"Окислительно -восстановительные реакциикоторые используют для получения паров иода, проявляющих отпечатки пальцев»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«средняя общеобразовательная школа №61 города Челябинска»

Городской конкурс «Химический калейдоскоп»

Номинация: Эксперимент в лабораторных условиях

Работа «Окислительно-восстановительные реакции, которые используют для получения паров иода, проявляющих отпечатки пальцев»

Выполнила: Нуждина Светлана Антоновна,9 класс

МБОУ«СОШ №61г.Челябинска»

Руководитель проекта :Цейзер Галина Викторовна

Учитель химии МБОУ«СОШ №61г.Челябинска»

Челябинск, 2023г.

Содержание

1.Введение	3
2. Основная часть	4
2.1. Немного истории	5
2.2. Техника безопасности.	6
2.3. Как образуется иод	7
2.4. Как проявить отпечатки, используя иод.	8-10
3.Выводы	11
4. Источники информации	12

1.Введение

В 2023 году в декаду естественных наук на внеурочном занятии в школе   я познакомилась с сайтом Globallab, где мы выполнили мини проект «Йодная камера - проявляем отпечатки пальцев!»  Опыт мне очень понравился своей несложной техникой исполнения и доступными реактивами, и я решила побольше узнать о реакциях получения иода и использовании этих реакций в криминалистике. Фиксирование отпечатка пальца йодом является широко используемым методом идентификации личности. Отпечатки пальцев, полученные с помощью йода, могут быть использованы в криминалистике, при расследовании преступлений, а также в системах биометрической идентификации.

Цель: научиться проявлять отпечатки пальцев с помощью паров йода в лабораторных условиях.

Задачи:

1.      Познакомиться с различными окислительно-восстановительными реакциями, которые можно использовать для получения паров иода.

2.      Найти интересные факты использования таких реакций.

Предмет исследования: использование химических реакций в результате которой получаются пары иода.

Объект исследования: окислительно-восстановительные реакции.

Гипотеза: с помощью этого эксперимента каждый сможет научиться находить отпечатки пальцев на бумаге.

Опыт возможно провести в лаборатории и в домашних условиях при соблюдении техники безопасности

Методы исследования: изучение и анализ литературы, материалов Интернет, химический эксперимент, сбор фотоматериалов.

2. Основная часть

2.1. Немного истории

Обработка парами иода для проявления отпечатков пальцев использовалась ещё с начала 20-го века. Иод довольно летуч и может легко покидать раствор, но вокруг достаточно много вещей, к которым молекулы иода могут «прилипнуть». Например, иод легко растворяется в жирах, а отпечатки пальцев в основном состоят из них. Даже если в отпечатках совсем немного жира, он всё равно впитает достаточно молекул иода, чтобы бесцветные отпечатки пальцев стали коричневыми и хорошо заметными.
Есть много способов обнаружения скрытых отпечатков пальцев, но «иодный» способ наиболее эффективен при получении отпечатков с неровных и пористых поверхностей, например с бумаги. Криминалисты используют этот способ и сегодня.
Метод основан на способности потожирового вещества, образующего отпечаток пальца, абсор­бировать пары йода, окрашиваясь при этом в желто-бурый цвет. Для этого вещественное доказательство, например предмет одежды, помещают в специальную камеру, куда вносят некоторое количество йода. При небольшом подогревании отпечатки проявляются почти сразу же, но при выдерживании на воздухе блёкнут (йод возгоняется). По этой причине камеру снабжают прозрачной крышкой, чтобы быстро провести фотографирование. Можно, правда, закрепить йодный отпечаток с помощью операции, аналогичной фиксированию в фотографическом процессе.

Наука не стоит на месте, методы постоянно совершенствуются, помимо химических приёмов и наряду с ними все шире используются, например, выявление невидимых отпечатков с помощью лазерных источников света и компьютерное восстановление полных отпечатков по их фрагментам. Правда, сравнение чётких отпечатков пальцев, сделанных специальными чернилами в комфортных условиях полицейского участка, с размытыми, неполными, добытыми после сложной обработки отпечатков с места преступления, до сих пор остаётся искусством, которым овладевает далеко не каждый желающий. После того как компьютерная система находит соответствие отпечатка с места преступления и имеющегося в картотеке, для идентификации привлекают двух экспертов, и окончательное заключение дают именно они.

Современное оборудование не похоже на традиционную йодную камеру, оно претерпело некоторые изменения, но химизм процесса не изменился, и я попробую провести эти реакции сама и провести такое занятие для моих одноклассников.

2.2. Техника безопасности.

Перед выполнением любой работы нужно помнить правила техники безопасности:

1.Эксперимент необходимо выполнять в присутствии взрослых или с их разрешения.

2.На рабочую поверхность (стол) желательно постелить клеенку или бумагу, чтобы защитить поверхность от возможной порчи.

3.При смешивании веществ необходимо надеть резиновые перчатки.

При нанесении йода на кожу происходит окисление йода и образование йодидов, которые вступают во взаимодействие с биологическими молекулами. Йодиды образуют комплексы с белками, аминокислотами и другими органическими соединениями, что может привести к изменению их структуры и функции.Кожа обладает естественным защитным барьером, который состоит из липидного слоя и рогового слоя эпидермиса. Йод может проникать через этот барьер и воздействовать на клетки внутри кожи. В результате взаимодействия йода с кожей могут происходить различные реакции, такие как ожоги, раздражение и изменение цвета кожи. На самом деле, йод является достаточно агрессивным веществом и не рекомендуется наносить его на повреждённую или раздражённую кожу. Также следует учитывать индивидуальную реакцию организма на йод, так как некоторые люди могут быть чувствительными к этому веществу.

4.После опыта помойте и очистите всё использованное оборудование. Одноразовую посуду (если вы ее используете) после проведения опыта нужно утилизировать.
Твёрдые отходы эксперимента утилизируйте вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте её водой.

2.3. Как образуется йод

Цель эксперимента : получение йода при помощи окислительно-восстановительных  реакций из доступных для школьной лаборатории реактивов.

 1 способ                                                                                                                                             

Оборудование и материалы.

Сульфат меди (II) CuSO₄
Иодид калия     KI            5%  раствор                                                                                                                    Стаканы химические стеклянные                                                                                                   Мерная емкость (мерная ложка, мерный стаканчик или одноразовый шприц, пипетка)                                                                                                                                                                                                                                             Лист бумаги (на котором вы будете проявлять отпечаток пальца)                                                Поднос

БЕЗОПАСНОСТЬ: Перед началом опыта наденьте защитные перчатки.
Проводите эксперимент на подносе.
Приготовьте все вещества, необходимые для проведения эксперимента.                              Смешайте два раствора в стеклянном стакане, наблюдаем помутнение раствора, изменения его цвета на бурый или коричневый .Йод осаждается на дне,можно слить часть раствора. Йодная камера готова!   Снимите защитную перчатку и оставьте отпечаток пальца на белом листке бумаги, закройте листом стаканчик с реакционной смесью.

Иодид калия содержит иодид-ионы I⁻, то есть атомы иода с одним лишним электроном. А CuSO₄ содержит ион Cu²⁺ — атом меди, которому не хватает двух электронов. Cu²⁺ может забрать электрон у I⁻, превращая его в I⁰. Такие частицы любят образовывать пары, превращаясь в молекулы иода I, которые и делают раствор коричневым.

4KI+ 2CuSO₄.= 2СuI+I₂+2K₂SO₄

Иодид калия KI реагирует с сульфатом меди (II) CuSO₄. В растворе, оба эти соединения распадаются на ионы:
KI → K⁺ + I⁻
CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄²⁻
Ионы меди Cu²⁺ окисляют ионы иодида I⁻, забирая у каждого из них по электрону:

Cu²⁺+1е→ Cu⁺   2   окислитель, восстановление

2I⁻-2е→ I₂          1   восстановитель, окисление

Cu²⁺ + I⁻ → Cu⁺ + I⁰
В результате образуется молекулярный иод (I₂):
I⁰ +I⁰ → I₂

2способ с которым я познакомилась на сайте Globallab

Оборудование и материалы

1.    Раствор йода (можно взять 2% или 5%)

2.      Перекись водорода 3%

3.      Лимонная кислота

4.      Стаканы химические стеклянные

5.      Фильтровальная бумага (можно заменить обычной)

6.      Мерная емкость (мерная ложка, мерный стаканчик или одноразовый шприц, пипетка)

7.      Резиновые перчатки

8.      Лист бумаги (на котором вы будете проявлять отпечаток пальца)

9.      Устройство с фотокамерой для фотографирования этапов выполнения опыта и полученных результатов.

Приготовьте все вещества, необходимые для проведения эксперимента. Вам понадобятся: раствор йода 5%, раствор перекиси водорода 3%, лимонная кислота, одноразовые пластиковые стаканчики. Для того, чтобы точно выполнить замер нужных веществ, приготовьте мерный стаканчик (можно заменить мерной ложкой или одноразовым шприцем на 2 или 5 мл, я использовала мерные пипетки).

Если у вас лимонная кислота в виде порошка, то её необходимо развести. Для приготовления раствора лимонной кислоты налейте в стаканчик 50 мл воды и добавьте 1 чайную ложку сухой лимонной кислоты. Перемешайте.

Вылейте в чистый стеклянный стаканчик 2 мл раствора йода. Я не стала использовать пластиковый стаканчик, как рекомендовали на сайте, так как он очень неустойчивый.

Добавьте в стеклянный   химический стаканчик с йодом 2 мл раствора лимонной кислоты.

Добавьте туда же 10 мл перекиси водорода.  Аккуратно перемешайте содержимое стаканчика, покачивая его из стороны в сторону. Накройте стаканчик листом фильтровальной бумаги. Оставьте на 5 минут.

Слейте жидкость в пустой стаканчик. Стаканчик с кристаллическим йодом на дне понадобится вам далее. Это и есть простейшая «йодная камера»

Снимите защитную перчатку и оставьте отпечаток пальца на белом листке бумаги. Поставьте стаканчик с кристаллическим йодом на листок бумаги с отпечатком пальца. Подождите 5 минут. Йод проявляет отпечаток пальца.

Таким образом уравнение реакции: 4K⁺I⁻+4H₂⁺O₂⁻ ₌2I₂⁰₊O₂⁰+4KOH⁻+2H₂O⁻²  

Лимонная кислота подавляет дальнейшую реакцию иода с КОН.

2I⁻-2е =I₂⁰             восстановитель, окисление

2O⁻ -2е = O₂⁰    восстановитель, окисление

O⁻+1е= O⁻²        окислитель, восстановление

2.4. Как проявить отпечатки, используя йод.

 При комнатной температуре молекулы иода с лёгкостью покидают раствор, и пары иода постепенно наполняют п стаканчик. Далее пары иода проникают в следы жира на отпечатке и заметно окрашивают их в коричневатый цвет. Цвет отпечатка определяется наличием молекулярного иода, который соединяется с кожными жирами, содержащимися в данном следе от пальцев. Однако эти связи недолговечны – иод со временем сублимирует. Поэтому в течение 15-30 минут отпечаток обесцвечивается.
I₂↓ → I₂↑
Процесс, который мы наблюдаем в этом опыте, обратим. В начале мы видим, что в нашем стаканчике много иода, а на отпечатке пальцев его совсем нет. Далее начинается процесс диффузии, в ходе которого частицы данного вещества стремятся распространиться, более или менее равномерно заполняя пространство. Так молекулы иода проникают в отпечатки пальцев. Затем мы неизбежно оставляем наш пропитанный йодом отпечаток на воздухе (который вообще не содержит или содержит ничтожное количество молекул иода). Тогда молекулы иода покидают отпечаток и переходят в воздух, стремясь равномерно распределиться между воздухом и отпечатком. Но так как воздуха вокруг бесконечно много, по сравнению с объемом отпечатка, то практически все молекулы иода в итоге улетучиваются из отпечатка в воздух.
Цвет отпечатка можно сохранить, нанеся прямо на него тонкий слой порошка высоко реакционноспособного карбонильного железа (Fe). Иод реагирует с карбонильным железом (Fe), и теперь уже не может покинуть отпечаток и вылететь в атмосферу.
Fe + I₂ → FeI₂
В ходе этой реакции образуется иодид железа (FeI₂) – устойчивое красновато-коричневое вещество. Из-за склонности иода к подобным реакциям данный метод нельзя использовать для обнаружения отпечатков на металлических поверхностях. В противном случае иод будет реагировать с металлом и вместо проявления отпечатка сделает его еще менее видимым.
В интернете   я нашла интересную информацию

В одном из номеров «Journal of Chemical Education» (1999, v. 76, № 4, р. 488В) под рубрикой «Работа в классе» помещена инструкция для учеников по применению химических методов проявления скрытых отпечатков пальцев.

Начинается эта инструкция с предупреждения о необходимости избегать попадания растворов реагентов на кожу и одежду, поскольку это может стать причиной трудно отмываемых пятен. Дальше рекомендуется нарезать 20–30 квадратных листочков белой нелинованной бумаги со сторонами по 7–8 см и выбрать одного из учеников, у которого будут брать отпечатки пальцев. Делают это так: сначала ученику надо потереть пальцем свой лоб, чтобы набрать кожных выделений, потом приложить палец левым боком к бумаге и медленно поворачивать (это хорошо получится, если листочек будет лежать на краю стола и если предварительно попрактиковаться). Сразу после этого необходимо испытать, насколько хорошо действует «проявитель», и, убедившись в этом, приготовить несколько отпечатков и уложить листочки с ними в конверты.

В качестве «проявителей» рекомендованы растворы нингидрина или нитрата серебра. Наличие в кабинетах химии российских школ нингидрина маловероятно, а нитрат серебра более доступен. Надо положить листочек со скрытым отпечатком на большой лист бумаги (можно газетной), картона или что-либо иное и нанести раствор пульверизатором. После высушивания отпечаток должен проявиться через 10–15 мин.

Если учитель заранее подберет условия проявления, можно проверить, удастся ли обнаружить отпечатки на листочках, спрятанных в конверты, через день, неделю и две недели.

Можно попробовать проявить отпечатки на предметах из стекла, фосфора, полированного дерева и других материалов. Этот способ я оставила для будущего проекта.

3.Выводы

Изучив литературу и проведя собственное исследование, я могу сделать вывод о том, что моя гипотеза подтвердилась. Выполняя проект, я экспериментально доказала, что с помощью двух несложных окислительно- восстановительных реакций   каждый сможет научиться находить отпечатки пальцев на бумаге. Эти реакции также можно использовать для популяризации   химических знаний   у учащихся , проведения внеурочных занятий  и профориентационной работе, а для учащихся  7 классов   и подготовке   их  к изучению нового, интересного предмета « химии» в 8 классе. 

4.Источники информации

1.Йодная камера - проявляем отпечатки пальцев! [Электронный ресурс]. -Режим доступа :URL:https://globallab.org/ru/project/cover/iodnaja_kamera_projavljaem_otpechatki_paltsev.ru.html

2.Химия и криминалистика [Электронный ресурс]. -Режим доступа :URL: https://him.1sept.ru/article.php?ID=200002101&ysclid=lorjsqw7yi223503838

3.Отпечатки на ткани [Электронный ресурс]. -Режим доступа :URL:
https://melscience.com/RU-ru/chemistry/experiments/di..
4. Выявление невидимых отпечатков пальцев рук парами йода .  [Электронный ресурс]. -Режим доступа :URL:                https://all-sci.net/rozyisknaya-deyatelnost-operativn..
5  Как отпечаток пальца обнаруживается с помощью йода Электронный ресурс]. -Режим доступа:URL:https://kinounost.ru/2023/10/26/kak-otpecatok-palca-obnaruzivaetsya-s-pomoshhyu-ioda     

6. Под общ. ред. В.В. Мозякова. Руководство для следователей. М.: Экзамен, - 912 с. 2005

Краткое описание документа:

Проект,который можно использовать при проведении декады естественных наук ,внеурочного занятия,химического кружка или популяризации предмета "Химии" в 7 классе.В данной практической работе используются доступные реактивы ,она будет интересна детям любого возраста .