철기 시대 - 3부
우리 문명의 XNUMX위 금속과 그 관계에 관한 최신호입니다. 지금까지 수행된 실험은 이것이 가정 실험실에서 연구하기에 흥미로운 주제라는 것을 보여주었습니다. 오늘의 실험은 그다지 흥미롭지 않을 것이며 화학의 일부 측면을 다르게 살펴볼 수 있게 해줄 것입니다.
기사의 첫 번째 부분에 있는 실험 중 하나는 H 용액을 사용하여 녹색을 띠는 수산화철(II) 침전물을 갈색 수산화철(III)으로 산화시키는 것이었습니다.2O2. 과산화수소는 철 화합물을 포함한 여러 요인의 영향으로 분해됩니다 (실험에서 산소 기포가 발견되었습니다). 이 효과를 사용하여 표시할 내용은 다음과 같습니다.
...촉매는 어떻게 작동하나요?
물론 반응 속도를 높인다, 그러나-기억할 가치가 있습니다-주어진 조건에서 발생할 수있는 유일한 것입니다 (때로는 매우 느리고 눈에 띄지 않게). 사실, 촉매가 반응을 가속화하지만 그 자체로는 참여하지 않는다는 주장이 있습니다. 흠... 왜 추가된 걸까요? 화학은 마법이 아니며(때때로 나에게는 그렇게 보이고 "검은색"으로 부팅할 수 있음) 간단한 실험을 통해 촉매가 작동하는 것을 볼 수 있습니다.
먼저 포지션을 준비하세요. 테이블이 침수되는 것을 방지하기 위한 트레이, 보호 장갑, 고글 또는 바이저가 필요합니다. 귀하는 부식성 시약인 퍼하이드롤(30% 과산화수소 용액 H)을 다루고 있습니다.2O2) 및 염화철(III) 용액 FeCl3. 현명하게 행동하고 특히 눈을 관리하십시오. 페하이드롤로 인해 화상을 입은 손의 피부는 재생되지만 눈은 재생되지 않습니다. (1).
2. 왼쪽 증발기에는 물만 있고 오른쪽에는 perhydrol이 추가된 물이 있습니다. 염화철(III) 용액을 양쪽에 붓습니다.
3. 반응이 진행되고, 완료 후 촉매가 재생됩니다.
도자기 증발기에 붓고 물을 두 배 더 첨가합니다 (과산화수소에서도 반응이 일어나지 만 3 % 용액의 경우 효과가 거의 눈에 띄지 않습니다). 약 10%의 H 용액을 받았습니다.2O2 (물과 1:2로 희석된 상업용 퍼하이드롤). 두 번째 증발기에 충분한 물을 부어 각 용기에 동일한 양의 액체가 있도록 합니다(이것이 기준 틀이 됩니다). 이제 두 증기선에 1-2cm를 추가하십시오.3 10% FeCl 용액3 그리고 테스트를 주의 깊게 관찰하세요(2).
제어 증발기에서 액체는 수화된 Fe 이온으로 인해 황색을 띠게 됩니다.3+. 반면, 과산화수소가 담긴 용기에서는 많은 일이 일어납니다. 내용물이 갈색으로 변하고, 가스가 집중적으로 방출되며, 증발기의 액체가 매우 뜨거워지거나 심지어 끓기까지 합니다. 반응의 종료는 제어 시스템(3)에서와 같이 가스 발생이 중단되고 내용물의 색상이 노란색으로 변경되는 것으로 표시됩니다. 당신은 단지 증인이었을 뿐이에요 촉매 변환기 작동, 그런데 선박에 어떤 변화가 일어났는지 아시나요?
갈색은 반응의 결과로 형성되는 철 화합물에서 나옵니다.
증발기에서 집중적으로 배출되는 가스는 물론 산소입니다(그을린 토치가 액체 표면 위에서 타기 시작하는지 확인할 수 있습니다). 다음 단계에서는 위의 반응에서 방출된 산소가 Fe 양이온을 산화시킵니다.2+:
재생된 Fe 이온3+ 그들은 다시 첫 번째 반응에 참여합니다. 과산화수소가 모두 소모되면 공정이 종료되며, 증발기의 내용물에 노란색이 다시 나타나는 것을 볼 수 있습니다. 첫 번째 방정식의 양변에 XNUMX를 곱하고 이를 두 번째 방정식에 옆으로 더한 다음 반대쪽의 동일한 항을 취소하면(정규 수학 방정식에서와 같이) 분포 반응 방정식 H를 얻습니다.2O2. 철 이온은 없지만 변환에서의 역할을 나타내려면 화살표 위에 철 이온을 입력하십시오.
과산화수소도 위의 방정식에 따라(분명히 철 이온 없이) 자발적으로 분해되지만 이 과정은 다소 느립니다. 촉매를 추가하면 반응 메커니즘이 구현하기 더 쉬운 메커니즘으로 변경되어 전체 전환 속도가 빨라집니다. 그렇다면 왜 촉매가 반응에 관여하지 않는다고 생각하는 걸까요? 아마도 공정에서 재생되고 생성물 혼합물에서 변하지 않고 남아 있기 때문일 것입니다(실험에서 Fe(III) 이온의 노란색은 반응 전후에 나타납니다). 그러니까 그걸 기억해 촉매는 반응에 참여하고 활성 부분입니다.
H와의 트러블에 대해2O2
4. 카탈라아제는 과산화수소를 분해합니다(왼쪽 튜브). EDTA 용액을 첨가하면 효소가 파괴됩니다(오른쪽 튜브).
효소도 촉매이지만 살아있는 유기체의 세포에서 작용합니다. 자연은 산화 및 환원 반응을 촉진하는 효소의 활성 중심에 철 이온을 사용했습니다. 이것은 이미 언급한 철 원자가의 약간의 변화(II에서 III로 또는 그 반대로) 때문입니다. 이러한 효소 중 하나는 카탈라아제로, 세포 산소 전환의 독성이 강한 산물인 과산화수소로부터 세포를 보호합니다. 카탈라아제를 쉽게 얻을 수 있습니다. 감자를 으깨고 으깬 감자 위에 물을 붓습니다. 현탁액이 바닥으로 가라앉도록 하고 상층액을 버립니다.
시험관에 5cm를 붓는다.3 감자추출물 1cm 추가3 과산화수소. 내용물에 거품이 너무 많아 시험관에서 "빠져나올" 수도 있으므로 트레이에 담아 시험해 보세요. 카탈라아제는 매우 효율적인 효소로, 카탈라아제 한 분자는 XNUMX분에 최대 수백만 개의 H 분자를 분해할 수 있습니다.2O2.
두 번째 시험관에 추출물을 부은 후 1~2ml를 첨가한다.3 EDTA 용액(에데트산나트륨)과 내용물을 혼합합니다. 이제 과산화수소 한 잔을 추가하면 과산화수소 분해가 전혀 보이지 않습니다. 그 이유는 EDTA와 함께 매우 안정적인 철 이온 복합체가 형성되기 때문입니다(이 시약은 많은 금속 이온과 반응하며 이를 측정하여 환경에서 제거하는 데 사용됩니다). Fe 이온의 결합3+ EDTA를 사용하면 효소의 활성 부위가 차단되어 결과적으로 카탈라아제가 비활성화됩니다(4).
철제 결혼반지
분석 화학에서 많은 이온의 식별은 난용성 침전물의 형성을 기반으로 합니다. 그러나 용해도 표를 대충 살펴보면 질산염(V) 및 질산염(III) 음이온(첫 번째 염은 단순히 질산염이라고 하고 두 번째는 아질산염이라고 함)이 실질적으로 침전물을 형성하지 않는다는 것을 알 수 있습니다.
황산철(II) FeSO는 이러한 이온을 감지하는 데 도움이 됩니다.4. 시약을 준비합니다. 이 소금 외에도 황산 (VI) H의 농축 용액이 필요합니다2SO4 및이 산의 희석 된 10-15 % 용액 (물론 "산을 물에"부을 때주의하십시오). 또한, KNO와 같은 검출된 음이온을 포함하는 염3, 나노3, 나노2. 농축된 FeSO 용액을 준비합니다.4 두 음이온의 염 용액 (소금 50/XNUMX 티스푼을 약 XNUMXcm3 물).
5. 링 테스트의 양성 결과.
시약이 준비되었습니다. 이제 실험할 시간입니다. 두 개의 튜브에 2-3cm를 붓습니다.3 FeSO 솔루션4. 그런 다음 농축된 N 용액 몇 방울을 추가합니다.2SO4. 피펫을 사용하여 아질산염 용액(예: NaNO)의 분취량을 수집합니다.2) 시험관 벽 아래로 흐르도록 붓습니다 (이것이 중요합니다!). 같은 방법으로 질산염 용액(예: KNO)의 일부를 붓습니다.3). 두 용액을 조심스럽게 부으면 표면에 갈색 원이 나타납니다(따라서 이 테스트의 일반적인 이름인 고리 반응)(5). 그 효과는 흥미롭지만 실망하거나 분개할 권리가 있습니다(이것은 결국 분석 테스트입니까? 결과는 두 경우 모두 동일합니다!).
