Età del ferro - Parte 3

L'ultimo numero sul metallo numero uno della nostra civiltà e le sue relazioni. Gli esperimenti finora effettuati hanno dimostrato che si tratta di un oggetto interessante per la ricerca nel laboratorio domestico. Gli esperimenti di oggi non saranno meno interessanti e ti permetteranno di dare uno sguardo diverso ad alcuni aspetti della chimica.

Uno degli esperimenti nella prima parte dell'articolo è stata l'ossidazione di un precipitato verdastro di idrossido di ferro (II) in idrossido di ferro marrone (III) con una soluzione di H₂O₂. Il perossido di idrogeno si decompone sotto l'influenza di molti fattori, inclusi i composti del ferro (nell'esperimento sono state trovate bolle di ossigeno). Utilizzerai questo effetto per mostrare...

… Come funziona un catalizzatore

naturalmente accelera la reazione, ma - vale la pena ricordare - solo uno che può verificarsi in determinate condizioni (anche se a volte molto lentamente, anche impercettibilmente). È vero, si afferma che il catalizzatore accelera la reazione, ma non ne prende parte. Hmm... perché è stato aggiunto? La chimica non è magia (a volte mi sembra così, e per di più "nera"), e con un semplice esperimento vedrai il catalizzatore in azione.

Per prima cosa prepara la tua posizione. Avrai bisogno di un vassoio per evitare che il tavolo si allaga, guanti protettivi e occhiali o una visiera. Si tratta di un reagente caustico: peridrolo (soluzione di perossido di idrogeno al 30% H₂O₂) e soluzione di cloruro di ferro (III) FeCl₃. Agisci con saggezza, prenditi cura soprattutto dei tuoi occhi: la pelle delle mani bruciata dal peidrolo si rigenera, ma gli occhi no. (1).

2. L'evaporatore a sinistra contiene solo acqua, a destra - acqua con l'aggiunta di peridrolo. Versi una soluzione di cloruro di ferro (III) in entrambi

3. Nel corso della reazione, dopo il suo completamento, il catalizzatore viene rigenerato

Versare in un evaporatore di porcellana e aggiungere il doppio dell'acqua (la reazione avviene anche con il perossido di idrogeno, ma nel caso di una soluzione al 3% l'effetto è appena percettibile). Hai ricevuto circa il 10% di soluzione di H₂O₂ (peridrolo commerciale diluito 1:2 con acqua). Versa abbastanza acqua nel secondo evaporatore in modo che ogni recipiente abbia la stessa quantità di liquido (questo sarà il tuo quadro di riferimento). Ora aggiungi 1-2 cm a entrambi i piroscafi.³ Soluzione di FeCl al 10%.₃ e osservare attentamente l'andamento della prova (2).

Nell'evaporatore di controllo, il liquido ha un colore giallastro a causa degli ioni Fe idratati.³⁺. D'altra parte, in un recipiente con perossido di idrogeno accadono molte cose: il contenuto diventa marrone, il gas viene rilasciato intensamente e il liquido nell'evaporatore diventa molto caldo o addirittura bolle. La fine della reazione è segnata dalla cessazione dell'evoluzione del gas e dal cambiamento del colore del contenuto in giallo, come nel sistema di controllo (3). Eri solo un testimone funzionamento del convertitore catalitico, ma sai quali modifiche sono avvenute nella nave?

Il colore marrone deriva dai composti ferrosi che si formano a seguito della reazione:

Il gas che viene espulso intensamente dall'evaporatore è, ovviamente, ossigeno (è possibile verificare se una fiamma incandescente inizia a bruciare sopra la superficie del liquido). Nella fase successiva, l'ossigeno rilasciato nella reazione di cui sopra ossida i cationi Fe.²⁺:

Ioni Fe rigenerati³⁺ prendono di nuovo parte alla prima reazione. Il processo termina quando tutto il perossido di idrogeno è esaurito, cosa che noterai quando il colore giallastro ritorna al contenuto dell'evaporatore. Quando moltiplichi entrambi i membri della prima equazione per due e li aggiungi lateralmente alla seconda, quindi annulli gli stessi termini sui lati opposti (come in una normale equazione matematica), ottieni l'equazione di reazione di distribuzione H₂O₂. Tieni presente che non contiene ioni ferro, ma per indicare il loro ruolo nella trasformazione, digitali sopra la freccia:

