鉄器時代 - パート 3
私たちの文明のナンバーワンの金属とその関係についての最新号。 これまでに行われた実験により、これが家庭実験室での研究にとって興味深い対象であることが示されています。 今日の実験も同様に興味深いものであり、化学のいくつかの側面を違った見方で見ることができるでしょう。
記事の最初の部分の実験の XNUMX つは、H 溶液を使用して水酸化鉄 (II) の緑色がかった沈殿を茶色の水酸化鉄 (III) に酸化することでした。2O2。 過酸化水素は、鉄化合物を含む多くの要因の影響を受けて分解します（実験では酸素の泡が見つかりました）。 この効果を使用して表示します...
…触媒の仕組み
もちろん 反応を早めますただし、覚えておく価値はありますが、特定の条件下で発生する可能性があるのは XNUMX つだけです (ただし、非常にゆっくりと、気づかないうちに発生する場合もあります)。 確かに、触媒は反応を促進するが、それ自体には関与しないという主張があります。 うーん...そもそもなぜ追加されたのでしょうか? 化学は魔法ではありません (私には時々そう見えるし、おまけに「黒」です)。簡単な実験で、触媒が作用しているのがわかります。
まずは自分のポジションを準備します。 テーブルが浸水しないようにするためのトレイ、保護手袋、ゴーグルまたはバイザーが必要です。 苛性試薬を扱っています: ペルヒドロール (30% 過酸化水素溶液 H2O2) および塩化鉄 (III) 溶液 FeCl3。 賢明に行動し、特に目に気を付けてください。ペヒドロールで火傷した手の皮膚は再生しますが、目は再生しません。 とします。
2. 左側の蒸発器には水のみが含まれており、右側にはペルヒドロールが添加された水が含まれています。 両方に塩化鉄(III)の溶液を注ぎます。
3. 反応の過程、完了後、触媒は再生されます
磁器製エバポレーターに注ぎ、3倍量の水を加えます（反応は過酸化水素でも起こりますが、10％溶液の場合、効果はほとんどわかりません）。 約 XNUMX% の H 溶液を受け取りました2O2 (市販のペルヒドロールを水で 1:2 に希釈したもの)。 各容器に同じ量の液体が入るように、1 番目の蒸発器に十分な水を注ぎます (これが基準になります)。 今度は両方の蒸し器に2〜XNUMX cm追加します。3 10% FeCl 溶液3 テストの進行状況を注意深く観察してください (2)。
対照蒸発器では、水和した Fe イオンにより液体が黄色がかっています。3+。 一方、過酸化水素の入った容器では多くのことが起こります。内容物が茶色に変わり、ガスが集中的に放出され、蒸発器内の液体が非常に熱くなったり、沸騰したりすることがあります。 反応の終了は、制御システム (3) と同様に、ガス発生の停止と内容物の色が黄色に変化することによって示されます。 あなたはただの証人でした 触媒コンバーターの動作, しかし、器にどんな変化が起こったかご存知ですか？
茶色は、反応の結果として形成される鉄化合物に由来します。
蒸発器から集中的に噴出されるガスは、もちろん酸素です（液体の表面上で輝く炎が燃え始めるかどうかを確認できます）。 次のステップでは、上記の反応で放出された酸素が Fe カチオンを酸化します。2+:
再生鉄イオン3+ 彼らは再び最初の反応に参加します。 過酸化水素がすべて使い果たされるとプロセスは終了します。蒸発器の内容物が黄色がかった色に戻るのがわかります。 最初の方程式の両辺に XNUMX を掛けて XNUMX 番目の方程式に横に加算し、(通常の数学方程式のように) 反対側の同じ項をキャンセルすると、分布反応方程式 H が得られます。2O2。 鉄イオンは含まれていないことに注意してください。ただし、変換における鉄イオンの役割を示すために、矢印の上に鉄イオンを入力します。
過酸化水素も上記の方程式に従って自然に分解しますが (明らかに鉄イオンなし)、このプロセスはかなり遅いです。 触媒を追加すると、反応機構がより実行しやすいものに変化し、変換全体がスピードアップします。 では、なぜ触媒が反応に関与しないという考えが生まれるのでしょうか? おそらく、プロセス中に再生され、生成物の混合物中では変化せずに残るためと考えられます (実験では、Fe(III) イオンの黄色は反応の前後の両方で発生します)。 だからそれを覚えておいてください 触媒は反応に関与しており、活性部分です.
Hさんとのお悩みについて。2O2
4. カタラーゼは過酸化水素を分解し (左側のチューブ)、EDTA 溶液を添加すると酵素が破壊されます (右側のチューブ)
酵素は触媒でもありますが、生物の細胞内で働きます。 自然は、酸化と還元反応を促進する酵素の活性中心に鉄イオンを利用しました。 これは、すでに述べた鉄の価数のわずかな変化 (II から III、またはその逆) によるものです。 これらの酵素の XNUMX つはカタラーゼで、細胞の酸素変換の非常に有毒な生成物である過酸化水素から細胞を保護します。 カタラーゼは簡単に入手できます。ジャガイモをマッシュし、マッシュポテトに水を注ぎます。 懸濁液を底に沈め、上清を捨てます。
試験管に5cmを注ぎます。3 ジャガイモのエキスを加えて1cm加えます3 過酸化水素。 内容物は非常に泡立ちがよく、試験管から「飛び出す」こともあるので、トレイの上で試してください。 カタラーゼは非常に効率的な酵素であり、XNUMX 分子のカタラーゼは XNUMX 分間に最大数百万の H 分子を分解できます。2O2.
抽出液を1本目の試験管に注入後、2～XNUMXml加えます。3 EDTA溶液（エデト酸ナトリウム）と内容物を混合します。 ここで過酸化水素のショットを追加しても、過酸化水素の分解は見られません。 その理由は、EDTA と非常に安定した鉄イオン錯体が形成されるためです (この試薬は多くの金属イオンと反応し、それらを測定して環境から除去するために使用されます)。 Feイオンの結合3+ EDTA を使用すると酵素の活性部位がブロックされ、その結果カタラーゼが不活性化されました (4)。
鉄の結婚指輪
分析化学では、多くのイオンの同定は、難溶性の沈殿物の形成に基づいています。 しかし、溶解度表をざっと見ると、硝酸塩 (V) および硝酸塩 (III) アニオン (最初の塩は単に硝酸塩、XNUMX 番目の塩は亜硝酸塩と呼ばれます) は実際には沈殿を形成しないことがわかります。
硫酸鉄 (II) FeSO は、これらのイオンの検出に役立ちます。4。 試薬を準備します。 この塩に加えて、硫酸 (VI) H の濃縮溶液が必要になります。2SO4 そして、この酸の10〜15％希釈溶液（もちろん、「酸を水に」希釈したり、注ぐときは注意してください）。 さらに、KNO などの検出された陰イオンを含む塩3、NaNO3、NaNO2。 濃縮 FeSO 溶液を準備します。4 および両方の陰イオンの塩の溶液（小さじ 50 分の XNUMX の塩が約 XNUMX cm に溶解します）3 水）。
5. リングテストの結果が陽性。
試薬の準備ができたので、実験してみましょう。 2つのチューブに3〜XNUMXcm注ぎます。3 FeSO 溶液4。 次に、濃 N 溶液を数滴加えます。2SO4。 ピペットを使用して、亜硝酸塩溶液 (NaNO など) のアリコートを収集します。2）試験管の壁を伝うように注ぎます（これが重要です！）。 同様に、硝石溶液（例えば、KNO）の一部を注ぎます。3）。 両方の溶液を注意深く注ぐと、表面に茶色の円が現れます (したがって、このテストの一般名はリング反応です) (5)。 この効果は興味深いものですが、失望する権利、あるいは憤慨する権利もあります (結局のところ、これは分析テストですか? 結果はどちらの場合も同じです!)。
ただし、別の実験を行ってください。 今度は希Hを加えます。2SO4。 (以前と同様に) 硝酸塩と亜硝酸塩の溶液を注入した後、XNUMX 本の試験管 (NaNO 溶液を入れた試験管) だけで陽性の結果が得られることがわかります。2。 今回は、リングテストの有用性についてはおそらく何もコメントされていないでしょう。弱酸性媒体中での反応により、XNUMX つのイオンを明確に区別できます。
反応機構は、一酸化窒素 (II) NO の放出による両方のタイプの硝酸イオンの分解に基づいています (この場合、鉄イオンは XNUMX ～ XNUMX 桁酸化されます)。 Fe(II) イオンと NO の組み合わせは茶色で、リングに色を与えます (テストが正しく行われれば完了です。単に溶液を混合するだけでは、試験管の暗い色しか得られませんが、 -あなたも認めますが、そのような興味深い効果はありません）。 ただし、硝酸イオンの分解には強酸性の反応媒体が必要ですが、亜硝酸イオンの分解にはわずかな酸性化のみが必要であるため、テスト中に観察された違いです。
シークレットサービスにおける鉄則
人は常に何かを隠してきた。 ジャーナルの作成には、暗号化やテキストの隠蔽など、送信された情報を保護するための方法の開発も必要でした。 後者の方法では、さまざまな共感インクが発明されています。 これらはあなたが作った物質です 碑文は見えないただし、加熱や別の物質（現像液）による処理などの影響で発現します。 きれいなインクとその現像液を準備するのは難しくありません。 着色生成物が形成される反応を見つけるだけで十分です。 インク自体が無色であることが最善であり、そうすれば、インクによって作成された碑文は、どのような色の基材上でも見えなくなります。
鉄化合物も魅力的なインクを作ります。 前述のテストを実行した後、鉄 (III) および塩化 FeCl の溶液を交感神経インクとして提供できます。3、チオシアン化カリウム KNCS およびフェロシアン化カリウム K4[Fe（CN）6]。 FeCl反応では3 シアン化物を使用すると赤に変わり、フェロシアン化物を使用すると青に変わります。 これらはインクとしてより適しています。 チオシアン酸塩とフェロシアン化物の溶液それらは無色であるため（後者の場合、溶液を希釈する必要があります）。 碑文は黄色がかったFeCl溶液で作られました。3 それは白い紙の上でも見ることができます（カードも黄色でない限り）。
6.ツートンマスカラが良い
7. 交感神経系サリチル酸インク
すべての塩の希釈溶液を準備し、ブラシまたはマッチを使用してシアン化物とフェロシアン化物の溶液でカードに書きます。 試薬の汚染を避けるために、それぞれに異なるブラシを使用してください。 乾いたら、保護手袋を着用し、綿を FeCl 溶液で湿らせます。3. 塩化鉄(III)溶液 腐食性 黄色い斑点が残り、時間が経つと茶色に変わります。 このため、皮膚や環境を汚さないようにしてください（トレイ上で実験を行ってください）。 綿棒を使って紙に触れ、表面を湿らせます。 開発者の影響で、赤と青の文字が表示されます。 6 枚の紙に両方のインクを使用して書くことも可能で、その場合、表示される碑文は 2 色になります (7)。 サリチル酸アルコール (アルコール中 XNUMX% サリチル酸) も青色インク (XNUMX) として適しています。
これで、鉄とその化合物に関する XNUMX 部構成の記事は終了です。 これは重要な要素であるだけでなく、これにより多くの興味深い実験を行うことができることがわかりました。 ただし、XNUMX か月以内に彼の最悪の敵に遭遇することになるため、引き続き「鉄」のトピックに焦点を当てます。 腐食.
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