그러나 또 다른 실험을 해보세요. 이번에는 희석된 H를 추가합니다.2SO4. 질산염 및 아질산염 용액을 주입한 후(이전과 같이), NaNO 용액이 있는 하나의 테스트 튜브에서만 양성 결과를 확인할 수 있습니다.2. 이번에는 아마도 링 테스트의 유용성에 대해 아무런 언급이 없을 것입니다. 약산성 매질에서의 반응을 통해 두 이온을 명확하게 구별할 수 있습니다.
반응 메커니즘은 산화질소(II) NO의 방출과 함께 두 가지 유형의 질산염 이온의 분해를 기반으로 합니다(이 경우 철 이온은 XNUMX자리에서 XNUMX자리로 산화됨). Fe(II) 이온과 NO의 조합은 갈색을 띠고 링에 색상을 부여합니다(테스트가 올바르게 수행된 경우 단순히 용액을 혼합하면 테스트 튜브의 어두운 색상만 얻을 수 있지만 -당신은 인정합니다-그렇게 흥미로운 효과는 없을 것입니다). 그러나 질산염 이온의 분해에는 강산성 반응 매질이 필요한 반면 아질산염은 약간의 산성화만 필요하므로 테스트 중에 관찰된 차이가 있습니다.
비밀 서비스의 철
사람들은 항상 숨기는 것이 있었습니다.. 저널의 생성은 또한 그러한 전송된 정보를 보호하기 위한 방법(텍스트를 암호화하거나 숨기는 것)의 개발을 수반했습니다. 후자의 방법을 위해 다양한 교감 잉크가 발명되었습니다. 이것들은 당신이 만든 물질입니다 비문이 보이지 않습니다그러나 가열이나 다른 물질(개발자)로 처리하는 등의 영향으로 나타납니다. 예쁜 잉크와 현상액을 준비하는 것은 어렵지 않습니다. 착색된 생성물이 형성되는 반응을 찾는 것으로 충분하다. 잉크 자체가 무색인 것이 가장 좋습니다. 그러면 잉크로 만든 비문은 모든 색상의 기판에서 보이지 않습니다.
철 화합물은 또한 매력적인 잉크를 만듭니다. 이전에 설명한 테스트를 수행한 후 철(III) 및 FeCl 염화물 용액을 교감 잉크로 제공할 수 있습니다.3, 티오시안화칼륨 KNCS 및 페로시안화칼륨 K4[철(CN)6]. FeCl 반응에서3 시안화물을 사용하면 빨간색으로 변하고 페로시안화물을 사용하면 파란색으로 변합니다. 그들은 잉크로 더 적합합니다. 티오시안산염과 페로시안화물의 용액무색이기 때문입니다(후자의 경우 용액을 희석해야 함). 비문은 FeCl의 황색 용액으로 만들어졌습니다.3 흰색 종이에서 볼 수 있습니다(카드도 노란색인 경우 제외).
6. 투톤 마스카라가 좋다
7. 교감 살리실산 잉크
모든 소금의 희석 용액을 준비하고 붓이나 성냥을 사용하여 시안화물과 페로시안화물 용액을 카드에 씁니다. 시약의 오염을 방지하려면 각각 다른 브러시를 사용하십시오. 건조되면 보호 장갑을 착용하고 FeCl 용액으로 면을 적시십시오.3. 염화철(III) 용액 신랄한 시간이 지남에 따라 갈색으로 변하는 노란색 반점을 남깁니다. 이러한 이유로 피부와 환경이 얼룩지지 않도록 하십시오(트레이 위에서 실험을 수행하십시오). 면봉을 사용하여 종이 조각을 만져 표면을 적시십시오. 개발자의 영향으로 빨간색과 파란색 글자가 나타납니다. 한 장의 종이에 두 잉크를 모두 사용하여 쓰는 것도 가능하며, 그러면 공개된 비문은 6색이 됩니다(2). 살리실산 알코올(알코올 중 7% 살리실산)도 파란색 잉크로 적합합니다(XNUMX).
이것으로 철과 그 화합물에 관한 세 부분으로 구성된 기사를 마칩니다. 이것이 중요한 요소라는 것을 알게 되었고, 게다가 이를 통해 많은 흥미로운 실험을 수행할 수 있게 되었습니다. 그러나 한 달 안에 그의 최악의 적을 만날 것이기 때문에 우리는 여전히 "철"주제에 초점을 맞출 것입니다. 부식.
참조 :
