Temir davri - 3-qism

Tsivilizatsiyamizning birinchi raqamli metalli va uning munosabatlari haqidagi so'nggi nashr. Hozirgacha olib borilgan tajribalar shuni ko'rsatdiki, bu uy laboratoriyasida tadqiqot uchun qiziqarli ob'ekt. Bugungi tajribalar bundan kam qiziqarli bo'lmaydi va kimyoning ba'zi jihatlariga boshqacha qarash imkonini beradi.

Maqolaning birinchi qismidagi tajribalardan biri temir (II) gidroksidning yashil rangdagi cho'kmasini H eritmasi bilan jigarrang temir (III) gidroksidga oksidlanishi edi.₂O₂. Vodorod periks ko'plab omillar, jumladan, temir birikmalari ta'sirida parchalanadi (tajribada kislorod pufakchalari topilgan). Siz ushbu effektni ko'rsatish uchun foydalanasiz...

... Katalizator qanday ishlaydi

albatta reaksiyani tezlashtiradi, lekin - eslash o'rinlidir - faqat bitta shart-sharoitlarda sodir bo'lishi mumkin (ba'zan juda sekin, hatto sezilmas). To'g'ri, katalizator reaktsiyani tezlashtiradi, lekin uning o'zi ishtirok etmaydi, degan ta'kid bor. Hmm... nega umuman qo'shilgan? Kimyo sehr emas (ba'zida menga shunday tuyuladi va yuklash uchun "qora") va oddiy tajriba bilan siz katalizatorni harakatda ko'rasiz.

Avval o'z pozitsiyangizni tayyorlang. Stolni suv toshqini, himoya qo'lqop va ko'zoynak yoki visordan saqlash uchun sizga laganda kerak bo'ladi. Siz kaustik reagent bilan ishlayapsiz: perhidrol (30% vodorod periks eritmasi H₂O₂) va temir (III) xlorid eritmasi FeCl₃. Donolik bilan harakat qiling, ayniqsa ko'zlaringizga g'amxo'rlik qiling: pehidrol bilan kuygan qo'llarning terisi yangilanadi, lekin ko'zlar tiklanmaydi. (1).

2. Chapdagi bug'lanish moslamasi faqat suvni o'z ichiga oladi, o'ngda - perhidrol qo'shilgan suv. Ikkalasiga temir (III) xlorid eritmasini quyasiz

3. Reaksiyaning borishi, u tugagach, katalizator qayta tiklanadi

Chinni bug'latgichga quying va ikki barobar ko'p suv qo'shing (reaktsiya vodorod periks bilan ham sodir bo'ladi, ammo 3% eritmada ta'sir deyarli sezilmaydi). Siz taxminan 10% H eritmasini oldingiz₂O₂ (suv bilan 1: 2 nisbatda suyultirilgan tijorat perhidrol). Har bir idishda bir xil miqdordagi suyuqlik bo'lishi uchun ikkinchi evaporatatorga etarli miqdorda suv quying (bu sizning ma'lumot doirangiz bo'ladi). Endi ikkala bug'ga 1-2 sm qo'shing.³ 10% FeCl eritmasi₃ va testning borishini diqqat bilan kuzatib boring (2).

Tekshirish evaporatatorida suyuqlik hidratlangan Fe ionlari tufayli sarg'ish rangga ega.³⁺. Boshqa tomondan, vodorod periksli idishda juda ko'p narsa sodir bo'ladi: tarkibi jigarrang bo'ladi, gaz intensiv ravishda chiqariladi va evaporatatordagi suyuqlik juda qizib ketadi yoki hatto qaynaydi. Reaksiyaning tugashi gazlar evolyutsiyasining to'xtashi va boshqaruv tizimidagi kabi tarkibidagi rangning sariq rangga o'zgarishi bilan belgilanadi (3). Siz shunchaki guvoh bo'ldingiz katalitik konvertorning ishlashi, lekin idishda qanday o'zgarishlar yuz berganini bilasizmi?

Jigarrang rang reaksiya natijasida hosil bo'lgan temir birikmalaridan kelib chiqadi:

Evaporatatordan intensiv ravishda chiqariladigan gaz, albatta, kisloroddir (suyuqlik yuzasida porlayotgan olov yonib keta boshlaganini tekshirishingiz mumkin). Keyingi bosqichda yuqoridagi reaksiyada ajralib chiqqan kislorod Fe kationlarini oksidlaydi.²⁺:

Qayta tiklangan Fe ionlari³⁺ ular yana birinchi reaksiyada qatnashadilar. Jarayon barcha vodorod periksni iste'mol qilgandan so'ng tugaydi, siz sarg'ish rang evaporatator tarkibiga qaytganida sezasiz. Birinchi tenglamaning ikkala tomonini ikkiga ko‘paytirib, ikkinchisiga yonma-yon qo‘shsangiz, so‘ngra qarama-qarshi tomonlardagi bir xil hadlarni bekor qilsangiz (oddiy matematik tenglamada bo‘lgani kabi), siz H taqsimot reaksiyasi tenglamasini olasiz.₂O₂. E'tibor bering, unda temir ionlari yo'q, lekin ularning transformatsiyadagi rolini ko'rsatish uchun ularni o'qning ustiga yozing:

Vodorod periks ham yuqoridagi tenglamaga muvofiq o'z-o'zidan parchalanadi (aniqki, temir ionlarisiz), lekin bu jarayon ancha sekin. Katalizatorning qo'shilishi reaksiya mexanizmini amalga oshirish osonroq bo'lgan mexanizmga o'zgartiradi va shuning uchun butun konversiyani tezlashtiradi. Xo'sh, nima uchun katalizator reaktsiyada ishtirok etmaydi degan fikr? Balki u jarayonda qayta tiklanib, mahsulotlar aralashmasida o‘zgarmaganligi uchundir (tajribada Fe(III) ionlarining sariq rangi reaksiyadan oldin ham, keyin ham sodir bo‘ladi). Shunday ekan, buni eslang katalizator reaksiyada ishtirok etadi va faol qismdir.

X bilan muammo uchun.₂O₂

4. Katalaza vodorod peroksidni parchalaydi (chapdagi naycha), EDTA eritmasi qo'shilishi fermentni yo'q qiladi (o'ngdagi naycha)

Fermentlar ham katalizatorlardir, lekin ular tirik organizmlar hujayralarida harakat qiladi. Tabiat oksidlanish va qaytarilish reaksiyalarini tezlashtiradigan fermentlarning faol markazlarida temir ionlaridan foydalangan. Bu temirning valentligidagi (II dan III gacha va aksincha) yuqorida aytib o'tilgan engil o'zgarishlar bilan bog'liq. Ushbu fermentlardan biri katalaza bo'lib, hujayralarni kislorod konversiyasining yuqori zaharli mahsuloti - vodorod peroksiddan himoya qiladi. Siz osongina katalaza olishingiz mumkin: kartoshka pyuresi va kartoshka pyuresi ustiga suv quying. Suspenziyani pastga tushiring va supernatantni tashlang.

Probirkaga 5 sm quying.³ kartoshka ekstrakti va 1 sm qo'shing³ vodorod peroksid. Tarkibi juda ko'pikli, u hatto probirkadan "tashqariga chiqishi" ham mumkin, shuning uchun uni laganda ustida sinab ko'ring. Katalaza juda samarali ferment bo'lib, bitta katalaza molekulasi bir daqiqada bir necha million H molekulalarini parchalashi mumkin.₂O₂.

Ekstraktni ikkinchi probirkaga quygandan keyin 1-2 ml solinadi³ EDTA eritmasi (natriy edetik kislotasi) va tarkibi aralashtiriladi. Agar siz vodorod periksni bir marta qo'shsangiz, vodorod periksning parchalanishini ko'rmaysiz. Sababi - EDTA bilan juda barqaror temir ionlari kompleksining hosil bo'lishi (bu reagent ko'plab metall ionlari bilan reaksiyaga kirishadi, bu ularni atrof-muhitdan aniqlash va olib tashlash uchun ishlatiladi). Fe ionlarining birikmasi³⁺ EDTA bilan fermentning faol joyini blokirovka qildi va natijada katalaza faolsizlantirildi (4).

Temir nikoh uzugi

Analitik kimyoda ko'p ionlarni aniqlash kam eriydigan cho'kmalarning hosil bo'lishiga asoslanadi. Biroq, eruvchanlik jadvaliga qisqacha qarash shuni ko'rsatadiki, nitrat (V) va nitrat (III) anionlari (birinchi tuzlar oddiy nitratlar, ikkinchisi - nitritlar deb ataladi) amalda cho'kma hosil qilmaydi.

Temir (II) sulfat FeSO bu ionlarni aniqlashda yordamga keladi.₄. Reagentlarni tayyorlang. Ushbu tuzga qo'shimcha ravishda sizga sulfat kislota (VI) H ning konsentrlangan eritmasi kerak bo'ladi₂SO₄ va bu kislotaning suyultirilgan 10-15% eritmasi (suyultirishda, quyishda ehtiyot bo'ling, albatta, "suvga kislota"). Bundan tashqari, aniqlangan anionlarni o'z ichiga olgan tuzlar, masalan, KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Konsentrlangan FeSO eritmasini tayyorlang.₄ va ikkala anionning tuzlari eritmalari (choy qoshiqning chorak qismi tuz taxminan 50 sm.³ suv).

5. Ring testining ijobiy natijasi.

Reagentlar tayyor, tajriba qilish vaqti keldi. Ikkita naychaga 2-3 sm quying³ FeSO eritmasi₄. Keyin bir necha tomchi konsentrlangan N eritmasi qo'shing.₂SO₄. Pipetka yordamida nitrit eritmasining alikvotini (masalan, NaNO₂) va uni probirkaning devori bo'ylab oqishi uchun quying (bu muhim!). Xuddi shu tarzda, selitra eritmasining bir qismini to'kib tashlang (masalan, KNO₃). Agar ikkala eritma ehtiyotkorlik bilan quyilsa, sirtda jigarrang doiralar paydo bo'ladi (shuning uchun bu sinovning umumiy nomi, halqa reaktsiyasi) (5). Effekt qiziq, lekin hafsalamiz pir bo'lishga, balki g'azablanishga ham haqqingiz bor (Axir bu tahliliy test? Natijalar ikkala holatda ham bir xil!).

Biroq, boshqa tajriba qiling. Bu safar suyultirilgan H qo'shing.₂SO₄. Nitrat va nitrit eritmalarini yuborganingizdan so'ng (avvalgidek) siz faqat bitta probirkada - NaNO eritmasi bo'lgan probirkada ijobiy natijani sezasiz.₂. Bu safar, ehtimol sizda halqali testning foydaliligi haqida hech qanday izoh yo'q: ozgina kislotali muhitdagi reaktsiya ikkita ionni aniq ajratish imkonini beradi.

Reaktsiya mexanizmi nitrat oksidi (II) NO ajralib chiqishi bilan ikkala turdagi nitrat ionlarining parchalanishiga asoslangan (bu holda temir ioni ikkidan uch raqamgacha oksidlanadi). Fe (II) ionining NO bilan birikmasi jigarrang rangga ega va halqaga rang beradi (agar sinov to'g'ri bajarilgan bo'lsa, bu amalga oshiriladi, eritmalarni aralashtirish orqali siz faqat probirkaning quyuq rangini olasiz, lekin - tan olasiz - bunday qiziqarli effekt bo'lmaydi). Shu bilan birga, nitrat ionlarining parchalanishi kuchli kislotali reaksiya muhitini talab qiladi, nitrit esa ozgina kislotalilikni talab qiladi, shuning uchun sinov paytida kuzatilgan farqlar.

Maxfiy xizmatdagi temir

Odamlar doimo yashiradigan narsaga ega edilar. Jurnalning yaratilishi, shuningdek, uzatiladigan ma'lumotlarni himoya qilish usullarini - matnni shifrlash yoki yashirishni ham talab qildi. Oxirgi usul uchun turli xil simpatik siyohlar ixtiro qilingan. Bu siz ularni yaratgan moddalardir yozuv ko'rinmaydiammo, masalan, isitish yoki boshqa modda bilan ishlov berish (ishlab chiquvchi) ta'siri ostida aniqlanadi. Chiroyli siyoh va uning ishlab chiquvchisini tayyorlash qiyin emas. Rangli mahsulot hosil bo'ladigan reaktsiyani topish kifoya. Murakkabning o'zi rangsiz bo'lishi yaxshidir, keyin ular tomonidan qilingan yozuv har qanday rangdagi substratda ko'rinmas bo'ladi.

Temir aralashmalari ham jozibali siyohlar hosil qiladi. Yuqorida tavsiflangan testlarni o'tkazgandan so'ng, simpatik siyoh sifatida temir (III) va FeCl xlorid eritmalarini taklif qilish mumkin.₃, kaliy tiosiyanidi KNCS va kaliy ferrosiyanidi K₄[Fe(CN)₆]. FeCl reaksiyasida₃ siyanid bilan qizil rangga, ferrosiyanid bilan esa ko'k rangga aylanadi. Ular siyoh sifatida yaxshiroq mos keladi. tiosiyanat va ferrosiyanid eritmalarichunki ular rangsiz (ikkinchi holda, eritma suyultirilishi kerak). Yozuv FeCl ning sarg'ish eritmasi bilan qilingan.₃ uni oq qog'ozda ko'rish mumkin (agar karta ham sariq bo'lmasa).

6. Ikki rangli maskara yaxshi

7. Simpatik salitsil kislotasi siyoh

Barcha tuzlarning suyultirilgan eritmalarini tayyorlang va sianid va ferrosiyanid eritmasi bilan kartalarga yozish uchun cho'tka yoki gugurtdan foydalaning. Reagentlarni ifloslantirmaslik uchun har biri uchun boshqa cho'tkadan foydalaning. Quruq bo'lsa, himoya qo'lqop kiying va paxtani FeCl eritmasi bilan namlang.₃. Temir (III) xlorid eritmasi korroziy va vaqt o'tishi bilan jigarrang rangga aylangan sariq dog'lar qoldiradi. Shu sababli, terini va atrof-muhitni u bilan bo'yashdan saqlaning (tajribani patnisda bajaring). Yuzasini namlash uchun qog'ozga tegizish uchun paxta sumkasidan foydalaning. Ishlab chiquvchining ta'siri ostida qizil va ko'k harflar paydo bo'ladi. Bir varaqda ikkala siyoh bilan ham yozishingiz mumkin, keyin ochilgan yozuv ikki rangli bo'ladi (6). Salitsil spirti (spirtli 2% salitsil kislotasi) ko'k siyoh sifatida ham mos keladi (7).

Temir va uning birikmalari haqidagi uch qismli maqola shu bilan yakunlanadi. Siz bu muhim element ekanligini bilib oldingiz va bundan tashqari, bu sizga ko'plab qiziqarli tajribalarni o'tkazishga imkon beradi. Biroq, biz hali ham "temir" mavzusiga e'tibor qaratamiz, chunki bir oy ichida siz uning eng yomon dushmani bilan uchrashasiz - korroziya.

Shuningdek qarang: