איך מכינים תחמוצת ברזל?

כדי ליצור תחמוצת ברזל, התחל בקבלת מקור ברזל עם שטח פנים חשוף ככל האפשר, כמו צמר פלדה.

ברזל הוא מתכת מכריעה בעולמנו. הוא מתדלק את תעשיות הפלדה ומאפשר לדם להוביל חמצן לתאים שלנו. אין זה מפתיע שתרכובות המכילות ברזל מעניינות מאוד. קבוצה כזו של תרכובות אלה, הנקראת תחמוצות ברזל, נוצרת על ידי תגובה ברזל וחמצן בצורה כלשהי. איזו תחמוצת שתקבל תלויה בנסיבות הספציפיות שבהן מגיבים הברזל והחמצן, וזה ישנה את המאפיינים והשימושים של תחמוצת הברזל שנוצרה.

שיטה 1 מתוך 4: ייצור תחמוצת ברזל (II, iii) (מגנטיט)

1

אתר מקור של ברזל (III) (ברזל במצב חמצון 3 ⁺). קל להוסיף לתמיסה מלח ברזל (III) כמו ברז כלוריד. הוא משמש לעתים קרובות לצריבת נחושת, כך שתוכלו לקנות אותו באופן מקוון, בחנות לאספקת כימיקלים, ולעתים אף בחנות אלקטרוניקה. כמו כן, אבקת חלודה עדינה תפעל היטב. אתה יכול לאסוף חלודה ולטחון אותה לאבקה דקה אם תבחר ללכת בדרך זו.
2

הכינו תמיסה המכילה ברזל (III). הוסף מים למקור תחמוצת הברזל (III) בכוס (או מיכל זכוכית אחר בגודל דומה). הסביבה המימית (במים) אידיאלית למולקולות הברזל (III) והברזל (II) להגיב זו עם זו ועם חמצן. זה ישעה את מולקולות הברזל שלך (III) בתמיסה ויהיה קל לשלב את מולקולות הברזל (II) והחמצן. אתה לא צריך לכסות את המכולה, אבל זה יכול לעזור להרחיק מזהמים.
3

אתר מקור של ברזל (II) (ברזל במצב חמצון 2 ⁺). מכיוון שברזל (II) בצורתו הטהורה נדיר בתנאים אטמוספריים, סביר להניח שתצטרך להשתמש במלח ברזל (II). סולפט ברזל, ברזל (II) כלורי, וברזל (II) פוספט הם אפשרויות שכיחות יחסית. גופרתי ברזל משמש בגינון וניתן למצוא אותו ברוב חנויות ציוד הגינה.
4
הכינו תמיסה המכילה ברזל (II). לא משנה מה תבחרו במלח ברזל (II), תצטרכו להמיס אותו במים. עשו זאת ככוס נפרדת (או מיכל אחר) מתמיסת הברזל (III) כדי להבטיח שהמגהץ (III) לא רווה את המים. זה יאפשר הכי הרבה ברזל (II) להתמוסס למים. שוב, מכסה יעזור להרחיק מזהמים, אך אינו הכרחי.
- ללבוש כפפות ומשקפי מגן כדי להגן על העיניים והעור מפני כימיקלים כלשהם.
5

מערבבים את הפתרונות. שלב את תמיסת הברזל (III) ואת תמיסת הברזל (II) לאותו מיכל. זה יאפשר להביא את יוני הברזל (III) ואת יוני הברזל (II) למגע זה עם זה. הם גם יצור קשר עם חמצן במים ובאטמוספירה, הנחוצה לייצור מגנטיט.
6
לחמצן את הפתרון. התגובה אמנם תימשך על ידי ערבוב שני הפתרונות יחד, אך היא תמשיך לאט מאוד. אתה יכול להאיץ את התגובה על ידי הוספת תמיסה מחמצנת, כגון אמוניה. מי חמצן הוא גם חומר חמצון טוב.
- תוספת של חומר מחמצן תאפשר לתגובה להתקדם הרבה יותר מהר. הזמנים ישתנו בהתאם ליחס בין מגיבים וחמצון, אך סביר להניח שתראה שינוי מסוים תוך שניות ספורות.
- היזהר בעת עבודה עם מי חמצן מכיוון שהוא ייצור חום כאשר הוא מגיב עם המים.
- מומלץ לאחסן את תחמוצת הברזל במקום יבש.

הוסף מים למקור תחמוצת הברזל (III) בכוס (או מיכל זכוכית אחר בגודל דומה).

שיטה 2 מתוך 4: ייצור תחמוצת ברזל (III) (חלודה) באמצעות אלקטרוליזה

1

השג מקור לברזל. מלבד כמה מלחים, רוב תרכובות הברזל נוטות להיות במצב ברזל (III). זה כולל דברים כמו מסילות רכבת, מסמרים, צמר פלדה ומהדקי נייר. בחר את המקור שלך בהתאם לכמות הברזל שאתה צריך, כמה מהר אתה זקוק לו ומה זמין עבורך. לדוגמא, צמר פלדה זול ומתחמצן במהירות, אך מסילות ברזל מכילות מסה גדולה יותר של ברזל.
2

ממלאים מיכל לא מוליך במים. אתה רוצה להיות בטוח שיש לך מספיק מים במיכל כדי לכסות את חתיכת הברזל בכל עת. יש לזכור שתהליך האלקטרוליזה עשוי לחמם את המים. זה יכול להגדיל את קצב התאדות המים.
3

מצא מקור כוח. יהיה עליך להשתמש בסוללה או במקור כוח זרם ישר אחר כדי להניע את התגובה. מקור הכוח צריך להיות מוביל המחובר לצד השלילי ולהוביל לצד החיובי. בחר את גודל מקור הכוח שלך על סמך כמה חלודה אתה מנסה ליצור וכמה מהר אתה רוצה את זה. ספקי כוח גדולים יותר ייצרו בדרך כלל חלודה מהירה יותר.
4

השקע את ההובלות החיוביות והשליליות. הלידים לא צריכים לגעת אחד בשני. במקום זאת, הם צריכים להיות שקועים משני צידיו של מיכל המים שלך. זה יהפוך את תמיסת המים לחלק מהמעגל ויאלץ חשמל לזרום דרך המים.
5

שקע את מקור הברזל שלך. בעוד שברזל בדרך כלל מחליד בתנאים אטמוספריים ללא כל עזרה, שקיעתו במים מעלה את קצב החמצון. שקיעת ברזל במים שעוברים אלקטרוליזציה תגדיל את קצב החמצון עוד יותר מכיוון שהאלקטרוליזה מייצרת גז מימן (H ₂) וחמצן דיאטומי (O ₂). חמצן דיאטומי הוא חמצון נהדר ומגיב בקלות עם הברזל ליצירת חלודה.
6
הפעל את החשמל. עכשיו כשהטנק שלך מוגדר, אתה יכול להפעיל את החשמל. זה יתחיל את הזרם שזורם בתמיסה ומחמצן את המתכת. היזהר שלא לגעת בהובלות, או לגעת בהן יחד. כמו כן, אל תכניס את הידיים למים אלא אם תכבה את החשמל.
- אם אתה משתמש במקור חשמל ללא מתג (כמו סוללה), שים את המוליכים במקום האחרון או אל תחבר את המוליכים לסוללה עד שתהיה מוכן לחשמל.
7

אפשר לשבת. התגובה אמנם מהירה יחסית בהשוואה לחמצון טבעי, אך היא אינה מיידית. יהיה עליך לעזוב את התגובה למספר שעות לפחות כדי להניב חלודה. כנראה שתצטרך להשאיר את זה ליום-יומיים כדי לקבל סכום הגון.
8

סנן את הפתרון. כאשר החלודה שלך נוצרת, היא תהיה במיכל המים. הצעד הראשון לקבל אותו בצורה יבשה ושימושית הוא לסנן חלק מהמים. אתה יכול למתוח בד גבינה או בד אחר על גבי צנצנת או כיור ולשפוך את התמיסה. אפשר לו לשבת שעה בערך לנקז כמה שיותר מים.
9

ייבש את החלודה שנוצרה. כדי לסיים את ייבוש החלודה שלך, יהיה עליך לאפות אותה. הגדירו את התנור לטמפרטורה של 204 מעלות צלזיוס (204 מעלות צלזיוס) ואפו את החלודה למשך שעה-שלוש. הקפידו להשתמש בתבנית ישנה, החלודה תכתים אותה.

מכיוון שצמר הפלדה מתחמצן במהירות כה רבה בתגובה זו אין מעט זמן לחמצן המספיק לגשת לברזל כדי ליצור תחמוצת ברזל (III) (חלודה אדומה).

שיטה 3 מתוך 4: ייצור תחמוצת ברזל (III) (חלודה) באמצעות חמצון חזק

1

בחר מקור ברזל לחמצון. ככל שמקור השטח שלך חשוף יותר, כן ייטב. לדוגמא, לצמר פלדה שטח פנים רב ביחס לגודלו, ואילו למסילה ברזל יש הרבה פחות. החמצון שלך יכול לפעול רק על פני הברזל שלך.
2

בחר חומר חמצון. אקונומיקה היא חומר חמצון נהדר. בחירה טובה נוספת היא מי חמצן. חומר חמצון חלש יותר הוא מי מלח. החמצון שתבחר יקבע כמה מהר מתחמצן הברזל. ככל שחומר החמצון שלך חזק יותר, כך הברזל שלך מתחמץ מהר יותר.
3

חשוף את מקור הברזל לחמצון. אתה יכול להטביע את מקור הברזל בתמיסת החמצון. אפשרות נוספת היא לרסס את החמצון על המגהץ במרווחי זמן קבועים (כל שעה בערך). תלוי כמה מהר אתה רוצה שהתגובה תימשך וכמה נוח לך להשתמש בחמצונים חזקים, אתה יכול לדלל את החמצון במים (זה יחליש אותו ויאט את התגובה).
4

אפשר לתגובה להמשיך. בהתאם לבחירתכם בחמצון ובחשיפה, הדבר יכול לארוך מספר שעות או מספר ימים. אתה בהחלט צריך להתחיל לראות חלודה נוצרת תוך שבוע. אם לא, בדוק אם אתה משתמש בברזל ושהוא אינו מצופה בשכבת מגן כגון שעווה.
5

אוספים ומייבשים את החלודה שנוצרה. יתכן שתצטרך לגרד את החלודה מעל פני פיסת הברזל שלך כדי לאסוף אותה. אם השקעתם את החלק, תוכלו לסנן את החלודה מהפתרון. אם החלודה שלך רטובה, ייבש אותה בתנור בטמפרטורה של 204 מעלות צלזיוס למשך שעה עד שלוש.

איזו תחמוצת שתקבל תלויה בנסיבות הספציפיות שבהן מגיבים הברזל והחמצן, וזה ישנה את המאפיינים והשימושים של תחמוצת הברזל שנוצרה.

שיטה 4 מתוך 4: ייצור תחמוצת ברזל (II) (חלודה שחורה) על ידי שריפת צמר פלדה

1

מצא חתיכת צמר פלדה רגיל. אם בצמר יש מעכבי חלודה או סבונים, זה יפריע לתוצאות שלך. כדאי לחפש גם צמר פלדה עם סיבים דקים. זה יקל על ההצתה והבעירה של הסיבים.
2

הניחו את צמר הפלדה על משטח חסין אש. לא תוכל להחזיק את צמר הפלדה בידך. זה יהיה באש! אתה גם לא רוצה לשרוף שום דבר. לוחות זכוכית או מכסי פח הם בחירה מצוינת.
3

השתמש בסוללה של 9 וולט להצתת צמר הפלדה. נגיעה בסוללת 9 וולט לצמר הפלדה תחבר בין המוליכים החיוביים ושליליים של הסוללה. זה סוגר את המעגל ומאפשר לחשמל לזרום. צמר הפלדה יידלק מכיוון שזורם יותר זרם ממה שהוא יכול להתמודד, ולכן הוא מתחמם עד שהוא מגיע לנקודת הצתה.
4

התבונן בחלודה השחורה שנוצרת. חלודה שחורה נוצרת כתוצאה מחמצון בסביבה חסרת חמצן. מכיוון שצמר הפלדה מתחמצן כל כך מהר בתגובה זו, יש מעט זמן למספיק חמצן כדי לגשת לברזל כדי ליצור תחמוצת ברזל (III) (חלודה אדומה).

טיפים

אתה יכול להשתמש בתחמוצת ברזל כפיגמנט, לחיטוי תכשיטים או לייצור תרמיט.
כדאי להשתמש במשטח עבודה או במשטח עבודה אחר לכל אחד מהניסויים הללו. כתמים ופגיעות במשטח העבודה עשויים להתרחש.
לבש מכונת הנשמה כדי להגן על הריאות שלך.

אזהרות

התייחס בזהירות לכל התגובות הכימיות, במיוחד המחמצן.
ללבוש כפפות תמיד.
תמיד הרכיב משקפי מגן.
ערבוב אקונומיקה עם חומצות יפיק גז רעיל.

דברים שתזדקק להם

חתיכת ברזל
סוכן מחמצן
מים
לסנן
מיכלי מים
מקור כוח

קרא גם: כיצד להכיר סוגים שונים של מנגנונים של תגובות אורגניות?

איך מכינים תחמוצת ברזל?

צעדים