ยุคเหล็ก - ตอนที่ 3

ฉบับล่าสุดเกี่ยวกับโลหะอันดับหนึ่งของอารยธรรมของเราและความสัมพันธ์ การทดลองที่ดำเนินการจนถึงขณะนี้ได้แสดงให้เห็นว่านี่เป็นวัตถุที่น่าสนใจสำหรับการวิจัยในห้องปฏิบัติการที่บ้าน การทดลองในวันนี้จะมีความน่าสนใจไม่น้อยและจะทำให้คุณสามารถมองแง่มุมต่าง ๆ ของเคมีได้แตกต่างออกไป

หนึ่งในการทดลองในส่วนแรกของบทความคือการออกซิเดชันของการตกตะกอนสีเขียวของไฮดรอกไซด์ของเหล็ก (II) กับไฮดรอกไซด์ของเหล็กสีน้ำตาล (III) ด้วยสารละลายของ H₂O₂. ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวภายใต้อิทธิพลของปัจจัยหลายอย่าง รวมถึงสารประกอบของเหล็ก (พบฟองออกซิเจนในการทดลอง) คุณจะใช้เอฟเฟกต์นี้เพื่อแสดง...

… วิธีการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา

แน่นอน เร่งปฏิกิริยา, แต่ - เป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การจดจำ - สิ่งเดียวที่สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด (แม้ว่าบางครั้งจะช้ามากแม้มองไม่เห็นก็ตาม) จริง มีการยืนยันว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา แต่ไม่ได้มีส่วนร่วมในตัวมันเอง อืม... ทำไมถึงเพิ่มเข้ามาล่ะ? เคมีไม่ใช่เวทย์มนตร์ (บางครั้งก็ดูเหมือนเป็นเช่นนั้นสำหรับฉัน และ "ดำ" ในการบู๊ต) และด้วยการทดลองง่ายๆ คุณจะเห็นตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานจริง

ขั้นแรกเตรียมตำแหน่งของคุณ คุณจะต้องมีถาดสำหรับเก็บโต๊ะไม่ให้ท่วม ถุงมือป้องกัน แว่นตาหรือกระบังหน้า คุณกำลังจัดการกับสารกัดกร่อน: perhydrol (สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 30% H₂O₂) และเหล็ก (III) สารละลายคลอไรด์ FeCl₃. กระทำการอย่างชาญฉลาดโดยเฉพาะการดูแลดวงตาของคุณ: ผิวหนังของมือที่ถูกไฟไหม้ด้วย pehydrol จะงอกใหม่ แต่ดวงตาไม่ได้ (1)

2. เครื่องระเหยทางด้านซ้ายมีน้ำเท่านั้นทางด้านขวา - น้ำที่เติมเพอร์ไฮโดรล คุณเทสารละลายธาตุเหล็ก (III) คลอไรด์ลงในทั้งสองอย่าง

3. ขั้นตอนของปฏิกิริยาหลังจากเสร็จสิ้นตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกสร้างขึ้นใหม่

เทลงในเครื่องระเหยพอร์ซเลนและเติมน้ำมากเป็นสองเท่า (ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ด้วยเช่นกัน แต่ในกรณีของสารละลาย 3% จะสังเกตได้ยาก) คุณได้รับสารละลาย H . ประมาณ 10%₂O₂ (perhydrol เชิงพาณิชย์เจือจาง 1:2 กับน้ำ) เทน้ำลงในเครื่องระเหยที่สองให้เพียงพอเพื่อให้แต่ละภาชนะมีของเหลวในปริมาณเท่ากัน (นี่จะเป็นกรอบอ้างอิงของคุณ) ตอนนี้เพิ่ม 1-2 ซม. ให้กับหวดทั้งสอง³ สารละลาย FeCl 10%₃ และสังเกตความคืบหน้าของการทดสอบอย่างระมัดระวัง (2)

ในเครื่องระเหยควบคุม ของเหลวมีสีเหลืองเนื่องจากไอออน Fe ที่ให้ความชุ่มชื้น³⁺. ในทางกลับกัน มีหลายสิ่งเกิดขึ้นในภาชนะที่มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์: เนื้อหาจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล ก๊าซถูกปล่อยออกมาอย่างเข้มข้น และของเหลวในเครื่องระเหยจะร้อนจัดหรือถึงขั้นเดือด จุดสิ้นสุดของปฏิกิริยาถูกทำเครื่องหมายด้วยการหยุดวิวัฒนาการของก๊าซและการเปลี่ยนแปลงของสีของสารที่บรรจุเป็นสีเหลือง เช่นเดียวกับในระบบควบคุม (3) คุณเป็นแค่พยาน การทำงานของเครื่องฟอกไอเสียแต่คุณรู้หรือไม่ว่ามีการเปลี่ยนแปลงอะไรเกิดขึ้นในเรือ?

สีน้ำตาลมาจากสารประกอบเหล็กที่เกิดจากปฏิกิริยา:

ก๊าซที่ปล่อยออกมาอย่างเข้มข้นจากเครื่องระเหยคือออกซิเจน (คุณสามารถตรวจสอบได้ว่าเปลวไฟที่เรืองแสงเริ่มลุกไหม้เหนือพื้นผิวของของเหลวหรือไม่) ในขั้นตอนต่อไป ออกซิเจนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาข้างต้นจะทำการออกซิไดซ์ของไอออนบวกของ Fe²⁺:

ไอออน Fe ที่สร้างใหม่³⁺ พวกเขามีส่วนร่วมในปฏิกิริยาแรกอีกครั้ง กระบวนการนี้จะสิ้นสุดลงเมื่อใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หมด ซึ่งคุณจะสังเกตได้เมื่อสีเหลืองกลับคืนสู่เนื้อหาของเครื่องระเหย เมื่อคุณคูณทั้งสองข้างของสมการแรกด้วยสองแล้วบวกมันไปทางด้านข้างของสมการที่สอง จากนั้นยกเลิกเทอมเดียวกันที่อยู่ตรงข้ามกัน (เหมือนในสมการคณิตศาสตร์ปกติ) คุณจะได้สมการปฏิกิริยาการกระจาย H₂O₂. โปรดทราบว่าไม่มีไอออนเหล็กอยู่ในนั้น แต่หากต้องการระบุบทบาทของไอออนในการเปลี่ยนแปลง ให้พิมพ์เหนือลูกศร:

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ยังสลายตัวได้เองตามธรรมชาติตามสมการข้างต้น (เห็นได้ชัดว่าไม่มีไอออนของเหล็ก) แต่กระบวนการนี้ค่อนข้างช้า การเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาจะเปลี่ยนกลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นกลไกที่ง่ายต่อการใช้งานและทำให้การแปลงทั้งหมดเร็วขึ้น เหตุใดจึงคิดว่าตัวเร่งปฏิกิริยาไม่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา อาจเป็นเพราะมันถูกสร้างขึ้นใหม่ในกระบวนการและยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ (ในการทดลอง สีเหลืองของไอออน Fe(III) เกิดขึ้นทั้งก่อนและหลังปฏิกิริยา) จำไว้นะ ตัวเร่งปฏิกิริยามีส่วนร่วมในปฏิกิริยาและเป็นส่วนที่ใช้งาน.

สำหรับปัญหากับ H.₂O₂

4. Catalase สลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (หลอดด้านซ้าย) เติมสารละลาย EDTA เข้าไปทำลายเอ็นไซม์ (หลอดด้านขวา)

เอนไซม์ยังเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ทำหน้าที่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ธรรมชาติใช้ไอออนของเหล็กในศูนย์กลางของเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชัน นี่เป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความจุของเหล็ก (จาก II เป็น III และในทางกลับกัน) หนึ่งในเอนไซม์เหล่านี้คือ catalase ซึ่งช่วยปกป้องเซลล์จากผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษสูงจากการเปลี่ยนออกซิเจนของเซลล์ - ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ คุณสามารถรับ catalase ได้ง่ายๆ: บดมันฝรั่งและเทน้ำลงบนมันฝรั่งบด ปล่อยให้ระบบกันสะเทือนจมลงไปด้านล่างและทิ้งส่วนที่เกินออก

เทลงในหลอดทดลอง 5 ซม.³ สารสกัดจากมันฝรั่งและเพิ่ม 1 ซม.³ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์. เนื้อหาเป็นฟองมาก อาจถึงกับ "หลุดออก" หลอดทดลองได้ ดังนั้นให้ลองใช้บนถาด คาตาเลสเป็นเอนไซม์ที่มีประสิทธิภาพมาก หนึ่งโมเลกุลของคาตาเลสสามารถสลายโมเลกุล H ได้หลายล้าน H ในเวลาหนึ่งนาที₂O₂.

หลังจากเทสารสกัดลงในหลอดทดลองที่สองแล้ว ให้เติม 1-2 มล.³ สารละลาย EDTA (กรดโซเดียมอีดิติก) และส่วนผสมที่ผสมอยู่ หากคุณเติมไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หนึ่งช็อต คุณจะไม่เห็นการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เหตุผลก็คือการก่อตัวของไอออนของธาตุเหล็กที่มีความเสถียรสูงด้วย EDTA (รีเอเจนต์นี้ทำปฏิกิริยากับไอออนของโลหะจำนวนมาก ซึ่งใช้เพื่อกำหนดและกำจัดไอออนออกจากสิ่งแวดล้อม) การรวมกันของ Fe ไอออน³⁺ ด้วย EDTA บล็อกแอคทีฟไซต์ของเอนไซม์และทำให้ catalase ถูกปิดใช้งาน (4)

แหวนแต่งงานเหล็ก

ในการวิเคราะห์ทางเคมี การระบุไอออนจำนวนมากขึ้นอยู่กับการก่อตัวของตะกอนที่ละลายได้น้อย อย่างไรก็ตามการมองคร่าว ๆ ที่ตารางความสามารถในการละลายจะแสดงให้เห็นว่าไนเตรต (V) และไนเตรต (III) แอนไอออน (เกลือของสารตัวแรกเรียกว่าไนเตรตและสารตัวที่สอง - ไนไตรต์) จะไม่ก่อให้เกิดตะกอน

ธาตุเหล็ก (II) ซัลเฟต FeSO เข้ามาช่วยในการตรวจจับไอออนเหล่านี้₄. เตรียมรีเอเจนต์ นอกจากเกลือนี้ คุณจะต้องใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้น (VI) H₂SO₄ และสารละลายกรดนี้เจือจาง 10-15% (ระวังเมื่อเจือจางเทแน่นอน "กรดลงในน้ำ") นอกจากนี้ เกลือที่มีแอนไอออนที่ตรวจพบ เช่น KNO₃, นาโน₃, นาโน₂. เตรียมสารละลาย FeSO เข้มข้น₄ และสารละลายเกลือของแอนไอออนทั้งสอง (เกลือหนึ่งในสี่ช้อนชาละลายในประมาณ 50 ซม.³ น้ำ).

5. ผลบวกของการทดสอบวงแหวน

น้ำยาพร้อมแล้ว ได้เวลาทดลองแล้ว เท 2-3 ซม. ลงในสองหลอด³ สารละลาย FeSO₄. จากนั้นเติมสารละลาย N เข้มข้นสองสามหยด₂SO₄. ใช้ปิเปตรวบรวมส่วนของสารละลายไนไตรต์ (เช่น NaNO₂) แล้วเทลงไปให้ไหลลงมาตามผนังหลอดทดลอง (อันนี้สำคัญ!) ในทำนองเดียวกัน ให้เทสารละลายดินประสิว (เช่น KNO₃). หากเทสารละลายทั้งสองอย่างระมัดระวัง วงกลมสีน้ำตาลจะปรากฏบนพื้นผิว (ซึ่งเป็นชื่อสามัญสำหรับการทดสอบนี้ ปฏิกิริยาแบบวงแหวน) (5) ผลที่ได้นั้นน่าสนใจ แต่คุณก็มีสิทธิ์ที่จะผิดหวัง บางทีก็ไม่พอใจด้วยซ้ำ (นี่คือการทดสอบเชิงวิเคราะห์ใช่ไหม ผลลัพธ์เหมือนกันในทั้งสองกรณี!)

อย่างไรก็ตาม ทำการทดลองอื่น คราวนี้เพิ่มเจือจาง H.₂SO₄. หลังจากฉีดสารละลายไนเตรตและไนไตรต์ (เช่นเดิม) คุณจะสังเกตเห็นผลลัพธ์ที่เป็นบวกในหลอดทดลองเพียงหลอดเดียว ซึ่งเป็นหลอดที่มีสารละลาย NaNO₂. คราวนี้ คุณอาจไม่มีความคิดเห็นเกี่ยวกับประโยชน์ของการทดสอบวงแหวน: ปฏิกิริยาในตัวกลางที่เป็นกรดเล็กน้อยช่วยให้คุณแยกแยะความแตกต่างระหว่างสองไอออนได้อย่างชัดเจน

กลไกการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับการสลายตัวของไนเตรตไอออนทั้งสองชนิดด้วยการปล่อยไนตริกออกไซด์ (II) NO (ในกรณีนี้ ไอออนของเหล็กจะถูกออกซิไดซ์ตั้งแต่สองถึงสามหลัก) การรวมกันของ Fe(II) ไอออนกับ NO มีสีน้ำตาลและทำให้วงแหวนมีสี (จะทำได้หากทำการทดสอบอย่างถูกต้อง เพียงแค่ผสมสารละลาย คุณจะได้เฉพาะสีเข้มของหลอดทดลอง แต่ - คุณยอมรับ - จะไม่มีเอฟเฟกต์ที่น่าสนใจเช่นนี้) อย่างไรก็ตาม การสลายตัวของไนเตรตไอออนต้องใช้ตัวกลางปฏิกิริยาที่เป็นกรดสูง ในขณะที่ไนไตรต์ต้องการความเป็นกรดเพียงเล็กน้อย ดังนั้นความแตกต่างที่สังเกตได้ระหว่างการทดสอบ

เหล็กในหน่วยสืบราชการลับ

คนเรามักมีอะไรซ่อนอยู่เสมอ. การสร้างวารสารยังรวมถึงการพัฒนาวิธีการในการปกป้องข้อมูลที่ส่งเช่นการเข้ารหัสหรือการซ่อนข้อความ มีการคิดค้นหมึกขี้สงสารหลากหลายชนิดสำหรับวิธีการหลัง นี่คือสารที่คุณทำขึ้น มองไม่เห็นจารึกอย่างไรก็ตาม มันถูกเปิดเผยภายใต้อิทธิพลของ ตัวอย่างเช่น การให้ความร้อนหรือการบำบัดด้วยสารอื่น (ผู้พัฒนา) การเตรียมหมึกสวยและการพัฒนานั้นไม่ใช่เรื่องยาก ก็เพียงพอที่จะค้นหาปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับผลิตภัณฑ์ที่มีสี เป็นการดีที่สุดที่หมึกไม่มีสีจากนั้นจารึกที่ทำโดยพวกเขาจะมองไม่เห็นบนพื้นผิวที่มีสีใด ๆ

สารประกอบเหล็กยังสร้างหมึกพิมพ์ที่น่าสนใจอีกด้วย หลังจากทำการทดสอบที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ สารละลายของธาตุเหล็ก (III) และ FeCl คลอไรด์สามารถนำเสนอเป็นหมึกที่เห็นอกเห็นใจ₃, โพแทสเซียม ไทโอไซยาไนด์ KNCS และโพแทสเซียม เฟอร์โรไซยาไนด์ K₄[เฟ(CN)₆]. ในปฏิกิริยา FeCl₃ เมื่อใช้ไซยาไนด์จะเปลี่ยนเป็นสีแดง และด้วยเฟอร์โรไซยาไนด์จะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน เหมาะกว่าเป็นหมึกพิมพ์ สารละลายไทโอไซยาเนตและเฟอโรไซยาไนด์เนื่องจากไม่มีสี (ในกรณีหลัง ต้องเจือจางสารละลาย) จารึกทำด้วยสารละลายสีเหลืองของ FeCl₃ สามารถเห็นได้บนกระดาษสีขาว (เว้นแต่การ์ดจะเป็นสีเหลืองด้วย)

6. มาสคาร่าทูโทนก็ดี

7. หมึกกรดซาลิไซลิกขี้สงสาร

เตรียมสารละลายเจือจางของเกลือทั้งหมด และใช้แปรงหรือไม้ขีดเขียนบนการ์ดด้วยสารละลายไซยาไนด์และเฟอร์โรไซยาไนด์ ใช้แปรงที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละอันเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนรีเอเจนต์ เมื่อแห้ง ให้สวมถุงมือป้องกันแล้วชุบสำลีด้วยสารละลาย FeCl₃. สารละลายเหล็ก (III) คลอไรด์ กัดกร่อน และทิ้งจุดสีเหลืองที่เปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลเมื่อเวลาผ่านไป ด้วยเหตุผลนี้ หลีกเลี่ยงการย้อมสีผิวหนังและสิ่งแวดล้อมด้วย (ทำการทดลองบนถาด) ใช้สำลีก้านแตะกระดาษเพื่อทำให้พื้นผิวเปียก ภายใต้อิทธิพลของผู้พัฒนา ตัวอักษรสีแดงและสีน้ำเงินจะปรากฏขึ้น คุณยังสามารถเขียนด้วยหมึกทั้งสองบนกระดาษแผ่นเดียว จากนั้นจารึกที่เปิดเผยจะเป็นสองสี (6) แอลกอฮอล์ซาลิไซลิก (กรดซาลิไซลิก 2% ในแอลกอฮอล์) ยังเหมาะที่จะใช้เป็นหมึกสีน้ำเงิน (7)

บทความนี้จะสรุปบทความสามส่วนเกี่ยวกับธาตุเหล็กและสารประกอบของธาตุเหล็ก คุณพบว่านี่เป็นองค์ประกอบที่สำคัญ และยังช่วยให้คุณทำการทดลองที่น่าสนใจอีกมากมาย อย่างไรก็ตามเราจะยังคงมุ่งเน้นไปที่หัวข้อ "เหล็ก" เพราะในหนึ่งเดือนคุณจะพบกับศัตรูที่เลวร้ายที่สุดของเขา - การกร่อน.

ดูเพิ่มเติม: