Thời đại đồ sắt - Phần 3

Số mới nhất về kim loại số một của nền văn minh của chúng ta và các mối quan hệ của nó. Các thí nghiệm được thực hiện cho đến nay đã cho thấy đây là một đối tượng thú vị để nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tại nhà. Các thí nghiệm hôm nay sẽ không kém phần thú vị và cho phép bạn có cái nhìn khác về một số khía cạnh của hóa học.

Một trong những thí nghiệm trong phần đầu của bài báo là oxi hóa kết tủa sắt (II) hiđroxit màu xanh lục thành sắt (III) hiđroxit màu nâu với dung dịch H₂O₂. Hydro peroxit bị phân hủy dưới tác động của nhiều yếu tố, trong đó có hợp chất sắt (trong thí nghiệm tìm thấy bọt khí oxy). Bạn sẽ sử dụng hiệu ứng này để hiển thị ...

… Chất xúc tác hoạt động như thế nào

tất nhiên tăng tốc độ phản ứng, nhưng - điều đáng ghi nhớ - chỉ một điều có thể xảy ra trong những điều kiện nhất định (mặc dù đôi khi rất chậm, thậm chí không thể nhận thấy). Đúng, có khẳng định rằng chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng, nhưng bản thân nó không tham gia vào phản ứng đó. Hmm... tại sao nó lại được thêm vào? Hóa học không phải là phép thuật (đôi khi đối với tôi nó có vẻ như vậy, và "đen đủi" để khởi động), và với một thí nghiệm đơn giản, bạn sẽ thấy chất xúc tác đang hoạt động.

Đầu tiên hãy chuẩn bị vị trí của bạn. Bạn sẽ cần một khay để giữ cho bàn không bị ngập nước, găng tay bảo hộ và kính bảo hộ hoặc tấm che mặt. Bạn đang xử lý thuốc thử ăn da: perhydrol (30% dung dịch hydrogen peroxide H₂O₂) và dung dịch sắt (III) clorua FeCl₃. Hãy hành động một cách khôn ngoan, đặc biệt là chăm sóc đôi mắt của bạn: da tay bị bỏng với pehydrol sẽ tái tạo, nhưng mắt thì không. (1).

2. Thiết bị bay hơi bên trái chỉ chứa nước, bên phải - nước có bổ sung perhydrol. Bạn đổ dung dịch sắt (III) clorua vào cả hai

3. Quá trình của phản ứng, sau khi hoàn thành, chất xúc tác được tái sinh

Đổ vào bình làm bay hơi bằng sứ và thêm lượng nước gấp đôi (phản ứng cũng xảy ra với hydrogen peroxide, nhưng trong trường hợp dung dịch 3%, hiệu ứng khó nhận thấy). Bạn đã nhận được khoảng 10% dung dịch H₂O₂ (perhydrol thương mại pha loãng 1: 2 với nước). Đổ đủ nước vào thiết bị bay hơi thứ hai sao cho mỗi bình có cùng lượng chất lỏng (đây sẽ là hệ quy chiếu của bạn). Bây giờ thêm 1-2 cm cho cả hai tủ hấp.³ Dung dịch FeCl 10%₃ và quan sát cẩn thận tiến trình của bài kiểm tra (2).

Trong thiết bị bay hơi đối chứng, chất lỏng có màu hơi vàng do các ion Fe ngậm nước.³⁺. Mặt khác, rất nhiều điều xảy ra trong một bình chứa hydro peroxit: bên trong chuyển sang màu nâu, khí thoát ra nhiều và chất lỏng trong thiết bị bay hơi trở nên rất nóng hoặc thậm chí sôi. Sự kết thúc của phản ứng được đánh dấu bằng sự ngừng của quá trình tiến hóa khí và sự thay đổi màu của các chất bên trong thành màu vàng, như trong hệ thống điều khiển (3). Bạn chỉ là một nhân chứng hoạt động của bộ chuyển đổi xúc tác, nhưng bạn có biết những thay đổi nào đã xảy ra trong tàu không?

Màu nâu đến từ các hợp chất đen tạo thành do phản ứng:

Khí được phun ra từ thiết bị bay hơi tất nhiên là oxy (bạn có thể kiểm tra xem ngọn lửa phát sáng có bắt đầu cháy trên bề mặt chất lỏng hay không). Bước tiếp theo, khí oxi thoát ra trong phản ứng trên sẽ oxi hóa các cation Fe.²⁺:

Các ion Fe được tái sinh³⁺ họ lại tham gia vào phản ứng đầu tiên. Quá trình kết thúc khi tất cả hydrogen peroxide đã được sử dụng hết, bạn sẽ nhận thấy điều này khi màu vàng trở lại bên trong của thiết bị bay hơi. Khi bạn nhân cả hai vế của phương trình thứ nhất với hai và cộng nó vào vế thứ hai, rồi hủy bỏ các số hạng giống nhau ở các vế đối nhau (như trong một phương trình toán học thông thường), bạn sẽ có được phương trình phản ứng phân phối H₂O₂. Xin lưu ý rằng không có ion sắt nào trong đó, nhưng để cho biết vai trò của chúng trong quá trình chuyển hóa, hãy nhập chúng vào phía trên mũi tên:

Hydro peroxit cũng tự phân hủy theo phương trình trên (rõ ràng là không có ion sắt), nhưng quá trình này diễn ra khá chậm. Việc bổ sung chất xúc tác thay đổi cơ chế phản ứng thành cơ chế phản ứng dễ thực hiện hơn và do đó tăng tốc độ toàn bộ quá trình chuyển đổi. Vậy tại sao lại có ý kiến ​​cho rằng chất xúc tác không tham gia phản ứng? Có thể do nó được tái sinh trong quá trình và không thay đổi trong hỗn hợp sản phẩm (trong thí nghiệm, màu vàng của ion Fe (III) xảy ra cả trước và sau phản ứng). Vì vậy, hãy nhớ rằng chất xúc tác tham gia vào phản ứng và là phần hoạt động.

Vì rắc rối với H.₂O₂

4. Catalase phân hủy hydrogen peroxide (ống bên trái), thêm dung dịch EDTA sẽ phá hủy enzyme (ống bên phải)

Enzyme cũng là chất xúc tác, nhưng chúng hoạt động trong tế bào của các sinh vật sống. Thiên nhiên đã sử dụng các ion sắt trong các trung tâm hoạt động của các enzym giúp tăng tốc các phản ứng oxy hóa và khử. Điều này là do những thay đổi nhỏ đã được đề cập trong hóa trị của sắt (từ II sang III và ngược lại). Một trong những enzyme này là catalase, giúp bảo vệ tế bào khỏi sản phẩm có độc tính cao của quá trình chuyển hóa oxy trong tế bào - hydro peroxide. Bạn có thể dễ dàng nhận được catalase: nghiền khoai tây và đổ nước lên khoai tây nghiền. Để huyền phù chìm xuống đáy và loại bỏ phần nổi phía trên.

Đổ 5 cm vào ống nghiệm.³ chiết xuất khoai tây và thêm 1 cm³ oxy già. Dung dịch có nhiều bọt, thậm chí có thể “bò ra” khỏi ống nghiệm, vì vậy hãy thử trên khay. Catalase là một loại enzyme rất hiệu quả, một phân tử catalase có thể phân hủy tới vài triệu phân tử H mỗi phút.₂O₂.

Sau khi đổ dịch chiết sang ống nghiệm thứ hai, thêm 1-2 ml³ Dung dịch EDTA (axit natri edetic) và các chất được trộn lẫn. Nếu bây giờ bạn thêm một chút hydrogen peroxide, bạn sẽ không thấy bất kỳ sự phân hủy hydrogen peroxide nào. Nguyên nhân là do tạo phức ion sắt rất bền với EDTA (thuốc thử này phản ứng với nhiều ion kim loại, dùng để xác định và loại bỏ chúng ra khỏi môi trường). Sự kết hợp của các ion Fe³⁺ với EDTA đã chặn vị trí hoạt động của enzym và do đó làm bất hoạt catalase (4).

Nhẫn cưới sắt

Trong hóa học phân tích, việc xác định nhiều ion dựa trên sự hình thành các kết tủa ít tan. Tuy nhiên, nhìn lướt qua bảng độ hòa tan sẽ thấy rằng các anion nitrat (V) và nitrat (III) (muối của muối thứ nhất được gọi đơn giản là nitrat và muối thứ hai - nitrit) thực tế không tạo thành kết tủa.

Sắt (II) sunfat FeSO được giải cứu trong việc phát hiện các ion này.₄. Chuẩn bị thuốc thử. Ngoài muối này, bạn sẽ cần một dung dịch axit sunfuric đặc (VI) H₂SO₄ và dung dịch pha loãng 10-15% của axit này (hãy cẩn thận khi pha loãng, tất nhiên là đổ “axit vào nước”). Ngoài ra, muối có chứa các anion được phát hiện, chẳng hạn như KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Chuẩn bị dung dịch FeSO đặc.₄ và dung dịch muối của cả hai anion (hòa tan một phần tư thìa cà phê muối trong khoảng 50 cm³ nước).

5. Kết quả dương tính của thử nghiệm vòng.

Thuốc thử đã sẵn sàng, đã đến lúc thử nghiệm. Đổ 2-3 cm vào hai ống³ Dung dịch FeSO₄. Sau đó thêm vài giọt dung dịch N đặc.₂SO₄. Dùng pipet lấy một lượng nhỏ dung dịch nitrit (ví dụ: NaNO₂) và đổ vào sao cho chảy xuống thành ống nghiệm (điều này rất quan trọng!). Theo cách tương tự, đổ vào một phần của dung dịch muối (ví dụ: KNO₃). Nếu cả hai dung dịch được đổ cẩn thận, các vòng tròn màu nâu sẽ xuất hiện trên bề mặt (do đó, tên chung của thử nghiệm này là phản ứng tạo vòng) (5). Hiệu quả rất thú vị, nhưng bạn có quyền thất vọng, thậm chí có thể phẫn nộ (Rốt cuộc đây là một bài kiểm tra phân tích? Kết quả giống nhau trong cả hai trường hợp!).

Tuy nhiên, hãy làm một thí nghiệm khác. Lần này thêm H loãng vào.₂SO₄. Sau khi tiêm dung dịch nitrat và nitrit (như trước đây), bạn sẽ nhận thấy kết quả dương tính chỉ trong một ống nghiệm - ống chứa dung dịch NaNO.₂. Lần này, bạn có thể không có nhận xét gì về tính hữu dụng của thử nghiệm vòng: phản ứng trong môi trường axit nhẹ cho phép bạn phân biệt rõ ràng giữa hai ion.

Cơ chế phản ứng dựa trên sự phân hủy của cả hai loại ion nitrat với sự giải phóng oxit nitric (II) NO (trong trường hợp này, ion sắt bị oxy hóa từ hai đến ba chữ số). Sự kết hợp của ion Fe(II) với NO có màu nâu và tạo cho chiếc nhẫn có màu (điều này được thực hiện nếu thử nghiệm được thực hiện chính xác, chỉ cần trộn các dung dịch, bạn sẽ chỉ nhận được màu tối của ống nghiệm, nhưng - bạn thừa nhận - sẽ không có hiệu ứng thú vị như vậy). Tuy nhiên, quá trình phân hủy ion nitrat cần môi trường phản ứng có tính axit mạnh, trong khi nitrit chỉ cần axit hóa nhẹ, do đó có sự khác biệt quan sát được trong quá trình thử nghiệm.

Sắt trong cơ quan mật vụ

Mọi người luôn có điều gì đó để che giấu. Việc tạo ra tạp chí cũng kéo theo sự phát triển của các phương pháp bảo vệ thông tin được truyền như vậy - mã hóa hoặc ẩn văn bản. Nhiều loại mực thông cảm đã được phát minh cho phương pháp thứ hai. Đây là những chất bạn tạo ra chúng cho dòng chữ không nhìn thấytuy nhiên, nó được tiết lộ dưới ảnh hưởng của, ví dụ, đun nóng hoặc xử lý với một chất khác (nhà phát triển). Chuẩn bị mực khá và nhà phát triển của nó không khó. Chỉ cần tìm phản ứng tạo thành sản phẩm có màu là đủ. Tốt nhất là bản thân mực không màu, sau đó dòng chữ do chúng tạo ra sẽ vô hình trên chất nền có màu bất kỳ.

Các hợp chất sắt cũng tạo nên loại mực hấp dẫn. Sau khi thực hiện các thử nghiệm được mô tả trước đó, các dung dịch sắt (III) và FeCl clorua có thể được đề xuất làm mực giao cảm.₃, kali thiocyanide KNCS và kali ferrocyanide K₄[Fe(CN)₆]. Trong phản ứng FeCl₃ với xyanua, nó sẽ chuyển sang màu đỏ và với ferrocyanua, nó sẽ chuyển sang màu xanh lam. Chúng phù hợp hơn như mực. dung dịch thiocyanate và ferrocyanidevì chúng không màu (trong trường hợp thứ hai, dung dịch phải được pha loãng). Bản khắc được tạo ra bằng dung dịch FeCl có màu vàng.₃ nó có thể được nhìn thấy trên giấy trắng (trừ khi thẻ cũng màu vàng).

6. Mascara hai tông màu tốt

7. Mực axit salicylic giao cảm

Chuẩn bị dung dịch pha loãng của tất cả các muối và dùng bút lông hoặc que diêm để viết lên các thẻ bằng dung dịch xianua và feroxyanua. Sử dụng một bàn chải khác nhau cho mỗi loại để tránh làm bẩn thuốc thử. Khi khô, đeo găng tay bảo vệ và làm ẩm bông bằng dung dịch FeCl.₃. Dung dịch sắt (III) clorua ăn mòn và để lại những đốm vàng chuyển sang màu nâu theo thời gian. Vì lý do này, tránh làm vấy bẩn da và môi trường với nó (thực hiện thí nghiệm trên khay). Dùng tăm bông chạm vào một tờ giấy để làm ẩm bề mặt của nó. Dưới tác động của nhà phát triển, các chữ màu đỏ và xanh sẽ xuất hiện. Bạn cũng có thể viết bằng cả hai loại mực trên một tờ giấy, khi đó dòng chữ được tiết lộ sẽ có hai màu (6). Rượu salicylic (2% axit salicylic trong rượu) cũng thích hợp làm mực xanh (7).

Phần này kết thúc bài báo gồm ba phần về sắt và các hợp chất của nó. Bạn phát hiện ra rằng đây là một yếu tố quan trọng và ngoài ra, nó cho phép bạn tiến hành nhiều thí nghiệm thú vị. Tuy nhiên, chúng ta vẫn sẽ tập trung vào chủ đề "sắt đá", bởi vì trong một tháng nữa, bạn sẽ gặp kẻ thù tồi tệ nhất của anh ta - ăn mòn.

Xem thêm: