Idade do Ferro - Parte 3

A última edição sobre o metal número um de nossa civilização e seus relacionamentos. Os experimentos realizados até agora mostraram que este é um objeto interessante para pesquisa em laboratório doméstico. Os experimentos de hoje não serão menos interessantes e permitirão que você dê uma olhada diferente em alguns aspectos da química.

Um dos experimentos da primeira parte do artigo foi a oxidação de um precipitado esverdeado de hidróxido de ferro (II) em hidróxido de ferro marrom (III) com uma solução de H₂O₂. O peróxido de hidrogênio se decompõe sob a influência de muitos fatores, incluindo compostos de ferro (bolhas de oxigênio foram encontradas no experimento). Você usará este efeito para mostrar...

… Como funciona um catalisador

é claro acelera a reação, mas - vale lembrar - apenas uma que pode ocorrer em dadas condições (embora às vezes muito lentamente, até imperceptivelmente). É verdade que existe uma afirmação de que o catalisador acelera a reação, mas não participa dela. Hmm ... por que é adicionado? A química não é mágica (às vezes me parece, e "negra" ainda por cima), e com um experimento simples, você verá o catalisador em ação.

Primeiro prepare sua posição. Você precisará de uma bandeja para evitar que a mesa inunde, luvas de proteção e óculos de proteção ou viseira. Você está lidando com um reagente cáustico: peridrol (solução de peróxido de hidrogênio a 30% H₂O₂) e solução de cloreto de ferro (III) FeCl₃. Aja com sabedoria, cuide especialmente dos seus olhos: a pele das mãos queimadas com peidrol se regenera, mas os olhos não. (1).

2. O evaporador à esquerda contém apenas água, à direita - água com adição de peridrol. Você derrama uma solução de cloreto de ferro (III) em ambos os

3. O curso da reação, após sua conclusão, o catalisador é regenerado

Despeje em um evaporador de porcelana e adicione o dobro de água (a reação também ocorre com o peróxido de hidrogênio, mas no caso de uma solução a 3%, o efeito é quase imperceptível). Você recebeu aproximadamente 10% de solução de H₂O₂ (peridrol comercial diluído 1:2 com água). Despeje água suficiente no segundo evaporador para que cada recipiente tenha a mesma quantidade de líquido (este será seu quadro de referência). Agora adicione 1-2 cm a ambos os vaporizadores.³ Solução de FeCl a 10%₃ e observe atentamente o andamento do teste (2).

No evaporador de controle, o líquido apresenta coloração amarelada devido aos íons de Fe hidratados.³⁺. Por outro lado, muitas coisas acontecem em um recipiente com peróxido de hidrogênio: o conteúdo fica marrom, o gás é liberado de forma intensa e o líquido no evaporador fica muito quente ou até ferve. O final da reação é marcado pela cessação da evolução do gás e uma mudança na cor do conteúdo para amarelo, como no sistema de controle (3). Você foi apenas uma testemunha funcionamento do catalisador, mas você sabe quais mudanças ocorreram na embarcação?

A cor marrom vem dos compostos ferrosos que se formam como resultado da reação:

O gás que é intensamente ejetado do evaporador é, obviamente, oxigênio (você pode verificar se uma chama brilhante começa a queimar acima da superfície do líquido). Na próxima etapa, o oxigênio liberado na reação acima oxida os cátions Fe.²⁺:

Íons de Fe regenerados³⁺ eles novamente participam da primeira reação. O processo termina quando todo o peróxido de hidrogênio for esgotado, o que você notará à medida que a cor amarelada retorna ao conteúdo do evaporador. Quando você multiplica ambos os lados da primeira equação por dois e soma lateralmente à segunda, e então cancela os mesmos termos em lados opostos (como em uma equação matemática normal), você obtém a equação de reação de distribuição H₂O₂. Observe que não há íons de ferro nele, mas para indicar seu papel na transformação, digite-os acima da seta:

O peróxido de hidrogênio também se decompõe espontaneamente de acordo com a equação acima (obviamente sem íons de ferro), mas esse processo é bastante lento. A adição de um catalisador muda o mecanismo de reação para um que é mais fácil de implementar e, portanto, acelera toda a conversão. Então, por que a ideia de que o catalisador não está envolvido na reação? Provavelmente porque é regenerado no processo e permanece inalterado na mistura de produtos (no experimento, a cor amarela dos íons Fe(III) ocorre tanto antes quanto depois da reação). Então lembre-se disso o catalisador está envolvido na reação e é a parte ativa.

Para problemas com H.₂O₂

4. A catalase decompõe o peróxido de hidrogênio (tubo à esquerda), adicionando uma solução de EDTA destrói a enzima (tubo à direita)

As enzimas também são catalisadores, mas atuam nas células dos organismos vivos. A natureza usou íons de ferro nos centros ativos de enzimas que aceleram as reações de oxidação e redução. Isso se deve às já mencionadas pequenas alterações na valência do ferro (de II para III e vice-versa). Uma dessas enzimas é a catalase, que protege as células do produto altamente tóxico da conversão do oxigênio celular - o peróxido de hidrogênio. Você pode facilmente obter catalase: amasse as batatas e despeje a água sobre o purê de batatas. Deixe a suspensão afundar e descarte o sobrenadante.

Despeje 5 cm no tubo de ensaio.³ extrato de batata e adicione 1 cm³ peróxido de hidrogênio. O conteúdo é muito espumoso, pode até “rastejar” do tubo de ensaio, então experimente em uma bandeja. A catalase é uma enzima muito eficiente, uma molécula de catalase pode quebrar até vários milhões de moléculas de H por minuto.₂O₂.

Depois de despejar o extrato no segundo tubo de ensaio, adicione 1-2 ml³ A solução de EDTA (ácido edético sódico) e o conteúdo são misturados. Se você agora adicionar uma dose de peróxido de hidrogênio, não verá nenhuma decomposição de peróxido de hidrogênio. O motivo é a formação de um complexo de íons de ferro muito estável com EDTA (este reagente reage com muitos íons metálicos, que é usado para determinar e removê-los do ambiente). Combinação de íons Fe³⁺ com EDTA bloqueou o sítio ativo da enzima e, portanto, inativou a catalase (4).

aliança de casamento de ferro

Em química analítica, a identificação de muitos íons é baseada na formação de precipitados pouco solúveis. No entanto, uma olhada superficial na tabela de solubilidade mostrará que os ânions nitrato (V) e nitrato (III) (os sais do primeiro são chamados simplesmente de nitratos e os segundos - nitritos) praticamente não formam um precipitado.

O sulfato de ferro (II) FeSO vem em socorro na detecção desses íons.₄. Prepare os reagentes. Além deste sal, você precisará de uma solução concentrada de ácido sulfúrico (VI) H₂SO₄ e uma solução diluída de 10-15% desse ácido (tenha cuidado ao diluir, despejando, é claro, “ácido na água”). Além disso, sais contendo os ânions detectados, como KNO₃, NaNO₃, NaNO₂. Prepare uma solução concentrada de FeSO.₄ e soluções de sais de ambos os ânions (um quarto de colher de chá de sal é dissolvido em cerca de 50 cm³ agua).

5. Resultado positivo do teste do anel.

Os reagentes estão prontos, é hora de experimentar. Despeje 2-3 cm em dois tubos³ Solução de FeSO₄. Em seguida, adicione algumas gotas de solução concentrada de N.₂SO₄. Usando uma pipeta, colete uma alíquota da solução de nitrito (por exemplo, NaNO₂) e despeje-o de modo que escorra pela parede do tubo de ensaio (isso é importante!). Da mesma forma, despeje parte da solução de salitre (por exemplo, KNO₃). Se ambas as soluções forem derramadas cuidadosamente, círculos marrons aparecerão na superfície (daí o nome comum para este teste, reação em anel) (5). O efeito é interessante, mas você tem o direito de ficar desapontado, talvez até indignado (Afinal, trata-se de um teste analítico? Os resultados são os mesmos em ambos os casos!).

No entanto, faça outro experimento. Desta vez, adicione H.₂SO₄. Depois de injetar soluções de nitrato e nitrito (como antes), você notará um resultado positivo em apenas um tubo de ensaio - aquele com a solução de NaNO.₂. Desta vez, você provavelmente não tem comentários sobre a utilidade do teste do anel: a reação em um meio levemente ácido permite distinguir claramente entre dois íons.

O mecanismo de reação é baseado na decomposição de ambos os tipos de íons de nitrato com a liberação de óxido nítrico (II) NO (neste caso, o íon de ferro é oxidado de dois a três dígitos). A combinação do íon Fe(II) com o NO tem uma cor marrom e dá uma cor ao anel (isso é feito se o teste for feito corretamente, simplesmente misturando as soluções você obterá apenas a cor escura do tubo de ensaio, mas - você admite - não haverá um efeito tão interessante). No entanto, a decomposição dos íons nitrato requer um meio de reação fortemente ácido, enquanto o nitrito requer apenas uma leve acidificação, daí as diferenças observadas durante o teste.

Ferro no Serviço Secreto

As pessoas sempre tiveram algo a esconder. A criação da revista também envolveu o desenvolvimento de métodos para proteger essas informações transmitidas - criptografar ou ocultar o texto. Uma variedade de tintas simpáticas foi inventada para o último método. Estas são as substâncias para as quais você os criou a inscrição não é visívelno entanto, é revelado sob a influência de, por exemplo, aquecimento ou tratamento com outra substância (revelador). Preparar tinta bonita e seu revelador não é difícil. Basta encontrar a reação na qual um produto colorido é formado. É melhor que a tinta em si seja incolor, então a inscrição feita por eles será invisível em um substrato de qualquer cor.

Compostos de ferro também fazem tintas atraentes. Após a realização dos testes descritos anteriormente, soluções de ferro (III) e cloreto de FeCl podem ser oferecidas como tintas simpáticas.₃, tiocianeto de potássio KNCS e ferrocianeto de potássio K₄[Fe(CN)₆]. Na reação FeCl₃ com cianeto ficará vermelho e com ferrocianeto ficará azul. Eles são mais adequados como tintas. soluções de tiocianato e ferrocianetopois são incolores (neste último caso, a solução deve ser diluída). A inscrição foi feita com uma solução amarelada de FeCl.₃ pode ser visto em papel branco (a menos que o cartão também seja amarelo).

6. O rímel de dois tons é bom

7. Tinta de ácido salicílico simpático

Prepare soluções diluídas de todos os sais e use um pincel ou fósforo para escrever nos cartões com uma solução de cianeto e ferrocianeto. Use um pincel diferente para cada um para evitar a contaminação dos reagentes. Quando estiver seco, coloque luvas de proteção e umedeça o algodão com a solução de FeCl.₃. Solução de cloreto de ferro (III) corrosivo e deixa manchas amarelas que se tornam marrons com o tempo. Por isso, evite manchar a pele e o ambiente com ela (realizar o experimento em uma bandeja). Use um cotonete para tocar um pedaço de papel para umedecer sua superfície. Sob a influência do desenvolvedor, letras vermelhas e azuis aparecerão. Você também pode escrever com ambas as tintas em uma folha de papel, então a inscrição revelada será de duas cores (6). O álcool salicílico (ácido salicílico a 2% em álcool) também é adequado como tinta azul (7).

Isso conclui o artigo de três partes sobre o ferro e seus compostos. Você descobriu que este é um elemento importante e, além disso, permite realizar muitos experimentos interessantes. No entanto, ainda nos concentraremos no tópico "ferro", porque em um mês você conhecerá seu pior inimigo - corrosão.

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