Eisenzäit - Deel 3

Déi lescht Ausgab iwwer d'Nummer eent Metal vun eiser Zivilisatioun a seng Bezéiungen. Experimenter, déi bis elo gemaach goufen, hu gewisen, datt dëst en interessanten Objet fir Fuerschung am Heemlaboratoire ass. D'Experimenter vun haut wäerten net manner interessant sinn an erlaben Iech e puer Aspekter vun der Chimie anescht ze kucken.

Ee vun den Experimenter am éischten Deel vum Artikel war d'Oxidatioun vun engem grénglechen Ausfäll vun Eisen (II) Hydroxid zu brong Eisen (III) Hydroxid mat enger Léisung vun H₂O₂. Waasserstoffperoxid zerstéiert ënner dem Afloss vu ville Faktoren, dorënner Eisenverbindungen (Sauerstoffblasen goufen am Experiment fonnt). Dir benotzt dësen Effekt fir ze weisen ...

... Wéi e Katalysator funktionnéiert

natierlech beschleunegt d'Reaktioun, awer - et ass derwäert ze erënneren - nëmmen een deen ënner bestëmmte Konditioune ka geschéien (obwuel heiansdo ganz lues, souguer onmerkbar). Richteg, et gëtt eng Behaaptung datt de Katalysator d'Reaktioun beschleunegt, awer net selwer deelhëllt. Hmm... firwat gëtt et iwwerhaapt dobäi? Chimie ass keng Magie (heiansdo schéngt et mir esou, a "schwaarz" fir ze booten), a mat engem einfachen Experiment gesitt Dir de Katalysator an Aktioun.

Éischt preparéieren Är Positioun. Dir braucht e Schacht fir den Dësch géint Iwwerschwemmungen ze halen, Schutzhandschuesch a Brëller oder e Visier. Dir hutt mat engem kausteschen Reagens ze dinn: Perhydrol (30% Waasserstoffperoxid Léisung H₂O₂) an Eisen (III) Chlorid Léisung FeCl₃. Akt clever, besonnesch këmmert sech ëm Är Aen: d'Haut vun den Hänn verbrannt mat Pehydrol regeneréiert, awer d'Aen net. (1).

2. Den Verdamper op der lénkser Säit enthält nëmme Waasser, op der rietser - Waasser mat der Zousatz vun Perhydrol. Dir gitt eng Léisung vun Eisen (III) Chlorid a béid

3. De Verlaf vun der Reaktioun, no senger Ofschloss, gëtt de Katalysator regeneréiert

Gitt an e Porzellanverdamper a füügt zweemol sou vill Waasser (d'Reaktioun fënnt och mat Waasserstoffperoxid statt, awer am Fall vun enger 3% Léisung ass den Effekt kaum bemierkbar). Dir krut ongeféier 10% Léisung vun H₂O₂ (kommerziell Perhydrol verdënntem 1:2 mat Waasser). Gitt genuch Waasser an den zweeten Verdamper, sou datt all Behälter déiselwecht Quantitéit vu Flëssegkeet huet (dëst wäert Äre Referenzkader sinn). Füügt elo 1-2 cm op béid Dampmaschinnen.³ 10% FeCl Léisung₃ a beobachtet suergfälteg de Fortschrëtt vum Test (2).

Am Kontrollevaporator huet d'Flëssegkeet eng gielzeg Faarf wéinst hydratiséierte Fe-Ionen.³⁺. Op der anerer Säit geschitt vill Saachen an engem Behälter mat Waasserstoffperoxid: den Inhalt gëtt brong, de Gas gëtt intensiv entlooss, an d'Flëssegkeet am Verdamper gëtt ganz waarm oder souguer kachen. D'Enn vun der Reaktioun ass markéiert duerch d'Stéierung vun der Gasentwécklung an enger Verännerung vun der Faarf vum Inhalt op giel, wéi am Kontrollsystem (3). Dir war just en Zeien Operatioun vum Katalysator, mee wësst Dir wat Ännerungen am Schëff geschitt sinn?

Déi brong Faarf kënnt aus de Ferroverbindungen, déi sech als Resultat vun der Reaktioun bilden:

De Gas, deen intensiv aus dem Verdamper erausgeet ass, ass natierlech Sauerstoff (Dir kënnt iwwerpréiwen ob eng glühend Flam iwwer der Uewerfläch vun der Flëssegkeet ufänkt ze brennen). Am nächste Schrëtt oxidéiert de Sauerstoff, deen an der uewe genannter Reaktioun fräigelooss gëtt, d'Fe-Kationen.²⁺:

Regeneréiert Fe-Ionen³⁺ si huelen erëm un der éischter Reaktioun deel. De Prozess endet wann all Waasserstoffperoxid benotzt ass, wat Dir bemierkt wéi déi gielzeg Faarf an den Inhalt vum Verdamper zréckkënnt. Wann Dir béid Säiten vun der éischter Equatioun mat zwee multiplizéiert an se op der zweeter Säit bäidréit, an dann déiselwecht Begrëffer op de Géigendeel Säiten annuléiert (wéi an enger normaler mathematesch Equatioun), kritt Dir d'Verdeelungsreaktiounsgleichung H₂O₂. Notéiert w.e.g. datt et keng Eisenionen dran ass, awer fir hir Roll an der Transformatioun unzeginn, gitt se iwwer de Pfeil:

Waasserstoffperoxid zerstéiert och spontan no der uewe genannter Equatioun (offensichtlech ouni Eisenionen), awer dëse Prozess ass zimlech lues. D'Zousatz vun engem Katalysator verännert de Reaktiounsmechanismus op een deen méi einfach ass ze realiséieren an dofir déi ganz Konversioun beschleunegt. Also firwat d'Iddi datt de Katalysator net an der Reaktioun involvéiert ass? Wahrscheinlech well et am Prozess regeneréiert gëtt a bleift onverännert an der Mëschung vu Produkter (am Experiment geschitt déi giel Faarf vu Fe(III) Ionen souwuel virun an no der Reaktioun). Also erënnert dat de Katalysator ass an der Reaktioun involvéiert an ass den aktiven Deel.

Fir Probleemer mam X.₂O₂

4. Katalase zerstéiert Waasserstoffperoxid (Röhre op der lénker Säit), andeems eng EDTA Léisung zerstéiert den Enzym (Röhre op der rietser)

Enzyme sinn och Katalysatoren, awer si handelen an den Zellen vu liewegen Organismen. D'Natur huet Eisenionen an den aktive Zentren vun Enzymen benotzt, déi d'Oxidatioun an d'Reduktiounsreaktiounen beschleunegen. Dëst ass wéinst der schonn ernimmt liicht Ännerungen an der Valenz vun Eisen (vun II bis III a vice versa). Ee vun dësen Enzymen ass Katalase, déi Zellen schützt géint dat héich gëftegt Produkt vun der cellulärer Sauerstoffkonversioun - Waasserstoffperoxid. Dir kënnt ganz einfach Katalase kréien: Gromperen mëschen a Waasser iwwer Gromperepuree schëdden. Loosst d'Suspension bis ënnen ënnerzegoen an de Supernatant ewechhuelen.

Gidd 5 cm an d'Reagenzglieser.³ Gromper Extrait an dobäi 1 cm³ Waasserstoffperoxyd. Den Inhalt ass ganz schaumeg, et ka souguer aus dem Reagensglas "erauskommen", also probéiert et op engem Schacht. Catalase ass e ganz effizienten Enzym, eng Molekül vu Katalase ka bis zu e puer Millioune H Moleküle pro Minutt ofbriechen.₂O₂.

Nodeems Dir den Extrait an den zweete Reagenzglieser gegoss hutt, add 1-2 ml³ EDTA Léisung (Natrium edetic Seier) an d'Inhalter ginn gemëscht. Wann Dir elo e Schoss Waasserstoffperoxid bäidréit, gesitt Dir keng Zersetzung vu Waasserstoffperoxid. De Grond ass d'Bildung vun engem ganz stabilen Eisenionkomplex mat EDTA (dëse Reagens reagéiert mat ville Metallionen, déi benotzt gi fir se ze bestëmmen an aus der Ëmwelt ze läschen). Kombinatioun vu Fe Ionen³⁺ mat EDTA blockéiert den aktive Site vum Enzym an doduerch Katalase inaktivéiert (4).

Eisen Hochzäitsring

An der analytescher Chimie baséiert d'Identifikatioun vu ville Ionen op d'Bildung vu spuersam löslechen Ausfäll. Wéi och ëmmer, e kuerze Bléck op d'Léislechkeetstabelle wäert weisen datt d'Nitrat (V) an d'Nitrat (III) Anionen (Salze vun der éischter ginn einfach Nitrater genannt, an déi zweet - Nitrite) praktesch kee Nidderschlag bilden.

Eisen (II) Sulfat FeSO kënnt zur Rettung fir dës Ionen z'entdecken.₄. Bereet d'Reagenz. Zousätzlech zu dësem Salz braucht Dir eng konzentréiert Léisung vu Schwefelsäure (VI) H₂SO₄ an eng verdënntem 10-15% Léisung vun dëser Säure (opgepasst wann Dir verdënnt, natierlech "Säure a Waasser"). Zousätzlech, Salzer déi detektéiert Anionen enthalen, wéi KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Bereet eng konzentréiert FeSO Léisung.₄ a Léisunge vu Salze vu béiden Anionen (léisen e Véierel vun engem Teelöffel Salz an ongeféier 50 cm op³ Waasser).

5. Positiv Resultat vun der Ring Test.

D'Reagense si prett, et ass Zäit ze experimentéieren. Pour 2-3 cm an zwee Réier³ FeSO Léisung₄. Dann e puer Drëpsen vun konzentréiert N Léisung.₂SO₄. Mat enger Pipette sammelt en Aliquot vun der Nitritléisung (zB NaNO₂) a schëdden et sou datt et d'Mauer vum Reagenzglieser erof fléisst (dëst ass wichteg!). Op déiselwecht Manéier, gitt en Deel vun der Salpeter-Léisung (zum Beispill KNO₃). Wa béid Léisunge virsiichteg gegoss ginn, schéngen brong Kreeser op der Uewerfläch (also de gemeinsame Numm fir dësen Test, Ringreaktioun) (5). Den Effekt ass interessant, awer Dir hutt d'Recht enttäuscht ze sinn, vläicht souguer indignéiert (Dëst ass en analyteschen Test, schliisslech? D'Resultater sinn déiselwecht a béide Fäll!).

Maacht awer en anert Experiment. Dës Kéier addéiere verdënntem H.₂SO₄. Nodeems Dir Nitrat- an Nitritléisungen injizéiert hutt (wéi virdrun), mierkt Dir e positiven Resultat an nëmmen engem Reagenzglieser - dee mat der NaNO-Léisung.₂. Dës Kéier hutt Dir wahrscheinlech kee Kommentar iwwer d'Nëtzlechkeet vum Ringtest: d'Reaktioun an engem liicht sauerem Medium erlaabt Iech kloer tëscht zwee Ionen z'ënnerscheeden.

De Reaktiounsmechanismus baséiert op der Zersetzung vu béiden Aarte vun Nitrat-Ionen mat der Verëffentlechung vun Nitrogenoxid (II) NO (an dësem Fall gëtt den Eisenion vun zwee bis dräi Zifferen oxidéiert). D'Kombinatioun vum Fe(II) Ion mam NO huet eng brong Faarf a gëtt dem Rank eng Faarf (et gëtt gemaach wann den Test richteg gemaach ass, andeems Dir d'Léisungen einfach vermëschen kritt Dir nëmmen déi donkel Faarf vum Reagenzglieser, awer - Dir gitt zou - et gëtt net sou en interessanten Effekt). Wéi och ëmmer, d'Zersetzung vun Nitrationen erfuerdert e staark sauer Reaktiounsmedium, während Nitrit nëmme liicht Säure erfuerdert, dofir déi observéiert Differenzen während dem Test.

Eisen am Geheimdéngscht

D'Leit hunn ëmmer eppes ze verstoppen. D'Schafe vum Journal huet och d'Entwécklung vu Methoden fir sou iwwerdroen Informatioun ze schützen - Verschlësselung oder Text verstoppen. Eng Vielfalt vu sympathesche Tënten goufe fir déi lescht Method erfonnt. Dëst sinn d'Substanzen fir déi Dir se gemaach hutt d'Inscriptioun ass net ze gesinnawer, et gëtt ënner dem Afloss vun, zum Beispill, Heizung oder Behandlung mat enger anerer Substanz (Entwéckler) opgedeckt. Preparéieren schéin Tënt a seng Entwéckler ass net schwéier. Et ass genuch fir d'Reaktioun ze fannen an där e faarwege Produkt geformt gëtt. Et ass am beschten datt d'Tënt selwer faarweg ass, da wäert d'Inskriptioun vun hinnen onsichtbar sinn op engem Substrat vun all Faarf.

Eisenverbindunge maachen och attraktiv Tënten. No der Ausféierung vun de virdru beschriwwenen Tester kënnen Léisunge vun Eisen (III) a FeCl-Chlorid als sympathesch Tënt proposéiert ginn.₃, Kaliumthiocyanid KNCS a Kaliumferrocyanid K₄[Fe(CN)₆]. An der FeCl Reaktioun₃ mat Cyanid gëtt et rout, a mat Ferrocyanid gëtt et blo. Si si besser als Tënt gëeegent. Léisunge vu Thiocyanat a Ferrocyanidwell se faarweg sinn (am leschte Fall muss d'Léisung verdünnt ginn). D'Inscriptioun gouf mat enger gielzeger Léisung vu FeCl gemaach.₃ et kann op wäissem Pabeier gesi ginn (ausser d'Kaart ass och giel).

6. Zwee-Toun Mascara ass gutt

7. Sympathesch Salicylsäure Tënt

Bereet verdünnte Léisunge vun all Salze a benotzt e Pinsel oder Match fir op d'Kaarte mat enger Léisung vu Cyanid a Ferrocyanid ze schreiwen. Benotzt eng aner Pinsel fir jidderee fir d'Reagenz ze kontaminéieren. Wann dréchent, Schützt Handschuesch un a befeucht de Koteng mat der FeCl Léisung.₃. Eisen (III) Chlorid Léisung ätzend a léisst giel Flecken déi mat der Zäit brong ginn. Aus dësem Grond vermeit d'Haut an d'Ëmwelt domat ze lackelen (d'Experiment op engem Schacht ausféieren). Benotzt e Kotteng fir e Stéck Pabeier ze beréieren fir seng Uewerfläch ze befeuchten. Ënnert dem Afloss vum Entwéckler erschéngen rout a blo Buschtawen. Et ass och méiglech mat béiden Tënten op engem Blat Pabeier ze schreiwen, da gëtt déi opgedeckt Inskriptioun zweefaarweg (6). Salicylalkohol (2% Salicylsäure an Alkohol) ass och gëeegent als blo Tënt (7).

Dëst schléisst den dräi-Deel Artikel iwwer Eisen a seng Verbindungen of. Dir hutt erausfonnt datt dëst e wichtegt Element ass, an zousätzlech erlaabt et Iech vill interessant Experimenter ze maachen. Allerdéngs wäerte mir nach ëmmer op d'Thema "Eisen" konzentréieren, well an engem Mount wäert Dir säi schlëmmste Feind treffen - Korrosioun.

Kuckt och: