Vått forhold - del 1

Uorganiske forbindelser er vanligvis ikke forbundet med fuktighet, mens organiske forbindelser er omvendt. Tross alt er førstnevnte tørre bergarter, og sistnevnte kommer fra akvatiske levende organismer. Utbredte assosiasjoner har imidlertid lite med virkeligheten å gjøre. I dette tilfellet er det likt: vann kan presses ut av steiner, og organiske forbindelser kan være veldig tørre.

Vann er et allestedsnærværende stoff på jorden, og det er ikke overraskende at det også finnes i andre kjemiske forbindelser. Noen ganger er det løst forbundet med dem, innelukket i dem, manifesterer seg i en latent form eller bygger åpent strukturen til krystaller.

Første ting først. I begynnelsen…

…fuktighet

Mange kjemiske forbindelser har en tendens til å absorbere vann fra miljøet – for eksempel det velkjente bordsaltet, som ofte klumper seg sammen i den dampende og fuktige atmosfæren på kjøkkenet. Slike stoffer er hygroskopiske og fuktigheten de forårsaker hygroskopisk vann. Bordsalt krever imidlertid høy nok relativ luftfuktighet (se boks: Hvor mye vann er det i luften?) for å binde vanndampen. I mellomtiden er det i ørkenen stoffer som kan absorbere vann fra miljøet.

Hvor mye vann er det i luften?

Absolutt luftfuktighet er mengden vanndamp i en enhetsvolum luft ved en gitt temperatur. For eksempel ved 0°С på 1 m³ I luften kan det maksimalt være (slik at det ikke blir kondens) på ca 5 g vann, ved 20 ° C - ca 17 g vann, og ved 40 ° C - mer enn 50 g. I et varmt kjøkken eller bad, dette er derfor ganske vått.

Relativ luftfuktighet er forholdet mellom mengden vanndamp per volumenhet luft og maksimal mengde ved en gitt temperatur (uttrykt i prosent).

Det neste eksperimentet vil kreve natrium NaOH eller kaliumhydroksid KOH. Plasser en sammensatt tablett (ettersom de selges) på et urglass og la stå i luften en stund. Snart vil du legge merke til at sugetabletten begynner å bli dekket med dråper væske, og deretter spre seg. Dette er effekten av hygroskopisiteten til NaOH eller KOH. Ved å plassere prøvene i forskjellige rom i huset, kan du sammenligne den relative fuktigheten til disse stedene (1).

1. Utfelling av NaOH på et urglass (til venstre) og det samme bunnfallet etter noen timer i luft (til høyre).

2. Laboratorieekssikkator med silikongel (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Kjemikere, og ikke bare dem, løser problemet med fuktighetsinnholdet til et stoff. Hygroskopisk vann det er en ubehagelig forurensning av en kjemisk forbindelse, og innholdet er dessuten ustabilt. Dette faktum gjør det vanskelig å veie mengden reagens som kreves for reaksjonen. Løsningen er selvfølgelig å tørke stoffet. I industriell skala skjer dette i oppvarmede kamre, det vil si i en forstørret versjon av en hjemmeovn.

I laboratorier, i tillegg til elektriske tørketromler (igjen, ovner), eksykatorisk (også for oppbevaring av allerede tørkede reagenser). Dette er glasskar, tett lukket, i bunnen av disse er det et svært hygroskopisk stoff (2). Dens jobb er å absorbere fuktighet fra den tørkede blandingen og holde fuktigheten inne i ekssikkatoren lav.

Eksempler på tørkemidler: Vannfrie CaCl-salter.₂ i MgSO₄, fosfor (V) oksider P₄O₁₀ og kalsium CaO og silikagel (silikagel). Sistnevnte finner du også i form av tørkemiddelposer plassert i industri- og matemballasje (3).

3. Silikongel for å beskytte mat og industriprodukter mot fuktighet.

Mange avfuktere kan regenereres hvis de absorberer for mye vann – bare varm dem opp.

Det er også kjemisk forurensning. flaskevann. Den trenger inn i krystallene under deres raske vekst og skaper rom fylt med løsningen som krystallen dannet seg fra, omgitt av et fast stoff. Du kan bli kvitt væskeboblene i krystallen ved å løse opp forbindelsen og omkrystallisere den, men denne gangen under forhold som bremser veksten av krystallen. Da vil molekylene "pent" slå seg ned i krystallgitteret, og etterlate ingen hull.

skjult vann

I noen forbindelser eksisterer vann i en latent form, men kjemikeren er i stand til å trekke det ut av dem. Det kan antas at du vil frigjøre vann fra enhver oksygen-hydrogenforbindelse under de rette forholdene. Du vil få den til å gi fra seg vann ved oppvarming eller ved påvirkning av et annet stoff som absorberer vann sterkt. Vann i et slikt forhold konstitusjonelt vann. Prøv begge kjemiske dehydreringsmetodene.

4. Vanndamp kondenserer i reagensrøret når kjemikalier er dehydrert.

Hell litt natron i reagensglasset, dvs. natriumbikarbonat NaHCO.₃. Du får det på matbutikken, og det brukes for eksempel på kjøkkenet. som hevemiddel for baking (men har også mange andre bruksområder).

Plasser reagensrøret i brennerens flamme i en vinkel på ca. 45° med utgangsåpningen mot deg. Dette er et av prinsippene for laboratoriehygiene og sikkerhet - slik beskytter du deg selv ved en plutselig utslipp av et oppvarmet stoff fra et reagensrør.

Oppvarming er ikke nødvendigvis sterk, reaksjonen vil begynne ved 60 ° C (en denaturert spritbrenner eller til og med et stearinlys er nok). Hold øye med toppen av fartøyet. Hvis røret er langt nok, vil væskedråper begynne å samle seg ved utløpet (4). Hvis du ikke ser dem, plasser et kaldt urglass over reagensrørets utløp - vanndamp som frigjøres under dekomponeringen av natron kondenserer på det (symbolet D over pilen indikerer oppvarmingen av stoffet):

5. Svart slange kommer ut av glasset.

Det andre gassformige produktet, karbondioksid, kan påvises ved hjelp av kalkvann, dvs. mettet løsning kalsiumhydroksid Sa (PÅ)₂. Dens turbiditet forårsaket av utfelling av kalsiumkarbonat er en indikasjon på tilstedeværelsen av CO₂. Det er nok å ta en dråpe av løsningen på en baguette og plassere den på enden av reagensrøret. Hvis du ikke har kalsiumhydroksid, lag kalkvann ved å tilsette en NaOH-løsning til en hvilken som helst vannløselig kalsiumsaltløsning.

I neste forsøk skal du bruke neste kjøkkenreagens - vanlig sukker, det vil si sukrose C.₁₂H2₂O₁₁. Du trenger også en konsentrert løsning av svovelsyre H₂SO₄.

Jeg minner deg umiddelbart om reglene for å jobbe med dette farlige reagenset: gummihansker og briller er påkrevd, og eksperimentet utføres på et plastbrett eller plastfolie.

Hell sukker i et lite beger halvparten så mye som karet er fylt. Hell nå i en løsning av svovelsyre i en mengde som tilsvarer halvparten av det hellede sukkeret. Rør innholdet med en glassstang slik at syren blir jevnt fordelt i hele volumet. Ingenting skjer på en stund, men plutselig begynner sukkeret å mørkne, blir så svart, og begynner til slutt å "forlate" karet.

En porøs svart masse, som ikke lenger ser ut som hvitt sukker, kryper ut av glasset som en slange fra en fakirs kurv. Det hele varmes opp, skyer av vanndamp er synlige og til og med et sus høres (dette er også vanndamp som slipper ut fra sprekkene).

Opplevelsen er attraktiv, fra kategorien såkalte. kjemiske slanger (5). Hygroskopisiteten til en konsentrert løsning av H er ansvarlig for de observerte effektene.₂SO₄. Den er så stor at vann kommer inn i løsningen fra andre stoffer, i dette tilfellet sukrose:

Rester av sukkerdehydrering er mettet med vanndamp (husk at når du blander konsentrert H₂SO₄ mye varme frigjøres med vann), noe som forårsaker en betydelig økning i volumet og effekten av å løfte massen fra glasset.

Fanget i en krystall

6. Oppvarming av krystallinsk kobbersulfat (II) i et reagensrør. Delvis dehydrering av forbindelsen er synlig.

Og en annen type vann som finnes i kjemikalier. Denne gangen vises det eksplisitt (i motsetning til konstitusjonelt vann), og mengden er strengt definert (og ikke vilkårlig, som i tilfellet med hygroskopisk vann). Dette krystallisasjonsvanndet som gir farge til krystallene - når de fjernes, desintegrerer de til et amorft pulver (som du vil se eksperimentelt, som det sømmer seg for en kjemiker).

Fyll på blå krystaller av hydratisert kobber(II)sulfat CuSO₄× 5 timer₂Å, en av de mest populære laboratoriereagensene. Hell en liten mengde små krystaller i et reagensrør eller en fordamper (den andre metoden er bedre, men i tilfelle av en liten mengde av forbindelsen kan et reagensrør også brukes; mer om det om en måned). Start forsiktig oppvarmingen over brennerflammen (en denaturert alkohollampe vil være tilstrekkelig).

Rist røret ofte fra deg, eller rør baguetten i fordamperen plassert i stativhåndtaket (ikke len deg over glasset). Når temperaturen stiger, begynner fargen på saltet å falme, til det til slutt blir nesten hvitt. I dette tilfellet samles dråper med væske i den øvre delen av reagensrøret. Dette er vannet som fjernes fra saltkrystallene (oppvarming av dem i en fordamper vil avsløre vannet ved å plassere et kaldt urglass over karet), som i mellomtiden har gått i oppløsning til et pulver (6). Dehydreringen av forbindelsen skjer i trinn:

En ytterligere økning i temperaturen over 650°C forårsaker dekomponering av det vannfrie saltet. Hvitt pulver vannfritt CuSO₄ oppbevar i en tettskrudd beholder (du kan legge en fuktabsorberende pose i den).

Du kan spørre: hvordan vet vi at dehydrering oppstår som beskrevet av ligningene? Eller hvorfor relasjoner følger dette mønsteret? Du skal jobbe med å bestemme mengden vann i dette saltet neste måned, nå skal jeg svare på det første spørsmålet. Metoden som vi kan observere endringen i massen til et stoff med økende temperatur kalles termogravimetrisk analyse. Teststoffet legges på en pall, den såkalte termiske balansen, og varmes opp, avleser vektendringene.

I dag registrerer termobalanser selvfølgelig dataene selv, samtidig som de tegner den tilsvarende grafen (7). Formen på kurven til grafen viser ved hvilken temperatur "noe" skjer, for eksempel frigjøres et flyktig stoff fra forbindelsen (vekttap) eller det kombineres med en gass i luften (da øker massen). Endringen i masse lar deg bestemme hva og i hvilken mengde som har redusert eller økt.

7. Graf over den termogravimetriske kurven for krystallinsk kobber(II)sulfat.

Hydrert CuSO₄ den har nesten samme farge som den vandige løsningen. Dette er ikke en tilfeldighet. Cu ion i løsning₂+ er omgitt av seks vannmolekyler, og i krystallen - av fire, som ligger i hjørnene av firkanten, hvis sentrum den er. Over og under metallionet er sulfatanioner, som hver "tjener" to tilstøtende kationer (så støkiometrien er korrekt). Men hvor er det femte vannmolekylet? Det ligger mellom et av sulfationene og et vannmolekyl i et belte som omgir kobber(II)-ionet.

Og igjen vil den nysgjerrige leser spørre: hvordan vet du dette? Denne gangen fra bilder av krystaller oppnådd ved å bestråle dem med røntgenstråler. Men å forklare hvorfor en vannfri forbindelse er hvit og en hydratisert forbindelse er blå, er avansert kjemi. Det er på tide for henne å studere.

Se også: