Темір дәуірі - 3 бөлім

Өркениетіміздің бірінші металы және оның қарым-қатынасы туралы соңғы шығарылым. Осы уақытқа дейін жүргізілген тәжірибелер бұл үй зертханасында зерттеу үшін қызықты нысан екенін көрсетті. Бүгінгі тәжірибелер қызықты болмайды және химияның кейбір аспектілеріне басқаша қарауға мүмкіндік береді.

Мақаланың бірінші бөліміндегі тәжірибелердің бірі темір (II) гидроксидінің жасыл түсті тұнбасын Н ерітіндісімен қоңыр темір (III) гидроксидіне дейін тотығу болды.₂O₂. Сутегі асқын тотығы көптеген факторлардың, соның ішінде темір қосылыстарының әсерінен ыдырайды (тәжірибеде оттегі көпіршіктері табылды). Сіз бұл әсерді көрсету үшін пайдаланасыз...

… Катализатор қалай жұмыс істейді

әрине реакцияны жылдамдатады, бірақ - есте сақтау керек - берілген жағдайларда (кейде өте баяу, тіпті сезілмейтін болса да) болуы мүмкін тек біреуі. Рас, катализатор реакцияны тездетеді, бірақ оған өзі қатыспайды деген тұжырым бар. Хмм... ол неге қосылды? Химия сиқыр емес (кейде маған солай болып көрінеді, ал жүктеу үшін «қара») және қарапайым эксперимент арқылы сіз катализатордың әрекетін көресіз.

Алдымен позицияңызды дайындаңыз. Үстелді су басудан сақтау үшін сізге науа, қорғаныс қолғаптары, көзілдірік немесе күнқағар қажет. Сіз каустикалық реагентпен жұмыс істеп жатырсыз: пергидрол (30% сутегі асқын тотығы ерітіндісі Н₂O₂) және темір (III) хлоридінің ерітіндісі FeCl₃. Ақылмен әрекет етіңіз, әсіресе көзіңізді күтіңіз: пегидролмен күйген қолдың терісі қалпына келеді, бірақ көздер жасамайды. (1).

2. Сол жақтағы буландырғышта тек су, оң жақта - пергидрол қосылған су бар. Екеуіне де темір (III) хлоридінің ерітіндісін құясыз

3. Реакцияның жүруі, ол аяқталғаннан кейін катализатор регенерацияланады

Фарфорды буландырғышқа құйып, екі есе көп су қосыңыз (реакция сутегі асқын тотығымен де жүреді, бірақ 3% ерітінді жағдайында әсер айтарлықтай байқалмайды). Сіз шамамен 10% H ерітіндісін алдыңыз₂O₂ (1:2 сумен сұйылтылған коммерциялық пергидрол). Әрбір ыдыста бірдей сұйықтық мөлшері болуы үшін екінші буландырғышқа жеткілікті су құйыңыз (бұл сіздің анықтамалық шеңберіңіз болады). Енді екі пароходқа 1-2 см қосыңыз.³ 10% FeCl ерітіндісі₃ және сынақтың өту барысын мұқият қадағалаңыз (2).

Бақылау буландырғышта сұйықтық гидратталған Fe иондарына байланысты сарғыш түсті болады.³⁺. Екінші жағынан, сутегі асқын тотығы бар ыдыста көп нәрсе болады: мазмұны қоңыр түске боялады, газ қарқынды түрде шығарылады және буландырғыштағы сұйықтық қатты қызады немесе тіпті қайнайды. Реакцияның аяқталуы газдың бөлінуінің тоқтатылуымен және басқару жүйесіндегідей (3) мазмұнының түсінің сарыға өзгеруімен белгіленеді. Сіз жай ғана куә болдыңыз каталитикалық түрлендіргіштің жұмысы, бірақ ыдыста қандай өзгерістер болғанын білесіз бе?

Қоңыр түс реакция нәтижесінде түзілетін темір қосылыстарынан келеді:

Буландырғыштан интенсивті түрде шығарылатын газ, әрине, оттегі (сұйықтық бетінің үстінде жанып тұрған жалын жана бастайтынын тексеруге болады). Келесі қадамда жоғарыдағы реакцияда бөлінетін оттегі Fe катиондарын тотықтырады.²⁺:

Регенерацияланған Fe иондары³⁺ олар қайтадан бірінші реакцияға қатысады. Процесс барлық сутегі асқын тотығы таусылғанда аяқталады, оны буландырғыштың мазмұнына сарғыш түс қайта оралған кезде байқайсыз. Бірінші теңдеудің екі жағын екіге көбейтіп, оны екіншісіне бүйірінен қосқанда, содан кейін қарама-қарсы жақтардың бірдей мүшелерін жойғанда (қалыпты математикалық теңдеудегідей), H таралу реакциясының теңдеуін аласыз.₂O₂. Онда темір иондары жоқ екенін ескеріңіз, бірақ олардың трансформациядағы рөлін көрсету үшін оларды көрсеткінің үстіне теріңіз:

Сутегі асқын тотығы да жоғарыдағы теңдеу бойынша өздігінен ыдырайды (әрине, темір иондары жоқ), бірақ бұл процесс өте баяу жүреді. Катализаторды қосу реакция механизмін жүзеге асыру оңайырақ механизмге өзгертеді, сондықтан бүкіл түрлендіруді жылдамдатады. Неліктен катализатор реакцияға қатыспайды деген идея? Ол процесте регенерацияланатындықтан және өнімдер қоспасында өзгеріссіз қалатындықтан болар (тәжірибеде Fe(III) иондарының сары түсі реакцияға дейін де, одан кейін де кездеседі). Сондықтан мұны есте сақтаңыз катализатор реакцияға қатысады және белсенді бөлігі болып табылады.

Х-мен қиындық үшін.₂O₂

4. Каталаза сутегі асқын тотығын ыдыратады (сол жақтағы түтік), ЭДТА ерітіндісін қосу ферментті бұзады (оң жақтағы түтік)

Ферменттер де катализатор болып табылады, бірақ олар тірі организмдердің жасушаларында әрекет етеді. Табиғат тотығу және тотықсыздану реакцияларын жеделдететін ферменттердің белсенді орталықтарында темір иондарын пайдаланды. Бұл жоғарыда аталған темір валенттілігінің шамалы өзгеруіне байланысты (II-ден III-ге дейін және керісінше). Бұл ферменттердің бірі - каталаза, жасушаларды жасушалық оттегінің айналуының жоғары уытты өнімінен - ​​сутегі асқын тотығынан қорғайды. Каталазаны оңай алуға болады: картопты езіп, картоп пюресі үстіне су құйыңыз. Суспензияны түбіне түсіріп, үстіңгі затты тастаңыз.

Пробиркаға 5 см құйыңыз.³ картоп сығындысы және 1 см қосыңыз³ сутегі асқын тотығы. Мазмұны өте көбік, ол тіпті пробиркадан «шығуы» мүмкін, сондықтан оны науаға салып көріңіз. Каталаза өте тиімді фермент, каталазаның бір молекуласы минутына бірнеше миллион H молекуласын ыдыратуы мүмкін.₂O₂.

Екінші пробиркаға сығындыны құйғаннан кейін 1-2 мл қосады³ ЭДТА ерітіндісі (натрий эдетикалық қышқылы) және мазмұны араласады. Егер сіз қазір сутегі асқын тотығын қоссаңыз, сутегі асқын тотығының ыдырауын көрмейсіз. Оның себебі ЭДТА-мен өте тұрақты темір иондық кешенінің түзілуі (бұл реагент көптеген металл иондарымен әрекеттеседі, оларды қоршаған ортадан анықтау және жою үшін қолданылады). Fe иондарының қосындысы³⁺ ЭДТА-мен ферменттің белсенді аймағын блоктайды және соның салдарынан каталазаны инактивациялайды (4).

Темір неке сақинасы

Аналитикалық химияда көптеген иондарды анықтау аз еритін тұнбалардың түзілуіне негізделген. Алайда, ерігіштік кестесіне үстірт қарау нитрат (V) және нитрат (III) аниондарының (біріншісінің тұздары жай нитраттар, ал екіншісі - нитриттер деп аталады) іс жүзінде тұнба түзбейтінін көрсетеді.

Бұл иондарды анықтауда көмекке темір (II) сульфаты FeSO келеді.₄. Реагенттерді дайындаңыз. Бұл тұзға қосымша сізге күкірт қышқылының (VI) H концентрлі ерітіндісі қажет₂SO₄ және осы қышқылдың сұйылтылған 10-15% ерітіндісі (сұйылтқанда, құйғанда абай болыңыз, әрине, «қышқылды суға»). Сонымен қатар, анықталған аниондары бар тұздар, мысалы, KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Концентрлі FeSO ерітіндісін дайындаңыз.₄ және екі анионның тұздарының ерітінділері (шай қасық тұздың төрттен бірі шамамен 50 см ерітілген)³ су).

5. Сақина сынағының оң нәтижесі.

Реагенттер дайын, тәжірибе жасау уақыты келді. Екі түтікке 2-3 см құйыңыз³ FeSO ерітіндісі₄. Содан кейін концентрлі N ерітіндісінің бірнеше тамшысын қосыңыз.₂SO₄. Тамшуырды пайдаланып нитрит ерітіндісінің аликвотын жинаңыз (мысалы, NaNO₂) және пробирканың қабырғасынан төмен ағып кететіндей етіп құйыңыз (бұл маңызды!). Сол сияқты, селитра ерітіндісінің бір бөлігін құйыңыз (мысалы, KNO₃). Екі ерітіндіні де мұқият құйса, бетінде қоңыр шеңберлер пайда болады (осы сынаудың жалпы атауы, сақина реакциясы) (5). Әсері қызық, бірақ көңіліңізді қалдыруға, тіпті ашулануға құқығыңыз бар (Бұл аналитикалық сынақ, бұл екі жағдайда да бірдей!).

Дегенмен, басқа эксперимент жасаңыз. Бұл жолы сұйылтылған H қосыңыз.₂SO₄. Нитрат пен нитрит ерітінділерін енгізгеннен кейін (бұрынғыдай) сіз тек бір пробиркада – NaNO ерітіндісі бар пробиркада оң нәтижені байқайсыз.₂. Бұл жолы сізде сақина сынағының пайдалылығы туралы алаңдамайтын шығарсыз: аздап қышқыл ортадағы реакция екі ионды анық ажыратуға мүмкіндік береді.

Реакция механизмі нитрат иондарының екі түрінің де азот оксиді (II) NO бөлінуімен ыдырауына негізделген (бұл жағдайда темір ионы екіден үш разрядқа дейін тотығады). Fe(II) ионының NO-мен қосындысы қоңыр түске ие және сақинаға түс береді (бұл сынақ дұрыс жүргізілсе орындалады, жай ғана ерітінділерді араластыру арқылы сіз пробирканың күңгірт түсін ғана аласыз, бірақ - мойындайсыз - мұндай қызықты әсер болмайды). Бірақ нитрат иондарының ыдырауы үшін қатты қышқылдық реакция ортасы қажет, ал нитрит үшін аздап қышқылдану қажет, сондықтан сынақ кезінде байқалатын айырмашылықтар.

Құпия қызметтегі темір

Адамдар әрқашан жасыратын нәрсеге ие болды. Журналды құру сондай-ақ осындай жіберілетін ақпаратты қорғау әдістерін әзірлеуге әкелді - мәтінді шифрлау немесе жасыру. Соңғы әдіс үшін әртүрлі симпатикалық бояулар ойлап табылды. Бұл сіз оларды жасаған заттар жазу көрінбейдібірақ, мысалы, қыздыру немесе басқа затпен өңдеу (әзірлеуші) әсерінен анықталады. Әдемі сия мен оның әзірлеушісін дайындау қиын емес. Түсті өнім түзілетін реакцияны табу жеткілікті. Сияның өзі түссіз болғаны дұрыс, содан кейін олар жасаған жазу кез келген түсті субстратта көрінбейтін болады.

Темір қосылыстары да тартымды бояулар жасайды. Бұрын сипатталған сынақтарды өткізгеннен кейін темір (III) және FeCl хлоридінің ерітінділерін симпатикалық бояулар ретінде ұсынуға болады.₃, калий тиоцианиді KNCS және калий ферроцианиді К₄[Fe(CN)₆]. FeCl реакциясында₃ цианидпен қызыл түске боялады, ал ферроцианидпен көк түске боялады. Олар сия ретінде жақсырақ. тиоцианат пен ферроцианид ерітінділеріөйткені олар түссіз (соңғы жағдайда ерітінді сұйылтылған болуы керек). Жазу FeCl сарғыш ерітіндісімен жасалған.₃ оны ақ қағаздан көруге болады (егер карта да сары болмаса).

6. Екі түсті тушь жақсы

7. Симпатикалық салицил қышқылының сиясы

Барлық тұздардың сұйылтылған ерітінділерін дайындаңыз және цианид пен ферроцианид ерітіндісі бар карталарға жазу үшін щетка немесе сіріңке пайдаланыңыз. Реагенттерді ластамау үшін әрқайсысы үшін басқа щетканы пайдаланыңыз. Құрғаған кезде қорғаныс қолғаптарын киіңіз және мақтаны FeCl ерітіндісімен ылғалдандырыңыз.₃. Темір (III) хлоридінің ерітіндісі коррозиялық және уақыт өте қоңырға айналатын сары дақтар қалдырады. Осы себепті онымен теріні және қоршаған ортаны бояудан аулақ болыңыз (тәжірибені науада орындаңыз). Қағаздың бетін ылғалдандыру үшін мақта тампонын пайдаланыңыз. Әзірлеушінің әсерінен қызыл және көк әріптер пайда болады. Бір парақ қағазға екі сиямен де жазуға болады, сонда ашылған жазу екі түсті болады (6). Салицил спирті (спирттегі 2% салицил қышқылы) көк сия ретінде де жарамды (7).

Осымен темір және оның қосылыстары туралы үш бөлімнен тұратын мақала аяқталады. Сіз бұл маңызды элемент екенін білдіңіз, сонымен қатар ол көптеген қызықты эксперименттер жүргізуге мүмкіндік береді. Дегенмен, біз әлі де «темір» тақырыбына тоқталамыз, өйткені бір айдан кейін сіз оның ең қас жауын кездестіресіз - коррозиясы.

Сондай-ақ, қараңыз: