L'âge du fer - Partie 3

Le dernier numéro sur le métal numéro un de notre civilisation et ses relations. Les expériences menées jusqu'à présent ont montré qu'il s'agit d'un objet de recherche intéressant pour le laboratoire à domicile. Les expériences d'aujourd'hui ne seront pas moins intéressantes et vous permettront de porter un regard différent sur certains aspects de la chimie.

L'une des expériences de la première partie de l'article était l'oxydation d'un précipité verdâtre d'hydroxyde de fer (II) en hydroxyde de fer (III) brun avec une solution de H₂O₂. Le peroxyde d'hydrogène se décompose sous l'influence de nombreux facteurs, y compris les composés de fer (des bulles d'oxygène ont été trouvées dans l'expérience). Vous utiliserez cet effet pour montrer...

… Comment fonctionne un catalyseur

bien sûr accélère la réaction, mais - il convient de le rappeler - un seul qui peut se produire dans des conditions données (quoique parfois très lentement, voire imperceptiblement). Certes, il existe une affirmation selon laquelle le catalyseur accélère la réaction, mais n'y participe pas lui-même. Hmm ... pourquoi est-il ajouté du tout? La chimie n'est pas magique (parfois cela me semble ainsi, et "noir" en plus), et avec une simple expérience, vous verrez le catalyseur en action.

Préparez d'abord votre position. Vous aurez besoin d'un plateau pour protéger la table des inondations, de gants de protection et de lunettes ou d'une visière. Vous avez affaire à un réactif caustique : le perhydrol (solution de peroxyde d'hydrogène à 30 % H₂O₂) et solution de chlorure de fer (III) FeCl₃. Agissez avec sagesse, surtout prenez soin de vos yeux : la peau des mains brûlée au péhydrol se régénère, mais pas les yeux. (1).

2. L'évaporateur de gauche ne contient que de l'eau, à droite - de l'eau additionnée de perhydrol. Vous versez une solution de chlorure de fer (III) dans les deux

3. Au cours de la réaction, après son achèvement, le catalyseur est régénéré

Verser dans un évaporateur en porcelaine et ajouter deux fois plus d'eau (la réaction se produit également avec le peroxyde d'hydrogène, mais dans le cas d'une solution à 3 %, l'effet est à peine perceptible). Vous avez reçu une solution d'environ 10 % de H₂O₂ (perhydrol commercial dilué 1:2 avec de l'eau). Versez suffisamment d'eau dans le deuxième évaporateur pour que chaque récipient ait la même quantité de liquide (ce sera votre cadre de référence). Ajoutez maintenant 1-2 cm aux deux cuiseurs vapeur.³ Solution de FeCl à 10 %₃ et observez attentivement le déroulement du test (2).

Dans l'évaporateur témoin, le liquide a une couleur jaunâtre due aux ions Fe hydratés.³⁺. D'un autre côté, il se passe beaucoup de choses dans un récipient contenant du peroxyde d'hydrogène : le contenu brunit, le gaz est libéré de manière intensive et le liquide dans l'évaporateur devient très chaud ou même bout. La fin de la réaction est marquée par l'arrêt du dégagement gazeux et un changement de couleur du contenu vers le jaune, comme dans le système de contrôle (3). Tu n'étais qu'un témoin fonctionnement du convertisseur catalytique, mais savez-vous quels changements se sont produits dans le vaisseau ?

La couleur brune provient des composés ferreux qui se forment à la suite de la réaction :

Le gaz qui est intensément éjecté de l'évaporateur est, bien sûr, de l'oxygène (vous pouvez vérifier si une flamme incandescente commence à brûler au-dessus de la surface du liquide). Dans l'étape suivante, l'oxygène libéré dans la réaction ci-dessus oxyde les cations Fe.²⁺:

Ions Fe régénérés³⁺ ils participent à nouveau à la première réaction. Le processus se termine lorsque tout le peroxyde d'hydrogène a été utilisé, ce que vous remarquerez lorsque la couleur jaunâtre revient au contenu de l'évaporateur. Lorsque vous multipliez les deux côtés de la première équation par deux et que vous l'ajoutez latéralement à la seconde, puis annulez les mêmes termes sur les côtés opposés (comme dans une équation mathématique normale), vous obtenez l'équation de réaction de distribution H₂O₂. Veuillez noter qu'il ne contient pas d'ions de fer, mais pour indiquer leur rôle dans la transformation, tapez-les au-dessus de la flèche :

Le peroxyde d'hydrogène se décompose également spontanément selon l'équation ci-dessus (évidemment sans ions de fer), mais ce processus est plutôt lent. L'ajout d'un catalyseur modifie le mécanisme de réaction en un mécanisme plus facile à mettre en œuvre et accélère donc l'ensemble de la conversion. Alors pourquoi l'idée que le catalyseur n'est pas impliqué dans la réaction ? Probablement parce qu'il est régénéré dans le processus et reste inchangé dans le mélange de produits (dans l'expérience, la couleur jaune des ions Fe(III) apparaît à la fois avant et après la réaction). Alors rappelez-vous que le catalyseur est impliqué dans la réaction et est la partie active.

Pour un problème avec H.₂O₂

4. La catalase décompose le peroxyde d'hydrogène (tube de gauche), l'ajout d'une solution d'EDTA détruit l'enzyme (tube de droite)

Les enzymes sont aussi des catalyseurs, mais elles agissent dans les cellules des organismes vivants. La nature a utilisé des ions de fer dans les centres actifs des enzymes qui accélèrent les réactions d'oxydation et de réduction. Cela est dû aux légers changements déjà mentionnés dans la valence du fer (de II à III et vice versa). L'une de ces enzymes est la catalase, qui protège les cellules du produit hautement toxique de la conversion de l'oxygène cellulaire - le peroxyde d'hydrogène. Vous pouvez facilement obtenir de la catalase : écrasez les pommes de terre et versez de l'eau sur la purée de pommes de terre. Laisser couler la suspension au fond et jeter le surnageant.

Verser 5 cm dans le tube à essai.³ extrait de pomme de terre et ajouter 1 cm³ peroxyde d'hydrogène. Le contenu est très mousseux, il peut même "sortir" du tube à essai, alors essayez-le sur un plateau. La catalase est une enzyme très efficace, une molécule de catalase peut décomposer jusqu'à plusieurs millions de molécules H en une minute.₂O₂.

Après avoir versé l'extrait dans le deuxième tube à essai, ajouter 1-2 ml³ La solution d'EDTA (acide édétique sodique) et le contenu sont mélangés. Si vous ajoutez maintenant une dose de peroxyde d'hydrogène, vous ne verrez aucune décomposition de peroxyde d'hydrogène. La raison en est la formation d'un complexe d'ions fer très stable avec l'EDTA (ce réactif réagit avec de nombreux ions métalliques, qui est utilisé pour les déterminer et les éliminer de l'environnement). Combinaison d'ions Fe³⁺ avec EDTA a bloqué le site actif de l'enzyme et par conséquent a inactivé la catalase (4).

Alliance en fer

En chimie analytique, l'identification de nombreux ions repose sur la formation de précipités peu solubles. Cependant, un coup d'œil rapide au tableau de solubilité montrera que les anions nitrate (V) et nitrate (III) (les sels du premier sont appelés simplement nitrates et le second - nitrites) ne forment pratiquement pas de précipité.

Le sulfate de fer (II) FeSO vient à la rescousse pour détecter ces ions.₄. Préparez les réactifs. En plus de ce sel, vous aurez besoin d'une solution concentrée d'acide sulfurique (VI) H₂SO₄ et une solution diluée à 10-15% de cet acide (soyez prudent lors de la dilution, en versant, bien sûr, "l'acide dans l'eau"). De plus, les sels contenant les anions détectés, tels que KNO₃, naNO₃, naNO₂. Préparer une solution concentrée de FeSO.₄ et des solutions de sels des deux anions (un quart de cuillère à café de sel est dissous dans environ 50 cm³ l'eau).

5. Résultat positif du test circulaire.

Les réactifs sont prêts, il est temps d'expérimenter. Verser 2-3 cm dans deux tubes³ Solution de FeSO₄. Ajouter ensuite quelques gouttes de solution N concentrée.₂SO₄. À l'aide d'une pipette, prélever une partie aliquote de la solution de nitrite (par exemple NaNO₂) et versez-le de manière à ce qu'il coule le long de la paroi du tube à essai (c'est important !). De la même manière, versez une partie de la solution de salpêtre (par exemple, KNO₃). Si les deux solutions sont soigneusement versées, des cercles bruns apparaîtront à la surface (d'où le nom commun de ce test, réaction en anneau) (5). L'effet est intéressant, mais vous avez le droit d'être déçu, voire indigné (C'est un test analytique, après tout ? Les résultats sont les mêmes dans les deux cas !).

Cependant, faites une autre expérience. Cette fois, ajoutez du H dilué.₂SO₄. Après avoir injecté des solutions de nitrate et de nitrite (comme auparavant), vous remarquerez un résultat positif dans un seul tube à essai - celui avec la solution de NaNO.₂. Cette fois, vous n'avez sans doute pas de commentaire sur l'utilité du ring test : la réaction en milieu légèrement acide permet de bien distinguer deux ions.

Le mécanisme de réaction est basé sur la décomposition des deux types d'ions nitrate avec libération d'oxyde nitrique (II) NO (dans ce cas, l'ion fer est oxydé de deux à trois chiffres). La combinaison de l'ion Fe(II) avec NO a une couleur brune et donne une couleur à l'anneau (cela se fait si le test est fait correctement, en mélangeant simplement les solutions vous n'obtiendrez que la couleur foncée du tube à essai, mais - vous admettez - il n'y aura pas un effet aussi intéressant). Cependant, la décomposition des ions nitrate nécessite un milieu réactionnel fortement acide, alors que le nitrite ne nécessite qu'une faible acidification, d'où les différences observées lors de l'essai.

Fer dans les services secrets

Les gens ont toujours eu quelque chose à cacher. La création du journal a également entraîné le développement de méthodes de protection de ces informations transmises - cryptage ou masquage du texte. Une variété d'encres sympathiques ont été inventées pour cette dernière méthode. Ce sont les substances pour lesquelles vous les avez faites l'inscription n'est pas visiblecependant, il se révèle sous l'influence, par exemple, d'un chauffage ou d'un traitement avec une autre substance (révélateur). Préparer une jolie encre et son révélateur n'est pas difficile. Il suffit de trouver la réaction dans laquelle un produit coloré se forme. Il est préférable que l'encre elle-même soit incolore, l'inscription faite par eux sera alors invisible sur un substrat de n'importe quelle couleur.

Les composés de fer font également des encres attrayantes. Après avoir effectué les tests décrits précédemment, des solutions de fer (III) et de chlorure de FeCl peuvent être proposées comme encres sympathiques.₃, thiocyanure de potassium KNCS et ferrocyanure de potassium K₄[Fe(CN)₆]. Dans la réaction FeCl₃ avec du cyanure, il deviendra rouge et avec du ferrocyanure, il deviendra bleu. Ils conviennent mieux comme encres. solutions de thiocyanate et de ferrocyanurecar ils sont incolores (dans ce dernier cas, la solution doit être diluée). L'inscription a été faite avec une solution jaunâtre de FeCl.₃ il peut être vu sur du papier blanc (sauf si la carte est également jaune).

6. Le mascara bicolore est bon

7. Encre d'acide salicylique sympathique

Préparez des solutions diluées de tous les sels et utilisez un pinceau ou une allumette pour écrire sur les cartes avec une solution de cyanure et de ferrocyanure. Utilisez une brosse différente pour chacun afin d'éviter de contaminer les réactifs. Une fois sec, mettre des gants de protection et humidifier le coton avec la solution de FeCl.₃. Solution de chlorure de fer (III) corrosif et laisse des taches jaunes qui brunissent avec le temps. Pour cette raison, évitez d'en tacher la peau et l'environnement (réalisez l'expérience sur un plateau). Utilisez un coton-tige pour toucher un morceau de papier afin d'humidifier sa surface. Sous l'influence du développeur, des lettres rouges et bleues apparaîtront. Il est également possible d'écrire avec les deux encres sur une même feuille de papier, l'inscription révélée sera alors bicolore (6). L'alcool salicylique (2 % d'acide salicylique dans l'alcool) convient également comme encre bleue (7).

Ceci conclut l'article en trois parties sur le fer et ses composés. Vous avez découvert que c'est un élément important, et en plus, cela vous permet de mener de nombreuses expériences intéressantes. Cependant, nous nous concentrerons toujours sur le sujet du «fer», car dans un mois, vous rencontrerez son pire ennemi - la corrosion.

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