Mokra zveza - 1. del

Anorganske spojine običajno niso povezane z vlago, organske spojine pa obratno. Navsezadnje so prve suhe kamnine, druge pa izvirajo iz vodnih živih organizmov. Vendar pa široko razširjena združenja nimajo veliko opraviti z realnostjo. V tem primeru je podobno: vodo lahko iztisnemo iz kamnov, organske spojine pa so lahko zelo suhe.

Voda je na Zemlji vseprisotna snov in ni presenetljivo, da jo najdemo tudi v drugih kemičnih spojinah. Včasih je šibko povezan z njimi, zaprt v njih, se kaže v latentni obliki ali odkrito gradi strukturo kristalov.

Najprej prve stvari. Na začetku…

... vlaga

Številne kemične spojine ponavadi absorbirajo vodo iz svojega okolja – na primer dobro znana kuhinjska sol, ki se v parnem in vlažnem ozračju kuhinje pogosto strdi skupaj. Takšne snovi so higroskopne in povzročajo vlago higroskopska voda. Vendar pa kuhinjska sol zahteva dovolj visoko relativno vlažnost (glej okvir: Koliko vode je v zraku?), da veže vodno paro. Medtem pa v puščavi obstajajo snovi, ki lahko absorbirajo vodo iz okolja.

Koliko vode je v zraku?

Absolutna vlaga je količina vodne pare, ki jo vsebuje enota prostornine zraka pri določeni temperaturi. Na primer, pri 0°C v 1 m³ V zraku je lahko največ (da ne pride do kondenzacije) okoli 5 g vode, pri 20 °C - okoli 17 g vode, pri 40 °C pa več kot 50 g.V topli kuhinji oz. kopalnica, ta je torej precej mokra.

Relativna vlaga je razmerje med količino vodne pare na enoto prostornine zraka in največjo količino pri dani temperaturi (izraženo v odstotkih).

Naslednji poskus bo zahteval natrijev NaOH ali kalijev hidroksid KOH. Sestavljeno tableto (kot so v prodaji) položite na urno steklo in pustite nekaj časa na zraku. Kmalu boste opazili, da se pastila začne prekrivati ​​s kapljicami tekočine in se nato širiti. To je učinek higroskopnosti NaOH ali KOH. Če vzorce postavite v različne prostore hiše, lahko primerjate relativno vlažnost teh mest (1).

1. Oborino NaOH na urnem steklu (levo) in enaka oborina po nekaj urah na zraku (desno).

2. Laboratorijski eksikator s silikonskim gelom (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Kemiki in ne samo oni rešujejo problem vsebnosti vlage v snovi. Higroskopska voda je neprijetna kontaminacija s kemično spojino, njena vsebina pa je poleg tega nestabilna. To dejstvo otežuje tehtanje količine reagenta, potrebnega za reakcijo. Rešitev je seveda sušenje snovi. V industrijskem obsegu se to zgodi v ogrevanih komorah, torej v povečani različici domače pečice.

V laboratorijih poleg električnih sušilnikov (spet peči) exykatory (tudi za shranjevanje že posušenih reagentov). To so steklene posode, tesno zaprte, na dnu katerih je zelo higroskopna snov (2). Njegova naloga je, da absorbira vlago iz posušene spojine in ohranja nizko vlažnost v eksikatorju.

Primeri sušilnih sredstev: brezvodne soli CaCl.₂ Jaz MgSO₄, fosforjevi (V) oksidi P₄O₁₀ in kalcij CaO in silikagel (silikagel). Slednje boste našli tudi v obliki vrečk s sušilnim sredstvom v industrijskih in živilskih embalažah (3).

3. Silikonski gel za zaščito hrane in industrijskih izdelkov pred vlago.

Številne razvlažilce zraka je mogoče regenerirati, če absorbirajo preveč vode – samo jih segrejte.

Obstaja tudi kemična kontaminacija. ustekleničena voda. Med njihovo hitro rastjo prodre v kristale in ustvari prostore, napolnjene z raztopino, iz katere je nastal kristal, obdane s trdno snovjo. Tekočih mehurčkov v kristalu se lahko znebite tako, da raztopite spojino in jo prekristalizirate, vendar tokrat pod pogoji, ki upočasnjujejo rast kristala. Nato se bodo molekule "čedno" usedle v kristalno mrežo in ne bodo puščale vrzeli.

skrito vodo

V nekaterih spojinah voda obstaja v latentni obliki, vendar jo lahko kemik izloči iz njih. Lahko se domneva, da boste iz katere koli kisikovo-vodikove spojine sprostili vodo pod pravimi pogoji. S segrevanjem ali z delovanjem druge snovi, ki močno absorbira vodo, boš odstopil od vode. Voda v takem odnosu ustavna voda. Poskusite obe metodi kemične dehidracije.

4. Vodna para kondenzira v epruveti, ko so kemikalije dehidrirane.

V epruveto nalijte malo sode bikarbone, t.j. natrijev bikarbonat NaHCO.₃. Lahko ga dobite v trgovini, uporablja pa se na primer v kuhinji. kot vzhajalo za peko (ima pa tudi številne druge namene).

Epruveto postavite v plamen gorilnika pod kotom približno 45° tako, da je izstopna odprtina obrnjena proti vam. To je eno od načel laboratorijske higiene in varnosti – tako se zaščitite v primeru nenadnega izpusta segrete snovi iz epruvete.

Ogrevanje ni nujno močno, reakcija se bo začela pri 60 ° C (dovolj je gorilnik na metilni alkohol ali celo sveča). Bodite pozorni na vrh posode. Če je cev dovolj dolga, se bodo na izstopu (4) začele zbirati kapljice tekočine. Če jih ne vidite, postavite na izhod iz epruvete hladno urno steklo - na njem se kondenzira vodna para, ki se sprošča pri razkroju sode bikarbone (simbol D nad puščico označuje segrevanje snovi):

5. Črna cev teče iz skodelice.

Drugi plinasti produkt, ogljikov dioksid, lahko zaznamo z uporabo apnene vode, tj. nasičena raztopina kalcijev hidroksid so (ON)₂. Motnost, ki jo povzroča precipitacija kalcijevega karbonata, kaže na prisotnost CO₂. Dovolj je, da vzamete kapljico raztopine na bageto in jo položite na konec epruvete. Če nimate kalcijevega hidroksida, naredite apneno vodo tako, da dodate raztopino NaOH v katero koli vodotopno raztopino kalcijeve soli.

V naslednjem poskusu boste uporabili naslednji kuhinjski reagent – ​​navadni sladkor, torej saharozo C.₁₂H2₂O₁₁. Potrebovali boste tudi koncentrirano raztopino žveplove kisline H₂SO₄.

Takoj vas opozarjam na pravila za delo s tem nevarnim reagentom: potrebne so gumijaste rokavice in očala, poskus pa se izvaja na plastičnem pladnju ali plastičnem ovoju.

V manjšo čašo vlijemo sladkor za polovico toliko, kolikor je posoda napolnjena. Zdaj nalijte raztopino žveplove kisline v količini, ki je enaka polovici vlivenega sladkorja. Vsebino premešamo s stekleno paličico, da se kislina enakomerno porazdeli po volumnu. Nekaj ​​časa se nič ne zgodi, nenadoma pa sladkor začne temneti, nato počrni in končno začne »zapuščati« posodo.

Porozna črna gmota, ki ni več videti kot beli sladkor, prileze iz kozarca kot kača iz fakirjevega koša. Vse skupaj se segreje, vidni so oblaki vodne pare in sliši se celo sikanje (tudi to je vodna para, ki uhaja iz razpok).

Izkušnja je privlačna, iz kategorije t.i. cevi za kemikalije (5). Za opažene učinke je odgovorna higroskopnost koncentrirane raztopine H.₂SO₄. Je tako velika, da voda vstopi v raztopino iz drugih snovi, v tem primeru saharoze:

Ostanki dehidracije sladkorja so nasičeni z vodno paro (ne pozabite, da pri mešanju koncentrirane H₂SO₄ z vodo se sprosti veliko toplote), kar povzroči znatno povečanje njihove prostornine in učinek dviga mase s kozarca.

Ujet v kristal

6. Segrevanje kristalnega bakrovega sulfata (II) v epruveti. Vidna je delna dehidracija spojine.

In druga vrsta vode, ki jo vsebujejo kemikalije. Tokrat se pojavi eksplicitno (za razliko od ustavne vode), njena količina pa je strogo določena (in ne poljubna, kot v primeru higroskopske vode). tole kristalizacijska vodakaj daje barvo kristalom - ko jih odstranimo, razpadejo v amorfen prah (kar boste videli eksperimentalno, kot se za kemika spodobi).

Založite si modre kristale hidratiranega bakrovega(II) sulfata CuSO₄×5h₂Oh, eden najbolj priljubljenih laboratorijskih reagentov. V epruveto ali uparjalnik vlijemo manjšo količino majhnih kristalčkov (drugi način je boljši, v primeru majhne količine spojine pa lahko uporabimo tudi epruveto; več o tem čez mesec dni). Nežno začnite segrevati nad plamenom gorilnika (zadošča že žarnica z denaturiranim alkoholom).

Tubo pogosto stresajte stran od sebe ali mešajte bageto v uparjalniku, ki je nameščen v ročaju stativa (ne nagibajte se nad posodo). Ko se temperatura dvigne, začne barva soli bledeti, dokler na koncu ne postane skoraj bela. V tem primeru se v zgornjem delu epruvete naberejo kapljice tekočine. To je voda, odstranjena iz kristalov soli (s segrevanjem v uparjalniku se voda razkrije tako, da se nad posodo postavi hladno urno steklo), ki je medtem razpadla v prah (6). Dehidracija spojine poteka v fazah:

Nadaljnje zvišanje temperature nad 650°C povzroči razgradnjo brezvodne soli. Beli prah brezvodni CuSO₄ shranjujte v tesno priviti posodi (vanj lahko postavite vrečko, ki vpija vlago).

Morda se boste vprašali: kako vemo, da pride do dehidracije, kot opisujejo enačbe? Ali zakaj razmerja sledijo temu vzorcu? Naslednji mesec se boste ukvarjali z določanjem količine vode v tej soli, zdaj bom odgovoril na prvo vprašanje. Metoda, s katero lahko opazujemo spremembo mase snovi z naraščajočo temperaturo, se imenuje termogravimetrična analiza. Preskusno snov postavimo na paleto, tako imenovano toplotno tehtnico, in segrejemo, pri čemer odčitamo spremembe teže.

Seveda danes termotehtnice same beležijo podatke, hkrati pa rišejo ustrezen graf (7). Oblika krivulje grafa prikazuje, pri kateri temperaturi se "nekaj" zgodi, na primer, iz spojine se sprosti hlapna snov (izguba teže) ali se združi s plinom v zraku (takrat se masa poveča). Sprememba mase vam omogoča, da ugotovite, kaj in v kakšni količini se je zmanjšalo ali povečalo.

7. Graf termogravimetrične krivulje kristalnega bakrovega(II) sulfata.

Hidriran CuSO₄ ima skoraj enako barvo kot njegova vodna raztopina. To ni naključje. Cu ion v raztopini₂+ je obdan s šestimi molekulami vode, v kristalu pa s štirimi, ki ležijo na vogalih kvadrata, katerega središče je. Nad in pod kovinskim ionom so sulfatni anioni, od katerih vsak "služi" dvema sosednjima kationoma (torej je stehiometrija pravilna). Toda kje je peta molekula vode? Leži med enim od sulfatnih ionov in molekulo vode v pasu, ki obdaja bakrov (II) ion.

In spet se bo radovedni bralec vprašal: kako to veš? Tokrat iz slik kristalov, pridobljenih z obsevanjem z rentgenskimi žarki. Vendar pa je razlaga, zakaj je brezvodna spojina bela in hidrirana spojina modra, napredna kemija. Čas je, da se uči.

Glej tudi: