Ako vyrobiť oxid železitý?

Že získate zdroj železa s čo najviac exponovaným povrchom — Na výrobu oxidu železa začnite tým, že získate zdroj železa s čo najviac exponovaným povrchom, ako je oceľová vlna.

Železo je v našom svete zásadným kovom. Palivo poháňa oceliarsky priemysel a umožňuje krvi prenášať kyslík do našich buniek. Nie je prekvapením, že o zlúčeniny obsahujúce železo je veľký záujem. Jedna taká skupina týchto zlúčenín, nazývaná oxidy železa, vzniká nejakým spôsobom reakciou železa a kyslíka. Aký oxid získate, závisí od konkrétnych okolností, za ktorých reaguje železo a kyslík, a to zmení vlastnosti a použitie výsledného oxidu železa.

Metóda 1 zo 4: Výroba oxidu (magnetitu) železa (II, iii)

1

Nájdite zdroj železa (III) (železo v oxidačnom stave 3 ⁺). Do roztoku sa ľahko pridá soľ železa (III), ako je chlorid železitý. Často sa používa na leptanie medi, takže si ho môžete kúpiť online, v obchode s chemickými potrebami a niekedy dokonca aj v obchode s elektronikou. Dobre poslúži aj jemný prášok z hrdze. Ak sa vyberiete touto cestou, môžete pozbierať hrdzu a rozdrviť ju na jemný prášok.
2

Vytvorte roztok obsahujúci železo (III). Pridajte vodu do zdroja oxidu železitého v kadičke (alebo inom sklenenom obale podobnej veľkosti). Vodné prostredie (vo vode) je ideálne na to, aby molekuly železa (III) a železa (II) reagovali navzájom a s kyslíkom. Suspenduje vaše molekuly železa (III) v roztoku a umožní jednoduchú kombináciu s molekulami železa (II) a kyslíka. Nádobu nemusíte zakrývať, ale môže to pomôcť zabrániť úniku kontaminantov.
3

Nájdite zdroj železa (II) (železo v oxidačnom stave 2 ⁺). Pretože železo (II) v čistej forme je v atmosférických podmienkach vzácne, pravdepodobne budete musieť použiť soľ železa (II). Síran železnatý, chlorid železitý a fosforečnan železnatý sú relatívne bežnými možnosťami. Síran železnatý sa používa v záhradníctve a nájdete ho vo väčšine obchodov so záhradnými potrebami.
4
Vytvorte roztok obsahujúci železo (II). Bez ohľadu na váš výber soli železa (II) budete musieť rozpustiť vo vode. Vykonajte to ako oddelenú kadičku (alebo inú nádobu) od roztoku železa (III), aby ste zaistili, že žehlička (III) nenasýti vodu. To umožní, aby sa väčšina železa (II) rozpustila vo vode. Veko opäť pomôže zabrániť úniku kontaminantov, ale nie je potrebné.
- Na ochranu očí a pokožky pred akýmikoľvek chemikáliami noste rukavice a okuliare.
5

Roztoky premiešajte. Skombinujte roztok železa (III) a roztok železa (II) do tej istej nádoby. To umožní vzájomný kontakt iónov železa (III) a iónov železa (II). Kontaktujú tiež kyslík vo vode a atmosfére, ktorý je potrebný na výrobu magnetitu.
6
Oxidujte roztok. Reakcia bude prebiehať zmiešaním dvoch roztokov dohromady, ale bude prebiehať veľmi pomaly. Reakciu môžete urýchliť pridaním oxidačného roztoku, napríklad amoniaku. Peroxid vodíka je tiež dobrým oxidačným činidlom.
- Pridanie oxidačného činidla umožní, aby reakcia prebiehala oveľa rýchlejšie. Časy sa budú líšiť v závislosti od pomerov reaktantov a oxidačného činidla, ale v priebehu niekoľkých sekúnd pravdepodobne uvidíte určitú zmenu.
- Pri práci s peroxidom vodíka buďte opatrní, pretože pri reakcii s vodou vytvára teplo.
- Odporúčame skladovať oxid železitý na suchom mieste.

Pridajte vodu do zdroja oxidu železitého v kadičke (alebo inom sklenenom obale podobnej veľkosti).

Metóda 2 zo 4: Výroba oxidu železitého (hrdze) elektrolýzou

1

Získajte zdroj železa. Okrem niektorých solí je väčšina zlúčenín železa v stave železa (III). Patria sem veci ako železničné koľajnice, klince, oceľová vlna a kancelárske sponky. Vyberte si zdroj podľa množstva železa, ktoré potrebujete, ako rýchlo ho potrebujete a čo máte k dispozícii. Napríklad oceľová vlna je lacná a rýchlo oxiduje, ale železničné koľajnice obsahujú väčšiu hmotnosť železa.
2

Naplňte nevodivú nádobu vodou. Chcete mať istotu, že máte v nádobe vždy dostatok vody na zakrytie kusu železa. Majte na pamäti, že proces elektrolýzy môže vodu zohriať. To môže zvýšiť rýchlosť odparovania vody.
3

Nájdite zdroj energie. Na napájanie reakcie budete musieť použiť batériu alebo iný zdroj jednosmerného prúdu. Zdroj energie by mal mať elektródu pripojenú k negatívnej strane a elektródu k pozitívnej strane. Vyberte si veľkosť zdroja energie podľa toho, koľko hrdze sa pokúšate vytvoriť a ako rýchlo to chcete. Väčšie napájacie zdroje vo všeobecnosti vytvárajú hrdzu rýchlejšie.
4

Ponorte pozitívne a negatívne vodiče. Elektródy by sa nemali navzájom dotýkať. Namiesto toho by mali byť ponorené na opačných stranách nádrže s vodou. Vodný roztok sa tak stane súčasťou okruhu a prinúti elektrinu pretekať vodou.
5

Ponorte zdroj železa. Aj keď železo v atmosférických podmienkach zvyčajne hrdzavie bez akejkoľvek pomoci, jeho ponorenie do vody zvyšuje rýchlosť oxidácie. Ponorenie železa do vody, ktorá sa elektrolyzuje, ešte viac zvýši rýchlosť oxidácie, pretože pri elektrolýze vzniká plynný vodík (H ₂) a diatomický kyslík (O ₂). Diatomický kyslík je skvelé oxidačné činidlo a ľahko reaguje so železom za vzniku hrdze.
6
Zapnite napájanie. Teraz, keď je váš tank nastavený, môžete zapnúť napájanie. Roztok začne prúdiť roztokom a oxidovať kov. Dávajte pozor, aby ste sa nedotýkali elektród alebo sa ich dotýkali spolu. Tiež nedávajte ruky do vody, pokiaľ nevypnete napájanie.
- Ak používate zdroj napájania bez vypínača (napríklad batériu), zapojte elektródy ako posledné alebo ich nepripojujte k batérii, kým nebudete pripravení na napájanie.
7

Nechajte sedieť. Aj keď je reakcia v porovnaní s prirodzenou oxidáciou relatívne rýchla, nie je okamžitá. Reakciu budete musieť nechať niekoľko hodín, aby sa získala hrdza. Pravdepodobne budete musieť nechať deň alebo dva, aby ste získali slušnú čiastku.
8

Roztok prefiltrujte. Keď sa vám hrdza vytvorí, bude v nádrži s vodou. Prvým krokom k získaniu v suchej a použiteľnej forme je odfiltrovanie časti vody. Tkaninu alebo inú tkaninu môžete natiahnuť na nádobu alebo umývadlo a naliať roztokom. Nechajte ho asi hodinu stáť, aby vypustilo čo najviac vody.
9

Výslednú hrdzu vysušte. Aby ste hrdzu vysušili, budete ju musieť upiecť. Rúru nastavte na 204°C a hrdzu pečte jednu až tri hodiny. Nezabudnite použiť starú panvicu, hrdza ju zafarbí.

Je málo času na dostatok kyslíka na prístup k železu za vzniku oxidu železitého (červená hrdza) — Pretože sa oceľová vlna pri tejto reakcii tak rýchlo oxiduje, je málo času na dostatok kyslíka na prístup k železu za vzniku oxidu železitého (červená hrdza).

Metóda 3 zo 4: výroba oxidu železitého (hrdze) (III) pomocou silného oxidačného činidla

1

Na oxidáciu zvoľte zdroj železa. Čím viac exponovaného povrchu váš zdroj má, tým lepšie. Napríklad oceľová vlna má vzhľadom na svoju veľkosť veľký povrch, zatiaľ čo železničná železnica má oveľa menej. Vaše oxidačné činidlo môže pôsobiť iba na povrch žehličky.
2

Vyberte oxidačné činidlo. Bielidlo je skvelé oxidačné činidlo. Ďalšou dobrou voľbou je peroxid vodíka. Slabším oxidačným činidlom je slaná voda. Oxidátor, ktorý si vyberiete, určí, ako rýchlo sa oxiduje železo. Čím silnejšie je vaše oxidačné činidlo, tým rýchlejšie bude vaše železo oxidovať.
3

Vystavte zdroj železa oxidátoru. Zdroj železa môžete ponoriť do oxidačného roztoku. Ďalšou možnosťou je nastriekať oxidačné činidlo na žehličku v pravidelných časových intervaloch (približne každú hodinu). V závislosti od toho, ako rýchlo chcete, aby reakcia prebiehala, a od toho, ako pohodlne používate silné oxidačné činidlá, môžete oxidačné činidlo zriediť vo vode (to ho oslabí a spomalí reakciu).
4

Nechajte reakciu pokračovať. V závislosti od vášho výberu oxidačného činidla a expozície to môže trvať niekoľko hodín alebo niekoľko dní. Do týždňa by ste určite mali začať vidieť tvorbu hrdze. Ak nie, skontrolujte, či používate železo a či nie je potiahnuté ochrannou vrstvou, ako je vosk.
5

Výslednú hrdzu zozbierajte a vysušte. Možno budete musieť zoškrabať hrdzu z povrchu železného kusa, aby ste ju pozbierali. Ak kus ponoríte, môžete hrdzu z roztoku filtrovať. Ak je hrdza mokrá, sušte ju v rúre pri teplote 204°C jednu až tri hodiny.

Aký oxid získate, závisí od konkrétnych okolností, za ktorých reaguje železo a kyslík, a to zmení vlastnosti a použitie výsledného oxidu železa.

Metóda 4 zo 4: Výroba oxidu železitého (čierna hrdza) spaľovaním oceľovej vlny

1

Nájdite kúsok obyčajnej oceľovej vlny. Ak má vlna akékoľvek inhibítory hrdze alebo mydlá, bude to rušiť vaše výsledky. Tiež by ste sa mali poobzerať po oceľovej vlne s tenkými vláknami. Vlákna sa tak ľahšie zapália a spália.
2

Umiestnite oceľovú vlnu na ohňovzdorný povrch. Oceľovú vlnu nebudete môcť držať v ruke. Bude to horieť! Tiež nechcete nič spáliť. Sklenené taniere alebo plechové viečka sú skvelou voľbou.
3

Na zapálenie oceľovej vlny použite 9-voltovú batériu. Dotknutím sa 9-V batérie oceľovej vlny sa spoja kladný a záporný pól batérie. Tým sa obvod uzavrie a umožní tok elektriny. Oceľová vlna sa zapáli, pretože cez ňu preteká viac prúdu, ako je schopná zvládnuť, takže sa zahrieva, až kým nedosiahne bod vznietenia.
4

Pozorujte čiernu hrdzu, ktorá sa tvorí. Čierna hrdza vzniká v dôsledku oxidácie v prostredí bez kyslíka. Pretože sa oceľová vlna pri tejto reakcii tak rýchlo oxiduje, je málo času na dostatok kyslíka na prístup k železu za vzniku oxidu železitého (červená hrdza).

Tipy

Oxid železitý môžete použiť ako pigment, na leštenie šperkov alebo na výrobu termitu.
Na ktorýkoľvek z týchto experimentov by ste mali použiť lavicu alebo inú pracovnú plochu. Pravdepodobne dôjde k vzniku škvŕn a poškodeniu pracovného povrchu.
Na ochranu pľúc noste ventilátor.

Varovania

Zaobchádzajte so všetkými chemickými reakciami, obzvlášť s oxidantmi, opatrne.
Vždy noste rukavice.
Vždy noste ochranné okuliare.
Miešanie bielidla s kyselinami produkuje toxický plyn.

Veci, ktoré budete potrebovať

Kus železa
Oxidačné činidlo
Voda
Filter
Nádoby na vodu
Zdroj energie

Prečítajte si tiež: Ako vyrobiť mini ľadovec?

Ako vyrobiť oxid železitý?

Kroky