Żelazo jest kluczowym metalem w naszym świecie. Jest paliwem dla przemysłu stalowego i umożliwia krwi przenoszenie tlenu do naszych komórek. Nic dziwnego, że związki zawierające żelazo cieszą się dużym zainteresowaniem. Jedna z takich grup tych związków, zwana tlenkami żelaza, powstaje w wyniku reakcji żelaza i tlenu. To, który tlenek otrzymasz, zależy od konkretnych okoliczności, w których żelazo i tlen reagują, a to zmieni właściwości i zastosowania powstałego tlenku żelaza.
Kroki
Metoda 1 z 4: Wytwarzanie żelaza (II, III) Tlenek (magnetyt)
Krok 1. Zlokalizuj źródło żelaza (III) (żelazo w 3+ stan utlenienia).
Do roztworu łatwo będzie dodać sól żelaza (III), taką jak chlorek żelazowy. Jest często używany do wytrawiania miedzi, więc można go kupić online, w sklepie chemicznym, a czasem nawet w sklepie elektronicznym. Dobrze sprawdzi się również drobny proszek rdzy. Możesz zebrać rdzę i zmielić ją na drobny proszek, jeśli wybierzesz tę drogę.
Krok 2. Przygotuj roztwór zawierający żelazo (III)
Dodaj wodę do źródła tlenku żelaza (III) w zlewce (lub innym szklanym pojemniku podobnej wielkości). Środowisko wodne (w wodzie) jest idealne do reakcji cząsteczek żelaza (III) i żelaza (II) ze sobą iz tlenem. Zawiesi cząsteczki żelaza (III) w roztworze i ułatwi łączenie z cząsteczkami żelaza (II) i tlenu. Nie musisz zakrywać pojemnika, ale może to pomóc w ochronie przed zanieczyszczeniami.
Krok 3. Znajdź źródło żelaza (II) (żelazo w 2+ stan utlenienia).
Ponieważ żelazo (II) w czystej postaci jest rzadkością w warunkach atmosferycznych, prawdopodobnie będziesz musiał użyć soli żelaza (II). Siarczan żelaza, chlorek żelaza (II) i fosforan żelaza (II) są stosunkowo powszechnymi opcjami. Siarczan żelaza jest używany w ogrodnictwie i można go znaleźć w większości sklepów ogrodniczych.
Krok 4. Przygotuj roztwór zawierający żelazo (II)
Niezależnie od tego, jaką wybierzesz sól żelaza (II), musisz ją rozpuścić w wodzie. Zrób to jako oddzielną zlewkę (lub inny pojemnik) od roztworu żelaza (III), aby upewnić się, że żelazo (III) nie nasyciło wody. Dzięki temu większość żelaza (II) rozpuści się w wodzie. Ponownie, pokrywka pomoże utrzymać zanieczyszczenia, ale nie jest to konieczne.
Noś rękawiczki i gogle, aby chronić oczy i skórę przed wszelkimi chemikaliami
Krok 5. Wymieszaj roztwory
Połącz roztwór żelaza (III) i roztwór żelaza (II) w tym samym pojemniku. Umożliwi to kontaktowanie się ze sobą jonów żelaza (III) i jonów żelaza (II). Będą również kontaktować się z tlenem w wodzie i atmosferze, który jest potrzebny do produkcji magnetytu.
Krok 6. Utlenij roztwór
Podczas gdy reakcja będzie przebiegać przez zmieszanie dwóch roztworów razem, będzie postępowała bardzo powoli. Możesz przyspieszyć reakcję, dodając roztwór utleniający, taki jak amoniak. Nadtlenek wodoru jest również dobrym środkiem utleniającym.
- Dodanie środka utleniającego pozwoli na znacznie szybszy przebieg reakcji. Czasy będą się różnić w zależności od proporcji reagentów i utleniacza, ale prawdopodobnie zauważysz pewną zmianę w ciągu zaledwie kilku sekund.
- Zachowaj ostrożność podczas pracy z nadtlenkiem wodoru, ponieważ w reakcji z wodą wytwarza on ciepło.
- Zaleca się przechowywanie tlenku żelaza w suchym miejscu.
Metoda 2 z 4: Wytwarzanie tlenku żelaza (III) (rdza) za pomocą elektrolizy
Krok 1. Zdobądź źródło żelaza
Poza niektórymi solami, większość związków żelaza ma tendencję do występowania w stanie żelaza (III). Obejmuje to takie rzeczy, jak szyny kolejowe, gwoździe, wełna stalowa i spinacze do papieru. Wybierz swoje źródło w oparciu o ilość potrzebnego żelaza, szybkość jego zapotrzebowania i dostępne możliwości. Na przykład wełna stalowa jest tania i szybko się utlenia, ale szyny kolejowe zawierają większą masę żelaza.
Krok 2. Napełnij wodą nieprzewodzący pojemnik
Chcesz mieć pewność, że masz w pojemniku wystarczającą ilość wody, aby przez cały czas przykryć żelazny element. Należy pamiętać, że proces elektrolizy może podgrzać wodę. Może to zwiększyć szybkość parowania wody.
Krok 3. Znajdź źródło zasilania
Aby zasilić reakcję, musisz użyć baterii lub innego źródła prądu stałego. Źródło zasilania powinno mieć przewód podłączony do ujemnej strony i przewód do dodatniej strony. Wybierz rozmiar źródła zasilania w oparciu o ilość rdzy, którą próbujesz stworzyć i jak szybko chcesz. Większe zasilacze generalnie szybciej wytwarzają rdzę.
Krok 4. Zanurz dodatnie i ujemne przewody
Prowadnice nie powinny się stykać. Zamiast tego powinny być zanurzone po przeciwnych stronach zbiornika na wodę. To sprawi, że roztwór wodny stanie się częścią obwodu i zmusi prąd do przepływu przez wodę.
Krok 5. Zanurz źródło żelaza
Podczas gdy żelazo zazwyczaj rdzewieje w warunkach atmosferycznych bez żadnej pomocy, zanurzenie go w wodzie zwiększa szybkość utleniania. Zanurzenie żelaza w wodzie, która jest poddawana elektrolizie, jeszcze bardziej zwiększy szybkość utleniania, ponieważ elektroliza wytwarza gazowy wodór (H2) i tlen dwuatomowy (O2). Tlen dwuatomowy jest doskonałym utleniaczem i łatwo reaguje z żelazem, tworząc rdzę.
Krok 6. Włącz zasilanie
Teraz, gdy twój czołg jest już skonfigurowany, możesz włączyć zasilanie. Rozpocznie to przepływ prądu przez roztwór i utlenianie metalu. Uważaj, aby nie dotykać przewodów ani nie dotykać ich razem. Nie wkładaj rąk do wody, chyba że wyłączysz zasilanie.
Jeśli używasz źródła zasilania bez przełącznika (takiego jak bateria), włóż przewody na końcu lub nie podłączaj przewodów do akumulatora, dopóki nie będziesz gotowy do zasilania
Krok 7. Pozwól usiąść
Chociaż reakcja jest stosunkowo szybka w porównaniu z naturalnym utlenianiem, nie jest natychmiastowa. Będziesz musiał pozostawić reakcję na kilka godzin, aby uzyskać rdzę. Prawdopodobnie będziesz musiał zostawić go na dzień lub dwa, aby uzyskać przyzwoitą kwotę.
Krok 8. Przefiltruj roztwór
Kiedy twoja rdza się utworzy, będzie w zbiorniku z wodą. Pierwszym krokiem do uzyskania suchej i nadającej się do użytku postaci jest odfiltrowanie części wody. Możesz naciągnąć gazę lub inną tkaninę na słoik lub zlew i przelać roztwór. Pozostaw na około godzinę, aby spuścić jak najwięcej wody.
Krok 9. Wysuszyć powstałą rdzę
Aby zakończyć suszenie rdzy, musisz ją upiec. Ustaw piekarnik na 400°F (204°C) i piecz rdzę przez jedną do trzech godzin. Pamiętaj, aby użyć starej patelni, rdza ją poplami.
Metoda 3 z 4: Wytwarzanie tlenku żelaza (III) (rdza) za pomocą silnego utleniacza
Krok 1. Wybierz źródło żelaza do utlenienia
Im bardziej odsłonięta powierzchnia ma źródło, tym lepiej. Na przykład wełna stalowa ma dużą powierzchnię w stosunku do swojego rozmiaru, podczas gdy szyna kolejowa ma znacznie mniej. Twój utleniacz może działać tylko na powierzchnię twojego żelaza.
Krok 2. Wybierz środek utleniający
Wybielacz jest świetnym środkiem utleniającym. Kolejnym dobrym wyborem jest nadtlenek wodoru. Słabszym środkiem utleniającym jest słona woda. Wybrany utleniacz określi szybkość utleniania żelaza. Im silniejszy utleniacz, tym szybciej żelazo się utlenia.
Krok 3. Odsłoń źródło żelaza na utleniacz
Możesz zanurzyć źródło żelaza w roztworze utleniającym. Inną opcją jest spryskiwanie żelazka utleniaczem w regularnych odstępach czasu (mniej więcej co godzinę). W zależności od tego, jak szybko chcesz, aby reakcja przebiegała i jak komfortowo używasz silnych utleniaczy, możesz rozcieńczyć utleniacz w wodzie (to osłabi go i spowolni reakcję).
Krok 4. Pozwól, aby reakcja przebiegała dalej
W zależności od wyboru utleniacza i ekspozycji może to zająć kilka godzin lub kilka dni. Z pewnością powinieneś zacząć dostrzegać tworzenie się rdzy w ciągu tygodnia. Jeśli nie, sprawdź, czy używasz żelaza i czy nie jest ono pokryte warstwą ochronną, taką jak wosk.
Krok 5. Zbierz i wysusz powstałą rdzę
Być może będziesz musiał zeskrobać rdzę z powierzchni żelaznego kawałka, aby ją zebrać. Jeśli zanurzyłeś kawałek, możesz odfiltrować rdzę z roztworu. Jeśli rdza jest mokra, wysusz ją w piekarniku w temperaturze 400°F (204°C) przez jedną do trzech godzin.
Metoda 4 z 4: Wytwarzanie tlenku żelaza (II) (czarna rdza) przez spalanie wełny stalowej
Krok 1. Znajdź kawałek zwykłej wełny stalowej
Jeśli na wełnie znajdują się jakiekolwiek inhibitory rdzy lub mydła, zakłóci to wyniki. Warto również poszukać wełny stalowej o cienkich włóknach. Ułatwi to zapaleniu się i spaleniu włókien.
Krok 2. Umieść wełnę stalową na ognioodpornej powierzchni
Nie będziesz w stanie trzymać wełny stalowej w dłoni. Będzie w ogniu! Ty też nie chcesz niczego spalić. Szklane talerze lub blaszane pokrywki to świetny wybór.
Krok 3. Użyj baterii 9 V, aby zapalić wełnę stalową
Dotknięcie akumulatora 9 V do wełny stalowej spowoduje połączenie dodatniego i ujemnego przewodu akumulatora. To zamyka obwód i umożliwia przepływ prądu. Stalowa wełna zapali się, ponieważ przepływa przez nią więcej prądu, niż może wytrzymać, więc nagrzewa się, aż osiągnie punkt zapłonu.
Krok 4. Obserwuj tworzącą się czarną rdzę
Czarna rdza powstaje w wyniku utleniania w środowisku pozbawionym tlenu. Ponieważ wełna stalowa utlenia się tak szybko w tej reakcji, jest mało czasu na dostęp tlenu do żelaza w celu wytworzenia tlenku żelaza (III) (czerwona rdza).
Porady
- Możesz użyć tlenku żelaza jako pigmentu, polerować biżuterię lub zrobić termit.
- Do każdego z tych eksperymentów należy używać blatu lub innej powierzchni roboczej. Prawdopodobne są plamy i uszkodzenia powierzchni roboczej.
- Noś respirator, aby chronić płuca.
Ostrzeżenia
- Ostrożnie obchodzić się ze wszystkimi reakcjami chemicznymi, zwłaszcza z utleniaczami.
- Zawsze noś rękawiczki.
- Zawsze noś gogle.
- Mieszanie wybielacza z kwasami spowoduje powstanie toksycznego gazu.