Nat verhouding - deel 1

Anorganiese verbindings word gewoonlik nie met vog geassosieer nie, terwyl organiese verbindings omgekeerd is. Eersgenoemde is immers droë gesteentes, en laasgenoemde kom van waterlewende organismes. Wydverspreide assosiasies het egter min met die werklikheid te doen. In hierdie geval is dit soortgelyk: water kan uit klippe gedruk word, en organiese verbindings kan baie droog wees.

Water is 'n alomteenwoordige stof op aarde, en dit is nie verbasend dat dit ook in ander chemiese verbindings gevind kan word nie. Soms is dit losweg met hulle verbind, binne hulle ingesluit, manifesteer dit in 'n latente vorm of bou openlik die struktuur van kristalle.

Eerste dinge eerste. Aan die begin…

…vog

Baie chemiese verbindings is geneig om water uit hul omgewing te absorbeer – byvoorbeeld die bekende tafelsout, wat dikwels in die stomende en vogtige atmosfeer van die kombuis saamklonter. Sulke stowwe is higroskopies en die vog wat dit veroorsaak higroskopiese water. Tafelsout vereis egter 'n hoë genoeg relatiewe humiditeit (sien kassie: Hoeveel water is in die lug?) om die waterdamp te bind. Intussen is daar in die woestyn stowwe wat water uit die omgewing kan absorbeer.

Hoeveel water is in die lug?

Absolute humiditeit is die hoeveelheid waterdamp wat in 'n eenheidsvolume lug by 'n gegewe temperatuur voorkom. Byvoorbeeld, by 0°С in 1 m³ In die lug kan daar 'n maksimum wees (sodat daar geen kondensasie is nie) van ongeveer 5 g water, by 20 ° C - ongeveer 17 g water, en by 40 ° C - meer as 50 g. In 'n warm kombuis of badkamer, hierdie is dus redelik nat.

Relatiewe humiditeit is die verhouding van die hoeveelheid waterdamp per volume-eenheid lug tot die maksimum hoeveelheid by 'n gegewe temperatuur (uitgedruk as 'n persentasie).

Die volgende eksperiment sal natrium NaOH of kaliumhidroksied KOH vereis. Plaas 'n saamgestelde tablet (soos dit verkoop word) op 'n horlosieglas en laat dit vir 'n rukkie in die lug. Binnekort sal jy agterkom dat die ruit begin bedek word met druppels vloeistof, en dan versprei. Dit is die effek van die higroskopisiteit van NaOH of KOH. Deur die monsters in verskillende kamers van die huis te plaas, kan jy die relatiewe humiditeit van hierdie plekke vergelyk (1).

1. Presipitasie van NaOH op 'n horlosieglas (links) en dieselfde neerslag na 'n paar uur in die lug (regs).

2. Laboratorium-exsiccator met silikoongel (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Chemici, en nie net hulle nie, los die probleem van die voginhoud van 'n stof op. Higroskopiese water dit is 'n onaangename kontaminasie deur 'n chemiese verbinding, en die inhoud daarvan is boonop onstabiel. Hierdie feit maak dit moeilik om die hoeveelheid reagens wat benodig word vir die reaksie te weeg. Die oplossing is natuurlik om die stof te droog. Op industriële skaal gebeur dit in verhitte kamers, dit wil sê in 'n vergrote weergawe van 'n tuisoond.

In laboratoriums, benewens elektriese droërs (weereens, oonde), eksykatories (ook vir berging van reeds gedroogde reagense). Dit is glashouers, styf toe, aan die onderkant waarvan daar 'n hoogs higroskopiese stof is (2). Sy taak is om vog uit die gedroogde verbinding te absorbeer en die humiditeit binne die droogmasjien laag te hou.

Voorbeelde van droogmiddels: Watervrye CaCl-soute.₂ Ek MgSO₄, fosfor (V) oksiede P₄O₁₀ en kalsium CaO en silikagel (silikagel). Jy sal ook laasgenoemde vind in die vorm van droogmiddelsakkies wat in industriële en voedselverpakking geplaas word (3).

3. Silikoongel om voedsel en industriële produkte teen vog te beskerm.

Baie ontvochtigers kan geregenereer word as hulle te veel water absorbeer – maak dit net warm.

Daar is ook chemiese besoedeling. gebottelde water. Dit dring in die kristalle in tydens hul vinnige groei en skep ruimtes gevul met die oplossing waaruit die kristal gevorm het, omring deur 'n vaste stof. Jy kan ontslae raak van die vloeistofborrels in die kristal deur die verbinding op te los en dit te herkristalliseer, maar hierdie keer onder toestande wat die groei van die kristal vertraag. Dan sal die molekules "netjies" in die kristalrooster gaan sit en geen gapings laat nie.

verborge water

In sommige verbindings bestaan ​​water in 'n latente vorm, maar die chemikus is in staat om dit daaruit te onttrek. Daar kan aanvaar word dat jy water uit enige suurstof-waterstofverbinding onder die regte toestande sal vrystel. Jy sal dit water laat prysgee deur verhitting of deur die werking van 'n ander stof wat water sterk absorbeer. Water in so 'n verhouding grondwetlike water. Probeer beide chemiese dehidrasiemetodes.

4. Waterdamp kondenseer in die proefbuis wanneer chemikalieë gedehidreer word.

Gooi 'n bietjie koeksoda in die proefbuis, m.a.w. natriumbikarbonaat NaHCO.₃. Jy kan dit by die kruidenierswinkel kry, en dit word byvoorbeeld in die kombuis gebruik. as 'n rysmiddel vir bak (maar het ook baie ander gebruike).

Plaas die proefbuis in die vlam van die brander teen 'n hoek van ongeveer 45° met die uitgangsopening na jou toe. Dit is een van die beginsels van laboratoriumhigiëne en veiligheid - dit is hoe jy jouself beskerm in die geval van 'n skielike vrystelling van 'n verhitte stof uit 'n proefbuis.

Verhitting is nie noodwendig sterk nie, die reaksie sal by 60 ° C begin ('n brandspiritusbrander of selfs 'n kers is genoeg). Hou die bokant van die houer dop. As die buis lank genoeg is, sal druppels vloeistof by die uitlaat begin versamel (4). As jy dit nie sien nie, plaas 'n koue horlosieglas oor die proefbuisuitlaat - waterdamp wat vrygestel word tydens die ontbinding van koeksoda kondenseer daarop (die simbool D bo die pyl dui die verhitting van die stof aan):

5. Swart slang kom uit die beker.

Die tweede gasvormige produk, koolstofdioksied, kan met behulp van kalkwater opgespoor word, m.a.w. versadigde oplossing kalsiumhidroksied Sa (AAN)₂. Die troebelheid daarvan wat veroorsaak word deur presipitasie van kalsiumkarbonaat is 'n aanduiding van die teenwoordigheid van CO₂. Dit is genoeg om 'n druppel van die oplossing op 'n baguette te neem en dit aan die einde van die proefbuis te plaas. As jy nie kalsiumhidroksied het nie, maak kalkwater deur 'n NaOH-oplossing by enige wateroplosbare kalsiumsoutoplossing te voeg.

In die volgende eksperiment sal jy die volgende kombuisreagens gebruik - gewone suiker, dit wil sê sukrose C.₁₂H2₂O₁₁. Jy sal ook 'n gekonsentreerde oplossing van swaelsuur H nodig hê₂SO₄.

Ek herinner u dadelik aan die reëls om met hierdie gevaarlike reagens te werk: rubberhandskoene en -bril word benodig, en die eksperiment word op 'n plastiekskinkbord of plastiekwrap uitgevoer.

Gooi suiker in 'n klein beker half soveel as wat die houer gevul is. Gooi nou 'n oplossing van swaelsuur in 'n hoeveelheid gelykstaande aan die helfte van die gegiete suiker. Roer die inhoud met 'n glasstaaf sodat die suur eweredig deur die volume versprei word. Niks gebeur vir 'n rukkie nie, maar skielik begin die suiker donkerder word, word dan swart en begin uiteindelik die houer "verlaat".

'n Poreuse swart massa, wat nie meer soos wit suiker lyk nie, kruip soos 'n slang uit 'n fakirs se mandjie uit die glas. Die hele ding word warm, wolke waterdamp is sigbaar en selfs 'n gesuis word gehoor (dit is ook waterdamp wat uit die krake ontsnap).

Die ervaring is aantreklik, uit die kategorie van die sg. chemiese slange (5). Die higroskopisiteit van 'n gekonsentreerde oplossing van H is verantwoordelik vir die waargenome effekte.₂SO₄. Dit is so groot dat water die oplossing binnedring van ander stowwe, in hierdie geval sukrose:

Residu van suikerdehidrasie is versadig met waterdamp (onthou dat wanneer gekonsentreerde H gemeng word₂SO₄ baie hitte word met water vrygestel), wat 'n aansienlike toename in hul volume veroorsaak en die effek van die opheffing van die massa uit die glas.

Vasgevang in 'n kristal

6. Verhitting van kristallyne kopersulfaat (II) in 'n proefbuis. Gedeeltelike dehidrasie van die verbinding is sigbaar.

En nog 'n soort water wat in chemikalieë vervat is. Hierdie keer verskyn dit eksplisiet (anders as grondwetlike water), en die hoeveelheid daarvan word streng gedefinieer (en nie arbitrêr nie, soos in die geval van higroskopiese water). Hierdie water van kristallisasiewat kleur aan die kristalle gee - wanneer dit verwyder word, disintegreer hulle tot 'n amorfe poeier (wat jy eksperimenteel sal sien, soos dit 'n chemikus betaam).

Maak voorraad op blou kristalle van gehidreerde koper(II)sulfaat CuSO₄× 5h₂O, een van die gewildste laboratoriumreagense. Gooi 'n klein hoeveelheid klein kristalle in 'n proefbuis of verdamper (die tweede metode is beter, maar in die geval van 'n klein hoeveelheid van die verbinding kan 'n proefbuis ook gebruik word; meer daaroor in 'n maand). Begin liggies oor die brandervlam verhit ('n gedenatureerde alkohollamp sal voldoende wees).

Skud die buis gereeld van jou af weg, of roer die baguette in die verdamper wat in die driepoothandvatsel geplaas is (moenie oor die glasware leun nie). Soos die temperatuur styg, begin die kleur van die sout vervaag, totdat dit uiteindelik amper wit word. In hierdie geval versamel druppels vloeistof in die boonste gedeelte van die proefbuis. Dit is die water wat uit die soutkristalle verwyder word (om dit in 'n verdamper te verhit, sal die water openbaar word deur 'n koue horlosieglas oor die houer te plaas), wat intussen in 'n poeier ontbind het (6). Die dehidrasie van die verbinding vind in fases plaas:

'n Verdere toename in temperatuur bo 650°C veroorsaak ontbinding van die watervrye sout. Wit poeier watervrye CuSO₄ bêre in 'n styfgeskroefde houer (jy kan 'n vogabsorberende sak daarin sit).

Jy kan vra: hoe weet ons dat dehidrasie plaasvind soos beskryf deur die vergelykings? Of hoekom verhoudings hierdie patroon volg? Jy sal volgende maand daaraan werk om die hoeveelheid water in hierdie sout te bepaal, nou sal ek die eerste vraag beantwoord. Die metode waarmee ons die verandering in die massa van 'n stof met toenemende temperatuur kan waarneem, word genoem termogravimetriese analise. Die toetsstof word op 'n palet geplaas, die sogenaamde termiese balans, en verhit, terwyl die gewigsveranderinge gelees word.

Natuurlik teken termobalanse vandag die data self aan, en teken terselfdertyd die ooreenstemmende grafiek (7). Die vorm van die kromme van die grafiek wys by watter temperatuur "iets" gebeur, byvoorbeeld, 'n vlugtige stof word uit die verbinding vrygestel (gewigsverlies) of dit kombineer met 'n gas in die lug (dan neem die massa toe). Die verandering in massa laat jou toe om te bepaal wat en in watter hoeveelheid afgeneem of toegeneem het.

7. Grafiek van die termogravimetriese kromme van kristallyne koper(II)sulfaat.

Gehidreerde CuSO₄ dit het amper dieselfde kleur as sy waterige oplossing. Dit is nie toevallig nie. Cu-ioon in oplossing₂+ word omring deur ses watermolekules, en in die kristal - deur vier, wat by die hoeke van die vierkant lê, waarvan die middelpunt dit is. Bo en onder die metaalioon is sulfaatanione, wat elk twee aangrensende katione "bedien" (so die stoïgiometrie is korrek). Maar waar is die vyfde watermolekule? Dit lê tussen een van die sulfaatione en 'n watermolekule in 'n band wat die koper(II)-ioon omring.

En weer sal die nuuskierige leser vra: hoe weet jy dit? Hierdie keer van beelde van kristalle wat verkry is deur hulle met X-strale te bestraal. Om egter te verduidelik hoekom 'n watervrye verbinding wit is en 'n gehidreerde verbinding blou is, is gevorderde chemie. Dit is tyd vir haar om te studeer.

Sien ook: