

Bir test tüpüne 5 cm dökün.³ patates ekstraktı ve 1 cm ekleyin³ hidrojen peroksit. İçerik çok köpüklüdür ve hatta test tüpünün içinden "çıkabilir", bu yüzden bir tepsi üzerinde deneyin. Katalaz çok etkili bir enzimdir; bir katalaz molekülü bir dakikada birkaç milyon H molekülünü parçalayabilir.₂O₂.

Ekstraktı ikinci bir test tüpüne döktükten sonra 1-2 cm ekleyin.³ EDTA çözeltisi (sodyum edetik asit) ve içerikleri karıştırılır. Şimdi bir miktar hidrojen peroksit eklerseniz, hidrojen peroksitin herhangi bir ayrışmasını görmezsiniz. Bunun nedeni, EDTA ile çok kararlı bir demir iyonu kompleksinin oluşmasıdır (bu reaktif, bunların belirlenmesi ve ortamdan uzaklaştırılması için kullanılan birçok metal iyonu ile reaksiyona girer). Fe iyonlarının kombinasyonu³⁺ EDTA ile enzimin aktif bölgesi bloke edilmiş ve dolayısıyla katalaz inaktive edilmiştir (4).

Demir alyans

Analitik kimyada birçok iyonun tanımlanması, az çözünen çökeltilerin oluşumuna dayanır. Bununla birlikte, çözünürlük tablosuna hızlı bir bakış, nitrat (V) ve nitrat (III) anyonlarının (ilkinin tuzlarına basitçe nitratlar denir ve ikincisi - nitritler) pratikte bir çökelti oluşturmadığını gösterecektir.

Demir (II) sülfat FeSO bu iyonların tespitinde imdada yetişiyor.₄. Reaktifleri hazırlayın. Bu tuza ek olarak konsantre bir sülfürik asit (VI) H çözeltisine ihtiyacınız olacak.₂SO₄ ve bu asidin seyreltilmiş% 10-15'lik bir çözeltisi (seyreltirken, elbette "asit suya" dökerken dikkatli olun). Ayrıca KNO gibi tespit edilen anyonları içeren tuzlar₃, NaNO₃, NaNO₂. Konsantre bir FeSO çözeltisi hazırlayın.₄ ve her iki anyonun tuzlarının çözeltileri (çeyrek çay kaşığı tuzu yaklaşık 50 cm'de eritin)³ su).

5. Halka testinin pozitif sonucu.

Reaktifler hazır, deneme zamanı. İki test tüpüne 2-3 cm dökün³ FeSO çözümü₄. Daha sonra birkaç damla konsantre N çözeltisi ekleyin.₂SO₄. Bir pipet kullanarak nitrit çözeltisinin (NaNO gibi) bir kısmını toplayın.₂) ve test tüpünün duvarından aşağı akacak şekilde dökün (bu önemlidir!). Aynı şekilde nitrat çözeltisinin bir kısmını (örneğin KNO) dökün.₃). Her iki çözeltiyi de dikkatlice dökerseniz, yüzeyde kahverengi daireler görünecektir (dolayısıyla bu testin ortak adı halka reaksiyonudur) (5). Etkisi ilginç, ama hayal kırıklığına uğramaya, hatta belki kızmaya hakkınız var (Sonuçta bu analitik bir test mi? Sonuçlar her iki durumda da aynı!).

Ancak bir deney daha deneyin. Bu kez demir (II) tuzu çözeltisini içeren test tüplerine seyreltik H çözeltisini ekleyin.₂SO₄. Nitrat ve nitrit çözeltilerini (daha önce olduğu gibi) ekledikten sonra, yalnızca bir test tüpünde - NaNO çözeltisi içeren tüpte - pozitif sonuç fark edeceksiniz.₂. Bu sefer muhtemelen halka testinin kullanışlılığı konusunda herhangi bir çekinceniz yoktur: hafif asidik bir ortamda gerçekleşen reaksiyon, iki iyonun açıkça ayırt edilmesini sağlar.

Reaksiyon mekanizması, her iki tür nitrat iyonunun nitrojen oksit (II) NO salınımıyla ayrışmasına dayanır (bu durumda demir iyonu iki ila üç basamaklı arasında oksitlenir). Fe(II) iyonunun NO ile birleşimi kahverengi bir renge sahiptir ve halkaya bir renk verir (eğer test doğru yapılırsa, çözeltileri basitçe karıştırarak test tüpünün yalnızca koyu rengini elde edersiniz, ancak - itiraf edin - bu kadar ilginç bir etki olmayacak). Bununla birlikte, nitrat iyonlarının ayrışması güçlü bir asidik reaksiyon ortamı gerektirirken, nitrit yalnızca hafif asitleştirmeyi gerektirir; dolayısıyla testte gözlenen farklılıklar.

Gizli Servis'te Demir

İnsanların her zaman saklayacak bir şeyleri olmuştur. Derginin oluşturulması aynı zamanda iletilen bu tür bilgilerin korunmasına yönelik yöntemlerin (metnin şifrelenmesi veya gizlenmesi) geliştirilmesini de gerektirdi. İkinci yöntem için çeşitli sempatik mürekkepler icat edilmiştir. Bunlar onları yapmanızı sağlayan maddeler yazı görünmüyorancak, örneğin ısıtmanın veya başka bir maddeyle (geliştiricinin) işlenmesinin etkisi altında ortaya çıkar. Güzel bir mürekkep ve geliştiricisi yapmak zor değil. Renkli bir ürün üreten reaksiyonu bulmak yeterlidir. Mürekkebin kendisinin renksiz olması en iyisidir, o zaman yaptığı yazı herhangi bir renkteki alt tabaka üzerinde görünmez olacaktır.

Demir bileşikleri ayrıca çekici mürekkepler oluşturur. Daha önce anlatılan testleri gerçekleştirdikten sonra sempatik mürekkepler olarak demir (III) ve FeCl klorür çözeltileri önerilebilir.₃, potasyum tiyosiyanür KNCS ve potasyum ferrosiyanür K₄[Fe(CN)₆] FeCl reaksiyonunda₃ siyanür ile kırmızıya, ferrosiyanür ile maviye dönecektir. Mürekkep olarak daha iyidirler. tiyosiyanat ve ferrosiyanür çözeltilerirenksiz oldukları için (ikinci durumda çözeltinin seyreltilmesi gerekir). Yazıt sarımsı bir FeCl çözeltisi ile yapılmıştır.₃ beyaz kağıt üzerinde görünür (kartın aynı zamanda sarı olmadığı sürece).

6. İki tonlu maskara iyidir

7. Sempatik Salisilik Asit Mürekkebi

Tüm tuzların seyreltilmiş çözeltilerini hazırlayın ve bir fırça veya kibrit kullanarak kartların üzerine siyanür ve ferrosiyanür çözeltisiyle yazın. Reaktiflerin kirlenmesini önlemek için her biri için farklı bir fırça kullanın. Kuruturken koruyucu eldiven giyin ve pamuk yünü FeCl çözeltisiyle nemlendirin.₃. Demir(III) klorür çözeltisi aşındırıcı ve zamanla kahverengiye dönüşen sarı lekeler bırakır. Bu nedenle cildinizi ve çevrenizi lekelemekten kaçının (deneyi bir tepsi üzerinde yapın). Yüzeyini nemlendirmek için bir kağıt parçasına dokunmak için pamuklu çubuk kullanın. Geliştiricinin etkisi altında kırmızı ve mavi harfler görünecektir. Ayrıca her iki mürekkeple de tek bir kağıda yazabilirsiniz, ardından açılan yazı iki renkli olacaktır (6). Salisilik alkol (alkolde %2 salisilik asit çözeltisi) de mavi mürekkep olarak uygundur (7).

Bu, demir ve bileşikleri üzerine üç bölümlük bir makaleyi sonlandırıyor. Bunun önemli bir unsur olduğunu ve ayrıca birçok ilginç deney yapmanıza olanak sağladığını öğrendiniz. Ancak yine de "demir" konusuna odaklanacağız çünkü bir ay içinde onun en büyük düşmanıyla tanışacaksınız - korozyon.

Ayrıca bakınız: