Железный век — Часть 2

Вторая часть статьи о самом важном металле человеческой цивилизации. В прошлом месяце вы узнали, что его эпоха продолжается и нет никаких признаков того, что она скоро закончится. Главным преимуществом железа является экономичность — его много, оно дешевое и имеет достаточно хорошие свойства для многочисленных применений.

в котором вы заметили, как легко катионы железа они меняют свои валентности. Преобразование Fe²⁺ ↔ Fe³⁺ это основа биологической активности ионов этого элемента, а также позволяет проводить множество интересных экспериментов. Так что давайте не будем терять время.

Химия железа…

… очень обширен. Металлы боковых групп (от 3 до 12) образуют значительно более многочисленные соединения, чем металлы основных групп (литий и металлы от 13 до 15 групп), особенно сложные, и железо не исключение. Металлическое чистое железо легко реагирует с кислотами, но в концентрированной азотной кислоте пассивация. Этот термин используется для описания образования защитного слоя на поверхности металла, который защищает его от дальнейшего воздействия кислоты. Ключ чистота железа, сплавы железа ведут себя по-разному, как вы увидите в одной из следующих статей. Железо, напротив, совершенно устойчиво к воздействию даже концентрированных щелочных растворов, что позволяет перевозить их в стальной таре.

Железо в своих соединениях чаще всего принимает валентность II и III (существуют и соединения шестивалентного железа, но в домашней лаборатории вы их не найдете). Растворы солей железа(II) имеют бледно-зеленую окраску, а железо (III) – желтую. Кроме того, простые твердые соли обычно имеют похожие цвета (1). Из экспериментов прошлого месяца вы знаете, что Fe (OH)₂ он тоже был зеленоватым, но это эффект быстрого окисления под действием воздуха (гидроксид, полученный из чистых веществ в анаэробных условиях, белого цвета), а Fe(OH)₃ это коричнево-красное вещество, похожее по цвету на ржавчину (с которой, кстати, имеет много общего).

1. Наиболее часто используемые соли железа (II) и железа (III).

Однако химия железа представляет гораздо более богатую цветовую гамму, для начала…

… Голубые реакции

Химики экспериментировали с самыми странными веществами. В начале XNUMX века в одном из них куски бычьей шкуры и копыта смешали с поташом (карбонатом калия) и стальными опилками, а затем начали топить. Запах, исходивший из тигля, можно только представить, но результаты были интересными. После заливки расплавленной массы водой и выпаривания раствора было получено кристаллы некоторые отношения. Вещество растворялось в воде и давало темно-синюю окраску с солями железа. Цвет понравился, и его использовали для окрашивания униформы прусской армии. Однако он быстро истирался и берлинская лазурь (так назывался краситель) недолго оставался в этой роли.

Герой рассказа ферроцианид калия K₄[Fe (CN)₆], соединение, образующее желтые кристаллы гидратированной соли (систематическое название — гексацианоферрат (II) калия). В ходе дальнейших исследований удалось окислить ион железа в центре комплекса, создав таким образом ферроцианид калия K₃[Fe (CN)₆]. Соль образует красные кристаллы и ее систематическое название – гексацианоферрат калия (III). Не путайте два соединения, так как эксперименты будут неудачными (2).

2. Если вы перепутаете эти отношения, эксперимент провалится

Макияж, мириться растворы солей железа(II) я железо(III) и оба гексацианоферрата. Продолжать перекрестные реакции: пусть каждая из солей железа прореагирует с каждым соединением цианида. Самый простой способ сравнить результаты испытаний — провести опыт на специальной фарфоровой пластинке с углублениями. Но вы также можете провести капельные реакции на фольге (вы смешиваете раствор по каплям на прозрачной фольге) или просто в пробирках. Просто опишите блюда, чтобы вы знали, в чем они находятся. Вне зависимости от способа выполнения эксперимента должны получиться следующие результаты (цвета) (3):

3. Результаты перекрестных реакций на планшете (обозначения как в тексте) и на фольге.

В реакции 2 образовалось указанное выше берлинская лазурь, в 3 — также. Вас может удивить, но формулы обоих соединений одинаковы: KFe[Fe(CN)6]. Этот кажущийся парадокс становится яснее, когда вы приписываете ионам железа их валентность: KFe^II[Фе^III(CN)6] i KFe^III[Фе^II(CN)₆] (стехиометрия формул совпадет). Кроме того ионы железа в комплексе и вне его их валентности быстро меняются, отсюда и интенсивная окраска соединения (поглощенный свет вызывает перенос электрона с одного иона на другой). Реакция 4 протекает «нормально» (характер полученного соединения определите сами), тогда как в первом опыте белый осадок будет образовываться только в анаэробных условиях и с чистыми реагентами. Так как соли железа (II) легко окисляются, а ваши реактивы, вероятно, не чистые — вы, скорее всего, получите синий оттенок и в этом случае. Это доказательство чувствительности реакции с гексацианоферратами (окраска появится даже при наличии следов соответствующих ионов) — они являются одним из основных аналитических тестов для обнаружения железа (о нем вы узнаете далее в статья).

Потеря цвета,…

В пробирку налейте небольшое количество раствора хлорида железа (III). Приготовьте раствор фтористого натрия NaF и добавьте его по каплям в пробирку с раствором соли железа. Желтоватый цвет исчезает, и жидкость становится прозрачной. Вы только что наблюдали образование комплекса фторида железа(III). Вопреки желтоватому цвету гидратированного иона Fe³⁺образующийся комплекс фтора бесцветен (4). Эта реакция имеет большое аналитическое значение: она позволяет обнаруживать ионы других металлов в присутствии железа, когда железо может затруднить обнаружение искомого цвета своими реакциями. Примером может служить очень чувствительная реакция ионов Cu.²⁺ с ферроцианидом калия. Коричневый осадок ферроцианида меди не будет виден, если в растворе присутствуют ионы Fe.³⁺так как полученный берлинская лазурь сделает раствор темно-синим. Однако, если перед реакцией добавить раствор фторидов, они связывают ионы железа, позволяя увидеть цвет осадка соединений меди. Такая активность, часто используемая в химическом анализе, камуфляж.

4. Цвета водных растворов соли железа (II) и комплекса фторида железа (III).

Он имеет аналогичный эффект обесцвечивания фосфорная кислота H₃PO₄. Когда вы добавите его в раствор соли железа (III), желтоватая окраска также исчезнет. Комплексообразующее действие фосфат-ионов используется в препаратах для удаления ржавчины. Мощности фосфорной кислоты достаточно для растворения коррозионного покрытия и прочного связывания ионов железа, но недостаточно для значительного повреждения неповрежденной поверхности металла (ей также противодействует добавление соответствующих ингибиторов).

…химическая кровь…

Еще одно интересное железная реакция(III), и, кстати, важный аналитический тест для обнаружения этого катиона. Для пробирки с желтоватым раствором FeCl₃ добавьте по каплям раствор тиоцианата калия KNCS. Немедленно появляется красноватый цвет, который становится кровавым при добавлении большего количества реагента. Эффект достигается за счет образующегося комплекса: в зависимости от взаимного соотношения солей железа и тиоцианатов образуются соединения от одного до шести родат-ионов (окраска темнеет с увеличением количества анионов НКС — в комплексе).

Добавить небольшое количество в пробирку с кровью раствор фторида натрия. Окраска исчезнет, ​​что доказывает, что фторидный комплекс более стабилен, чем родатный (ионы фтора вытеснили из комплекса ионы родия). Вы получите аналогичный эффект после его добавления фосфорная кислота.

Полученная комбинация часто используется в спецэффектах как имитация крови. Почистите кожу рук раствор тиоцианата калияа лезвие ножа раствором хлорида железа (III). После размещения ножа на коже (будьте осторожны, чтобы не порезаться!), из-под лезвия начинает течь «химическая кровь» (5). Вы можете устранить последствия этого несколько жуткого эксперимента, просто вымыв руки. Стойкие пятна от солей железа можно удалить раствором щавелевой кислоты или оксалата калия (они также входят в состав средства для удаления ржавчины).

5. Раствор соли железа (III) в пробирке и химический состав крови в пробирке и на руке

… И чернила

Салициловый спирт — дезинфицирующее средство, которое можно купить в любой аптеке. Специфика – 2% спиртовой раствор салициловой кислоты. Налейте в пробирку на 2-3 см.³ раствор FeCl₃ и добавить салициловый спирт. Уже первые капли реагента вызовут сине-фиолетовую окраску раствора, которая исходит от образования челату (от греческого — клещи):

Жидкость в пробирке по цвету похожа на чернила (6). Это не тот случай: чернила (так ранее назывались чернила) был сделан из соединения, похожего по структуре на салициловую кислоту. Это отношение галловая кислота возникающие в галлах — наростах на листьях дуба и бука, вызванных защитной реакцией растения на повреждения, вызванные насекомыми. Общим структурным элементом молекул обеих кислот является ОН-группа, связанная непосредственно с бензольным кольцом. Соединения с такой структурой представляют собой фенолы, образующие связи темного цвета с ионами железа (III). Вы получите аналогичный темный цвет, если поместите его в пробирку с раствором FeCl.₃ вы добавляете несколько капель чайного настоя (на этот раз вступает в реакцию танин — соединение глюкозы и галловой кислоты).

6. Немного салицилового спирта в пробирку с раствором соли железа (III) и мы почти чернила

Железо? Приятного аппетита!

Железо это не только сталь и чугун. Соединения этого металла нашли применение в различных областях. Хлорид железа(III) служит, среди прочего, для травления печатных плат. Вы уже знаете, что железо – важный биоэлементкоторые должны быть снабжены пищей. Его соединения также являются разрешенными пищевыми добавками из списка Е. Под номером Е172 он содержит оксиды и гидроксиды железа, представляющие собой черные, коричневые, красные, оранжевые и желтые пигменты (в зависимости от состава). Они используются, в том числе для придания цвета мясу, лососю, мясному ассорти, а также кондитерским изделиям. Цвет капсул препарата также обусловлен оксидами железа. Номера E535, E536 и E538 обозначают ферроцианиды (натрия, калия и кальция). Это вещества, препятствующие слеживанию, например, каменная соль. Их присутствие в списке Е свидетельствует о столь высокой устойчивости цианидного комплекса, что из него не выделяются вредные ионы CN–. Глюконат Е579 и лактат железа Е585 являются регуляторами кислотности, консервантами цвета и пищевыми добавками (7).

7. Железные гвозди в яблоке, так наши прабабушки справлялись с дефицитом железа

Впереди еще один выпуск, посвященный железу и его взаимоотношениям. Могу вас заверить, что предлагаемые эксперименты, как обычно, не требуют труднодоступных реактивов, а будут интересны и позволят лучше понять химию.

Смотрите также: