Rzecz o utlenianiu.pdf

CHEMIA PRAKTYCZNA

Rzecz o utlenianiu

Przed nami cały cykl różnych doświadczeń, który będzie łączyć wspólna nić przewodnia.

Będzie nią utlenianie.

- O, to będzie mnóstwo ognia i dymu - już zacierają ręce amatorzy łatwych efektów.

Nie, teraz cały czas będziemy prowadzili doświadczenia z utlenianiem,

ale nawet bez jednej iskierki, czy obłoczka dymu. Dlaczego? Dlatego, że reakcje

utleniania

będziemy wykonywać w roztworach.

Takie utlenianie w roztworach jest nie tylko efektowne, ale ma jednocześnie duże

znaczenie

w technice i naszej codziennej praktyce. Otworzy się przed nami świat barwnych metali,

z drucika i blaszki powstanie prymitywny prostownik a związki chemiczne będą się

rozkładać albo łączyć.

Odrobina teorii

Na początku rozprawimy się z dawnym, bardzo zwężonym pojęciem, które do dziś

pokutuje w naszym otoczeniu. Oto pod pojęciem utleniania większość dopatruje się

nadal jedynie bezpośrednich reakcji - różnych ciał, związków czy pierwiastków - z

tlenem.

Niestety, powszechnie się sądzi, że utlenianie to tylko spalanie węgla, siarki, drewna,

gazu,

no może jeszcze i pokrywanie się żelaza czy miedzi warstewką tlenków tych metali.

Tymczasem dla nas, chemików, pojęcie utleniania ma o wiele szersze znaczenie.

Ono obejmuje praktycznie wszelkie procesy chemiczne, w których zachodzi

oddawanie elektronów przez atomy, albo jony. I zaraz przykład -

utlenianiem jest przejście obojętnego atomu sodu Na w jon Na+,

czy jonu żelaza (II) - Fe2+ w jon żelaza (III) - Fe3+.

Analogicznym utlenianiem będzie również przejście jonu Cl- w atom Cl.[...]

Utlenianie anodowe

W naczyniu szklanym, na przykład w słoiku, napełnionym 3-5% wodnym

roztworem kwasu siarkowego - H2SO4, ustawmy pionowo, wylotami w dół,

dwie szklane probówki napełnione tym samym roztworem kwasu siarkowego.

Od dołu do wylotu każdej z probówek wprowadźmy pałeczkę węglową,

np. wyjętą z bateryjki, oczywiście połączoną z przewodem. Koniec jednego przewodu

połączmy z dodatnim, a koniec przewodu drugiego z ujemnym biegunem źródłem

prądu stałego, na przykład prostownika 6 V.[...]

Z dwu cząsteczek wody otrzymamy dwie objętości wodoru i jedną objętość tlenu.

Tak więc nad katodą zbierze się dwa razy więcej wodoru niż tlenu nad anodą.

Tlen i wodór otrzymamy również prowadząc elektrolizę wodnego roztworu

wodorotlenku sodu - NaOH albo wodorotlenku potasu - KOH. [...]

Ogólnie biorąc, reakcje, które zachodzą podczas anodowego utleniania, możemy

podzielić na 3 grupy.

Są to:

- 1) zmiana wartościowości jonów,

- 2) polimeryzacja jonów,

- 3) utlenianie w sensie dosłownym, tradycyjnym. [...]

Zmiana wartościowości

Na początek prześledzimy doświadczalnie, czy na anodzie, na przykład kationy Fe2+,

rzeczywiście utleniają się do kationów Fe3+. [...]

W probówce napełnionej wodą rozpuśćmy odrobinę jakiegokolwiek związku

żelaza dwuwartościowego, na przykład FeSO4 czy FeCl2, a otrzymany roztwór

podzielmy na dwie probówki. Do probówki pierwszej z roztworem soli żelaza Fe2+

dodajmy kilka kropli wodnego 3-5% roztworu żelazocyjanku potasu - K4Fe(CN6)

nazywanego potocznie od swojej barwy solą żółtą.

Po dobrej chwili stwierdzimy z niepokojem, że w probówce nic widocznego się nie dzieje.

[...]

Żelazocyjanek potasu, czyli popularna sól żółta, nie reaguje ze związkami

żelaza dwuwartościowego, które dają kationy Fe2+.

A teraz do drugiej probówki zawierającej roztwór tej samej soli żelaza dwuwartościowego

dodajmy kilka kropli 3-5% wodnego roztworu żelazicyjanku potasu - K3Fe(CN6),

czyli tak zwanej soli czerwonej. Już po dodaniu dosłownie jednej kropli zawartość

probówki

natychmiast staje się ciemnobłękitna. A więc żelazicyjanek potasu (sól czerwona)

powoduje reakcję barwną tylko z solami żelaza zawierającymi kationy Fe2+.

Inaczej - żelazocyjanek potasu, daje reakcję barwną tylko z solami żelaza

trójwartościowego Fe3+.

Sprawdźmy to doświadczalnie, dodając do roztworu chlorku żelaza (III) - FeCl3 albo

azotanu żelaza (III) - Fe(NO3)3 kilka kropli roztworu soli żółtej.

Natychmiast powstanie ciemnobłękitny osad. I ta reakcja, tak jak i poprzednia,

jest bardzo czuła, więc warto je wszystkie dobrze zapamiętać.

Wiemy już, jak można w sposób prosty i szybki wykryć kationy Fe3+ w obecności

kationów Fe2+ i dlatego możemy już przystąpić do naszego zasadniczego

doświadczenia.

W statywie, albo na jakiejś innej podstawce, zamocujmy rurkę szklaną wygiętą w

kształcie litery U.

Rurkę napełnijmy 10% wodnym roztworem soli żelaza dwuwartościowego,

a więc na przykład chlorku żelaza (II) - FeCl2 albo siarczanu żelaza (II) - FeSO4.

Teraz w oba ramiona U-rurki wprowadźmy elektrody wykonane z pałeczek węglowych

i połączmy jedną elektrodę z dodatnim, a drugą z ujemnym biegunem źródła prądu.

Do tego celu może służyć prostownik, akumulator albo nawet 4,5 V płaska bateryjka (rys.

2).

Do wylotu szklanej rurki, w której jest umieszczona anoda, czyli elektroda dodatnia,

wpuśćmy kilka kropli, ale nie więcej, 2-3% wodnego roztworu soli żółtej, czyli

żelazocyjanku potasu.

Roztwór w okolicy katody i anody na początku będzie miał naturalną barwę roztworu

użytej soli żelaza (II), czyli zawierającej kationy Fe2+. Ale już po paru minutach

elektrolizy

roztwór w okolicy anody przybierze wyraźnie barwę błękitną, a więc mamy prawo sądzić,

że na anodzie nastąpiło utlenienie kationów Fe2+ do kationów Fe3+, co sygnalizuje nam

barwa roztworu przy tej elektrodzie.

Jak do tego doszło?

[...] Kationy Fe2+ oddają anodzie po jednym elektronie, czyli utleniają się do kationów

Fe3+. W ten właśnie sposób, to jest w wyniku anodowego utleniania, otrzymuje się w

przemyśle wiele ważnych związków chemicznych. Właśnie anodowe utlenianie, przy

którym zachodzi zmiana wartościowości, stosowane jest w przemyśle do otrzymywania

m.in. nadmanganianów, żelazicyjanków, wody utlenionej, brausztynu, jak też i do

regeneracji kwasu chromowego. Ale o tym pomówimy już następnym razem. Stefan

Sękowski

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: