Edad de Hierro - Parte 3

El último número sobre el metal número uno de nuestra civilización y sus relaciones. Los experimentos realizados hasta ahora han demostrado que este es un objeto interesante para la investigación en el laboratorio doméstico. Los experimentos de hoy no serán menos interesantes y te permitirán ver de manera diferente algunos aspectos de la química.

Uno de los experimentos en la primera parte del artículo fue la oxidación de un precipitado verdoso de hidróxido de hierro (II) a hidróxido de hierro (III) marrón con una solución de H₂O₂. El peróxido de hidrógeno se descompone bajo la influencia de muchos factores, incluidos los compuestos de hierro (se encontraron burbujas de oxígeno en el experimento). Usarás este efecto para mostrar...

… Cómo funciona un catalizador

por supuesto, acelera la reacción, pero - vale la pena recordar - sólo uno que puede ocurrir en determinadas condiciones (aunque a veces muy lentamente, incluso de manera imperceptible). Es cierto que se afirma que el catalizador acelera la reacción, pero no participa en ella. Hmm ... ¿por qué se agrega en absoluto? La química no es magia (a veces me lo parece, y "negro" para colmo), y con un simple experimento, verás el catalizador en acción.

Primero prepare su posición. Necesitarás una bandeja para evitar que la mesa se inunde, guantes de protección y gafas o una visera. Se trata de un reactivo cáustico: perhidrol (solución de peróxido de hidrógeno al 30 % H₂O₂) y solución de cloruro de hierro (III) FeCl₃. Actúa con sabiduría, sobre todo cuida tus ojos: la piel de las manos quemadas con pehidrol se regenera, pero los ojos no. (1).

2. El evaporador de la izquierda contiene solo agua, el de la derecha, agua con la adición de perhidrol. Se vierte una solución de cloruro de hierro (III) en ambos

3. El curso de la reacción, después de su finalización, el catalizador se regenera.

Vierta en un evaporador de porcelana y agregue el doble de agua (la reacción también se produce con peróxido de hidrógeno, pero en el caso de una solución al 3%, el efecto apenas se nota). Recibió aproximadamente una solución al 10 % de H₂O₂ (perhidrol comercial diluido 1:2 con agua). Vierta suficiente agua en el segundo evaporador para que cada recipiente tenga la misma cantidad de líquido (este será su marco de referencia). Ahora agregue 1-2 cm a ambos vaporizadores.³ solución al 10% FeCl₃ y observe atentamente el progreso de la prueba (2).

En el evaporador de control, el líquido tiene un color amarillento debido a los iones de Fe hidratados.³⁺. Por otro lado, suceden muchas cosas en un recipiente con peróxido de hidrógeno: el contenido se vuelve marrón, el gas se libera intensamente y el líquido en el evaporador se calienta mucho o incluso hierve. El final de la reacción está marcado por el cese del desprendimiento de gas y un cambio en el color del contenido a amarillo, como en el sistema de control (3). Fuiste solo un testigo operación del convertidor catalítico, pero ¿sabes qué cambios han ocurrido en la vasija?

El color marrón proviene de los compuestos ferrosos que se forman como resultado de la reacción:

El gas que se expulsa intensamente del evaporador es, por supuesto, oxígeno (puede verificar si una llama brillante comienza a arder sobre la superficie del líquido). En el siguiente paso, el oxígeno liberado en la reacción anterior oxida los cationes Fe.²⁺:

Iones de Fe regenerados³⁺ nuevamente toman parte en la primera reacción. El proceso finaliza cuando se ha agotado todo el peróxido de hidrógeno, lo que notarás cuando el contenido del evaporador vuelve a tener un color amarillento. Cuando multiplicas ambos lados de la primera ecuación por dos y los sumas lateralmente a la segunda, y luego cancelas los mismos términos en lados opuestos (como en una ecuación matemática normal), obtienes la ecuación de reacción de distribución H₂O₂. Tenga en cuenta que no contiene iones de hierro, pero para indicar su papel en la transformación, escríbalos arriba de la flecha:

El peróxido de hidrógeno también se descompone espontáneamente según la ecuación anterior (obviamente sin iones de hierro), pero este proceso es bastante lento. La adición de un catalizador cambia el mecanismo de reacción a uno que es más fácil de implementar y, por lo tanto, acelera toda la conversión. Entonces, ¿por qué la idea de que el catalizador no está involucrado en la reacción? Probablemente porque se regenera en el proceso y permanece inalterable en la mezcla de productos (en el experimento, el color amarillo de los iones Fe(III) se presenta tanto antes como después de la reacción). Así que recuerda eso el catalizador interviene en la reacción y es la parte activa.

Por problemas con H.₂O₂

4. La catalasa descompone el peróxido de hidrógeno (tubo a la izquierda), la adición de una solución de EDTA destruye la enzima (tubo a la derecha)

Las enzimas también son catalizadores, pero actúan en las células de los organismos vivos. La naturaleza utilizó iones de hierro en los centros activos de las enzimas que aceleran las reacciones de oxidación y reducción. Esto se debe a los ligeros cambios ya mencionados en la valencia del hierro (de II a III y viceversa). Una de estas enzimas es la catalasa, que protege a las células del producto altamente tóxico de la conversión de oxígeno celular: el peróxido de hidrógeno. Puede obtener catalasa fácilmente: haga puré de papas y vierta agua sobre el puré de papas. Deje que la suspensión se hunda hasta el fondo y deseche el sobrenadante.

Vierta 5 cm en el tubo de ensayo.³ extracto de patata y añadir 1 cm³ peróxido de hidrógeno. El contenido es muy espumoso, incluso puede “salirse” del tubo de ensayo, así que pruébalo en una bandeja. La catalasa es una enzima muy eficiente, una molécula de catalasa puede descomponer varios millones de moléculas de H por minuto.₂O₂.

Después de verter el extracto en el segundo tubo de ensayo, agregue 1-2 ml³ Se mezclan la solución de EDTA (ácido edético de sodio) y el contenido. Si ahora agrega una inyección de peróxido de hidrógeno, no verá ninguna descomposición del peróxido de hidrógeno. La razón es la formación de un complejo de iones de hierro muy estable con EDTA (este reactivo reacciona con muchos iones metálicos, que se utiliza para determinarlos y eliminarlos del medio ambiente). Combinación de iones Fe³⁺ con EDTA bloqueó el sitio activo de la enzima y, en consecuencia, inactivó la catalasa (4).

anillo de bodas de hierro

En química analítica, la identificación de muchos iones se basa en la formación de precipitados poco solubles. Sin embargo, una mirada superficial a la tabla de solubilidad mostrará que los aniones nitrato (V) y nitrato (III) (las sales del primero se llaman simplemente nitratos y el segundo, nitritos) prácticamente no forman un precipitado.

El sulfato de hierro (II) FeSO viene al rescate para detectar estos iones.₄. Preparar los reactivos. Además de esta sal, necesitarás una solución concentrada de ácido sulfúrico (VI) H₂SO₄ y una solución diluida al 10-15% de este ácido (tenga cuidado al diluir, verter, por supuesto, "ácido en agua"). Además, las sales que contienen los aniones detectados, como KNO₃, naNO₃, naNO₂. Preparar una solución concentrada de FeSO.₄ y soluciones de sales de ambos aniones (un cuarto de cucharadita de sal se disuelve en unos 50 cm³ agua).

5. Resultado positivo de la prueba del anillo.

Los reactivos están listos, es hora de experimentar. Vierta 2-3 cm en dos tubos³ solución de FeSO₄. Luego agregue unas gotas de solución concentrada de N.₂SO₄. Usando una pipeta, recolecte una alícuota de la solución de nitrito (por ejemplo, NaNO₂) y viértalo de manera que fluya por la pared del tubo de ensayo (¡esto es importante!). De la misma manera, vierta parte de la solución de salitre (por ejemplo, KNO₃). Si ambas soluciones se vierten con cuidado, aparecerán círculos marrones en la superficie (de ahí el nombre común para esta prueba, reacción de anillo) (5). El efecto es interesante, pero tienes derecho a estar decepcionado, tal vez incluso indignado (¿después de todo, esta es una prueba analítica? ¡Los resultados son los mismos en ambos casos!).

Sin embargo, haz otro experimento. Esta vez añadir diluido H.₂SO₄. Después de inyectar soluciones de nitrato y nitrito (como antes), notará un resultado positivo en un solo tubo de ensayo: el que tiene la solución de NaNO.₂. Esta vez, probablemente no tenga ningún comentario sobre la utilidad de la prueba del anillo: la reacción en un medio ligeramente ácido le permite distinguir claramente entre dos iones.

El mecanismo de reacción se basa en la descomposición de ambos tipos de iones nitrato con liberación de óxido nítrico (II) NO (en este caso, el ión hierro se oxida de dos a tres dígitos). La combinación del ion Fe(II) con el NO tiene un color marrón y le da color al anillo (está hecho si la prueba se hace correctamente, simplemente mezclando las soluciones obtendrá solo el color oscuro del tubo de ensayo, pero - admites - no habrá un efecto tan interesante). Sin embargo, la descomposición de los iones de nitrato requiere un medio de reacción fuertemente ácido, mientras que el nitrito requiere solo una ligera acidificación, de ahí las diferencias observadas durante la prueba.

Hierro en el Servicio Secreto

La gente siempre ha tenido algo que ocultar.. La creación de la revista también implicó el desarrollo de métodos para proteger dicha información transmitida: encriptación u ocultación del texto. Se ha inventado una variedad de tintas simpatizantes para este último método. Estas son las sustancias para las que las hiciste. la inscripción no es visiblesin embargo, se revela bajo la influencia de, por ejemplo, calentamiento o tratamiento con otra sustancia (revelador). Preparar tinta bonita y su revelador no es difícil. Es suficiente encontrar la reacción en la que se forma un producto coloreado. Lo mejor es que la tinta en sí sea incolora, luego la inscripción hecha por ellos será invisible en un sustrato de cualquier color.

Los compuestos de hierro también producen tintas atractivas. Después de realizar las pruebas descritas anteriormente, se pueden ofrecer soluciones de hierro (III) y cloruro de FeCl como tintas simpáticas.₃, tiocianuro de potasio KNCS y ferrocianuro de potasio K₄[Fe(CN)₆]. En la reacción de FeCl₃ con cianuro se volverá rojo y con ferrocianuro se volverá azul. Se adaptan mejor como tintas. soluciones de tiocianato y ferrocianuroya que son incoloros (en este último caso, la solución debe diluirse). La inscripción se hizo con una solución amarillenta de FeCl.₃ se puede ver en papel blanco (a menos que la tarjeta también sea amarilla).

6. La máscara de pestañas de dos tonos es buena

7. Tinta de ácido salicílico simpático

Prepare soluciones diluidas de todas las sales y use un pincel o fósforo para escribir en las tarjetas con una solución de cianuro y ferrocianuro. Utilice un cepillo diferente para cada uno para evitar contaminar los reactivos. Cuando esté seco, póngase guantes protectores y humedezca el algodón con la solución de FeCl.₃. Solución de cloruro de hierro (III) corrosivo y deja manchas amarillas que se vuelven marrones con el tiempo. Por ello, evita manchar con ella la piel y el entorno (realiza el experimento en una bandeja). Use un hisopo de algodón para tocar un trozo de papel para humedecer su superficie. Bajo la influencia del desarrollador, aparecerán letras rojas y azules. También es posible escribir con ambas tintas en una hoja de papel, luego la inscripción revelada será de dos colores (6). El alcohol salicílico (2% de ácido salicílico en alcohol) también es adecuado como tinta azul (7).

Esto concluye el artículo de tres partes sobre el hierro y sus compuestos. Descubrió que este es un elemento importante y, además, le permite realizar muchos experimentos interesantes. Sin embargo, aún nos centraremos en el tema del "hierro", porque en un mes conocerás a su peor enemigo: corrosión.

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