鐵器時代 - 第 3 部分
關於我們文明的第一金屬及其關係的最新一期。 迄今為止進行的實驗表明，這是家庭實驗室研究的一個有趣主題。 今天的實驗將同樣有趣，並使我們能夠以不同的方式看待化學的某些方面。
本文第一部分的一個實驗是用 HXNUMX 溶液將綠色氫氧化鐵 (II) 沉澱氧化為棕色氫氧化鐵 (III)2O2。 過氧化氫在多種因素的影響下分解，其中包括鐵化合物（實驗中發現了氧氣氣泡）。 您將使用此效果來展示...
……催化劑如何發揮作用？
當然 加快反應速度，但是 - 值得記住 - 只有在給定條件下才會發生（儘管有時非常緩慢，甚至難以察覺）。 誠然，有人斷言催化劑會加速反應，但它本身並不參與。 嗯...為什麼要添加它？ 化學不是魔法（有時對我來說是這樣，而且是“黑色”），通過一個簡單的實驗，你就會看到催化劑的作用。
首先準備好自己的位置。 您需要一個托盤以防止桌子溢出，還需要防護手套和眼鏡或遮陽板。 您正在處理一種腐蝕性試劑：過氧化氫（過氧化氫 H 的 30% 溶液）2O2) 和氯化鐵 (III) 溶液 FeClXNUMX3。 明智地行動，尤其要照顧好你的眼睛：被汽油燒傷的手部皮膚會再生，但你的眼睛卻不會。 （1）。
2. 左邊的蒸發器只包含水，右邊的是添加了過氫乙醇的水。 將氯化鐵 (III) 溶液倒入兩者中
3.反應進行，完成後催化劑再生
倒入陶瓷蒸發器中，加入兩倍的水（過氧化氫也會發生反應，但在 3% 溶液的情況下，效果不太明顯）。 您有大約 10% H 溶液2O2 （市售過氧化氫用水以 1:2 稀釋）。 將足夠的水倒入第二個蒸發器中，使每個容器包含相同量的液體（這將是您的參考系）。 現在在兩個蒸籠中加入 1-2 公分。3 10%氯化亞鐵溶液3 並仔細觀察測試（2）。
在控制蒸發器中，由於水合鐵離子，液體呈現淡黃色。3+。 另一方面，在裝有過氧化氫的容器中會發生很多事情：內容物變成棕色，氣體強烈釋放，蒸發器中的液體變得非常熱甚至沸騰。 反應結束的標誌是氣體逸出停止並且內容物的顏色變為黃色，如控制系統(3)中那樣。 你只是個見證者 催化轉換器操作，你知道船隻發生了哪些變化嗎？
棕色來自二價鐵化合物，其是由於反應而形成的：
從蒸發器集中散發出來的氣體當然是氧氣（可以檢查陰燃火炬是否在液體表面上方開始燃燒）。 在下一步中，上述反應中釋放的氧氣氧化鐵陽離子。2+:
再生鐵離子3+ 他們再次參與第一個反應。 當所有過氧化氫用完時，該過程結束，當蒸發器中的內容物恢復淡黃色時，您會注意到這一點。 當您將第一個方程式兩邊乘以 XNUMX 並將其加到第二個方程式的一邊，然後取消相對兩側的相似項（如在普通數學方程式中）時，您將得到分佈反應方程式 H2O2。 請注意，沒有鐵離子，但為了表明它們在轉換中的作用，請在箭頭上方鍵入它們：
過氧化氫也會根據上述方程式自發分解（顯然沒有鐵離子），但這個過程相當緩慢。 添加催化劑將反應機制改變為更容易實施的機制，加速整個轉化。 那為什麼認為催化劑不參與反應呢？ 可能是因為它在過程中再生並且在產物混合物中保持不變（在實驗中，反應前後都出現Fe(III)離子的黃色）。 所以請記住 催化劑參與反應，是活性部分.
對於 H 的麻煩。2O2
4.過氧化氫酶分解過氧化氫（左試管），加入EDTA溶液破壞酵素（右試管）
酶也是催化劑，但它們作用於生物體的細胞。 大自然在加速氧化和還原反應的酶的活性中心使用鐵離子。 這是由於已經提到的鐵價態的輕微變化（從 II 到 III，反之亦然）。 其中一種酶是過氧化氫酶，它可以保護細胞免受細胞氧轉化的劇毒產物——過氧化氫的侵害。 您可以輕鬆獲得過氧化氫酶：將土豆搗碎，然後將水倒在土豆泥上。 讓懸浮液沉底並丟棄上清液。
將 5 公分倒入試管中。3 馬鈴薯萃取物並添加1厘米3 過氧化氫。 內容物泡沫豐富，甚至可能從試管中“流出”，因此請在托盤上嘗試。 過氧化氫酶是一種非常高效的酶；一個過氧化氫酶分子可以在一分鐘內分解多達數百萬個 H 分子。2O2.
將萃取物倒入第二個試管後，加1-2厘米3 將EDTA溶液（乙二胺四乙酸鈉）和內容物混合。 如果現在添加一部分過氧化氫，您將不會看到過氧化氫有任何分解。 原因是鐵離子與 EDTA 形成非常穩定的絡合物（該試劑與許多金屬離子反應，用於測定金屬離子並將其從環境中去除）。 Fe離子的化合3+ EDTA 會阻斷酵素的活性位點，使過氧化氫酶失去活性 (4)。
鐵製結婚戒指
在分析化學中，許多離子的識別是基於微溶沉澱物的形成。 然而，粗略瀏覽溶解度表會發現硝酸根 (V) 和硝酸根 (III) 陰離子（第一種鹽簡稱為硝酸鹽，第二種鹽簡稱為亞硝酸鹽）實際上不會形成沉澱。
硫酸亞鐵 (II) FeSO 可以幫助檢測這些離子。4。 準備試劑。 除了這種鹽之外，您還需要硫酸 (VI) H 的濃溶液2SO4 以及這種酸的 10-15% 稀釋溶液（稀釋時要小心，當然，將“酸倒入水中”）。 此外，含有檢測到的陰離子的鹽類，如 KNO3, 納米3, 納米2。 準備濃 FeSOXNUMX 溶液。4 和兩種陰離子的鹽溶液（將四分之一茶匙鹽溶解在約 50 厘米3 水）。
5. 環測結果呈陽性。
試劑準備好了，接下來就是實驗了。 將2-3公分倒入兩個試管中3 硫酸亞鐵溶液4。 然後加入幾滴濃溶液N。2SO4。 使用移液管收集等份亞硝酸鹽溶液（例如 NaNO2）並倒入，使其沿著試管壁流下（這一點很重要！）。 以同樣的方式倒入部分硝酸鹽溶液（例如KNO3). 如果小心地倒入兩種溶液，表面會出現棕色圓圈（因此該測試的通用名稱為環反應）(5)。 效果很有趣，但您有權失望，甚至憤慨（畢竟這是一項分析測試？兩種情況下的結果都一樣！）。
不過，請再嘗試一次實驗。 這次，將稀 H 溶液加入含有鐵 (II) 鹽溶液的試管中。2SO4. 注入硝酸鹽和亞硝酸鹽溶液（如前）後，您會注意到只有一個試管（裝有 NaNO 溶液的試管）呈陽性。2。 這次您可能對環測試的用處沒有保留：微酸性環境中的反應可以清楚地區分兩種離子。
反應機制基於兩種硝酸根離子的分解，同時釋放出一氧化氮 (II) NO（在這種情況下，鐵離子從兩位數氧化為三位數）。 Fe(II) 離子與 NO 的結合呈棕色並賦予環顏色（如果測試正確完成，通過簡單地混合溶液，您將只得到試管的深色，但是- 你承認 - 不會有這麼有趣的效果）。 然而，硝酸根離子的分解需要強酸性反應介質，而亞硝酸根離子只需要輕微酸化，因此在測試過程中觀察到差異。
特勤局中的鐵人
人們總是有一些隱藏的事情. 該期刊的創建還需要開發保護此類傳輸信息的方法 - 加密或隱藏文本。 為後一種方法發明了多種交感油墨。 這些是你製造它們的目的 銘文不可見然而，它會在加熱或用另一種物質（顯影劑）處理等影響下顯現出來。 製作一些漂亮的墨水及其顯影劑並不困難。 找到產生有色產物的反應就足夠了。 墨水本身最好是無色的，這樣在任何顏色的承印物上都看不到由它製成的銘文。
鐵化合物也可以製成有吸引力的墨水。 進行前面描述的測試後，可以建議將鐵 (III) 和氯化亞鐵溶液作為交感墨水。3、硫氰化鉀 KNCS 和亞鐵氰化鉀 K4[鐵(CN)6]。 在FeClXNUMX反應中3 用氰化物會變成紅色，用亞鐵氰化物會變成藍色。 它們更適合用作油墨。 硫氰酸鹽和亞鐵氰化物溶液因為它們是無色的（在後一種情況下，必須稀釋溶液）。 銘文是用淡黃色的 FeCl 溶液製成的。3 它在白紙上可見（除非卡片也是黃色的）。
6.雙色睫毛膏就好
7.交感水楊酸墨水
準備所有鹽的稀釋溶液，並使用刷子或火柴用氰化物和亞鐵氰化物溶液在卡片上書寫。 每個刷子使用不同的刷子以避免污染試劑。 乾燥時，請戴上防護手套並以 FeCl 溶液潤濕棉花。3. 氯化鐵(III)溶液 腐蝕性的 並留下黃色斑點，隨著時間的推移變成棕色。 因此，請避免用它弄髒您的皮膚和環境（在托盤上進行實驗）。 使用棉花棒觸摸一張紙以弄濕其表面。 在顯影劑的影響下，會出現紅色和藍色的字母。 您也可以用兩種墨水在一張紙上書寫，然後打開的銘文將是雙色的（6）。 水楊醇（2% 的水楊酸酒精溶液）也適合用作藍色墨水 (7)。
關於鐵及其化合物的三篇文章到此結束。 你發現這是一個重要的元素，此外，它還可以讓你進行許多有趣的實驗。 不過，我們還是會聚焦「鐵」這個話題，因為一個月後你會遇到他最大的敵人—— 腐蝕.
另請參見：
