العصر الحديدي - الجزء الثاني
العدد الأخير عن المعدن رقم واحد في حضارتنا وعلاقاته. أظهرت التجارب التي أجريت حتى الآن أن هذا موضوع مثير للاهتمام للبحث في المختبر المنزلي. لن تكون تجارب اليوم أقل إثارة للاهتمام وستسمح لنا بإلقاء نظرة مختلفة على بعض جوانب الكيمياء.
إحدى التجارب في الجزء الأول من المقال كانت أكسدة راسب مخضر من هيدروكسيد الحديد (II) إلى هيدروكسيد الحديد (III) البني بمحلول H2O2. ويتحلل بيروكسيد الهيدروجين تحت تأثير عوامل عديدة منها مركبات الحديد (تم اكتشاف فقاعات الأكسجين في التجربة). سوف تستخدم هذا التأثير لإظهار...
...كيف يعمل المحفز؟
بالطبع يسرع رد الفعل، ولكن - من الجدير بالذكر - أن تحدث حالة واحدة فقط يمكن أن تحدث في ظل ظروف معينة (على الرغم من البطء الشديد في بعض الأحيان ، وحتى بشكل غير محسوس). صحيح ، هناك تأكيد على أن المحفز يسرع التفاعل ، لكنه لا يشارك فيه بحد ذاته. حسنًا ... لماذا تمت إضافته على الإطلاق؟ الكيمياء ليست سحرًا (في بعض الأحيان يبدو الأمر كذلك بالنسبة لي ، و "أسود" للتشغيل) ، وبتجربة بسيطة ، سترى المحفز أثناء العمل.
قم أولاً بإعداد موقفك. ستحتاج إلى صينية لحماية الطاولة من الانسكاب، وقفازات ونظارات واقية أو قناع. أنت تتعامل مع كاشف كاوي: بيرهيدرول (محلول 30٪ من بيروكسيد الهيدروجين H2O2) ومحلول كلوريد الحديد (III) FeCl3. تصرف بحكمة، ولا سيما اعتني بعينيك: فجلد يديك المحترق بالبيهيدرول يتجدد، لكن عينيك لا تتجدد. (1).
2. يحتوي المبخر الموجود على اليسار على الماء فقط ، على اليمين - الماء مع إضافة بيرهيدرول. تصب محلول كلوريد الحديد (III) في كليهما
3. تقدم التفاعل، بعد اكتماله يتم تجديد المحفز
صب في المبخر الخزفي وأضف ضعف كمية الماء (يحدث التفاعل أيضًا مع بيروكسيد الهيدروجين، ولكن في حالة محلول 3٪ يكون التأثير ملحوظًا بشكل سيء). لديك ما يقرب من 10٪ H الحل2O2 (تم تخفيف البيرهيدرول التجاري بنسبة 1: 2 بالماء). قم بصب كمية كافية من الماء في المبخر الثاني بحيث تحتوي كل حاوية على نفس الكمية من السائل (سيكون هذا هو الإطار المرجعي الخاص بك). أضف الآن 1-2 سم لكلا جهازي البخار.3 محلول FeCl 10%3 وراقب الاختبار بعناية (٢).
في مبخر التحكم، يكون السائل أصفر بسبب وجود أيونات الحديد المائية.3+. من ناحية أخرى، يحدث الكثير في وعاء يحتوي على بيروكسيد الهيدروجين: تتحول المحتويات إلى اللون البني، ويتم إطلاق الغاز بشكل مكثف، ويصبح السائل الموجود في المبخر ساخنًا جدًا أو حتى يغلي. وتتميز نهاية التفاعل بتوقف تطور الغاز وتغير لون محتوياته إلى اللون الأصفر، كما في نظام التحكم (3). لقد كنت مجرد شاهد عملية المحول الحفازهل تعلم ما هي التغيرات التي طرأت على السفينة؟
يأتي اللون البني من مركبات الحديد الحديدية التي تتشكل نتيجة التفاعل:
الغاز المنبعث بشكل مكثف من المبخر هو بالطبع الأكسجين (يمكنك التحقق مما إذا كانت الشعلة المشتعلة تبدأ في الاحتراق فوق سطح السائل). في الخطوة التالية، الأكسجين المنطلق في التفاعل أعلاه يؤكسد كاتيونات الحديد.2+:
أيونات الحديد المتجددة3+ يشاركون مرة أخرى في رد الفعل الأول. تنتهي العملية عند استهلاك كل بيروكسيد الهيدروجين، وهو ما ستلاحظه عندما يعود اللون الأصفر إلى محتويات المرذاذ. عندما تقوم بضرب طرفي المعادلة الأولى في اثنين وإضافتها إلى طرف الثانية، ثم إلغاء الحدود المتشابهة على الطرفين المتقابلين (كما في المعادلة الرياضية العادية)، تحصل على معادلة رد فعل التوزيع H2O2. لاحظ عدم وجود أيونات الحديد، ولكن لتوضيح دورها في التحويل، اكتبها فوق السهم:
يتحلل بيروكسيد الهيدروجين أيضًا تلقائيًا وفقًا للمعادلة المذكورة أعلاه (بدون أيونات الحديد بوضوح)، لكن هذه العملية بطيئة جدًا. تؤدي إضافة محفز إلى تغيير آلية التفاعل إلى آلية أسهل في التنفيذ وبالتالي تسريع عملية التحول بأكملها. فلماذا فكرة أن المحفز لا يشارك في التفاعل؟ ربما لأنه يتم تجديده أثناء العملية ويبقى دون تغيير في خليط المنتجات (في التجربة، يظهر اللون الأصفر لأيونات الحديد (III) قبل التفاعل وبعده). لذا تذكر ذلك يشارك المحفز في التفاعل وهو الجزء النشط.
بالنسبة للمشاكل مع H.2O2
4. يقوم الكاتلاز بتحليل بيروكسيد الهيدروجين (أنبوب الاختبار على اليسار)، وإضافة محلول EDTA يدمر الإنزيم (أنبوب الاختبار على اليمين)
الإنزيمات هي أيضًا محفزات ، لكنها تعمل في خلايا الكائنات الحية. استخدمت الطبيعة أيونات الحديد في مراكز الإنزيمات النشطة التي تسرع تفاعلات الأكسدة والاختزال. هذا يرجع إلى التغييرات الطفيفة التي سبق ذكرها في تكافؤ الحديد (من الثاني إلى الثالث والعكس صحيح). أحد هذه الإنزيمات هو الكاتلاز ، الذي يحمي الخلايا من المنتج عالي السمية لتحويل الأكسجين الخلوي - بيروكسيد الهيدروجين. يمكنك بسهولة الحصول على الكاتلاز: اهرس البطاطس وصب الماء فوق البطاطس المهروسة. دع التعليق يغرق إلى الأسفل وتجاهل المادة الطافية.
صب 5 سم في أنبوب الاختبار.3 مستخلص البطاطس ويضاف 1 سم3 بيروكسيد الهيدروجين. تكون المحتويات رغوية جدًا وقد "تخرج" من أنبوب الاختبار، لذا جربها على صينية. الكاتالاز هو إنزيم فعال للغاية؛ يمكن لجزيء الكاتلاز الواحد أن يتحلل إلى عدة ملايين من جزيئات H في الدقيقة.2O2.
بعد صب المستخلص في أنبوب الاختبار الثاني، أضف 1-2 سم3 يتم خلط محلول EDTA (حمض إديتيك الصوديوم) والمحتويات. إذا قمت بإضافة جزء من بيروكسيد الهيدروجين الآن، فلن ترى أي تحلل لبيروكسيد الهيدروجين. والسبب هو تكوين مركب مستقر للغاية من أيونات الحديد مع EDTA (يتفاعل هذا الكاشف مع العديد من الأيونات المعدنية، والذي يستخدم لتحديدها وإزالتها من البيئة). مزيج من أيونات الحديد3+ مع EDTA منعت الموقع النشط للإنزيم، وبالتالي الكاتلاز المعطل (4).
خاتم زواج حديد
في الكيمياء التحليلية ، يعتمد تحديد العديد من الأيونات على تكوين رواسب قليلة الذوبان. ومع ذلك ، فإن نظرة خاطفة على جدول الذوبان ستظهر أن أنيونات النترات (V) والنترات (III) (أملاح الأول تسمى ببساطة النترات ، والثاني - النيتريت) عمليًا لا يشكلان راسبًا.
تأتي كبريتات الحديد (II) FeSO للإنقاذ في اكتشاف هذه الأيونات.4. تحضير الكواشف. بالإضافة إلى هذا الملح، سوف تحتاج إلى محلول مركز من حمض الكبريتيك (VI) H2SO4 ومحلول 10-15٪ مخفف من هذا الحمض (كن حذرًا عند التخفيف ، صب ، بالطبع ، "الحمض في الماء"). بالإضافة إلى الأملاح التي تحتوي على الأنيونات المكتشفة ، مثل KNO3، NaNO3، NaNO2. تحضير محلول FeSO مركّز.4 ومحاليل أملاح الأنيونات (يذوب ربع ملعقة صغيرة من الملح في حوالي 50 سم).3 ماء).
5. نتيجة فحص الحلبة إيجابية.
الكواشف جاهزة، وحان الوقت للتجربة. صب 2-3 سم في أنبوبين اختبار3 حل FeSO4. ثم أضف بضع قطرات من المحلول المركز N.2SO4. باستخدام ماصة، جمع قاسمة من محلول النتريت (مثل NaNO2) واسكبه حتى يتدفق على جدار أنبوب الاختبار (وهذا مهم!). بنفس الطريقة، صب جزء من محلول النترات (على سبيل المثال، KNO3). إذا تم صب كلا المحلين بعناية ، فستظهر دوائر بنية اللون على السطح (ومن هنا جاء الاسم الشائع لهذا الاختبار ، تفاعل الحلقة) (5). التأثير مثير للاهتمام ، لكن لديك الحق في أن تصاب بخيبة أمل ، وربما حتى غاضبة (هذا اختبار تحليلي ، بعد كل شيء؟ النتائج هي نفسها في كلتا الحالتين!).
ومع ذلك، حاول تجربة أخرى. هذه المرة، أضف محلول H المخفف إلى أنابيب الاختبار التي تحتوي على محلول ملح الحديد (II).2SO4. بعد حقن محاليل النترات والنتريت (كما في السابق) ، ستلاحظ نتيجة إيجابية في أنبوب اختبار واحد فقط - الأنبوب الذي يحتوي على محلول NaNO.2. هذه المرة ربما ليس لديك أي تحفظات بشأن فائدة اختبار الحلقة: فالتفاعل في بيئة حمضية قليلاً يسمح بالتمييز بوضوح بين الأيونين.
تعتمد آلية التفاعل على تحلل نوعي أيونات النترات مع إطلاق أكسيد النيتريك (II) NO (في هذه الحالة ، يتأكسد أيون الحديد من رقمين إلى ثلاثة أرقام). مزيج أيون Fe (II) مع NO له لون بني ويعطي الحلقة لونًا (يتم ذلك إذا تم الاختبار بشكل صحيح ، بمجرد خلط المحاليل ، ستحصل فقط على اللون الداكن لأنبوب الاختبار ، ولكن - أنت تعترف - لن يكون هناك مثل هذا التأثير المثير للاهتمام). ومع ذلك ، فإن تحلل أيونات النترات يتطلب وسط تفاعل حمضي قوي ، بينما يتطلب النتريت تحمضًا طفيفًا ، ومن هنا جاءت الاختلافات الملحوظة أثناء الاختبار.
الحديد في الخدمة السرية
لقد كان لدى الناس دائمًا ما يخفونه. استلزم إنشاء المجلة أيضًا تطوير طرق لحماية هذه المعلومات المرسلة - تشفير النص أو إخفاءه. تم اختراع مجموعة متنوعة من الأحبار المتعاطفة للطريقة الأخيرة. هذه هي المواد التي صنعتها لهم النقش غير مرئيولكن يتم الكشف عنها تحت تأثير التسخين أو المعالجة بمادة أخرى (مطورة) على سبيل المثال. إن صنع بعض الحبر الجميل ومطوره ليس بالأمر الصعب. يكفي العثور على التفاعل الذي ينتج منتجًا ملونًا. من الأفضل أن يكون الحبر نفسه عديم اللون، ثم النقش الذي يصنعه سيكون غير مرئي على الركيزة من أي لون.
تصنع مركبات الحديد أيضًا أحبارًا جذابة. بعد إجراء الاختبارات الموصوفة سابقاً، يمكن اقتراح محاليل الحديد (III) وكلوريد FeCl كأحبار متعاطفة.3، ثيوسيانيد البوتاسيوم KNCS وفيروسيانيد البوتاسيوم K4[الحديد (CN)6]. في رد فعل FeCl3 مع السيانيد سوف يتحول إلى اللون الأحمر ، ومع ferrocyanide سوف يتحول إلى اللون الأزرق. هم أكثر ملاءمة كأحبار. محاليل الثيوسيانات والفيروسيانيدلأنها عديمة اللون (في الحالة الأخيرة يجب تخفيف المحلول). يتم النقش بمحلول FeCl المصفر.3 يكون مرئيًا على ورق أبيض (ما لم تكن البطاقة صفراء أيضًا).
6. الماسكارا ذات اللونين جيدة
7. حبر حمض الساليسيليك الودي
تحضير المحاليل المخففة من جميع الأملاح واستخدام فرشاة أو عود ثقاب للكتابة على البطاقات بمحلول السيانيد والفيروسيانيد. استخدم فرشاة مختلفة لكل منها لتجنب تلويث الكواشف. عند التجفيف، قم بارتداء القفازات الواقية وترطيب الصوف القطني بمحلول FeCl.3. محلول كلوريد الحديد (III). تآكل ويترك بقعًا صفراء تتحول إلى اللون البني مع مرور الوقت. لهذا السبب، تجنب تلطيخ بشرتك وبيئتك به (قم بالتجربة على صينية). استخدم قطعة قطن للمس قطعة من الورق لترطيب سطحها. تحت تأثير المطور، سوف تظهر الحروف الحمراء والزرقاء. كما يمكنك الكتابة بالحبرين على ورقة واحدة، فيكون النقش المفتوح بلونين (6). كحول الساليسيليك (محلول 2٪ من حمض الساليسيليك في الكحول) مناسب أيضًا كحبر أزرق (7).
وبهذا نختتم مقالًا من ثلاثة أجزاء عن الحديد ومركباته. لقد اكتشفت أن هذا عنصر مهم، وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يسمح لك بإجراء العديد من التجارب المثيرة للاهتمام. ومع ذلك، سنواصل التركيز على موضوع "الحديد"، لأنه في شهر ستقابل ألد أعدائه - تآكل.
انظر أيضا:
