铁器时代 - 第 3 部分
关于我们文明的第一金属及其关系的最新一期。 迄今为止进行的实验表明，这是家庭实验室研究的一个有趣对象。 今天的实验同样有趣，让你对化学的某些方面有不同的看法。
本文第一部分中的一个实验是用 H 溶液将呈绿色的氢氧化铁 (II) 沉淀物氧化成棕色的氢氧化铁 (III)2O2. 过氧化氢在许多因素的影响下分解，包括铁化合物（实验中发现了氧气气泡）。 您将使用此效果来显示...
… 催化剂的工作原理
当然 加速反应，但是 - 值得记住 - 只有在给定条件下才会发生（尽管有时非常缓慢，甚至难以察觉）。 诚然，有人断言催化剂会加速反应，但它本身并不参与。 嗯...为什么要添加它？ 化学不是魔法（有时对我来说是这样，而且是“黑色”），通过一个简单的实验，你就会看到催化剂的作用。
首先准备好你的位置。 您需要一个托盘来防止桌子进水、防护手套、护目镜或遮阳板。 您正在处理一种腐蚀性试剂：perhydrol（30% 过氧化氢溶液 H2O2) 和氯化铁 (III) 溶液 FeCl3. 明智地行动，特别是照顾好你的眼睛：被二氢苯酚灼伤的手部皮肤会再生，但眼睛不会。 （1）。
2. 左边的蒸发器只包含水，右边的是添加了过氢乙醇的水。 将氯化铁 (III) 溶液倒入两者中
3.反应过程，反应完成后催化剂再生
倒入瓷蒸发器中，加入两倍的水（过氧化氢也会发生反应，但在3%溶液的情况下，效果几乎不明显）。 您收到了大约 10% 的 H 溶液2O2 （商业 perhydrol 用水按 1:2 稀释）。 将足够的水倒入第二个蒸发器中，使每个容器的液体量相同（这将是您的参考框架）。 现在向两个蒸笼添加 1-2 厘米。3 10% FeCl 溶液3 并仔细观察测试的进展（2）。
在控制蒸发器中，由于水合铁离子，液体呈淡黄色。3+. 另一方面，在装有过氧化氢的容器中会发生很多事情：内容物变成褐色，气体大量释放，蒸发器中的液体变得非常热甚至沸腾。 与控制系统 (3) 一样，反应结束的标志是气体逸出停止并且内容物颜色变为黄色。 你只是一个见证人 三元催化器运行，但你知道船只发生了哪些变化吗？
棕色来自反应形成的亚铁化合物：
从蒸发器中强烈喷出的气体当然是氧气（您可以检查炽热的火焰是否在液体表面上方开始燃烧）。 在下一步中，上述反应中释放的氧气会氧化 Fe 阳离子。2+:
再生铁离子3+ 他们再次参与第一反应。 当所有的过氧化氢用完时，该过程结束，您会注意到淡黄色返回到蒸发器的内容物。 当您将第一个方程的两边都乘以 XNUMX 并将其横向添加到第二个方程，然后取消对边的相同项（如在正常数学方程中）时，您会得到分布反应方程 H2O2. 请注意其中没有铁离子，但要表明它们在转化中的作用，请在箭头上方键入它们：
过氧化氢也会根据上述方程式自发分解（显然没有铁离子），但这个过程相当缓慢。 添加催化剂将反应机制改变为更易于实施的机制，从而加速整个转化。 那么为什么催化剂不参与反应的想法呢？ 可能是因为它在过程中再生，在产物混合物中保持不变（实验中，Fe(III)离子在反应前后均出现黄色）。 所以请记住 催化剂参与反应，是活性部分.
对于 H.2O2
4. 过氧化氢酶分解过氧化氢（左侧管），添加 EDTA 溶液破坏酶（右侧管）
酶也是催化剂，但它们作用于生物体的细胞。 大自然在加速氧化和还原反应的酶的活性中心使用铁离子。 这是由于已经提到的铁价态的轻微变化（从 II 到 III，反之亦然）。 其中一种酶是过氧化氢酶，它可以保护细胞免受细胞氧转化的剧毒产物——过氧化氢的侵害。 您可以轻松获得过氧化氢酶：将土豆捣碎，然后将水倒在土豆泥上。 让悬浮液沉底并丢弃上清液。
将 5 cm 倒入试管中。3 马铃薯提取物并添加 1 厘米3 过氧化氢。 内容物非常泡沫，甚至可能从试管中“爬出”，因此请在托盘上试一试。 过氧化氢酶是一种非常高效的酶，一个过氧化氢酶分子每分钟可以分解多达数百万个H分子。2O2.
将提取物倒入第二个试管后，加入1-2毫升3 混合EDTA溶液（依地酸钠）和内容物。 如果您现在添加一点过氧化氢，您将不会看到过氧化氢的任何分解。 原因是与 EDTA 形成非常稳定的铁离子络合物（该试剂与许多金属离子发生反应，用于确定它们并将其从环境中去除）。 Fe离子的结合3+ EDTA 会阻断酶的活性位点，从而使过氧化氢酶失活 (4)。
铁制婚戒
在分析化学中，许多离子的识别是基于微溶沉淀物的形成。 然而，粗略浏览溶解度表会发现硝酸根 (V) 和硝酸根 (III) 阴离子（第一种盐简称为硝酸盐，第二种盐简称为亚硝酸盐）实际上不会形成沉淀。
硫酸铁 (II) FeSO 可以帮助检测这些离子。4. 准备试剂。 除了这种盐，您还需要浓硫酸 (VI) H2SO4 以及这种酸的 10-15% 稀释溶液（稀释时要小心，当然，将“酸倒入水中”）。 此外，含有检测到的阴离子的盐类，如 KNO3，NaNO3，NaNO2. 准备浓缩的 FeSO 溶液。4 和两种阴离子的盐溶液（将四分之一茶匙盐溶解在约 50 厘米3 水）。
5. 环试验阳性。
试剂已经准备好，是时候进行实验了。 将 2-3 cm 倒入两个试管中3 FeSO 溶液4. 然后加入几滴浓缩的 N 溶液。2SO4. 使用移液器，收集亚硝酸盐溶液的等分试样（例如 NaNO2) 然后倒入，使其顺着试管壁流下（这很重要！）。 同样的方法，倒入部分硝石溶液（例如 KNO3). 如果小心地倒入两种溶液，表面会出现棕色圆圈（因此该测试的通用名称为环反应）(5)。 效果很有趣，但您有权失望，甚至愤慨（毕竟这是一项分析测试？两种情况下的结果都一样！）。
但是，做另一个实验。 这次加入稀释的 H。2SO4. 注入硝酸盐和亚硝酸盐溶液（如前）后，您会注意到只有一个试管（装有 NaNO 溶液的试管）呈阳性。2. 这一次，您可能对环测试的用处没有任何评论：在微酸性介质中的反应可以让您清楚地区分两个离子。
反应机制基于两种硝酸根离子的分解，同时释放出一氧化氮 (II) NO（在这种情况下，铁离子从两位数氧化为三位数）。 Fe(II) 离子与 NO 的结合呈棕色并赋予环颜色（如果测试正确完成，通过简单地混合溶液，您只会得到深色的试管，但是- 你承认 - 不会有这么有趣的效果）。 然而，硝酸根离子的分解需要强酸性反应介质，而亚硝酸根离子只需要轻微酸化，因此在测试过程中观察到差异。
特勤局的铁
人总是有事要隐瞒. 该期刊的创建还需要开发保护此类传输信息的方法 - 加密或隐藏文本。 为后一种方法发明了多种交感油墨。 这些是你制造它们的目的 铭文不可见但是，它会在加热或用另一种物质（显影剂）处理的影响下显露出来。 准备漂亮的墨水及其显影剂并不困难。 找到形成有色产物的反应就足够了。 最好是墨水本身是无色的，这样他们做的题字在任何颜色的基材上都是不可见的。
铁化合物也可以制成有吸引力的墨水。 在进行了前面描述的测试后，铁 (III) 和氯化铁的溶液可以作为交感墨水。3, 硫氰化钾 KNCS 和亚铁氰化钾 K4[铁(CN)6]。 在 FeCl 反应中3 用氰化物会变成红色，用亚铁氰化物会变成蓝色。 它们更适合用作油墨。 硫氰酸盐和亚铁氰化物溶液因为它们是无色的（在后一种情况下，必须稀释溶液）。 铭文是用淡黄色的 FeCl 溶液制成的。3 它可以在白纸上看到（除非卡片也是黄色的）。
6.双色睫毛膏好
7. 交感水杨酸墨水
准备所有盐的稀释溶液，并用刷子或火柴在卡片上写上氰化物和亚铁氰化物溶液。 为每个使用不同的刷子以避免污染试剂。 干燥后，戴上防护手套并用 FeCl 溶液润湿棉花。3. 氯化铁 (III) 溶液 腐蚀性 并留下黄色斑点，随着时间的推移变成棕色。 出于这个原因，避免弄脏皮肤和环境（在托盘上进行实验）。 使用棉签触摸一张纸以润湿其表面。 在开发者的影响下，会出现红色和蓝色的字母。 您也可以在一张纸上用两种墨水书写，然后显示的铭文将是双色 (6)。 水杨醇（含 2% 水杨酸的酒精）也适合用作蓝色墨水 (7)。
关于铁及其化合物的三部分文章到此结束。 您发现这是一个重要的元素，此外，它还允许您进行许多有趣的实验。 不过，我们还是会关注“铁”这个话题，因为一个月后你会遇到他最大的敌人—— 腐蚀.
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