4 spôsoby výroby oxidu železitého

Železo je v našom svete kľúčovým kovom. Poháňa oceliarsky priemysel a umožňuje krvi prenášať kyslík do našich buniek. Nie je prekvapením, že zlúčeniny obsahujúce železo sú veľmi zaujímavé. Jedna takáto skupina týchto zlúčenín, nazývaná oxidy železa, vzniká určitým spôsobom reakciou železa a kyslíka. Ktorý oxid získate, závisí od konkrétnych okolností, za ktorých železo a kyslík reagujú, a to zmení vlastnosti a použitie výsledného oxidu železa.

Metóda 1 zo 4:Výroba oxidu železitého (II,III) (magnetitu)


Nájdite zdroj železa (III) (železo v oxidačnom stave 3+). Do roztoku sa bude ľahko pridávať soľ železa (III), napríklad chlorid železitý. Často sa používa na leptanie medi, takže ho môžete kúpiť online, v obchode s chemickými potrebami a niekedy aj v obchode s elektronikou. Dobre by fungoval aj jemný prášok z hrdze. Ak sa rozhodnete ísť touto cestou, môžete zozbierať hrdzu a rozomlieť ju na jemný prášok.[1]


Pripravte roztok obsahujúci železo (III). Pridajte vodu do zdroja oxidu železitého (III) v kadičke (alebo inej sklenenej nádobe podobnej veľkosti). Vodné prostredie (vo vode) je ideálne na to, aby molekuly železa (III) a železa (II) reagovali navzájom a s kyslíkom. V roztoku pozastaví molekuly železa (III) a uľahčí ich spojenie s molekulami železa (II) a kyslíka. Nádobu nie je potrebné zakrývať, ale môže to pomôcť udržať nečistoty. [2]


Nájdite zdroj železa (II) (železo v oxidačnom stave 2+). Keďže železo (II) v čistej forme je v atmosférických podmienkach vzácne, budete pravdepodobne musieť použiť soľ železa (II). Síran železitý, chlorid železitý (II) a fosforečnan železitý (II) sú pomerne bežné možnosti. Síran železitý sa používa v záhradníctve a nájdete ho vo väčšine obchodov so záhradnými potrebami.[3]


Vytvorte roztok obsahujúci železo (II). Bez ohľadu na to, akú soľ železa (II) si vyberiete, budete ju musieť rozpustiť vo vode. Urobte to ako samostatnú kadičku (alebo inú nádobu) od roztoku železa (III), aby ste zabezpečili, že železo (III) nenasýtilo vodu. To umožní, aby sa väčšina železa (II) rozpustila vo vode. Opäť platí, že veko pomôže zabrániť šíreniu kontaminantov, ale nie je nevyhnutné.[4]

  • Používajte rukavice a ochranné okuliare, aby ste si chránili oči a pokožku pred chemikáliami.


Roztoky zmiešajte. Spojte roztok železa (III) a roztok železa (II) do tej istej nádoby. To umožní, aby sa ióny železa (III) a ióny železa (II) dostali do vzájomného kontaktu. Dostanú sa do kontaktu aj s kyslíkom vo vode a v atmosfére, ktorý je potrebný na výrobu magnetitu.[5]


Roztok okysličte. Hoci reakcia bude prebiehať zmiešaním oboch roztokov, bude prebiehať veľmi pomaly. Reakciu môžete urýchliť pridaním oxidačného roztoku, napríklad amoniaku. Peroxid vodíka je tiež dobrým oxidačným činidlom.[6]

  • Pridanie oxidačného činidla umožní, aby reakcia prebiehala oveľa rýchlejšie. Čas sa bude líšiť v závislosti od pomeru reaktantov a oxidačného činidla, ale pravdepodobne uvidíte určitú zmenu už za niekoľko sekúnd.
  • Pri práci s peroxidom vodíka buďte opatrní, pretože pri reakcii s vodou vzniká teplo.
  • Oxid železitý sa odporúča skladovať na suchom mieste.

Metóda 2 zo 4:Výroba oxidu železitého (III) (hrdza) pomocou elektrolýzy


Získajte zdroj železa. Okrem niektorých solí je väčšina zlúčenín železa v stave železa (III). Patria sem veci ako železničné koľajnice, klince, oceľová vlna a sponky. Zdroj si vyberte na základe 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.[7]


Naplňte nevodivú nádobu vodou. Chcete si byť istí, že v nádobe je dostatok vody, aby bol kus železa vždy zakrytý. Majte na pamäti, že proces elektrolýzy môže vodu ohrievať. Tým sa môže zvýšiť rýchlosť odparovania vody.[8]


Nájdite zdroj energie. Na napájanie reakcie budete musieť použiť batériu alebo iný zdroj jednosmerného prúdu. Zdroj energie by mal mať prívod pripojený na zápornú stranu a prívod na kladnú stranu. Veľkosť zdroja energie zvoľte podľa toho, koľko hrdze sa snažíte vytvoriť a ako rýchlo ju chcete vytvoriť. Väčšie zdroje energie vo všeobecnosti vytvárajú hrdzu rýchlejšie.[9]


Ponorte kladný a záporný vodič. Prívody by sa nemali navzájom dotýkať. Namiesto toho by mali byť ponorené na opačných stranách vašej nádrže s vodou. Tým sa vodný roztok stane súčasťou obvodu a prinúti vodu prúdiť elektrickým prúdom.[10]


Ponorte svoj zdroj železa. Zatiaľ čo železo v atmosférických podmienkach zvyčajne hrdzavie bez akejkoľvek pomoci, ponorením do vody sa rýchlosť oxidácie zvyšuje. Ponorením železa do vody, ktorá sa elektrolyzuje, sa rýchlosť oxidácie ešte zvýši, pretože pri elektrolýze vzniká plynný vodík (H2) a dvojatómového kyslíka (O2). Diatomický kyslík je skvelým oxidantom a ľahko reaguje so železom za vzniku hrdze.[11]


Zapnite napájanie. Teraz, keď je vaša nádrž pripravená, môžete zapnúť napájanie. Tým sa spustí prúd, ktorý bude pretekať roztokom a oxidovať kov. Dávajte pozor, aby ste sa nedotýkali vývodov alebo sa ich nedotýkali spolu. Takisto nevkladajte ruky do vody, pokiaľ nevypnete napájanie.

  • Ak používate zdroj energie bez vypínača (napríklad batériu), buď vložte prívody ako posledné, alebo prívody nepripájajte k batérii, kým nie ste pripravení na napájanie.


Nechajte pôsobiť. Hoci je reakcia v porovnaní s prirodzenou oxidáciou relatívne rýchla, nie je okamžitá. Reakciu budete musieť nechať prebiehať aspoň niekoľko hodín, aby sa vytvorila hrdza. Pravdepodobne ho budete musieť nechať pôsobiť deň alebo dva, aby ste dosiahli slušné množstvo.[12]


Roztok prefiltrujte. Keď sa vám vytvorí hrdza, bude v nádrži s vodou. Prvým krokom k získaniu suchej a použiteľnej formy je odfiltrovanie časti vody. Môžete natiahnuť syrové plátno alebo inú tkaninu cez nádobu alebo umývadlo a roztok cez ňu preliať. Nechajte ju približne hodinu stáť, aby sa z nej vylialo čo najviac vody.[13]


Vysušte vzniknutú hrdzu. Na dokončenie sušenia hrdze ju budete musieť upiecť. Nastavte rúru na 400 °F (204 °C) a pečte hrdzu jednu až tri hodiny. Nezabudnite použiť starú panvicu, hrdza ju zafarbí.[14]

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


Vyberte zdroj železa na oxidáciu. Čím väčší odkrytý povrch má váš zdroj, tým lepšie. Napríklad oceľová vlna má vzhľadom na svoju veľkosť veľkú plochu povrchu, zatiaľ čo železničná koľajnica má oveľa menšiu plochu. Váš oxidačný prostriedok môže pôsobiť len na povrchu železa.[15]


Vyberte si oxidačné činidlo. Bieliaci prostriedok je skvelým oxidačným činidlom. Ďalšou dobrou voľbou je peroxid vodíka. Slabším oxidačným činidlom je slaná voda. Oxidátor, ktorý si vyberiete, určí, ako rýchlo sa železo zoxiduje. Čím silnejšie je vaše oxidačné činidlo, tým rýchlejšie bude železo oxidovať.[16]


Vystavte železný zdroj oxidačnému činidlu. Zdroj železa môžete ponoriť do oxidačného roztoku. Ďalšou možnosťou je striekanie oxidačného činidla na železo v pravidelných časových intervaloch (približne každú hodinu). V závislosti od toho, ako rýchlo chcete, aby reakcia prebiehala, a ako vám vyhovuje používanie silných oxidačných činidiel, môžete oxidačné činidlo zriediť vo vode (tým sa oslabí a reakcia sa spomalí).[17]


Nechajte reakciu prebiehať. V závislosti od výberu oxidačného činidla a expozície to môže trvať niekoľko hodín alebo niekoľko dní. Do týždňa by ste určite mali začať pozorovať tvorbu hrdze. Ak nie, skontrolujte, či používate železo a či nie je pokryté ochrannou vrstvou, napríklad voskom.[18]


Zozbierajte a vysušte vzniknutú hrdzu. Možno budete musieť hrdzu z povrchu železného kusu zoškrabať, aby ste ju mohli zozbierať. Ak ste kus ponorili, môžete z roztoku odfiltrovať hrdzu. Ak je hrdza mokrá, vysušte ju v rúre pri teplote 400 °F (204 °C) počas jednej až troch hodín.[19]

Metóda 4 zo 4:Výroba oxidu železitého (II) (čiernej hrdze) pálením oceľovej vlny


Nájdite kúsok obyčajnej oceľovej vlny. Ak má vlna na sebe nejaké inhibítory hrdze alebo mydlá, bude to rušiť vaše výsledky. Mali by ste tiež hľadať oceľovú vlnu s tenkými vláknami. Tým sa vlákna ľahšie zapália a zhoria.[20]


Umiestnite oceľovú vlnu na ohňovzdorný povrch. Oceľovú vlnu nebudete môcť držať v ruke. Bude horieť! Taktiež nechcete nič spáliť. Sklenené taniere alebo plechové viečka sú skvelou voľbou.[21]


Na zapálenie oceľovej vlny použite 9 V batériu. Dotyk 9 V batérie s oceľovou vlnou spojí kladný a záporný vodič batérie. Tým sa uzavrie obvod a umožní sa tok elektriny. Oceľová vlna sa vznieti, pretože ňou preteká väčší prúd, než dokáže zvládnuť, takže sa zahrieva, až kým nedosiahne bod vznietenia.[22]


  • Pozorujte čiernu hrdzu, ktorá sa vytvorí. Čierna hrdza vzniká v dôsledku oxidácie v prostredí s nedostatkom kyslíka. Keďže oceľová vlna sa pri tejto reakcii oxiduje tak rýchlo, že je málo času na to, aby sa k železu dostalo dostatočné množstvo kyslíka a vytvoril sa oxid železitý (III) (červená hrdza).[23]
  • Odkazy