Anche il perossido di idrogeno si decompone spontaneamente secondo l'equazione di cui sopra (ovviamente senza ioni ferro), ma questo processo è piuttosto lento. L'aggiunta di un catalizzatore cambia il meccanismo di reazione in uno più facile da implementare e quindi accelera l'intera conversione. Allora perché l'idea che il catalizzatore non sia coinvolto nella reazione? Probabilmente perché si rigenera nel processo e rimane inalterato nella miscela dei prodotti (nell'esperimento il colore giallo degli ioni Fe(III) si presenta sia prima che dopo la reazione). Quindi ricordalo il catalizzatore è coinvolto nella reazione ed è la parte attiva.

Per problemi con X.₂O₂

4. La catalasi decompone il perossido di idrogeno (tubo a sinistra), l'aggiunta di una soluzione di EDTA distrugge l'enzima (tubo a destra)

Gli enzimi sono anche catalizzatori, ma agiscono nelle cellule degli organismi viventi. La natura ha utilizzato ioni di ferro nei centri attivi degli enzimi che accelerano le reazioni di ossidazione e riduzione. Ciò è dovuto ai già menzionati lievi cambiamenti nella valenza del ferro (da II a III e viceversa). Uno di questi enzimi è la catalasi, che protegge le cellule dal prodotto altamente tossico della conversione dell'ossigeno cellulare: il perossido di idrogeno. Puoi ottenere facilmente la catalasi: schiaccia le patate e versa dell'acqua sul purè di patate. Lasciare che la sospensione affondi sul fondo e scartare il surnatante.

Versare 5 cm nella provetta.³ estratto di patate e aggiungere 1 cm³ perossido di idrogeno. Il contenuto è molto schiumoso, potrebbe anche "uscire" dalla provetta, quindi provalo su un vassoio. La catalasi è un enzima molto efficiente, una molecola di catalasi può scomporre fino a diversi milioni di molecole di H in un minuto.₂O₂.

Dopo aver versato l'estratto nella seconda provetta, aggiungere 1-2 ml³ La soluzione di EDTA (acido edetico di sodio) e il contenuto vengono miscelati. Se ora aggiungi una dose di perossido di idrogeno, non vedrai alcuna decomposizione del perossido di idrogeno. Il motivo è la formazione di un complesso di ioni ferro molto stabile con EDTA (questo reagente reagisce con molti ioni metallici, che viene utilizzato per determinarli e rimuoverli dall'ambiente). Combinazione di ioni Fe³⁺ con EDTA ha bloccato il sito attivo dell'enzima e di conseguenza ha inattivato la catalasi (4).

Fede nuziale in ferro

In chimica analitica, l'identificazione di molti ioni si basa sulla formazione di precipitati scarsamente solubili. Tuttavia, una rapida occhiata alla tabella di solubilità mostrerà che gli anioni nitrato (V) e nitrato (III) (i sali del primo sono chiamati semplicemente nitrati e il secondo - nitriti) praticamente non formano un precipitato.

Il solfato di ferro (II) FeSO viene in soccorso nel rilevare questi ioni.₄. Preparare i reagenti. Oltre a questo sale, avrai bisogno di una soluzione concentrata di acido solforico (VI) H₂SO₄ e una soluzione diluita al 10-15% di questo acido (fare attenzione quando si diluisce, versando, ovviamente, "acido nell'acqua"). Inoltre, i sali contenenti gli anioni rilevati, come KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Preparare una soluzione concentrata di FeSO.₄ e soluzioni di sali di entrambi gli anioni (sciogliere un quarto di cucchiaino di sale in circa 50 cm³ acqua).

5. Risultato positivo del ring test.

I reagenti sono pronti, è tempo di sperimentare. Versare 2-3 cm in due tubi³ Soluzione FeSO₄. Quindi aggiungere alcune gocce di soluzione N concentrata.₂SO₄. Utilizzando una pipetta, raccogliere un'aliquota della soluzione di nitrito (ad es. NaNO₂) e versarlo in modo che scorra lungo la parete della provetta (questo è importante!). Allo stesso modo, versare parte della soluzione di salnitro (ad esempio, KNO₃). Se entrambe le soluzioni vengono versate con cura, sulla superficie appariranno dei cerchi marroni (da qui il nome comune di questo test, reazione ad anello) (5). L'effetto è interessante, ma hai il diritto di essere deluso, forse anche indignato (questo è un test analitico, dopotutto? I risultati sono gli stessi in entrambi i casi!).

Tuttavia, fai un altro esperimento. Questa volta aggiungere diluito H.₂SO₄. Dopo aver iniettato soluzioni di nitrato e nitrito (come prima), noterai un risultato positivo in una sola provetta, quella con la soluzione NaNO.₂. Questa volta probabilmente non hai dubbi sull'utilità del ring test: la reazione in un mezzo leggermente acido consente di distinguere chiaramente i due ioni.

Il meccanismo di reazione si basa sulla decomposizione di entrambi i tipi di ioni nitrato con rilascio di ossido nitrico (II) NO (in questo caso lo ione ferro viene ossidato da due a tre cifre). La combinazione dello ione Fe(II) con NO ha un colore marrone e dà un colore all'anello (si fa se il test è fatto correttamente, semplicemente mescolando le soluzioni si otterrà solo il colore scuro della provetta, ma - ammetti - non ci sarà un effetto così interessante). Tuttavia, la decomposizione degli ioni nitrato richiede un mezzo di reazione fortemente acido, mentre il nitrito richiede solo una leggera acidificazione, da qui le differenze osservate durante il test.

Ferro nei servizi segreti

Le persone hanno sempre avuto qualcosa da nascondere. La creazione della rivista ha comportato anche lo sviluppo di metodi per proteggere tali informazioni trasmesse: crittografia o occultamento del testo. Per quest'ultimo metodo è stata inventata una varietà di inchiostri simpatici. Queste sono le sostanze per le quali li hai fatti l'iscrizione non è visibiletuttavia, si rivela sotto l'influenza, ad esempio, del riscaldamento o del trattamento con un'altra sostanza (sviluppatore). Preparare un bel inchiostro e il suo sviluppatore non è difficile. Basta trovare la reazione in cui si forma un prodotto colorato. È meglio che l'inchiostro stesso sia incolore, quindi l'iscrizione fatta da loro sarà invisibile su un substrato di qualsiasi colore.

I composti di ferro producono anche inchiostri attraenti. Dopo aver effettuato le prove precedentemente descritte, si possono proporre come inchiostri simpatici soluzioni di ferro (III) e FeCl cloruro.₃, tiocianuro di potassio KNCS e ferrocianuro di potassio K₄[Fe(CN)₆]. Nella reazione FeCl₃ con il cianuro diventerà rosso e con il ferrocianuro diventerà blu. Sono più adatti come inchiostri. soluzioni di tiocianato e ferrocianuropoiché sono incolori (in quest'ultimo caso la soluzione va diluita). L'iscrizione è stata fatta con una soluzione giallastra di FeCl.₃ può essere visto su carta bianca (a meno che la carta non sia anche gialla).

6. Il mascara bicolore va bene

7. Inchiostro simpatico all'acido salicilico

Preparare soluzioni diluite di tutti i sali e utilizzare un pennello o un fiammifero per scrivere sulle carte con una soluzione di cianuro e ferrocianuro. Utilizzare un pennello diverso per ciascuno per evitare di contaminare i reagenti. Una volta asciutto, indossare guanti protettivi e inumidire il cotone con la soluzione di FeCl.₃. Soluzione di cloruro di ferro (III). corrosivo e lascia macchie gialle che diventano marroni nel tempo. Per questo motivo evitate di macchiare la pelle e l'ambiente con essa (eseguite l'esperimento su un vassoio). Usa un batuffolo di cotone per toccare un pezzo di carta per inumidirne la superficie. Sotto l'influenza dello sviluppatore, appariranno lettere rosse e blu. È anche possibile scrivere con entrambi gli inchiostri su un foglio di carta, quindi l'iscrizione rivelata sarà a due colori (6). L'alcol salicilico (2% di acido salicilico in alcol) è adatto anche come inchiostro blu (7).

Questo conclude l'articolo in tre parti sul ferro e i suoi composti. Hai scoperto che questo è un elemento importante e, inoltre, ti consente di condurre molti esperimenti interessanti. Tuttavia, ci concentreremo ancora sull'argomento "ferro", perché tra un mese incontrerai il suo peggior nemico - corrosione.

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