0: У меня в руках приглашение на вечеринку непростую, а костюмированную тема супергерои прошлого и будущего надо быть при оружии что же выбрать? Может взять булаву ильи муромца не с ней вечеринка явно будет.
1: Тягость. Так что и молот тора не подойдёт щит капитана америки и рука железного человека, точно бутафория с аксессуарами из пластика титула короля вечеринки мне не видать, чтобы быть в центре внимания.
2: Лучше сделать что-то своими руками и, как всегда, призвать на помощь химию. В ближайшие 25 минут вы узнаете, из чего можно сделать искусственную кровь, на что похож магнитный ёжик, как в старину копировали документы и может
3: Железо гореть.
4: Этот элемент 1 из самых распространённых на нашей планете, на его долю приходится около 5% массы земной коры некогда этот металл изменил цивилизацию до неузнаваемости, впрочем, как и сама жизнь человека без него.
5: Невозможно, так как он входит в состав гемоглобина белка, который отвечает за транспортировку кислорода, его латинское название феррум, речь о железе элементе под номером 26.
6: Железо известно человеку с глубокой древности судя по находкам археологов, предметы из него делали и в 4 тысячелетии до нашей эры, то есть на Заре бронзового века. Тогда люди использовали самородное железо. Часть его образовывалась из магмы, а часть
7: Прилетело из космоса в виде метеоритов, но такого железа на земле совсем немного, и предметами из него владели единицы. Вы никогда не задумывались, откуда вообще железо во Вселенной? Чтобы понять это, надо знать устройство звёзд.
8: Изначально любая звезда состоит из водорода, ядра водорода сталкиваются, и получается гелий. В последующих столкновениях образуются более тяжёлые элементы, и звезда может догореть до железа. Элементы тяжелее железа таким
9: Синтезом не получаются из за нехватки энергии. Когда вся звезда сгорает. Если она была достаточно массивной, она сжимается, а затем происходит взрыв сверхновой, так образуются все остальные элементы, а железо разлетается по Вселенной у древней.
10: Римского царя нумы помпилия, был железный щит, изготовленный из камня, упавшего с неба, а вот у тутанхамона в гробнице нашли железный кинжал. Мне бы подошло нечто подобное, хотя лучше заполучить меч, тем более что сейчас его не так сложно из
11: Готовить, чтобы железо стало доступно простым смертным. Люди должны были научиться получать его из руды. В основном на земле. Оно находится в виде различных минералов. Самый распространённый красный Железняк, он же гематит в основе
12: Железо, в котором его валентность равняется 3, то есть в этом соединении каждый атом железа способен образовывать 3 связи с другими атомами, в данном случае атомами кислорода следом идут бурый Железняк это скопление гидрата, оксида, железа.
13: И магнитный Железняк или магнитит сложный оксид, одновременно содержащий ионы двухвалентного и трехвалентного железа. Чтобы отделить железо от кислорода, нужен восстановитель, в качестве него люди когда-то догадались использовать древесный уголь.
14: Который в основном состоит из углерода. Вот как выглядит процесс, придуманный древними металлургами уголь перемешивается с Рудой, и эта смесь закладывается в печь или горд. Он устроен так, что через него все время продувается воздух, уголь раскаляется и температура
15: Внутри достигает 1500 градусов по мере выгорания угля восстановленные из руды твёрдые зерна железа опускаются вниз печи и, свариваясь, образуют губчатый сгусток, называемый крицей, потом её нужно многократно проковать.
16: Сегодня этот старинный способ получения металла называют сыродутным, а такое железо кричным.
17: В лаборатории горна нет, но мы можем смоделировать процесс при помощи вот такой установки.
18: Сначала мы получим двуокись углерода, добавляя концентрированную соляную кислоту к кусочкам мрамора образующийся углекислый газ. Пропустим через кварцевую трубку, в которой лежат кусочки угля её.
19: Мы нагреваем газовой горелкой до температуры около 700 градусов цельсия, при этом цо 2 превращается в цо, то есть угарный газ. Его направим в следующую кварцевую трубку, в которой находится красный порошок оксида ферм 2 о 3. При нагревании он вступает.
20: В реакцию с угарным газом и образуется железо чёрного цвета, чтобы убедиться в том, что мы действительно получили металл, растворим его в Соляной кислоте. Он начинает вытеснять из неё водород. Это легко доказать. С помощью лучины водород сгорает с лающим.
21: Если смешать исходный реагент, то есть оксид железа с кислотой, выделение Газа, мы не увидим. Этот способ получения железа не единственный и далеко не самый эффектный. Сейчас убедитесь в этом сами. Нам снова потребуется оксид.
22: Железо и порошок алюминия. Их необходимо смешать в соотношении 3 к.
23: 1 и поместить в асбестовый стакан с отверстием на Дне состав, что мы получили, называется термитом. Зажечь его довольно сложно, поэтому приготовим специальную легковоспламеняющуюся смесь из пероксида, Бария и алюминия. Добавим её к термиту сверху.
24: Вставим магниевую ленту, теперь поставим под ним ведро с песком и подожжём от магния загорается пероксид Бария с алюминием, реакция между которыми выделяет большое количество тепла, след воспламеняется и смесь
25: Оксида железа с алюминием, расплавленное железо, которое образовалось при реакции через нижнее отверстие, выливается из Тигля в песок процесс, который мы сейчас провели, носит название алюминотермия, получение металлов с помощью Термитов на основе алюминия.
26: Хорошо видно, как железо светится из за высокой температуры она выше полутора тысяч градусов, доказательство тому оплавленный песок с тех пор, как человек научился превращать железную руду в металл, закончился бронзовый век и начался железный.
27: Это изменило цивилизацию, начали появляться железные доспехи, орудия труда, посуда, разумеется, совершенствовались и методики получения металла. Теперь, когда мы говорим слово железо, подразумеваем чугун и сталь сплавы железа с углеродом.
28: Огромное сооружение высотой 30 метров современная доменная печь в такой сегодня производят чугун стенки внутри из огнеупорного кирпича, снаружи толстый стальной кожух плюс система охлаждения.
29: Сверху сюда засыпается шихта, главная её составляющая железная руда и особым образом подготовленный каменный уголь кокс, а снизу вдувается обогащённый кислородом воздух и
30: Природный газ с точки зрения химии все это реагенты параллельно. В домне происходит сразу несколько реакций. Некоторые из них мы уже наблюдали в нашей лабораторной установке. Прежде всего кислород воздуха реагирует с углеродом кокса. При этом выделяется
31: Большое количество тепла и получается углекислый газ. На этом реакция не заканчивается zoo 2 тоже взаимодействует с коксом, превращаясь в монооксид углерода параллельно в печи горит природный газ. Метан этот процесс также даёт цо 2.
32: И ещё воду оба продукта реакции тоже взаимодействуют с углеродом, опять же с образованием монооксида углерода монооксид, углерода, он же угарный газ, он же zoo является восстановителем, вот именно он восстано.
33: Железо руда при высокой температуре контактирует с угарным газом, на выходе элементарное железо, но это на бумаге в жизни процесс идёт чуть дальше из за высокой температуры угарный газ тоже частично.
34: Реагирует с получившимся металлом, образуется карбид железа, он хорошо растворяется в металлическом железе, и получается сплав железа с углеродом. Нам это даже полезно. Небольшое количество углерода делает материал прочнее.
35: Углерода в железе от 2,14 до 6,67%, то материал называют чугуном чем больше в нём углерода, тем он прочнее и твёрже, но при этом снижается его пластичность.
36: Перед вами обычная чугунная труба для канализации. Если ударить по ней кувалдой, она попросту расколется. То есть чугун хрупкий, поэтому изделия из него нельзя выковать, их получают только литьём. Сталь, в отличие от чугуна, пластичная и ковка.
37: Чтобы получить её содержание, углерода в сплаве нужно снизить сегодня это делают в конверторных печах.
38: Здесь через расплав железа продувают кислород. В результате лишний углерод сгорает. Конечно, здесь тоже не все так просто с кислородом реагирует и само железо, поэтому в расплав добавляют лом более активного металла. Например, марганца, он
39: Восстанавливает железо из его оксида данный процесс называют раскислением стали, но если будущему материалу необходимо придать какие-то особые свойства, то используют различные легирующие добавки, такую стальную заготовку.
40: Уже можно отдать оружейных дел мастеру, чтобы тот выковал нам меч, ну а мы пока сосредоточимся на химических свойствах элемента под номером 26.
41: Железо способно гореть, правда, не любое. Если попробовать поджечь тот же самый железный брусок или, скажем, обычный гвоздь, то он не загорится. Максимум, что мы сможем увидеть, как он раскалится до красна.
42: Но если мы возьмём железную вату и внесём её в пламя горелки, то ворсинки сгорают практически полностью, а вот что будет, если поместить раскалённую железную?
43: Вату в колбу, наполненную чистым кислородом. Процесс горения протекает с яркими искрами. В результате реакции образуется оксид железа 3. Гореть железо способно не только в кислороде, но и в
44: Хлора. Чтобы показать это, воспользуемся вот такой установкой для опыта. Нам потребуется соляная кислота и перманганат калия. С их помощью мы получаем газообразный хлор и наполняем им колбу хлор тяжелее
45: Воздуха и постепенно вытесняет его из склянки. Теперь подожжём железную вату и опустим в колбу с хлором. Горение продолжается и сопровождается выделением коричневого дыма. Это образуется трихлорид железа, гвоздь предмет
46: Крупный и не горит на воздухе ворсинки железной ваты уже можно поджечь, а если материал будет ещё тоньше, то железо сможет даже самовоспламениться. Сейчас мы это докажем для начала.
47: Приготовим растворы сульфата железа и оксалата натрия, а затем смешаем. В результате образуется жёлтый осадок оксалата железа, отфильтруем его, дадим просохнуть, поместим в пробирку и начнём.
48: Постепенно оксалат разлагается и образуется чёрный порошок мелкодисперсного железа.
49: Выключим свет в шкафу и будем высыпать содержимое пробирки. При контакте с кислородом воздуха. Мелкодисперсное железо сгорает. Такой железный порошок ещё называют пирофорным. На наших глазах он превращается в оксид железа.
50: Оксид получается и при взаимодействии железа с водой кстати, в конце 18 века знаменитый французский химик антуан лавуазье с помощью железа доказал, что вода состоит из кислорода и водорода он брал раскалённый ружейный ствол.
51: Пропускал через него пары воды мы продемонстрируем данный опыт несколько иначе вместо непрозрачного ствола ружья возьмём кварцевую трубку и поместим в неё порошок железа с Концов, закроем её газоотводными трубка.
52: Слева подсоединим колбу с водой и нагреем её до кипения, а правую трубку опустим в наполненный водой кристаллизатор, нагреем железо до красна с помощью горелки пары воды.
53: Ходя через раскалённое железо, вступают с ним в реакцию с образованием оксида, железа и водорода его мы соберём в пробирку методом вытеснения воды.
54: Как только наберётся полная пробирка, вынем её из воды и поднесём к ней пламя спиртовки. Свистящий хлопок говорит о том, что мы действительно получили водород из школьного курса химии наверняка многие помнят оксиды актив.
55: Скажем, щелочных металлов взаимодействуют с водой, с образованием оснований по другому гидроксидов. Так вот, железо к этим самым активным металлам не относится. Железо входит в группу переходных металлов, их оксиды с водой не взаимодействуют, но все же
56: Гидроксиды железа получить можно, воздействуя щелочами на соли железа, добавим к сульфату двухвалентного железа гидроксид натрия.
57: И получим белый гидроксид железа 2, точнее, он получится зеленоватым из за примесей. А теперь возьмём хлорид трехвалентного железа.
58: При добавлении щёлочи выпадает бурый осадок гидроксида железа 3 так, по цвету осадков можно различить, где находится 2, а где трехвалентное железо, но если щёлочью мы одновременно смешаем хлориды 2 и трехвалентного.
59: Железо то получится вовсе не гидроксид. В этой реакции получается Тёмный осадок очень мелких, можно сказать, наночастиц оксида фером трио 4 или магнитит название магнитит неспроста.
60: Звучанием напоминает слово магнит. Он, впрочем, как и многие другие соединения железа. В силу особенности строения атома этого элемента, обладает сильно выраженными магнитными свойствами. И сейчас мы это продемонстрируем, промоем полученный нами оксид и
61: Зальём его вазелиновым маслом, добавим немного олеиновой кислоты, она выступит в качестве поверхностно активного вещества и не даст нашим наночастицам слипаться. Теперь необходимо все тщательно перемешать до образования однородной смеси.
62: Выльем её в чашку Петри и поднесём снизу сильный магнит сразу же из жидкости образуются иголки, которые выстраиваются вдоль невидимых силовых линий магнитного поля магнита. Заметим, что полученный нами
63: Оксид железа биосовместим, так что такие магнитные частицы медики пробуют использовать для адресной доставки лекарств они накапливаются в том органе, на который воздействуют магнитным полем, а совсем недавно магнитные свойства другого оксида железа феррум 2 о 3.
64: Люди использовали для записи музыки и видео вот в таких кассетах, впрочем, и так с оксидами и гидроксидами железа мы все хорошо знакомы, но совсем с другой стороны, называя их словом ржавчина, и люди с давних пор ищут методы.
65: Как надёжно защитить металл от коррозии. Многие металлы, например, цинк, олово и алюминий, окисляясь на воздухе, обзаводятся плотной оксидной плёнкой, она не пропускает кислород внутрь и таким образом останавливает коррозию но ржавчина.
66: На которой покрыто железо рыхлое агрессию окружающей среды сдержать не способна, и metal продолжает окисляться даже под ней самый простой вариант защиты нанести на изделие лакокрасочные покрытия и ещё 1 способ создать на железе слой.
67: Металлы, которые образуют собственную защитную оксидную плёнку в старину, для этого производили лужение, то есть покрывали железо оловом, а позже освоили цинкование. Оба метода работают примерно одинаково до тех пор, пока не повредить покрытие и не
68: Обнажить железо. Цинк с железом образует гальваническую пару. Так говорят, когда в контакт вступают 2 разных проводника. Цинк. В этой паре более активный металл и в реакции коррозии выступает 1 железо остаётся практически нетронутым олово.
69: Железо тоже образуют гальваническую пару, но здесь активнее ведёт себя железо, и процесс его коррозии, наоборот, многократно ускоряется. Вообще, чтобы понять, какой металл в гальванической паре будет активнее, достаточно взглянуть вот на такой ряд активности металла.
70: Защитить железный предмет можно, опустив его в расплав цинка это горячая оцинковка. Мы же воспользуемся другим методом. Гальваническим нам потребуется аккумулятор к положительной клемме которого мы прикре.
71: Цинковый электрод, а к отрицательной железную деталь и зальём их раствором сульфата цинка.
72: Спустя несколько минут на железе появляется защитный слой.
73: Помимо оцинковки железные изделия часто покрывают хромом кто не видел хромированную сантехнику, а если сплавить железо с этим металлом, получится нержавеющая сталь люди и в давние.
74: Сталкивались со стальными предметами, которые не подвержены коррозии. Здесь нельзя не вспомнить про знаменитую железную колонну в индийском Дели, которая не ржавеет уже 1500 лет. Кто-то считает, что её сделали инопланетяне, другие утвержда.
75: Это дело рук древних высокоразвитых цивилизаций объясняют явление по разному, например, Удачным климатом 1 время говорили железо в столбе очень чистое, не имеет вкраплений углерода, который виновен в том, что материал не может противостоять атмосферным воздействиям.
76: Сегодня, после многочисленных химических Тестов учёные склоняются к мысли, что колонну защищает высокое содержание фосфора под действием окружающей среды, на поверхности образуется фосфорная кислота, которая реагирует с железом и
77: Образует гидрофосфат железа, затем он разлагается на фосфат железа, и эта плёнка защищает железный столб от коррозии современная нержавеющая сталь, в составе которой есть хром, покрыта защитной плёнкой оксида хрома.
78: Кстати, ряд активностей металлов, с которым мы познакомились, предсказывает и то, как поведёт себя металл в Солях других металлов. Чем левее стоит элемент, тем более сильным восстановителем он является и будет вытеснять из солей в растворе те элементы, что стоят
79: Правее, сейчас это докажем. В стакан с медным купоросом поместим самый обычный железный гвоздь. Подождём буквально минуту и достанем.
80: Видно, что он покрыт тонким слоем меди, но откуда она? Дело в том, что медный купорос это сульфат меди. Железо по сравнению с медью более активный металл, поэтому вытесняет её из раствора соли. Это реакция обмена, если подождать
81: Подольше, то мы сможем увидеть, как на поверхности гвоздя образуется неравномерный слой губчатой меди получается, что даже в растворе медного купороса железо может раствориться, а что будет, если поместить его в различные кислоты?
82: Как видите, растворы разбавленных Соляной и серной кислот прекрасно взаимодействуют с железом, с образованием водорода. Если заметили, он тоже есть в ряду активности металлов и стоит в нём после железа с разбавленной азотной кислотой. Железо также взаимодействует
83: Однако, если поместить гвоздь в концентрированную серную кислоту, химический процесс не идёт, так как кислота не диссоциирована и нет свободных Ионов водорода, которые ионы железа могут вытеснять из раствора впрочем, реакцию можно запустить нагрев кисло.
84: Но в этом случае образуются другие продукты.
85: Интересно, как в данном случае железо выбирает, каким ему быть 2 или трехвалентным все зависит от силы окислителя.
86: Разбавленные серные соляные кислоты дали соли двухвалентного железа с концентрированной серной получился сульфат трехвалентного железа, а если вспомним реакцию горения железа в чистом хлоре, там мы получили хлорид железа.
87: 3 чтобы обнаружить, в каком из этих Стаканов находится трехвалентное железо, можно воспользоваться качественной реакцией с роданидом калия в тех стаканах, где раствор стал красным, есть железо 3 из этого опыта.
88: Можно сделать целое представление. Здесь у меня 2 стакана. В 1 родонит калия, в другом хлорид железа 3.
89: 1 делом намочим руку 1 раствором, а палец другим теперь проведём им так, как будто Режем кожу, образуется, родонит железа, который своим видом очень похож на кровь, родонит от греческой.
90: Родеос красный железо входит в состав настоящей крови, точнее, гемоглобина именно железо отвечает за захват кислорода. 1 молекула гемоглобина может нести сразу 4 молекулы Газа, который необходим нашим клеткам для дыхания.
91: Почти все железо в нашем организме содержится в гемоглобине, при его недостатке возникает анемия, сонливость и усталость, а мне теперь надо отмыть искусственную кровь и проверить, что рука действительно цела. Возьмём раствор фторида натрия.
92: Промоем искусственную кровь на руке. Она исчезает, родонит железа, вступая в реакцию с фторидом натрия, образует бесцветный фторид трехвалентного железа обратите внимание на руке действительно нет никакого пореза помимо
93: 2 и трехвалентного железа. Бывает, ещё и шестивалентные. Сейчас мы его получим.
94: Смешаем железную пудру с нитратом калия, выложим горкой и подожжём, поместим сверху раскалённый кусочек угля, в результате образуется феррат, калия, Фират это соли железной кислоты.
95: Который в свободном виде не существует. Раствор феррата, калия в воде, фиолетовый. Соединения железа вообще подарили миру немало ярких цветов. Например, 200 лет назад в Германии появился такой краситель под названием Берлинская лазурь.
96: Чтобы изготовить её, нам понадобится жёлтая кровяная соль когда-то давно её получали, сплавляя карбонат калия или, по другому, паташ, железные опилки и кровь отсюда и название к жёлтой кровяной соли.
97: Нужно добавить хлорид трехвалентного железа, в результате выпадает осадок ярко синего цвета. Это вещество и сегодня используют в качестве красящего пигмента красок и эмалей другой способ получения синего красителя взять красную кровя.
98: Соль, которую можно получить из жёлтой и добавить к ней сульфат двухвалентного железа.
99: В середине 19 века этот синий пигмент получали ещё в процессе цианотипии речь о методе, с помощью которого копировали документы и чертежи смешаем в стаканчике лимонную кислоту сульфат железа 3 и раствор аммиака.
100: Получается лимоннокислое аммиачное железо 3 это вещество светочувствительно под действием света разлагается с образованием соединения двухвалентного железа, обнаружить его позволит красная кровяная соль, её мы тоже добавим в стакан.
101: Теперь нанесём раствор на плотную бумагу и сверху положим прозрачную плёнку с рисунком.
102: Спустя 15 минут изображение проэкспонирован сь, чтобы закрепить его, промоем бумагу под струёй воды.
103: Похоже, приглашение на праздник было напечатано точно таким же методом, но ничего удивительного, так как праздник устраивают наши друзья учёные. Что ж, самое время забрать у Кузнецов свой меч и отправиться на праздник.
104: Ещё немного, и у меня в руках будет настоящий меч. С таким оружием мы точно будем в центре внимания и как всегда. Спасибо химии. А с вами мы встретимся на канале наука. Пока.