Мокра връзка - част 1
Неорганичните съединения обикновено не се свързват с влагата, докато органичните съединения са обратно. В крайна сметка първите са сухи скали, а вторите идват от водни живи организми. Въпреки това, широко разпространените асоциации нямат много общо с реалността. В този случай е подобно: водата може да се изстиска от камъните, а органичните съединения могат да бъдат много сухи.
Водата е повсеместно вещество на Земята и не е изненадващо, че може да се намери и в други химични съединения. Понякога тя е слабо свързана с тях, затворена в тях, проявява се в латентна форма или открито изгражда структурата на кристалите.
Първо най-важното. В началото…
...влага
Много химични съединения са склонни да абсорбират вода от околната среда - например добре познатата готварска сол, която често се струпва в парната и влажна атмосфера на кухнята. Такива вещества са хигроскопични и влагата, която причиняват хигроскопична вода. Въпреки това трапезната сол изисква достатъчно висока относителна влажност (виж карето: Колко вода има във въздуха?), за да свърже водната пара. Междувременно в пустинята има вещества, които могат да абсорбират вода от околната среда.
Колко вода има във въздуха?
Абсолютна влажност е количеството водна пара, съдържаща се в единица обем въздух при дадена температура. Например при 0°С на 1 m3 Във въздуха може да има максимум (за да няма кондензация) около 5 g вода, при 20 ° C - около 17 g вода, а при 40 ° C - повече от 50 g. В топла кухня или баня, следователно това е доста мокро.
Относителна влажност е съотношението на количеството водна пара на единица обем въздух към максималното количество при дадена температура (изразено като процент).
Следващият експеримент ще изисква натриев NaOH или калиев хидроксид KOH. Поставете комбинирана таблетка (както се продават) върху часовниково стъкло и оставете за известно време на въздух. Скоро ще забележите, че таблетката за смучене започва да се покрива с капки течност и след това да се разпространява. Това е ефектът от хигроскопичността на NaOH или KOH. Като поставите пробите в различни стаи на къщата, можете да сравните относителната влажност на тези места (1).
1. Утаяване на NaOH върху часовниково стъкло (вляво) и същата утайка след няколко часа на въздух (вдясно).
2. Лабораторен ексикатор със силиконов гел (снимка: Wikimedia/Hgrobe)
Химиците, а и не само те, решават проблема за съдържанието на влага в дадено вещество. Хигроскопична вода това е неприятно замърсяване с химично съединение, а съдържанието му освен това е нестабилно. Този факт затруднява претеглянето на количеството реагент, необходимо за реакцията. Решението, разбира се, е да се изсуши веществото. В индустриален мащаб това се случва в отопляеми камери, тоест в увеличена версия на домашна фурна.
В лабораториите, в допълнение към електрическите сушилни (отново фурни), ексикатори (също за съхранение на вече изсъхнали реактиви). Това са стъклени съдове, плътно затворени, на дъното на които има силно хигроскопично вещество (2). Неговата задача е да абсорбира влагата от изсушеното съединение и да поддържа ниска влажност в ексикатора.
Примери за десиканти: безводни CaCl соли.2 I MgSO4, фосфорни (V) оксиди P4O10 и калций CaO и силикагел (силикагел). Последните ще намерите и под формата на сушилни сашета, поставени в промишлени и хранителни опаковки (3).
3. Силиконов гел за защита на хранителни и промишлени продукти от влага.
Много изсушители могат да бъдат регенерирани, ако поемат твърде много вода - просто ги загрейте.
Има и химическо замърсяване. бутилирана вода. Той прониква в кристалите по време на техния бърз растеж и създава пространства, пълни с разтвора, от който се е образувал кристалът, заобиколен от твърдо вещество. Можете да се отървете от течните мехурчета в кристала, като разтворите съединението и го прекристализирате, но този път при условия, които забавят растежа на кристала. Тогава молекулите ще се настанят „подредено“ в кристалната решетка, без да оставят празнини.
скрита вода
В някои съединения водата съществува в латентна форма, но химикът може да я извлече от тях. Може да се предположи, че ще освободите вода от всяко кислородно-водородно съединение при правилните условия. Ще го накарате да се откаже от водата чрез нагряване или чрез действието на друго вещество, което силно абсорбира водата. Вода в такава връзка конституционна вода. Опитайте и двата метода за химична дехидратация.
4. Водната пара кондензира в епруветката, когато химикалите са дехидратирани.
Изсипете малко сода за хляб в епруветката, т.е. натриев бикарбонат NaHCO.3. Можете да го вземете в хранителния магазин и се използва в кухнята, например. като набухвател за печене (но има и много други приложения).
Поставете епруветката в пламъка на горелката под ъгъл от приблизително 45° с изходния отвор към вас. Това е един от принципите на лабораторната хигиена и безопасност – така се предпазвате при внезапно изпускане на нагрято вещество от епруветка.
Нагряването не е непременно силно, реакцията ще започне при 60 ° C (достатъчни са горелка с метилиран спирт или дори свещ). Следете горната част на съда. Ако тръбата е достатъчно дълга, капки течност ще започнат да се събират на изхода (4). Ако не ги видите, поставете студено часовниково стъкло над изхода на епруветката - водна пара, отделена при разлагането на сода бикарбонат, кондензира върху нея (символът D над стрелката показва нагряването на веществото):
5. Черен маркуч излиза от чашата.
Вторият газообразен продукт, въглеродният диоксид, може да бъде открит с помощта на варовита вода, т.е. наситен разтвор калциев хидроксид сб (ВКЛ.)2. Неговата мътност, причинена от утаяване на калциев карбонат, е показателна за наличието на CO2. Достатъчно е да вземете капка от разтвора върху франзела и да я поставите на края на епруветката. Ако нямате калциев хидроксид, направете варова вода, като добавите разтвор на NaOH към всеки водоразтворим разтвор на калциева сол.
В следващия експеримент ще използвате следващия кухненски реагент - обикновена захар, тоест захароза С.12H22O11. Ще ви е необходим и концентриран разтвор на сярна киселина H2SO4.
Веднага ви напомням за правилата за работа с този опасен реагент: необходими са гумени ръкавици и очила, а експериментът се извършва върху пластмасова тава или пластмасова обвивка.
Изсипете захарта в малка чаша наполовина толкова, колкото е напълнен съдът. Сега изсипете разтвор на сярна киселина в количество, равно на половината от излятата захар. Разбъркайте съдържанието със стъклена пръчка, така че киселината да се разпредели равномерно в обема. Известно време нищо не се случва, но изведнъж захарта започва да потъмнява, след това почернява и накрая започва да „напуска“ съда.
Пореста черна маса, вече не приличаща на бяла захар, изпълзя от стъклото като змия от кошница на факири. Цялото нещо се затопля, виждат се облаци водна пара и дори се чува съскане (това също е водна пара, която излиза от пукнатините).
Изживяването е атрактивно, от категорията на т.нар. химически маркучи (5). Хигроскопичността на концентриран разтвор на Н е отговорна за наблюдаваните ефекти.2SO4. То е толкова голямо, че водата влиза в разтвора от други вещества, в този случай захароза:
Остатъците от дехидратацията на захарта са наситени с водна пара (не забравяйте, че при смесване на концентриран Н2SO4 с вода се отделя много топлина), което води до значително увеличаване на обема им и ефекта на повдигане на масата от стъклото.
В капан в кристал
6. Нагряване на кристален меден сулфат (II) в епруветка. Вижда се частична дехидратация на съединението.
И друг вид вода, съдържаща се в химикалите. Този път се появява изрично (за разлика от конституционната вода) и количеството му е строго определено (а не произволно, както в случая с хигроскопичната вода). Това кристализационна водакакво придава цвят на кристалите - при отстраняване се разпадат на аморфен прах (което ще видите експериментално, както подобава на химик).
Запасете се със сини кристали от хидратиран меден(II) сулфат CuSO4×5 ч2О, един от най-популярните лабораторни реагенти. Изсипете малко количество малки кристали в епруветка или изпарител (вторият метод е по-добър, но в случай на малко количество от съединението може да се използва и епруветка; повече за това след месец). Внимателно започнете да нагрявате над пламъка на горелката (лампата с денатуриран алкохол ще бъде достатъчна).
Разклащайте епруветката често далеч от вас или разбърквайте франзела в изпарителя, поставен в дръжката на статива (не се навеждайте над стъклените съдове). С повишаване на температурата цветът на солта започва да избледнява, докато накрая стане почти бял. В този случай капки течност се събират в горната част на епруветката. Това е водата, отстранена от кристалите на солта (загряването им в изпарител ще разкрие водата чрез поставяне на студено часовниково стъкло върху съда), което междувременно се е разпаднало на прах (6). Дехидратацията на съединението протича на етапи:
По-нататъшно повишаване на температурата над 650°C причинява разлагане на безводната сол. Бял прах безводен CuSO4 съхранявайте в плътно завинтен контейнер (можете да поставите в него торбичка, абсорбираща влагата).
Може да попитате: как да разберем, че дехидратацията настъпва, както е описано от уравненията? Или защо връзките следват този модел? Ще работите върху определянето на количеството вода в тази сол следващия месец, сега ще отговоря на първия въпрос. Методът, чрез който можем да наблюдаваме промяната в масата на вещество с повишаване на температурата, се нарича термогравиметричен анализ. Тестваното вещество се поставя върху палет, така наречения термичен баланс, и се нагрява, като се отчитат промените в теглото.
Разбира се, днес термовезните сами записват данните, като в същото време чертаят съответната графика (7). Формата на кривата на графиката показва при каква температура се случва „нещо“, например, от съединението се отделя летливо вещество (загуба на тегло) или се комбинира с газ във въздуха (тогава масата се увеличава). Промяната в масата ви позволява да определите какво и в какво количество е намаляло или увеличило.
7. Графика на термогравиметричната крива на кристален меден(II) сулфат.
Хидратиран CuSO4 има почти същия цвят като водния му разтвор. Това не е случайно. Cu йон в разтвор2+ е заобиколен от шест водни молекули, а в кристала - от четири, лежащи в ъглите на квадрата, чийто център е той. Над и под металния йон има сулфатни аниони, всеки от които "обслужва" два съседни катиона (така че стехиометрията е правилна). Но къде е петата водна молекула? Той се намира между един от сулфатните йони и водна молекула в пояс, заобикалящ медния (II) йон.
И отново любознателният читател ще попита: откъде знаеш това? Този път от изображения на кристали, получени чрез облъчването им с рентгенови лъчи. Въпреки това, обясняването защо едно безводно съединение е бяло, а хидратираното съединение е синьо, е напреднала химия. Време е тя да учи.
Вижте също:
