Мокри однос - 1. део

Неорганска једињења обично нису повезана са влагом, док су органска једињења обрнуто. На крају крајева, први су суве стене, а други потичу од водених живих организама. Међутим, распрострањена удружења немају много везе са стварношћу. У овом случају је слично: вода се може истиснути из камења, а органска једињења могу бити веома сува.

Вода је свеприсутна супстанца на Земљи и није изненађујуће што се може наћи и у другим хемијским једињењима. Понекад је слабо повезан са њима, затворен у њима, манифестује се у латентном облику или отворено гради структуру кристала.

Идемо редом. У почетку…

...влага

Многа хемијска једињења имају тенденцију да апсорбују воду из свог окружења - на пример, добро позната кухињска со, која се често скупља у парној и влажној атмосфери кухиње. Такве супстанце су хигроскопне и влага коју изазивају хигроскопна вода. Међутим, кухињска со захтева довољно високу релативну влажност (погледајте оквир: Колико воде има у ваздуху?) да везује водену пару. У међувремену, у пустињи постоје супстанце које могу да апсорбују воду из околине.

Колико воде има у ваздуху?

Апсолутна влажност је количина водене паре садржана у јединици запремине ваздуха на датој температури. На пример, на 0°С у 1 м³ У ваздуху може бити највише (тако да нема кондензације) око 5 г воде, на 20 °Ц – око 17 г воде, а на 40 °Ц – више од 50 г. У топлој кухињи одн. купатило, ово је стога прилично мокро.

Релативна влажност је однос количине водене паре по јединици запремине ваздуха према максималној количини на датој температури (израженој у процентима).

Следећи експеримент ће захтевати натријум НаОХ или калијум хидроксид КОХ. Ставите сложену таблету (како се продаје) на стакло за сат и оставите на ваздуху неко време. Ускоро ћете приметити да пастила почиње да се прекрива капљицама течности, а затим шири. Ово је ефекат хигроскопности НаОХ или КОХ. Постављањем узорака у различите просторије куће, можете упоредити релативну влажност ових места (1).

1. Таложење НаОХ на сатном стаклу (лево) и исти талог након неколико сати на ваздуху (десно).

2. Лабораторијски ексикатор са силиконским гелом (фото: Викимедиа/Хгробе)

Хемичари, и не само они, решавају проблем влажности неке супстанце. Хигроскопна вода то је непријатна контаминација хемијским једињењем, а њен садржај је, штавише, нестабилан. Ова чињеница отежава одмеравање количине реагенса потребног за реакцију. Решење је, наравно, сушење супстанце. У индустријском обиму, то се дешава у загрејаним коморама, односно у увећаној верзији кућне пећнице.

У лабораторијама, поред електричних сушара (опет пећи), ексикатори (такође за складиштење већ осушених реагенаса). То су стаклене посуде, чврсто затворене, на чијем дну се налази високо хигроскопна материја (2). Његов задатак је да апсорбује влагу из осушеног једињења и одржава ниску влажност унутар ексикатора.

Примери средстава за сушење: безводне ЦаЦл соли.₂ И МгСО₄, фосфор (В) оксиди П₄O₁₀ и калцијум ЦаО и силика гел (силика гел). Ово последње ћете такође наћи у облику кесица са сушењем које се стављају у индустријску и прехрамбену амбалажу (3).

3. Силиконски гел за заштиту хране и индустријских производа од влаге.

Многи одвлаживачи могу да се регенеришу ако упијају превише воде - само их загрејте.

Постоји и хемијска контаминација. флаширана вода. Продире у кристале током њиховог брзог раста и ствара просторе испуњене раствором из којег је настао кристал, окружен чврстим материјалом. Можете се ослободити течних мехурића у кристалу тако што ћете растворити једињење и рекристалисати га, али овог пута под условима који успоравају раст кристала. Тада ће се молекули „уредно“ сместити у кристалну решетку, не остављајући празнине.

скривена вода

У неким једињењима вода постоји у латентном облику, али је хемичар у стању да је извуче из њих. Може се претпоставити да ћете ослободити воду из било ког једињења кисеоника и водоника под правим условима. Натераћете га да одустане од воде загревањем или деловањем друге супстанце која снажно упија воду. Вода у таквом односу уставне воде. Испробајте обе методе хемијске дехидрације.

4. Водена пара се кондензује у епрувети када су хемикалије дехидриране.

У епрувету сипајте мало соде бикарбоне, тј. натријум бикарбонат НаХЦО.₃. Можете га набавити у продавници, а користи се у кухињи, на пример. као средство за дизање печења (али има и многе друге употребе).

Ставите епрувету у пламен горионика под углом од приближно 45° са излазним отвором окренутим према вама. Ово је један од принципа лабораторијске хигијене и безбедности – тако се штитите у случају изненадног ослобађања загрејане супстанце из епрувете.

Загревање није нужно јако, реакција ће почети на 60 ° Ц (довољан је горионик метилног алкохола или чак свећа). Пазите на врх посуде. Ако је цев довољно дуга, капи течности ће почети да се скупљају на излазу (4). Ако их не видите, ставите хладно стакло за сат преко излаза из епрувете - на њему се кондензује водена пара која се ослобађа током разлагања соде бикарбоне (симбол Д изнад стрелице означава загревање супстанце):

5. Из стакла излази црно црево.

Други гасовити производ, угљен-диоксид, може се детектовати коришћењем кречне воде, тј. засићени раствор калцијум хидроксид Са (ОН)₂. Његова замућеност узрокована таложењем калцијум карбоната указује на присуство ЦО₂. Довољно је узети кап раствора на багет и ставити је на крај епрувете. Ако немате калцијум хидроксид, направите кречну воду додавањем раствора НаОХ у било који раствор калцијумове соли растворљив у води.

У следећем експерименту користићете следећи кухињски реагенс – обичан шећер, односно сахарозу Ц.₁₂H2₂O₁₁. Такође ће вам требати концентровани раствор сумпорне киселине Х₂SO₄.

Одмах вас подсећам на правила за рад са овим опасним реагенсом: потребне су гумене рукавице и заштитне наочаре, а експеримент се изводи на пластичном послужавнику или пластичном омоту.

У малу чашу сипајте шећер упола онолико колико је посуда напуњена. Сада сипајте раствор сумпорне киселине у количини једнакој половини сипаног шећера. Промешајте садржај стакленом шипком тако да се киселина равномерно распоређује по запремини. Неко време се ништа не дешава, али одједном шећер почиње да тамни, затим поцрни и коначно почиње да "напушта" посуду.

Порозна црна маса, која више не личи на бели шећер, пузи из стакла као змија из факирске корпе. Цела ствар се загреје, виде се облаци водене паре па се чак чује и шиштање (ово је и водена пара која излази из пукотина).

Искуство је атрактивно, из категорије тзв. хемијска црева (5). За уочене ефекте одговорна је хигроскопност концентрованог раствора Х.₂SO₄. Толико је велика да вода улази у раствор из других супстанци, у овом случају сахарозе:

Остаци дехидратације шећера су засићени воденом паром (запамтите да приликом мешања концентрованог Х.₂SO₄ са водом се ослобађа много топлоте), што изазива значајно повећање њихове запремине и ефекат подизања масе са стакла.

Заробљени у кристалу

6. Загревање кристалног бакар сулфата (ИИ) у епрувети. Видљива је делимична дехидрација једињења.

И друга врста воде садржана у хемикалијама. Овај пут се појављује експлицитно (за разлику од уставне воде), а њена количина је стриктно дефинисана (а не произвољна, као у случају хигроскопне воде). Ово вода кристализацијеоно што даје боју кристалима – када се уклоне, распадају се у аморфни прах (што ћете експериментално видети, како и доликује хемичару).

Набавите залихе плавих кристала хидратисаног бакар(ИИ) сулфата ЦуСО₄×5цх₂Ох, један од најпопуларнијих лабораторијских реагенса. Сипајте малу количину ситних кристала у епрувету или испаривач (друга метода је боља, али у случају мале количине једињења може да се користи и епрувета; више о томе за месец дана). Лагано почните да загревате преко пламена горионика (довољна је лампа са денатурисаним алкохолом).

Често протресите епрувету од себе или мешајте багет у испаривачу постављеном у дршку статива (немојте се нагињати преко стакленог посуђа). Како температура расте, боја соли почиње да бледи, док на крају не постане скоро бела. У овом случају, капи течности се скупљају у горњем делу епрувете. Ово је вода уклоњена из кристала соли (загревањем у испаривачу вода ће се открити постављањем хладног стакла за сат преко посуде), који се у међувремену распао у прах (6). Дехидрација једињења се дешава у фазама:

Даље повећање температуре изнад 650°Ц изазива разлагање анхидроване соли. Бели прах безводни ЦуСО₄ чувати у чврсто зашрафљеном контејнеру (у њега можете ставити врећицу која упија влагу).

Можете питати: како знамо да се дехидрација дешава онако како је описано једначинама? Или зашто везе прате овај образац? Радићете на одређивању количине воде у овој соли следећег месеца, сада ћу одговорити на прво питање. Метода којом можемо посматрати промену масе супстанце са порастом температуре назива се термогравиметријска анализа. Испитивана супстанца се ставља на палету, такозвану термичку вагу, и загрева, очитавајући промене тежине.

Наравно, данас термоваге саме бележе податке, истовремено цртајући одговарајући графикон (7). Облик криве графикона показује на којој температури се "нешто" дешава, на пример, испарљива супстанца се ослобађа из једињења (губитак тежине) или се комбинује са гасом у ваздуху (тада се маса повећава). Промена масе вам омогућава да одредите шта се и у којој количини смањило или повећало.

7. Графикон термогравиметријске криве кристалног бакар(ИИ) сулфата.

Хидрирани ЦуСО₄ има скоро исту боју као и његов водени раствор. Ово није случајност. Цу јон у раствору₂+ је окружен са шест молекула воде, ау кристалу - са четири, који леже на угловима квадрата, чији је центар. Изнад и испод металног јона налазе се сулфатни ањони, од којих сваки „опслужује“ два суседна катјона (тако да је стехиометрија тачна). Али где је пети молекул воде? Лежи између једног од сулфатних јона и молекула воде у појасу који окружује јон бакра (ИИ).

И опет ће радознали читалац питати: откуд ти то знаш? Овога пута са слика кристала добијених њиховим зрачењем рендгенским зрацима. Међутим, објашњење зашто је анхидровано једињење бело, а хидратизовано једињење плаво је напредна хемија. Време је да учи.

Погледајте и: