Eisenzeit - Teil 3

Die neueste Ausgabe über das Metall Nummer eins unserer Zivilisation und seine Beziehungen. Bisher durchgeführte Experimente haben gezeigt, dass dies ein interessantes Objekt für die Forschung im Heimlabor ist. Die heutigen Experimente werden nicht weniger interessant und ermöglichen es Ihnen, einige Aspekte der Chemie aus einer anderen Perspektive zu betrachten.

Eines der Experimente im ersten Teil des Artikels war die Oxidation eines grünlichen Niederschlags von Eisen(II)-hydroxid zu braunem Eisen(III)-hydroxid mit einer Lösung von H₂O₂. Wasserstoffperoxid zersetzt sich unter dem Einfluss vieler Faktoren, einschließlich Eisenverbindungen (im Experiment wurden Sauerstoffblasen gefunden). Sie werden diesen Effekt verwenden, um zu zeigen...

… Wie ein Katalysator funktioniert

natürlich beschleunigt die Reaktion, aber - es sei daran erinnert - nur eine, die unter bestimmten Bedingungen auftreten kann (wenn auch manchmal sehr langsam, sogar unmerklich). Es gibt zwar die Behauptung, dass der Katalysator die Reaktion beschleunigt, aber selbst nicht daran teilnimmt. Hmm... warum wird es überhaupt hinzugefügt? Chemie ist keine Magie (manchmal kommt es mir so vor und "schwarz" obendrein), und mit einem einfachen Experiment werden Sie den Katalysator in Aktion sehen.

Bereiten Sie zuerst Ihre Position vor. Sie benötigen ein Tablett, um den Tisch vor Überschwemmungen zu schützen, Schutzhandschuhe und eine Schutzbrille oder ein Visier. Sie haben es mit einem ätzenden Reagenz zu tun: Perhydrol (30%ige Wasserstoffperoxidlösung H₂O₂) und Eisen(III)chloridlösung FeCl₃. Handeln Sie weise, achten Sie besonders auf Ihre Augen: Die mit Pehydrol verbrannte Haut der Hände regeneriert sich, die Augen jedoch nicht. (1).

2. Der Verdampfer links enthält nur Wasser, rechts Wasser mit Zusatz von Perhydrol. In beide gießt du eine Lösung aus Eisen(III)chlorid

3. Der Ablauf der Reaktion, nach deren Beendigung der Katalysator regeneriert wird

In einen Porzellanverdampfer gießen und doppelt so viel Wasser zugeben (mit Wasserstoffperoxid tritt die Reaktion auch auf, aber bei einer 3%igen Lösung ist der Effekt kaum spürbar). Sie haben eine etwa 10%ige Lösung von H₂O₂ (handelsübliches Perhydrol 1:2 mit Wasser verdünnt). Gießen Sie genug Wasser in den zweiten Verdampfer, so dass jedes Gefäß die gleiche Flüssigkeitsmenge hat (dies wird Ihr Bezugsrahmen sein). Fügen Sie nun bei beiden Dämpfern 1-2 cm hinzu.³ 10 % FeCl-Lösung₃ und beobachten Sie sorgfältig den Fortschritt des Tests (2).

Im Kontrollverdampfer hat die Flüssigkeit aufgrund von hydratisierten Fe-Ionen eine gelbliche Farbe.³⁺. Andererseits passieren in einem Gefäß mit Wasserstoffperoxid viele Dinge: Der Inhalt verfärbt sich braun, das Gas wird intensiv freigesetzt und die Flüssigkeit im Verdampfer wird sehr heiß oder kocht sogar. Das Ende der Reaktion wird durch das Aufhören der Gasentwicklung und einen Farbumschlag des Inhalts nach gelb wie im Kontrollsystem (3) gekennzeichnet. Du warst nur ein Zeuge Katalysatorbetrieb, aber wissen Sie, welche Veränderungen im Schiff aufgetreten sind?

Die braune Farbe kommt von den Eisenverbindungen, die sich als Ergebnis der Reaktion bilden:

Das Gas, das intensiv aus dem Verdampfer ausgestoßen wird, ist natürlich Sauerstoff (Sie können prüfen, ob über der Flüssigkeitsoberfläche eine glühende Flamme zu brennen beginnt). Im nächsten Schritt oxidiert der bei der obigen Reaktion freigesetzte Sauerstoff die Fe-Kationen.²⁺:

Regenerierte Fe-Ionen³⁺ sie nehmen wieder an der ersten Reaktion teil. Der Prozess endet, wenn das gesamte Wasserstoffperoxid aufgebraucht ist, was Sie daran erkennen, dass der Inhalt des Verdampfers wieder gelblich wird. Wenn Sie beide Seiten der ersten Gleichung mit zwei multiplizieren und seitlich zur zweiten addieren und dann dieselben Terme auf gegenüberliegenden Seiten kürzen (wie in einer normalen mathematischen Gleichung), erhalten Sie die Verteilungsreaktionsgleichung H₂O₂. Bitte beachten Sie, dass es keine Eisenionen enthält, aber um ihre Rolle bei der Umwandlung anzuzeigen, geben Sie sie über dem Pfeil ein:

Auch Wasserstoffperoxid zersetzt sich spontan nach obiger Gleichung (offensichtlich ohne Eisenionen), aber dieser Prozess ist ziemlich langsam. Die Zugabe eines Katalysators verändert den Reaktionsmechanismus zu einem einfacher umzusetzenden und beschleunigt somit die gesamte Umsetzung. Warum also die Idee, dass der Katalysator nicht an der Reaktion beteiligt ist? Wahrscheinlich, weil es dabei regeneriert wird und unverändert im Produktgemisch verbleibt (im Versuch tritt die gelbe Farbe der Fe(III)-Ionen sowohl vor als auch nach der Reaktion auf). Denken Sie also daran der Katalysator ist an der Reaktion beteiligt und ist der aktive Teil.

Wegen Ärger mit H.₂O₂

4. Katalase zersetzt Wasserstoffperoxid (Röhrchen links), Zugabe einer EDTA-Lösung zerstört das Enzym (Röhrchen rechts)

Auch Enzyme sind Katalysatoren, wirken aber in den Zellen lebender Organismen. Die Natur nutzte Eisenionen in den aktiven Zentren von Enzymen, die Oxidations- und Reduktionsreaktionen beschleunigen. Dies liegt an den bereits erwähnten geringfügigen Wertigkeitsänderungen des Eisens (von II nach III und umgekehrt). Eines dieser Enzyme ist die Katalase, die die Zellen vor dem hochgiftigen Produkt der zellulären Sauerstoffumwandlung – Wasserstoffperoxid – schützt. Sie können Katalase leicht bekommen: Kartoffelpüree und Wasser über Kartoffelpüree gießen. Lassen Sie die Suspension auf den Boden sinken und verwerfen Sie den Überstand.

5 cm in das Reagenzglas gießen.³ Kartoffelextrakt und fügen Sie 1 cm hinzu³ Wasserstoffperoxid. Der Inhalt ist sehr schaumig, er kann sogar aus dem Reagenzglas „austreten“, also versuchen Sie es auf einem Tablett. Katalase ist ein sehr effizientes Enzym, ein Molekül Katalase kann bis zu mehreren Millionen H-Molekülen in einer Minute abbauen.₂O₂.

Nachdem Sie den Extrakt in das zweite Reagenzglas gegossen haben, fügen Sie 1-2 ml hinzu³ EDTA-Lösung (Natriumedetinsäure) und der Inhalt werden gemischt. Wenn Sie jetzt einen Schuss Wasserstoffperoxid hinzufügen, werden Sie keine Zersetzung von Wasserstoffperoxid feststellen. Der Grund ist die Bildung eines sehr stabilen Eisenionenkomplexes mit EDTA (dieses Reagenz reagiert mit vielen Metallionen, wodurch diese bestimmt und aus der Umgebung entfernt werden). Kombination von Fe-Ionen³⁺ mit EDTA blockierte das aktive Zentrum des Enzyms und inaktivierte folglich Katalase (4).

Ehering aus Eisen

In der analytischen Chemie beruht die Identifizierung vieler Ionen auf der Bildung schwerlöslicher Niederschläge. Ein flüchtiger Blick auf die Löslichkeitstabelle zeigt jedoch, dass die Anionen Nitrat (V) und Nitrat (III) (Salze der ersten werden einfach Nitrate und die zweiten Nitrite genannt) praktisch keinen Niederschlag bilden.

Eisen (II) Sulfat FeSO kommt beim Nachweis dieser Ionen zur Hilfe.₄. Bereiten Sie die Reagenzien vor. Zusätzlich zu diesem Salz benötigen Sie eine konzentrierte Lösung von Schwefelsäure (VI) H₂SO₄ und eine verdünnte 10-15% ige Lösung dieser Säure (Vorsicht beim Verdünnen, Gießen natürlich „Säure in Wasser“). Außerdem Salze, die die nachgewiesenen Anionen enthalten, wie beispielsweise KNO₃NaNO₃NaNO₂. Bereiten Sie eine konzentrierte FeSO-Lösung vor.₄ und Lösungen von Salzen beider Anionen (ein Viertel Teelöffel Salz wird in etwa 50 cm gelöst³ Wasser).

5. Positives Ergebnis des Ringtests.

Die Reagenzien sind fertig, es ist Zeit zu experimentieren. Gießen Sie 2-3 cm in zwei Rohre³ FeSO-Lösung₄. Dann einige Tropfen konzentrierte N-Lösung zugeben.₂SO₄. Mit einer Pipette ein Aliquot der Nitritlösung (z. B. NaNO₂) und gießen Sie es so ein, dass es an der Wand des Reagenzglases herunterfließt (das ist wichtig!). Gießen Sie auf die gleiche Weise einen Teil der Salpeterlösung (z. B. KNO₃). Wenn beide Lösungen vorsichtig gegossen werden, erscheinen braune Kreise auf der Oberfläche (daher der gebräuchliche Name für diesen Test, Ringreaktion) (5). Der Effekt ist interessant, aber Sie können zu Recht enttäuscht, vielleicht sogar empört sein (Schließlich handelt es sich hier um einen analytischen Test? Die Ergebnisse sind in beiden Fällen gleich!).

Führen Sie jedoch ein anderes Experiment durch. Dieses Mal fügen Sie verdünntes H hinzu.₂SO₄. Nach der Injektion von Nitrat- und Nitritlösungen (wie zuvor) werden Sie nur in einem Reagenzglas - dem mit der NaNO-Lösung - ein positives Ergebnis feststellen.₂. Zur Nützlichkeit des Ringtests kommentieren Sie dieses Mal vermutlich nichts: Durch die Reaktion in leicht saurem Medium können Sie zwei Ionen eindeutig voneinander unterscheiden.

Der Reaktionsmechanismus basiert auf der Zersetzung beider Arten von Nitrationen unter Freisetzung von Stickstoffmonoxid (II) NO (in diesem Fall wird das Eisenion zwei- bis dreistellig oxidiert). Die Kombination des Fe(II)-Ions mit NO hat eine braune Farbe und gibt dem Ring eine Farbe (es ist fertig, wenn der Test richtig durchgeführt wird, durch einfaches Mischen der Lösungen erhalten Sie nur die dunkle Farbe des Reagenzglases, aber - Sie geben zu - es wird keinen so interessanten Effekt geben). Die Zersetzung von Nitrationen erfordert jedoch ein stark saures Reaktionsmedium, während Nitrit nur eine geringe Ansäuerung erfordert, daher die beobachteten Unterschiede während des Tests.

Eisen im Geheimdienst

Menschen hatten schon immer etwas zu verbergen. Die Gründung des Journals beinhaltete auch die Entwicklung von Methoden zum Schutz dieser übermittelten Informationen - Verschlüsselung oder Verbergen des Textes. Für das letztere Verfahren wurde eine Vielzahl sympathischer Tinten erfunden. Das sind die Substanzen, für die Sie sie gemacht haben die Inschrift ist nicht sichtbares wird jedoch beispielsweise unter dem Einfluss von Erhitzen oder Behandlung mit einer anderen Substanz (Entwickler) freigelegt. Die Herstellung von hübscher Tinte und ihrem Entwickler ist nicht schwierig. Es genügt, die Reaktion zu finden, bei der ein farbiges Produkt entsteht. Es ist am besten, dass die Tinte selbst farblos ist, dann ist die von ihnen gemachte Beschriftung auf einem Substrat jeder Farbe unsichtbar.

Eisenverbindungen ergeben auch attraktive Tinten. Nach Durchführung der zuvor beschriebenen Tests können Lösungen von Eisen(III)- und FeCl-Chlorid als sympathische Tinten vorgeschlagen werden.₃, Kaliumthiocyanid KNCS und Kaliumferrocyanid K₄[Fe(CN)₆]. Bei der FeCl-Reaktion₃ mit Cyanid wird es rot und mit Ferrocyanid wird es blau. Sie sind besser als Tinten geeignet. Lösungen von Thiocyanat und Ferrocyanidda sie farblos sind (im letzteren Fall muss die Lösung verdünnt werden). Die Beschriftung erfolgte mit einer gelblichen FeCl-Lösung.₃ es ist auf weißem Papier zu sehen (es sei denn, die Karte ist auch gelb).

6. Zweifarbige Wimperntusche ist gut

7. Tinte mit sympathischer Salicylsäure

Bereiten Sie verdünnte Lösungen aller Salze vor und verwenden Sie einen Pinsel oder ein Streichholz, um mit einer Lösung aus Cyanid und Ferrocyanid auf die Karten zu schreiben. Verwenden Sie jeweils eine andere Bürste, um eine Kontamination der Reagenzien zu vermeiden. Nach dem Trocknen Schutzhandschuhe anziehen und die Watte mit der FeCl-Lösung befeuchten.₃. Eisen(III)chlorid-Lösung ätzend und hinterlässt gelbe Flecken, die mit der Zeit braun werden. Vermeiden Sie daher, die Haut und die Umgebung damit anzufärben (Versuch auf einem Tablett durchführen). Verwenden Sie ein Wattestäbchen, um ein Stück Papier zu berühren, um seine Oberfläche zu befeuchten. Unter dem Einfluss des Entwicklers erscheinen rote und blaue Buchstaben. Es ist auch möglich, mit beiden Tinten auf einem Blatt Papier zu schreiben, dann wird die aufgedeckte Beschriftung zweifarbig (6). Als blaue Tinte eignet sich auch Salicylalkohol (2 % Salicylsäure in Alkohol) (7).

Damit endet der dreiteilige Artikel über Eisen und seine Verbindungen. Sie haben herausgefunden, dass dies ein wichtiges Element ist und Sie außerdem viele interessante Experimente durchführen können. Wir werden uns jedoch weiterhin auf das Thema „Eisen“ konzentrieren, denn in einem Monat treffen Sie auf seinen schlimmsten Feind - Korrosion.

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