რკინის ხანა - ნაწილი 3

უახლესი ნომერი ჩვენი ცივილიზაციის ნომერ პირველი ლითონისა და მისი ურთიერთობების შესახებ. აქამდე ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ეს არის საინტერესო ობიექტი სახლის ლაბორატორიაში კვლევისთვის. დღევანდელი ექსპერიმენტები არანაკლებ საინტერესო იქნება და საშუალებას მოგცემთ სხვაგვარად შეხედოთ ქიმიის ზოგიერთ ასპექტს.

სტატიის პირველ ნაწილში ერთ-ერთი ექსპერიმენტი იყო რკინის (II) ჰიდროქსიდის მომწვანო ნალექის დაჟანგვა ყავისფერ რკინის (III) ჰიდროქსიდში H ხსნარით.₂O₂. წყალბადის ზეჟანგი იშლება მრავალი ფაქტორის, მათ შორის რკინის ნაერთების გავლენით (ექსპერიმენტში ჟანგბადის ბუშტები აღმოაჩინეს). თქვენ გამოიყენებთ ამ ეფექტს საჩვენებლად...

… როგორ მუშაობს კატალიზატორი

რა თქმა უნდა აჩქარებს რეაქციას, მაგრამ - ღირს დამახსოვრება - მხოლოდ ერთი, რომელიც შეიძლება მოხდეს მოცემულ პირობებში (თუმცა ზოგჯერ ძალიან ნელა, თუნდაც შეუმჩნევლად). მართალია, არსებობს მტკიცება, რომ კატალიზატორი აჩქარებს რეაქციას, მაგრამ თავად არ მონაწილეობს მასში. ჰმ... რატომ არის დამატებული საერთოდ? ქიმია არ არის მაგია (ზოგჯერ ასე მეჩვენება და ჩატვირთვისთვის "შავი") და უბრალო ექსპერიმენტით დაინახავთ კატალიზატორს მოქმედებაში.

ჯერ მოამზადეთ თქვენი პოზიცია. დაგჭირდებათ უჯრა მაგიდის დატბორვისგან დასაცავად, დამცავი ხელთათმანები და სათვალე ან სათვალე. საქმე გაქვთ კაუსტიკური რეაგენტთან: პერჰიდროლთან (30% წყალბადის ზეჟანგის ხსნარი H₂O₂) და რკინის (III) ქლორიდის ხსნარი FeCl₃. იმოქმედეთ გონივრულად, განსაკუთრებით გაუფრთხილდით თვალებს: პეჰიდროლით დამწვარი ხელების კანი აღდგება, თვალები კი არა. (1).

2. მარცხნივ აორთქლება შეიცავს მხოლოდ წყალს, მარჯვნივ - წყალს პერჰიდროლის დამატებით. ორივეს ასხამთ რკინის (III) ქლორიდის ხსნარს

3. რეაქციის მიმდინარეობა, მისი დასრულების შემდეგ ხდება კატალიზატორის რეგენერაცია

ჩაასხით ფაიფურის ევაპორატორში და დაუმატეთ ორჯერ მეტი წყალი (რეაქცია მიმდინარეობს წყალბადის ზეჟანგთანაც, მაგრამ 3%-იანი ხსნარის შემთხვევაში ეფექტი ძნელად შესამჩნევია). თქვენ მიიღეთ H-ის დაახლოებით 10% ხსნარი₂O₂ (კომერციული პერჰიდროლი წყლით გაზავებული 1:2). ჩაასხით იმდენი წყალი მეორე აორთქლებაში, რათა თითოეულ ჭურჭელს ჰქონდეს იგივე რაოდენობის სითხე (ეს იქნება თქვენი საცნობარო ჩარჩო). ახლა ორივე ორთქლზე დაამატეთ 1-2 სმ.³ 10% FeCl ხსნარი₃ და ყურადღებით დააკვირდით ტესტის მიმდინარეობას (2).

საკონტროლო ევაპორატორში სითხეს აქვს მოყვითალო ფერი ჰიდრატირებული Fe იონების გამო.³⁺. მეორეს მხრივ, წყალბადის ზეჟანგით ჭურჭელში ბევრი რამ ხდება: შიგთავსი ყავისფერი ხდება, გაზი ინტენსიურად გამოიყოფა და აორთქლებაში არსებული სითხე ძალიან ცხელდება ან ადუღდება კიდეც. რეაქციის დასასრული აღინიშნება გაზის ევოლუციის შეწყვეტით და შიგთავსის ფერის ცვლილებით ყვითლად, როგორც კონტროლის სისტემაში (3). შენ მხოლოდ მოწმე იყავი კატალიზატორის მუშაობა, მაგრამ იცით, რა ცვლილებები მოხდა ჭურჭელში?

ყავისფერი ფერი მოდის შავი ნაერთებიდან, რომლებიც წარმოიქმნება რეაქციის შედეგად:

გაზი, რომელიც ინტენსიურად გამოიდევნება ამაორთქლებელიდან, რა თქმა უნდა, არის ჟანგბადი (შეგიძლიათ შეამოწმოთ იწყება თუ არა მბზინავი ალი სითხის ზედაპირის ზემოთ). შემდეგ ეტაპზე, ზემოაღნიშნული რეაქციაში გამოთავისუფლებული ჟანგბადი აჟანგებს Fe კათიონებს.²⁺:

რეგენერირებული Fe იონები³⁺ ისინი კვლავ მონაწილეობენ პირველ რეაქციაში. პროცესი მთავრდება მაშინ, როცა მთელი წყალბადის ზეჟანგი იქნება გამოყენებული, რასაც შეამჩნევთ, როდესაც მოყვითალო ფერი უბრუნდება აორთქლების შიგთავსს. როდესაც თქვენ გაამრავლებთ პირველი განტოლების ორივე მხარეს ორზე და დაუმატებთ მას გვერდით მეორეს, შემდეგ კი გააუქმებთ იგივე ტერმინებს საპირისპირო მხარეებზე (როგორც ჩვეულებრივ მათემატიკურ განტოლებაში), მიიღებთ განაწილების რეაქციის განტოლებას H.₂O₂. გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ მასში არ არის რკინის იონები, მაგრამ ტრანსფორმაციაში მათი როლის აღსანიშნავად, ჩაწერეთ ისინი ისრის ზემოთ:

წყალბადის ზეჟანგი ასევე სპონტანურად იშლება ზემოაღნიშნული განტოლების მიხედვით (ცხადია რკინის იონების გარეშე), მაგრამ ეს პროცესი საკმაოდ ნელია. კატალიზატორის დამატება ცვლის რეაქციის მექანიზმს უფრო ადვილად შესასრულებლად და, შესაბამისად, აჩქარებს მთელ კონვერტაციას. რატომ არის იდეა, რომ კატალიზატორი არ არის ჩართული რეაქციაში? ალბათ იმიტომ, რომ პროცესში ის რეგენერირებულია და პროდუქტების ნარევში უცვლელი რჩება (ექსპერიმენტში Fe(III) იონების ყვითელი ფერი ჩნდება როგორც რეაქციამდე, ასევე მის შემდეგ). ასე რომ დაიმახსოვრე ეს კატალიზატორი ჩართულია რეაქციაში და არის აქტიური ნაწილი.

X-თან პრობლემებისთვის.₂O₂

4. კატალაზა ანადგურებს წყალბადის ზეჟანგს (მილაკი მარცხნივ), EDTA ხსნარის დამატება ანადგურებს ფერმენტს (მილაკი მარჯვნივ)

ფერმენტები ასევე კატალიზატორებია, მაგრამ ისინი მოქმედებენ ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედებში. ბუნებამ გამოიყენა რკინის იონები ფერმენტების აქტიურ ცენტრებში, რომლებიც აჩქარებენ ჟანგვის და შემცირების რეაქციებს. ეს გამოწვეულია რკინის ვალენტობის უკვე ნახსენები უმნიშვნელო ცვლილებებით (II-დან III-მდე და პირიქით). ერთ-ერთი ასეთი ფერმენტია კატალაზა, რომელიც იცავს უჯრედებს უჯრედული ჟანგბადის გარდაქმნის უაღრესად ტოქსიკური პროდუქტისგან - წყალბადის ზეჟანგისაგან. კატალაზას მარტივად მიიღებთ: კარტოფილის ბადაგი და დაფქულ კარტოფილს დაასხით წყალი. ნება მიეცით სუსპენზია ჩაიძიროს ბოლოში და გადააგდეთ ზედმეტად.

ჩაასხით სინჯარაში 5 სმ.³ კარტოფილის ექსტრაქტი და დაამატეთ 1 სმ³ წყალბადის ზეჟანგი. შიგთავსი ძალიან ქაფიანია, შესაძლოა საცდელი მილიდან „გამოვიდეს“, ამიტომ სცადეთ უჯრაზე. კატალაზა არის ძალიან ეფექტური ფერმენტი, კატალაზას ერთ მოლეკულას შეუძლია წუთში რამდენიმე მილიონი H მოლეკულის დაშლა.₂O₂.

ექსტრაქტის მეორე სინჯარაში ჩასხმის შემდეგ დაუმატეთ 1-2 მლ³ EDTA ხსნარი (ნატრიუმის ედეტიკური მჟავა) და შიგთავსი შერეულია. თუ ახლა დაუმატებთ წყალბადის ზეჟანგს, ვერ ნახავთ წყალბადის ზეჟანგის დაშლას. მიზეზი არის ძალიან სტაბილური რკინის იონური კომპლექსის წარმოქმნა EDTA-სთან (ეს რეაგენტი რეაგირებს ბევრ მეტალის იონთან, რომელიც გამოიყენება მათ დასადგენად და გარემოდან მოსაშორებლად). Fe იონების კომბინაცია³⁺ EDTA-ით დაბლოკა ფერმენტის აქტიური ადგილი და, შესაბამისად, ინაქტივირებული კატალაზა (4).

რკინის საქორწინო ბეჭედი

ანალიტიკურ ქიმიაში მრავალი იონის იდენტიფიკაცია ემყარება ნაკლებად ხსნადი ნალექების წარმოქმნას. ამასთან, ხსნადობის ცხრილის ზედაპირული გადახედვა აჩვენებს, რომ ნიტრატი (V) და ნიტრატი (III) ანიონები (პირველის მარილებს უბრალოდ ნიტრატები ეწოდება, ხოლო მეორეს - ნიტრიტები) პრაქტიკულად არ წარმოქმნიან ნალექს.

რკინის (II) სულფატი FeSO მოდის სამაშველოში ამ იონების გამოვლენისას.₄. მოამზადეთ რეაგენტები. ამ მარილის გარდა, დაგჭირდებათ გოგირდმჟავას (VI) H კონცენტრირებული ხსნარი₂SO₄ და ამ მჟავის განზავებული 10-15% ხსნარი (ფრთხილად იყავით განზავებისას, ჩასხმისას, რა თქმა უნდა, "მჟავა წყალში"). გარდა ამისა, აღმოჩენილი ანიონების შემცველი მარილები, როგორიცაა KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. მოამზადეთ კონცენტრირებული FeSO ხსნარი.₄ და ორივე ანიონის მარილების ხსნარი (დაახლოებით 50 სმ-ში გახსენით მეოთხედი ჩაის კოვზი მარილი³ წყალი).

5. ბეჭდის ტესტის დადებითი შედეგი.

რეაგენტები მზად არის, დროა ექსპერიმენტი. ჩაასხით 2-3 სმ ორ მილში³ FeSO ხსნარი₄. შემდეგ დაამატეთ რამდენიმე წვეთი კონცენტრირებული N ხსნარი.₂SO₄. პიპეტის გამოყენებით შეაგროვეთ ნიტრიტის ხსნარის ნაწილი (მაგ. NaNO₂) და ჩაასხით ისე, რომ საცდელი მილის კედელზე ჩამოედინება (ეს მნიშვნელოვანია!). ანალოგიურად, დაასხით მარილის ხსნარის ნაწილი (მაგალითად, KNO₃). თუ ორივე ხსნარი საგულდაგულოდ გადაისხა, ზედაპირზე გამოჩნდება ყავისფერი წრეები (აქედან გამომდინარე, ამ ტესტის საერთო სახელწოდება, რგოლის რეაქცია) (5). ეფექტი საინტერესოა, მაგრამ თქვენ გაქვთ უფლება იყოთ იმედგაცრუებული, შესაძლოა აღშფოთდეთ კიდეც (ეს ხომ ანალიტიკური ტესტია ბოლოს და ბოლოს? შედეგი ორივე შემთხვევაში ერთნაირია!).

თუმცა, გააკეთე სხვა ექსპერიმენტი. ამჯერად დაამატეთ განზავებული H.₂SO₄. ნიტრატისა და ნიტრიტის ხსნარების შეყვანის შემდეგ (როგორც აქამდე), დადებით შედეგს შეამჩნევთ მხოლოდ ერთ სინჯარაში - ნანო ხსნარში.₂. ამჯერად, ალბათ, კომენტარი არ გაქვთ ბეჭდის ტესტის სარგებლიანობაზე: რეაქცია ოდნავ მჟავე გარემოში საშუალებას გაძლევთ მკაფიოდ განასხვავოთ ორი იონი.

რეაქციის მექანიზმი ემყარება ორივე ტიპის ნიტრატის იონების დაშლას აზოტის ოქსიდის (II) NO გამოყოფით (ამ შემთხვევაში, რკინის იონი იჟანგება ორიდან სამ ციფრამდე). Fe(II) იონის კომბინაციას NO-თან აქვს ყავისფერი ფერი და აძლევს რგოლს ფერს (ეს კეთდება თუ ტესტი სწორად არის გაკეთებული, ხსნარების უბრალოდ შერევით მიიღებთ მხოლოდ სინჯარის მუქ ფერს, მაგრამ - აღიარებ - ასეთი საინტერესო ეფექტი არ იქნება). თუმცა, ნიტრატის იონების დაშლა მოითხოვს ძლიერ მჟავე რეაქციის გარემოს, ხოლო ნიტრიტი მოითხოვს მხოლოდ მცირე მჟავიანობას, შესაბამისად, დაფიქსირდა განსხვავებები ტესტის დროს.

რკინა საიდუმლო სამსახურში

ხალხს ყოველთვის ჰქონდა რაღაც დასამალი. ჟურნალის შექმნას მოჰყვა აგრეთვე ასეთი გადაცემული ინფორმაციის დაცვის მეთოდების შემუშავება - დაშიფვრა ან ტექსტის დამალვა. ამ უკანასკნელი მეთოდისთვის გამოიგონეს სხვადასხვა სიმპათიკური მელანი. ეს ის ნივთიერებებია, რისთვისაც თქვენ შექმენით ისინი წარწერა არ ჩანსთუმცა, ვლინდება, მაგალითად, გათბობის ან სხვა ნივთიერებით (დეველოპერი) დამუშავების გავლენით. ლამაზი მელნისა და მისი შემქმნელის მომზადება არ არის რთული. საკმარისია იპოვოთ რეაქცია, რომელშიც წარმოიქმნება ფერადი პროდუქტი. უმჯობესია, თავად მელანი იყოს უფერო, მაშინ მათ მიერ გაკეთებული წარწერა უხილავი იქნება ნებისმიერი ფერის სუბსტრატზე.

რკინის ნაერთები ასევე ქმნის მიმზიდველ მელანს. ადრე აღწერილი ტესტების ჩატარების შემდეგ, რკინის (III) და FeCl ქლორიდის ხსნარები შეიძლება იყოს შემოთავაზებული სიმპათიკური მელნის სახით.₃, კალიუმის თიოციანიდი KNCS და კალიუმის ფეროციანიდი K₄[Fe(CN)₆]. FeCl რეაქციაში₃ ციანიდით გაწითლდება, ფეროციანიდით კი ლურჯი გახდება. ისინი უკეთესად ერგებიან მელანს. თიოციანატის და ფეროციანიდის ხსნარებივინაიდან ისინი უფეროა (ამ უკანასკნელ შემთხვევაში ხსნარი უნდა განზავდეს). წარწერა გაკეთდა FeCl-ის მოყვითალო ხსნარით.₃ ის ჩანს თეთრ ქაღალდზე (თუ ბარათიც ყვითელია).

6. ორფერიანი ტუში კარგია

7. სიმპათიკური სალიცილის მჟავა მელანი

მოამზადეთ ყველა მარილის განზავებული ხსნარი და გამოიყენეთ ფუნჯი ან ასანთი, რომ ჩაწეროთ ბარათებზე ციანიდის და ფეროციანიდის ხსნარით. გამოიყენეთ განსხვავებული ფუნჯი თითოეულისთვის, რათა თავიდან აიცილოთ რეაგენტების დაბინძურება. როცა გაშრება, ჩაიცვით დამცავი ხელთათმანები და დაასველეთ ბამბა FeCl ხსნარით.₃. რკინის (III) ქლორიდის ხსნარი კოროზიული და ტოვებს ყვითელ ლაქებს, რომლებიც დროთა განმავლობაში ყავისფერდება. ამ მიზეზით, მოერიდეთ კანისა და გარემოს მასთან შეღებვას (ექსპერიმენტი ჩაატარეთ უჯრაზე). გამოიყენეთ ბამბის ტამპონი, რათა შეეხოთ ქაღალდის ნაჭერს, რათა დაასველოთ მისი ზედაპირი. დეველოპერის გავლენით გამოჩნდება წითელი და ლურჯი ასოები. ასევე შესაძლებელია ორივე მელნით დაწერა ერთ ფურცელზე, მაშინ გამოვლენილი წარწერა იქნება ორფერი (6). სალიცილის სპირტი (სპირტში 2% სალიცილის მჟავა) ასევე შესაფერისია როგორც ლურჯი მელანი (7).

ამით მთავრდება სამნაწილიანი სტატია რკინისა და მისი ნაერთების შესახებ. თქვენ გაარკვიეთ, რომ ეს მნიშვნელოვანი ელემენტია და გარდა ამისა, ის საშუალებას გაძლევთ ჩაატაროთ მრავალი საინტერესო ექსპერიმენტი. თუმცა, ჩვენ მაინც გავამახვილებთ ყურადღებას "რკინის" თემაზე, რადგან ერთ თვეში შეხვდებით მის ყველაზე უარეს მტერს - კოროზია.

აგრეთვე იხილე: