लौह युग - भाग 3

हमारी सभ्यता की नंबर एक धातु और उसके संबंधों के बारे में नवीनतम मुद्दा। अब तक किए गए प्रयोगों से पता चला है कि घरेलू प्रयोगशाला में शोध के लिए यह एक दिलचस्प वस्तु है। आज के प्रयोग भी कम दिलचस्प नहीं होंगे और आपको रसायन विज्ञान के कुछ पहलुओं पर एक अलग नजर डालने का मौका देंगे।

लेख के पहले भाग में प्रयोगों में से एक एच के घोल के साथ आयरन (II) हाइड्रॉक्साइड के हरे रंग के अवक्षेप का ब्राउन आयरन (III) हाइड्रॉक्साइड में ऑक्सीकरण था।₂O₂. हाइड्रोजन पेरोक्साइड लौह यौगिकों (प्रयोग में ऑक्सीजन बुलबुले पाए गए) सहित कई कारकों के प्रभाव में विघटित होता है। आप यह दिखाने के लिए इस प्रभाव का उपयोग करेंगे...

…उत्प्रेरक कैसे काम करता है

बेशक प्रतिक्रिया को तेज़ करता है, लेकिन - यह याद रखने योग्य है - केवल एक ही जो दी गई शर्तों के तहत हो सकता है (हालांकि कभी-कभी बहुत धीरे-धीरे, यहां तक ​​​​कि अगोचर रूप से)। सच है, एक दावा है कि उत्प्रेरक प्रतिक्रिया को तेज करता है, लेकिन इसमें भाग नहीं लेता है। हम्म... इसे आखिर क्यों जोड़ा गया है? रसायन विज्ञान जादू नहीं है (कभी-कभी मुझे ऐसा लगता है, और बूट करने के लिए "काला"), और एक साधारण प्रयोग के साथ, आप उत्प्रेरक को कार्रवाई में देखेंगे।

सबसे पहले अपनी स्थिति तैयार करें. आपको टेबल को बाढ़ से बचाने के लिए एक ट्रे, सुरक्षात्मक दस्ताने और काले चश्मे या एक छज्जा की आवश्यकता होगी। आप एक कास्टिक अभिकर्मक के साथ काम कर रहे हैं: पेरिहाइड्रोल (30% हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान एच₂O₂) और आयरन (III) क्लोराइड घोल FeCl₃. समझदारी से काम लें, खासतौर पर अपनी आंखों का ख्याल रखें: पेहाइड्रोल से जली हाथों की त्वचा दोबारा ठीक हो जाती है, लेकिन आंखें नहीं। (1).

2. बाईं ओर के बाष्पीकरणकर्ता में केवल पानी होता है, दाईं ओर - पेरिहाइड्रोल के अतिरिक्त पानी। आप दोनों में आयरन (III) क्लोराइड का घोल डालें

3. प्रतिक्रिया के दौरान, इसके पूरा होने के बाद, उत्प्रेरक पुनर्जीवित हो जाता है

एक चीनी मिट्टी के बाष्पीकरणकर्ता में डालें और दोगुना पानी डालें (प्रतिक्रिया हाइड्रोजन पेरोक्साइड के साथ भी होती है, लेकिन 3% समाधान के मामले में, प्रभाव शायद ही ध्यान देने योग्य होता है)। आपको H का लगभग 10% समाधान प्राप्त हुआ₂O₂ (वाणिज्यिक पेरीहाइड्रोल 1:2 पानी के साथ पतला)। दूसरे बाष्पीकरणकर्ता में पर्याप्त पानी डालें ताकि प्रत्येक बर्तन में समान मात्रा में तरल हो (यह आपके संदर्भ का ढांचा होगा)। - अब दोनों स्टीमर में 1-2 सेमी.³ 10% FeCl घोल₃ और परीक्षण की प्रगति का ध्यानपूर्वक निरीक्षण करें (2)।

नियंत्रण बाष्पीकरणकर्ता में, हाइड्रेटेड Fe आयनों के कारण तरल का रंग पीला होता है।³⁺. दूसरी ओर, हाइड्रोजन पेरोक्साइड वाले बर्तन में बहुत सी चीजें होती हैं: सामग्री भूरे रंग की हो जाती है, गैस तीव्रता से निकलती है, और बाष्पीकरणकर्ता में तरल बहुत गर्म हो जाता है या उबल भी जाता है। प्रतिक्रिया का अंत गैस विकास की समाप्ति और सामग्री के रंग में पीले रंग में परिवर्तन से चिह्नित होता है, जैसा कि नियंत्रण प्रणाली (3) में होता है। तुम तो सिर्फ साक्षी थे उत्प्रेरक कनवर्टर ऑपरेशनलेकिन क्या आप जानते हैं कि जहाज में क्या बदलाव हुए हैं?

भूरा रंग लौह यौगिकों से आता है जो प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनते हैं:

बाष्पीकरणकर्ता से तीव्रता से निकलने वाली गैस, निश्चित रूप से, ऑक्सीजन है (आप जांच सकते हैं कि तरल की सतह के ऊपर एक चमकती लौ जलने लगती है या नहीं)। अगले चरण में, उपरोक्त प्रतिक्रिया में जारी ऑक्सीजन Fe धनायनों का ऑक्सीकरण करती है।²⁺:

पुनर्जीवित Fe आयन³⁺ वे फिर से पहली प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं। प्रक्रिया तब समाप्त होती है जब सभी हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग हो जाता है, जिसे आप देखेंगे क्योंकि बाष्पीकरणकर्ता की सामग्री में पीला रंग वापस आ जाता है। जब आप पहले समीकरण के दोनों पक्षों को दो से गुणा करते हैं और इसे दूसरे में जोड़ते हैं, और फिर विपरीत पक्षों पर समान शब्दों को रद्द करते हैं (जैसा कि एक सामान्य गणित समीकरण में होता है), तो आपको वितरण प्रतिक्रिया समीकरण एच मिलता है₂O₂. कृपया ध्यान दें कि इसमें कोई लौह आयन नहीं हैं, लेकिन परिवर्तन में उनकी भूमिका को इंगित करने के लिए, उन्हें तीर के ऊपर टाइप करें:

उपरोक्त समीकरण के अनुसार हाइड्रोजन पेरोक्साइड भी स्वतः ही विघटित हो जाता है (स्पष्ट रूप से लौह आयनों के बिना), लेकिन यह प्रक्रिया धीमी है। एक उत्प्रेरक को जोड़ने से प्रतिक्रिया तंत्र एक ऐसे तंत्र में बदल जाता है जिसे लागू करना आसान होता है और इसलिए संपूर्ण रूपांतरण की गति तेज हो जाती है। तो यह विचार क्यों कि उत्प्रेरक प्रतिक्रिया में शामिल नहीं है? शायद इसलिए क्योंकि यह प्रक्रिया में पुनर्जीवित होता है और उत्पादों के मिश्रण में अपरिवर्तित रहता है (प्रयोग में, Fe(III) आयनों का पीला रंग प्रतिक्रिया से पहले और बाद में होता है)। तो उसे याद रखें उत्प्रेरक प्रतिक्रिया में शामिल है और सक्रिय भाग है.

एच से परेशानी के लिए.₂O₂

4. कैटालेज़ हाइड्रोजन पेरोक्साइड (बाईं ओर ट्यूब) को विघटित करता है, EDTA समाधान जोड़ने से एंजाइम नष्ट हो जाता है (दाईं ओर ट्यूब)

एंजाइम भी उत्प्रेरक होते हैं, लेकिन वे जीवित जीवों की कोशिकाओं में कार्य करते हैं। प्रकृति ने एंजाइमों के सक्रिय केंद्रों में लोहे के आयनों का इस्तेमाल किया जो ऑक्सीकरण और कमी प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं। यह लोहे की वैधता (द्वितीय से तृतीय और इसके विपरीत) में पहले से ही उल्लेखित मामूली परिवर्तनों के कारण है। इन एंजाइमों में से एक उत्प्रेरक है, जो कोशिकाओं को सेलुलर ऑक्सीजन रूपांतरण - हाइड्रोजन पेरोक्साइड के अत्यधिक जहरीले उत्पाद से बचाता है। आप आसानी से कैटालेज प्राप्त कर सकते हैं: आलू को मैश करें और मसले हुए आलू के ऊपर पानी डालें। निलंबन को नीचे तक डूबने दें और अधिनेता को त्याग दें।

परखनली में 5 सेमी डालें।³ आलू का रस निकाल कर 1 सें.मी. डालें³ हाइड्रोजन पेरोक्साइड। सामग्री बहुत झागदार है, यह टेस्ट ट्यूब से "बाहर" भी निकल सकती है, इसलिए इसे एक ट्रे पर आज़माएँ। कैटालेज़ एक बहुत ही कुशल एंजाइम है, कैटालेज़ का एक अणु एक मिनट में कई मिलियन एच अणुओं को तोड़ सकता है।₂O₂.

अर्क को दूसरी परखनली में डालने के बाद 1-2 मि.ली. डालें³ EDTA समाधान (सोडियम एडेटिक एसिड) और सामग्री मिश्रित होती है। यदि आप अब हाइड्रोजन पेरोक्साइड का एक शॉट जोड़ते हैं, तो आपको हाइड्रोजन पेरोक्साइड का कोई अपघटन नहीं दिखेगा। इसका कारण EDTA के साथ एक बहुत ही स्थिर लौह आयन कॉम्प्लेक्स का निर्माण है (यह अभिकर्मक कई धातु आयनों के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसका उपयोग उन्हें पर्यावरण से निर्धारित करने और हटाने के लिए किया जाता है)। Fe आयनों का संयोजन³⁺ EDTA ने एंजाइम की सक्रिय साइट को अवरुद्ध कर दिया और परिणामस्वरूप कैटालेज़ को निष्क्रिय कर दिया (4)।

लोहे की शादी की अंगूठी

विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में, कई आयनों की पहचान विरल रूप से घुलनशील अवक्षेपों के निर्माण पर आधारित होती है। हालाँकि, घुलनशीलता तालिका पर एक सरसरी नज़र डालने से पता चलेगा कि नाइट्रेट (V) और नाइट्रेट (III) आयनों (पहले के लवण को केवल नाइट्रेट कहा जाता है, और दूसरा - नाइट्राइट) व्यावहारिक रूप से एक अवक्षेप नहीं बनाते हैं।

इन आयनों का पता लगाने में आयरन (II) सल्फेट FeSO बचाव में आता है।₄. अभिकर्मकों को तैयार करें. इस नमक के अलावा, आपको सल्फ्यूरिक एसिड (VI) H के सांद्रित घोल की आवश्यकता होगी₂SO₄ और इस एसिड का 10-15% पतला घोल (पानी को पतला करते समय सावधान रहें, डालना, निश्चित रूप से, "एसिड पानी में")। इसके अलावा, KNO जैसे पता लगाए गए आयनों वाले लवण₃, नैनो₃, नैनो₂. एक सांद्र FeSO घोल तैयार करें।₄ और दोनों आयनों के लवणों के घोल (एक चौथाई चम्मच नमक को लगभग 50 सेमी. में घोला जाता है³ पानी)।

5. रिंग टेस्ट का सकारात्मक परिणाम.

अभिकर्मक तैयार हैं, यह प्रयोग करने का समय है। दो ट्यूबों में 2-3 सेमी डालें³ FeSO समाधान₄. फिर सांद्र एन घोल की कुछ बूंदें डालें।₂SO₄. एक पिपेट का उपयोग करके, नाइट्राइट घोल का एक अंश एकत्र करें (उदाहरण के लिए NaNO₂) और इसे डालें ताकि यह टेस्ट ट्यूब की दीवार से नीचे बह जाए (यह महत्वपूर्ण है!)। इसी तरह, सॉल्टपीटर घोल का कुछ भाग डालें (उदाहरण के लिए, KNO₃). यदि दोनों घोलों को सावधानी से डाला जाता है, तो सतह पर भूरे रंग के घेरे दिखाई देंगे (इसलिए इस परीक्षण का सामान्य नाम, रिंग रिएक्शन) (5)। प्रभाव दिलचस्प है, लेकिन आपको निराश होने का अधिकार है, शायद क्रोधित भी (क्या यह एक विश्लेषणात्मक परीक्षण है? परिणाम दोनों मामलों में समान हैं!)।

हालाँकि, एक और प्रयोग करें. इस बार पतला एच मिलाएं।₂SO₄. नाइट्रेट और नाइट्राइट समाधान (पहले की तरह) इंजेक्ट करने के बाद, आप केवल एक परखनली में एक सकारात्मक परिणाम देखेंगे - एक NaNO समाधान के साथ।₂. इस बार संभवतः आपके पास रिंग परीक्षण की उपयोगिता के बारे में कोई टिप्पणी नहीं होगी: थोड़े अम्लीय माध्यम में प्रतिक्रिया आपको दो आयनों के बीच स्पष्ट रूप से अंतर करने की अनुमति देती है।

प्रतिक्रिया तंत्र नाइट्रिक ऑक्साइड (II) NO की रिहाई के साथ दोनों प्रकार के नाइट्रेट आयनों के अपघटन पर आधारित है (इस मामले में, लोहे के आयन को दो से तीन अंक से ऑक्सीकरण किया जाता है)। NO के साथ Fe(II) आयन के संयोजन का रंग भूरा होता है और यह अंगूठी को एक रंग देता है (यह तब किया जाता है जब परीक्षण सही ढंग से किया जाता है, केवल विलयनों को मिलाने से आपको परखनली का केवल गहरा रंग मिलेगा, लेकिन - आप स्वीकार करते हैं - ऐसा कोई दिलचस्प प्रभाव नहीं होगा)। हालांकि, नाइट्रेट आयनों के अपघटन के लिए एक जोरदार अम्लीय प्रतिक्रिया माध्यम की आवश्यकता होती है, जबकि नाइट्राइट को केवल मामूली अम्लीकरण की आवश्यकता होती है, इसलिए परीक्षण के दौरान अंतर देखा गया।

गुप्त सेवा में लोहा

लोगों के पास छिपाने के लिए हमेशा कुछ न कुछ होता है. पत्रिका के निर्माण में ऐसी संचरित सूचनाओं की सुरक्षा के तरीकों के विकास को भी शामिल किया गया है - एन्क्रिप्शन या पाठ को छिपाना। बाद की विधि के लिए विभिन्न प्रकार की सहानुभूतिपूर्ण स्याही का आविष्कार किया गया है। ये वे पदार्थ हैं जिनके लिए आपने इन्हें बनाया है शिलालेख दिखाई नहीं दे रहा हैहालाँकि, यह, उदाहरण के लिए, किसी अन्य पदार्थ (डेवलपर) के साथ हीटिंग या उपचार के प्रभाव में प्रकट होता है। सुंदर स्याही और उसका विकासकर्ता तैयार करना कठिन नहीं है। यह उस प्रतिक्रिया का पता लगाने के लिए पर्याप्त है जिसमें रंगीन उत्पाद बनता है। यह सबसे अच्छा है कि स्याही स्वयं रंगहीन हो, फिर उनके द्वारा बनाया गया शिलालेख किसी भी रंग के सब्सट्रेट पर अदृश्य होगा।

लौह यौगिकों से भी आकर्षक स्याही बनती है। पहले वर्णित परीक्षणों को करने के बाद, आयरन (III) और FeCl क्लोराइड के घोल को सहानुभूतिपूर्ण स्याही के रूप में पेश किया जा सकता है।₃, पोटेशियम थायोसाइनाइड केएनसीएस और पोटेशियम फेरोसाइनाइड के₄[फे (सीएन)₆]. FeCl प्रतिक्रिया में₃ साइनाइड के साथ यह लाल हो जाएगा, और फेरोसाइनाइड के साथ यह नीला हो जाएगा। वे स्याही के रूप में बेहतर अनुकूल हैं। थायोसाइनेट और फेरोसायनाइड के समाधानचूँकि वे रंगहीन होते हैं (बाद वाले मामले में, घोल को पतला करना होगा)। शिलालेख FeCl के पीले घोल से बनाया गया था।₃ इसे सफ़ेद कागज़ पर देखा जा सकता है (जब तक कि कार्ड भी पीला न हो)।

6. टू-टोन मस्कारा अच्छा होता है

7. सहानुभूतिपूर्ण सैलिसिलिक एसिड स्याही

सभी लवणों का पतला घोल तैयार करें और साइनाइड और फेरोसायनाइड के घोल से कार्ड पर लिखने के लिए ब्रश या माचिस का उपयोग करें। अभिकर्मकों को दूषित होने से बचाने के लिए प्रत्येक के लिए एक अलग ब्रश का उपयोग करें। सूखने पर, सुरक्षात्मक दस्ताने पहनें और कपास को FeCl घोल से गीला करें।₃. आयरन (III) क्लोराइड घोल संक्षारक और पीले धब्बे छोड़ देता है जो समय के साथ भूरे रंग में बदल जाते हैं। इस कारण से, त्वचा और पर्यावरण को इससे दागने से बचें (प्रयोग एक ट्रे पर करें)। कागज के एक टुकड़े को छूने के लिए उसकी सतह को गीला करने के लिए रुई के फाहे का उपयोग करें। डेवलपर के प्रभाव में, लाल और नीले अक्षर दिखाई देंगे। कागज की एक शीट पर दोनों स्याही से लिखना भी संभव है, तब प्रकट शिलालेख दो-रंग (6) होगा। सैलिसिलिक अल्कोहल (अल्कोहल में 2% सैलिसिलिक एसिड) नीली स्याही (7) के रूप में भी उपयुक्त है।

यह लोहे और उसके यौगिकों पर तीन-भाग वाले लेख का समापन करता है। आपने पाया कि यह एक महत्वपूर्ण तत्व है, और इसके अलावा, यह आपको कई दिलचस्प प्रयोग करने की अनुमति देता है। हालाँकि, हम अभी भी "लोहा" विषय पर ध्यान केंद्रित करेंगे, क्योंकि एक महीने में आप उसके सबसे बड़े दुश्मन से मिलेंगे - जंग.

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