Те, что делают соли, часть 6. Опыты с йодом

Следующая встреча с йодом – это подборка переживаний. Как я упоминал в предыдущей статье, йод — самый интересный элемент 17-й группы: безопасный при соблюдении обычных правил работы в лаборатории и гарантирующий привлекательные результаты анализов. Так что давайте не будем терять время, просто приступим к работе.

Потерянный полюс

Как отличить полюса источника постоянного тока, если маркировка на нем выцвела, а измерителя под рукой нет? На помощь приходят герой сегодняшней статьи и… картошка.

Смочите поверхность нарезанного картофеля раствором KI с концентрацией в несколько процентов и подсоедините концы проводов к полюсам источника питания (например, батарейки, ни в коем случае не используйте источник напряжения выше нескольких вольт!).

Вокруг одного из них сразу начинает образовываться темное пятно, постепенно разрастающееся вокруг конца кабеля. К какому полюсу он подключен?

Цветная кайма возле точки соприкосновения проволоки с поверхностью клубня – это характерный цвет крахмала, содержащегося в картофеле. Очевидно, он состоял из анионов йодида I–, которые, в свою очередь, идут к положительному полюсу:

Вот вы и признали “плюс” источника. Другой конец провода, вокруг которого никаких изменений не наблюдалось, был «минусом». Использование йодкрахмальных бумажек (об их приготовлении вы можете прочитать во второй серии цикла) также позволит распознать положительный полюс.

А можно ли подобрать красочную реакцию для отрицательного полюса так, чтобы на концах обоих проводов образовывались цветные пятна? Сначала посмотрим на уравнение процесса, идущего вокруг «минуса»:

1. Можете подсказать признаки полярности батареи?

Он вырабатывает гидроксид-ионы, т.е. близлежащая область становится щелочной. Какой обычный реагент докажет этот факт?

Конечно . Снова готовят раствор йодистого калия и добавляют к нему небольшое количество 1%-ного спиртового раствора фенолфталеина (индикатор плохо растворяется в одной воде). Вылейте приготовленную смесь на поверхность картофеля (используйте клубень из предыдущего теста, отрезав цветной участок) и прикрепите концы проволоки. Красный цвет укажет, какой полюс отрицательный (1).

Можно сделать полоски для проверки полярности. Все, что вам нужно сделать, это пропитать промокательную бумагу приготовленным раствором, а после ее высыхания разрезать на кусочки. Когда захотите провести опыт, смочите полоску и поднесите к ней концы проводов.

Цветные пятна на промокательной бумаге подтвердят метки клемм источника напряжения. Держите бумаги плотно закрытыми. Полосы могут со временем потемнеть из-за окисления йодидов кислородом воздуха. Это можно исправить, добавив минимальное количество тиосульфата натрия Na.₂S₂O₃ к раствору, используемому для замачивания бумаги.

Из предыдущего эпизода вы знаете, что тиосульфат является «поглотителем» свободного йода. Однако количество добавляемого реагента должно быть очень небольшим – ровно столько, чтобы бумага не потемнела, но не маскировало ожидаемый эффект.

Электрический маркер

Адаптировать выполненные тесты к конструкции «электрической ручки». Тщательно очистите поверхность листового металла. Вырежьте лист бумаги, который немного меньше, чем металлическая подушечка, которую вы только что очистили. Лучше всего использовать бумагу для принтеров или копировальных аппаратов, потому что папиросная бумага во влажном состоянии не является механически стойкой.

Прочертите лист бумаги малопроцентным раствором йодистого калия с добавлением индикатора крахмала, а затем положите его на противень. Поместите все на поднос, чтобы не затопить стол. Подсоедините металлическую шайбу к минусовому полюсу источника (достаточно плоской батарейки 4,5В), а плюсовой полюс к металлическому стержню в изоляции, но снимите с его конца крышку.

Теперь, когда вы будете медленно водить «электрической ручкой» по поверхности бумаги, появятся темно-синие буквы. Надпись создается в результате реакции свободного йода (выделяющегося вокруг конца металлического стержня, соединенного с плюсом источника) с крахмалом. Надпись на листе остается после его высыхания (2).

2. Слева набор для электролитического письма, справа – инициалы “Юного техника” из разделённого

йод.

Вы получите другие цвета электролитических чернил для надписей (так называется эксперимент), используя индикаторы pH. Электролитом в этом случае будет 5-10% раствор Na.₂SO₄ или КНО₃ с добавлением выбранного индикатора. Раствор щелочной у отрицательного электрода и кислый у положительного электрода. Эта информация должна помочь вам правильно подключить полюса источника напряжения к плате и ручке и выбрать правильный индикатор.

Йодная вода

3. Йодная вода в колбе (на дне видны кристаллы йода).

В четвертой серии цикла вы проводили опыты с бромной водой, т.е. раствором брома в воде. Есть еще йодированная вода, но ее применение значительно меньше. Во-первых, йод не так легко вступает в реакцию, а во-вторых, концентрация йода в воде действительно низкая (см. Как растворяется йод?). Преимущество йодной воды в том, что она намного безопаснее в использовании, чем бромный раствор.

Йодную воду можно получить, залив кристаллы йода водой и часто перемешивая содержимое. Однако для получения насыщенного раствора (3) требуется довольно много времени. Так что лучше приготовить реактив другим способом и сразу использовать для испытаний. Существует два метода: окисление йодидов и электролиз их раствора. Вы узнали об обоих методах, экспериментируя с бромной водой. Вкратце:

• к раствору йодида калия KI добавить несколько капель серной кислоты (VI) H₂SO₄ и перекись водорода, т.е. 3% раствор H₂O₂. Смесь приобретает темный цвет от растворенного йода. Избыток Х.₂O₂ вы удаляете MnO диоксидом марганца₂который находится в массе заполнения одноразовых ячеек (например, с маркировкой R03);
• Вы наполняете диафрагменный электролизер (стакан, разделенный картоном) раствором KI, погружаете электроды и включаете ток. Выделение йода окрашивает область вокруг положительного электрода. Готовый раствор йода набирают пипеткой или шприцем.

Используйте йодированную воду для теста, в котором вы обнаружите двойные связи в компонентах растительного масла. Налейте в пробирку на несколько см³ йодной воды, затем такой же объем масла. Встряхните пробирку и дайте ей раствориться. Когда масло и вода разделятся, вы заметите, что нижний слой стал бесцветным (ранее он был окрашен в темный цвет). Следовательно, йодная вода реагирует так же, как и бромная вода (4).

4. Слева: йодированная вода (внизу) и растительное масло (вверху) в пробирке. Справа: после смешивания и разделения жидкости слой воды теряет цвет из-за реакции йода с компонентами масла.

Йод таймер

Превращение йода в йодид и йодида в свободный йод является основой чрезвычайно привлекательной группы часы реакции. Эффект резкого изменения цвета (как правило, от бесцветного прозрачного раствора до темно-синего) появляется через определенный период времени, который дополнительно регулируется. Однако название, на мой взгляд, вводит в заблуждение, и сравнение реакции с таймером (вместо часов) было бы точнее. Когда вы репетируете, нет эффекта прошедшего времени, и результат появляется так же, как стук таймера. В общих чертах ход реакции выглядит следующим образом:

• йодиды (переведенные в раствор или образованные из йода или йодата) окисляются до йода окислителем;
• йод снова восстанавливается до йодидов восстановителем;
• первые два шага повторяются попеременно до исчерпания запаса восстановителя;
• появляется свободный йод, который уже не восстанавливается (в смеси должно быть стехиометрически больше окислителя, чем восстановителя) и который реагирует с крахмалом, быстро окрашивая раствор.

Итак, теория, время для эксперимента. Во-первых, профессиональная версия.

Приготовить: примерно 1 % раствор йодистого калия KI, примерно 0,1 % раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃, 3% раствор перекиси водорода H₂O₂ (перекись водорода), 3-4% соляная кислота HClq и индикатор крахмала. Налейте 5 см в стакан³ раствор KI и 5 см³ соляная кислота. Содержимое может слегка потемнеть из-за окисления йодида до свободного йода. Затем добавьте 10 см.³ раствор Na₂S₂O₃ (смесь снова станет прозрачной) и 1 см.³ индикатор крахмала. Наполнить водой до 50 см³. Залить 5 см.³ перекись водорода и часы.

Эффект впечатляющий: в течение дюжины или нескольких десятков секунд ничего не происходит, пока вдруг, как по волшебству, содержимое сосуда не становится темно-синим. Изменение цвета происходит мгновенно, хотя за долю секунды до окончания можно заметить появление в растворе темных полос (5).

5. Йодовые часы в профессиональной версии. Добавьте перекись водорода (слева) в химический стакан с раствором йодида калия, тиосульфата натрия и индикатором крахмала, и через дюжину или около того секунд смесь

становится темно-синим (справа).

Вы только что выполнили самую старую часовую реакцию, известную более 150 лет, названную в честь первооткрывателя. Реакция Харкорта или йодные часы. Механизм следующий:

1. иодид-анионы медленно окисляются перекисью водорода 
   
   
2. свободный йод быстро удаляется тиосульфатом натрия
   
   
3. шаги 1 и 2 повторяются до тех пор, пока не будет исчерпан весь запас тиосульфата, после чего свободный йод окрашивает крахмал.

6. Йодные часы в домашней версии. Вверху: Требуются реагенты. Внизу: Налейте раствор витамина С (слева) в стакан с раствором йода, затем добавьте немного индикатора крахмала (в центре) и перекиси водорода, и эффект будет таким же впечатляющим, как и в профессиональном варианте (справа).

Вы можете в некоторой степени регулировать время появления цвета, например, увеличение количества добавляемого тиосульфата натрия задержит окончание реакции. Старайтесь подобрать количества реагентов в нескольких сосудах таким образом, чтобы получить эффект очередного появления окраски.

А теперь вариант, который можно сделать «у тети на именины», чтобы удивить своих гостей. Смыть оболочку с таблетки витамина С, растолочь ее и растворить порошок в 20-30 см.³ вода. Налейте 20 см в сосуд³ воды и добавьте 1 см.³ йод. Затем добавьте объем раствора витамина С, который содержит примерно 50 мг аскорбиновой кислоты (на упаковке указано содержание в одной таблетке).

Коричневый раствор йода сразу же обесцвечивался (витамин С восстанавливал его до йодида). Теперь добавьте немного картофельной муки, смешанной с водой, и 10 см³ пероксид водорода. Через несколько секунд содержимое сосуда внезапно потемнеет (6).

Механизм реакции аналогичен описанному выше. На первом этапе йод восстанавливается до анионов йодида под действием аскорбиновой кислоты. Затем ионы I– окисляются перекисью водорода до свободного йода, который снова восстанавливается витамином С. Только когда вся аскорбиновая кислота истощается, свободный йод вступает в реакцию с крахмалом, окрашивая содержимое сосуда. Однако перед публичным выступлением потренируйтесь дома, чтобы избежать неприятных сюрпризов из-за неправильно подобранного количества реагентов.

Смотрите также: