Idade do Ferro - Parte 3

O último número sobre o metal número un da nosa civilización e as súas relacións. Os experimentos realizados ata o momento demostraron que se trata dun obxecto interesante para a investigación no laboratorio doméstico. Os experimentos de hoxe non serán menos interesantes e permitirán botar unha ollada diferente a algúns aspectos da química.

Un dos experimentos da primeira parte do artigo foi a oxidación dun precipitado verdoso de hidróxido de ferro (II) a hidróxido de ferro marrón (III) cunha solución de H₂O₂. O peróxido de hidróxeno descompónse baixo a influencia de moitos factores, incluíndo compostos de ferro (no experimento atopáronse burbullas de osíxeno). Usarás este efecto para mostrar...

… Como funciona un catalizador

por suposto acelera a reacción, pero -convén lembrar- só unha que pode ocorrer en determinadas condicións (aínda que ás veces moi lentamente, incluso imperceptiblemente). Verdade, hai unha afirmación de que o catalizador acelera a reacción, pero non participa nela. Hmm... por que se engade? A química non é máxica (ás veces paréceme así, e "negra" para empezar), e cun simple experimento, verás o catalizador en acción.

Primeiro prepara a túa posición. Necesitarás unha bandexa para evitar que a mesa se inunde, luvas protectoras e gafas ou unha viseira. Estás a tratar cun reactivo cáustico: perhidrol (solución de peróxido de hidróxeno H₂O₂) e solución de cloruro de ferro (III) FeCl₃. Actúa con sabiduría, sobre todo coida os teus ollos: a pel das mans queimadas con pehidrol rexenérase, pero os ollos non. (1).

2. O evaporador da esquerda só contén auga, á dereita - auga coa adición de perhidrol. Verte unha solución de cloruro de ferro (III) en ambos

3. O curso da reacción, despois da súa finalización, rexenerase o catalizador

Verte nun evaporador de porcelana e engade o dobre de auga (a reacción tamén ten lugar con peróxido de hidróxeno, pero no caso dunha solución ao 3%, o efecto é apenas perceptible). Recibiu aproximadamente un 10% de solución de H₂O₂ (perhidrol comercial diluído 1:2 con auga). Verte auga suficiente no segundo evaporador para que cada recipiente teña a mesma cantidade de líquido (este será o teu marco de referencia). Agora engade 1-2 cm aos dous vapores.³ Solución de FeCl 10%.₃ e observa coidadosamente o progreso da proba (2).

No evaporador de control, o líquido ten unha cor amarelada debido aos ións Fe hidratados.³⁺. Por outra banda, nun recipiente con peróxido de hidróxeno suceden moitas cousas: o contido vólvese marrón, o gas é liberado de forma intensiva e o líquido do evaporador quente moito ou mesmo ferve. O final da reacción está marcado polo cese da emanación de gas e un cambio na cor do contido a amarelo, como no sistema de control (3). Só eras unha testemuña Funcionamento do convertidor catalítico, pero sabes que cambios se produciron na embarcación?

A cor marrón provén dos compostos ferrosos que se forman como resultado da reacción:

O gas que se expulsa intensamente do evaporador é, por suposto, osíxeno (podes comprobar se unha chama brillante comeza a arder por riba da superficie do líquido). No seguinte paso, o osíxeno liberado na reacción anterior oxida os catións Fe.²⁺:

Iones Fe rexenerados³⁺ volven a participar na primeira reacción. O proceso remata cando se esgotou todo o peróxido de hidróxeno, que notarás cando a cor amarelada volve ao contido do evaporador. Cando multiplicas ambos os dous lados da primeira ecuación por dous e engádesa lateralmente á segunda, e despois cancelas os mesmos termos en lados opostos (como nunha ecuación matemática normal), obtense a ecuación de reacción de distribución H.₂O₂. Teña en conta que non hai ións de ferro nel, pero para indicar o seu papel na transformación, escríbeos enriba da frecha:

O peróxido de hidróxeno tamén se descompón espontáneamente segundo a ecuación anterior (obviamente sen ións de ferro), pero este proceso é bastante lento. A adición dun catalizador cambia o mecanismo de reacción a outro máis fácil de implementar e, polo tanto, acelera toda a conversión. Entón, por que a idea de que o catalizador non está implicado na reacción? Probablemente porque se rexenera no proceso e permanece inalterado na mestura de produtos (no experimento, a cor amarela dos ións Fe(III) prodúcese tanto antes como despois da reacción). Entón, lembra iso o catalizador está implicado na reacción e é a parte activa.

Para problemas con X.₂O₂

4. A catalase descompón o peróxido de hidróxeno (tubo da esquerda), engadindo unha solución de EDTA destrúe o encima (tubo da dereita)

Os encimas tamén son catalizadores, pero actúan nas células dos organismos vivos. A natureza utilizou ións de ferro nos centros activos das encimas que aceleran as reaccións de oxidación e redución. Isto débese aos xa mencionados lixeiros cambios na valencia do ferro (de II a III e viceversa). Un destes encimas é a catalase, que protexe as células do produto altamente tóxico da conversión de osíxeno celular: o peróxido de hidróxeno. Pódese obter facilmente catalase: puré de patacas e botar auga sobre o puré de patacas. Deixa que a suspensión se afunda ata o fondo e descarte o sobrenadante.

Verter 5 cm no tubo de ensaio.³ extracto de pataca e engadir 1 cm³ peróxido de hidróxeno. O contido é moi espumoso, ata pode "saír" do tubo de ensaio, así que probalo nunha bandexa. A catalase é un encima moi eficiente, unha molécula de catalase pode descompoñer ata varios millóns de moléculas de H por minuto.₂O₂.

Despois de verter o extracto no segundo tubo de ensaio, engade 1-2 ml³ A solución de EDTA (ácido edético sódico) e o contido mestúranse. Se agora engades un tiro de peróxido de hidróxeno, non verás ningunha descomposición de peróxido de hidróxeno. O motivo é a formación dun complexo de ións de ferro moi estable con EDTA (este reactivo reacciona con moitos ións metálicos, que se usan para determinalos e eliminalos do medio ambiente). Combinación de ións Fe³⁺ con EDTA bloqueou o sitio activo do encima e, en consecuencia, inactivou a catalase (4).

Alianza de ferro

En química analítica, a identificación de moitos ións baséase na formación de precipitados pouco solubles. Non obstante, unha rápida ollada á táboa de solubilidade mostrará que os anións nitrato (V) e nitrato (III) (as sales do primeiro chámanse simplemente nitratos e do segundo - nitritos) practicamente non forman un precipitado.

O sulfato de ferro (II) FeSO vén ao rescate na detección destes ións.₄. Preparar os reactivos. Ademais deste sal, necesitará unha solución concentrada de ácido sulfúrico (VI) H₂SO₄ e unha solución diluída ao 10-15% deste ácido (teña coidado ao diluír, vertendo, por suposto, "ácido na auga"). Ademais, sales que conteñen os anións detectados, como o KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Prepare unha solución concentrada de FeSOXNUMX.₄ e solucións de sales de ambos anións (un cuarto de cucharadita de sal disólvese nuns 50 cm³ auga).

5. Resultado positivo da proba do anel.

Os reactivos están listos, é hora de experimentar. Despeje 2-3 cm en dous tubos³ solución FeSO₄. A continuación, engade unhas gotas de solución concentrada de N.₂SO₄. Usando unha pipeta, recolle unha alícuota da solución de nitrito (por exemplo, NaNO₂) e bótao para que flúe pola parede do tubo de ensaio (isto é importante!). Do mesmo xeito, verter parte da solución de salitre (por exemplo, KNO₃). Se as dúas solucións se vierten con coidado, aparecerán círculos marróns na superficie (de aí o nome común para esta proba, reacción en anel) (5). O efecto é interesante, pero tes dereito a sentirte decepcionado, quizais incluso indignado (¡Esta é unha proba analítica, despois de todo? Os resultados son os mesmos en ambos os casos!).

Non obstante, fai outro experimento. Esta vez engade H diluido.₂SO₄. Despois de inxectar solucións de nitrato e nitrito (como antes), notarás un resultado positivo só nun tubo de ensaio: o que ten a solución de NaNO.₂. Esta vez, probablemente non teñas ningún comentario sobre a utilidade da proba do anel: a reacción nun medio lixeiramente ácido permíteche distinguir claramente entre dous ións.

O mecanismo de reacción baséase na descomposición de ambos os tipos de ións nitrato coa liberación de óxido nítrico (II) NO (neste caso, o ión ferro oxidase de dous a tres díxitos). A combinación do ión Fe(II) con NO ten unha cor marrón e dálle unha cor ao anel (faise se a proba se fai correctamente, simplemente mesturando as solucións obterase só a cor escura do tubo de ensaio, pero - admites - non haberá un efecto tan interesante). Non obstante, a descomposición dos ións nitrato require un medio de reacción fortemente ácido, mentres que o nitrito só require unha lixeira acidificación, de aí as diferenzas observadas durante a proba.

Ferro no Servizo Secreto

A xente sempre tivo algo que ocultar. A creación da revista tamén supuxo o desenvolvemento de métodos para protexer esa información transmitida: cifrado ou ocultación do texto. Inventáronse unha variedade de tintas simpáticas para este último método. Estas son as substancias para as que os fixeches a inscrición non é visiblecon todo, revélase baixo a influencia de, por exemplo, quecemento ou tratamento con outra substancia (revelador). Preparar tinta bonita e o seu creador non é difícil. Basta con atopar a reacción na que se forma un produto coloreado. É mellor que a propia tinta sexa incolora, entón a inscrición feita por eles será invisible nun substrato de calquera cor.

Os compostos de ferro tamén fan tintas atractivas. Despois de realizar as probas anteriormente descritas pódense ofrecer solucións de ferro (III) e cloruro de FeCl como tintas simpáticas.₃, tiocianuro de potasio KNCS e ferrocianuro de potasio K₄[Fe(CN)₆]. Na reacción FeCl₃ co cianuro volverase vermello, e co ferrocianuro volverase azul. Son máis axeitados como tintas. solucións de tiocianato e ferrocianuroxa que son incoloros (neste último caso, a solución debe ser diluída). A inscrición fíxose cunha solución amarelada de FeCl.₃ pódese ver en papel branco (a non ser que a tarxeta sexa tamén amarela).

6. A máscara de dous tons é boa

7. Tinta de ácido salicílico simpático

Prepare solucións diluídas de todos os sales e use un pincel ou fósforo para escribir nas tarxetas cunha solución de cianuro e ferrocianuro. Use un pincel diferente para cada un para evitar contaminar os reactivos. Cando seque, póñase luvas protectoras e humedece o algodón coa solución de FeCl.₃. Solución de cloruro de ferro (III). corrosivo e deixa manchas amarelas que se tornan marróns co paso do tempo. Por iso, evita manchar a pel e o ambiente con ela (realizar o experimento nunha bandexa). Use un bastoncillo de algodón para tocar un anaco de papel para humedecer a súa superficie. Baixo a influencia do desenvolvedor, aparecerán letras vermellas e azuis. Tamén é posible escribir con ambas tintas nunha folla de papel, entón a inscrición revelada será de dúas cores (6). O alcohol salicílico (ácido salicílico ao 2% en alcohol) tamén é adecuado como tinta azul (7).

Conclúe así o artigo de tres partes sobre o ferro e os seus compostos. Descubriches que este é un elemento importante e, ademais, permíteche realizar moitos experimentos interesantes. Non obstante, aínda nos centraremos no tema "ferro", porque nun mes atoparás co seu peor inimigo: corrosión.

Ver tamén: