Мокрыя адносіны - частка 1

Неарганічныя злучэнні звычайна не звязаныя з вільгаццю, а арганічныя - наадварот. Бо першыя ўяўляюць сабой сухія пароды, а другія паходзяць з водных жывых арганізмаў. Аднак шырока распаўсюджаныя асацыяцыі маюць мала супольнага з рэальнасцю. У гэтым выпадку аналагічна: з камянёў можна выціснуць ваду, а арганічныя злучэнні могуць быць вельмі сухімі.

Вада - усюдыіснае рэчыва на Зямлі, і нядзіўна, што яе можна знайсці і ў іншых хімічных злучэннях. Часам яна слаба звязана з імі, заключана ўнутры іх, выяўляецца ва ўтоенай форме або адкрыта выбудоўвае структуру крышталяў.

Перш-наперш. Ў пачатку…

…вільгаць

Многія хімічныя злучэнні маюць тэндэнцыю паглынаць ваду з навакольнага асяроддзя - напрыклад, добра вядомая павараная соль, якая часта зліпаецца ў парнай і вільготнай атмасферы кухні. Такія рэчывы гіграскапічныя, і вільгаць, якую яны выклікаюць, гіграскапічная вада. Аднак для паваранай солі патрабуецца досыць высокая адносная вільготнасць (гл. устаўку: Колькі вады ў паветры?), Каб звязаць вадзяную пару. Між тым, у пустыні ёсць рэчывы, здольныя паглынаць ваду з навакольнага асяроддзя.

Колькі вады ў паветры?

абсалютная вільготнасць гэта колькасць вадзяной пары, які змяшчаецца ў адзінцы аб'ёму паветра пры дадзенай тэмпературы. Напрыклад, пры 0 ° С у 1 м³ У паветры можа быць максімум (каб не было кандэнсату) каля 5 г вады, пры 20 ° С - каля 17 г вады, а пры 40 ° С - больш за 50 г. У цёплай кухні або ваннай гэта таму даволі мокры.

адносная вільготнасць уяўляе сабой стаўленне колькасці вадзяной пары ў адзінцы аб'ёму паветра да максімальнай колькасці пры дадзенай тэмпературы (выяўляецца ў працэнтах).

Для наступнага эксперыменту спатрэбіцца натрый NaOH або гідраксід калію KOH. Змесціце складовую таблетку (як яны прадаюцца) на гадзіннікавае шкло і пакіньце на паветры на некаторы час. Неўзабаве вы заўважыце, што пасцілка пачынае пакрывацца кроплямі вадкасці, а затым расцякацца. Гэта эфект гіграскапічнасці NaOH або KOH. Размясціўшы ўзоры ў розных пакоях хаты, вы параўнайце адносную вільготнасць гэтых месцаў (1).

1. Асадак NaOH на гадзіннікавым шкле (злева) і той жа асадак праз некалькі гадзін на паветры (справа).

2. Лабараторны эксікатар з сіліконавым гелем (фота: Wikimedia/Hgrobe)

Хімікі, і не толькі яны, вырашаюць праблему вільготнасці рэчыва. Гіграскапічная вада гэта непрыемнае забруджванне хімічным злучэннем, а яго змест, акрамя таго, нястала. Гэты факт абцяжарвае ўзважванне колькасці рэагента, неабходнай для рэакцыі. Рашэнне, вядома ж, заключаецца ў тым, каб высушыць рэчыва. У прамысловых маштабах гэта адбываецца ў ацяпляных камерах, гэта значыць у павялічанай версіі хатняй печы.

У лабараторыях, акрамя электрасушылак (ізноў жа духоўкі), ужываецца eksykatory (таксама для захоўвання ўжо высушаных рэагентаў). Гэта шкляныя пасудзіны, шчыльна зачыненыя, на дне якіх знаходзіцца моцна гіграскапічнае рэчыва (2). Яго задача складаецца ў тым, каб паглынаць вільгаць з высушанага злучэння і падтрымліваць нізкую вільготнасць усярэдзіне эксікатараў.

Прыклады асушальнікаў: бязводныя солі CaCl.₂ I MgSO₄, аксід фосфару (V) P₄O₁₀ і кальцый CaO і силикагель (силикагель). Вы таксама знойдзеце апошні ў выглядзе змесціва пакуначкаў-вільгацепаглынальнікаў, змешчаных у упакоўкі прамысловых і харчовых прадуктаў (3).

3. Сіліконавы гель для абароны харчовых і прамысловых вырабаў ад вільгаці.

Многія асушальнікі можна рэгенераваць, калі яны паглынаюць занадта шмат вады - проста падагрэйце іх.

Таксама мае месца забруджванне хімічнымі злучэннямі закаркаваная вада. Ён пранікае ўнутр крышталяў пры іх хуткім росце і стварае прасторы, запоўненыя растворам, з якога ўтварыўся крышталь, акружаныя цвёрдым целам. Вы можаце пазбавіцца ад бурбалак вадкасці ў крышталі, растварыўшы злучэнне і перакрышталізаваўшы яго, але на гэты раз ва ўмовах, якія запаволіць рост крышталя. Тады малекулы "акуратна" ўладкуюцца ў крышталічнай рашотцы, не пакідаючы зазораў.

Прыхаваная вада

У некаторых злучэннях вада існуе ва ўтоеным выглядзе, але хімік здольны выняць яе і з іх. Можна меркаваць, што вы будзеце выдзяляць ваду з любога кіслародна-вадароднага злучэння пры правільных умовах. Вы прымусіце яго аддаваць ваду награваннем ці дзеяннем іншага рэчыва, якое моцна паглынае ваду. Вада ў такіх адносінах канстытуцыйная вада. Паспрабуйце абодва метаду абязводжвання хімікатаў.

4. Вадзяная пара кандэнсуецца ў прабірцы пры абязводжванні хімічных рэчываў.

Насыпце ў прабірку крыху харчовай соды, г.зн. гідракарбанату натрыю NaHCO.₃. Вы можаце атрымаць яго ў прадуктовай краме, а на кухні ён выкарыстоўваецца, напрыклад. у якасці разрыхляльніка для выпечкі (але таксама мае шмат іншых ужыванняў).

Змесціце прабірку ў полымя гарэлкі пад кутом прыблізна 45° так, каб выходная адтуліна было накіравана супраць вас. Гэта адзін з прынцыпаў гігіены і бяспекі лабараторыі - так вы засцерагчы сябе ў выпадку раптоўнага выкіду нагрэтага рэчыва з прабіркі.

Нагрэў не абавязкова моцны, рэакцыя пачнецца пры 60 ° С (дастаткова гарэлкі з дэнатуратам ці нават свечкі). Сачыце за верхняй часткай пасудзіны. Калі трубка дастаткова доўгая, на выхадзе (4) пачнуць збірацца кроплі вадкасці. Калі вы іх не бачыце, пастаўце над выходнай адтулінай прабіркі халоднае гадзіннае шкло - на ім кандэнсуюцца вадзяныя пары, якія вылучаюцца пры раскладанні харчовай соды (знак D над стрэлкай паказвае на нагрэў рэчыва):

5. Чорны шланг выходзіць са шклянкі.

Другі газападобны прадукт - вуглякіслы газ - можна выявіць з дапамогай вапнавай вады, г.зн. насычанага раствора гідраксід кальцыя з (ВКЛ.)₂. Яго мутнасць, выкліканая аблогай карбанату кальцыя, сведчыць аб прысутнасці CO.₂. Досыць узяць кроплю раствора на багет і змясціць яго на канец прабіркі. Калі ў вас няма гідраксіду кальцыю, зрабіце вапнавую ваду, дадаўшы раствор NaOH у раствор любой водарастваральнай солі кальцыю.

У наступным эксперыменце вы будзеце выкарыстоўваць наступны кухонны рэагент - звычайны цукар, гэта значыць цукрозу С.₁₂H2₂O₁₁. Яшчэ спатрэбіцца канцэнтраваны раствор сернай кіслаты H₂SO₄.

Адразу нагадваю правілы працы з гэтым небяспечным рэагентам: абавязковыя гумовыя пальчаткі і акуляры, а досвед праводзіцца на пластыкавым падносе ці поліэтыленавай плёнцы.

У невялікую мензурку насыпаць цукар удвая менш, чым напаўняецца посуд. Цяпер уліце раствор сернай кіслаты ў колькасці, роўнай палове ўсыпанага цукру. Змяшайце змесціва шкляной палачкай, каб кіслата раўнамерна размеркавалася па ўсім аб'ёме. Некаторы час нічога не адбываецца, але раптам цукар пачынае цямнець, затым чарнее і, нарэшце, пачынае "выходзіць" з пасудзіны.

Сітаватая чорная маса, ужо не падобная на белы цукар, вылазіць са шклянкі, як змяя з кошыка факіраў. Уся гэтая справа выграваецца, бачныя аблокі вадзяной пары і нават чуваць шыпенне (гэта таксама вадзяная пара, які вырываецца з шчылін).

Вопыт прывабны, з разраду т.зв. хімічныя шлангі (5). Гіграскапічнасць канцэнтраванага раствора H адказная за назіраныя эфекты.₂SO₄. Яна настолькі вялікая, што ў раствор паступае вада з іншых рэчываў, у дадзеным выпадку цукрозы:

Рэшткі дэгідратаціі цукру насычаюцца парамі вады (памятаеце, што пры змешванні канцэнтраваных H₂SO₄ з вадой вылучаецца шмат цяпла), што выклікае значнае павелічэнне іх аб'ёму і эфект уздыму масы са шклянкі.

У пастцы ў крышталі

6. Награванне крышталічнага сульфату медзі (II) у прабірцы. Бачная частковая дэгідратацыя злучэння.

І яшчэ адзін від вады, якая змяшчаецца ў хімікатах. На гэты раз яна праяўляецца відавочна (у адрозненне ад канстытуцыйнай вады), і яе колькасць строга вызначана (а не адвольна, як у выпадку гіграскапічнай вады). Гэты крышталізацыйная вадашто надае колер крышталям - пры зняцці яны распадаюцца на аморфны парашок (што вы і ўбачыце эксперыментальна, як і належыць хіміку).

Назапасьцеся блакітнымі крышталямі гідратаванага сульфату медзі (II) CuSO₄×5 гадзін₂О, адзін з самых папулярных лабараторных рэагентаў. Насыпце невялікую колькасць дробных крышталяў у прабірку ці выпарнік (другі спосаб лепш, але ў выпадку невялікай колькасці злучэння можна выкарыстаць і прабірку; пра гэта праз месяц). Асцярожна пачніце награваць над полымем гарэлкі (досыць дэнатураванага спіртавы лямпы).

Часта падтрасайце прабірку, адкруціўшы ад сябе, ці размешвайце багетам у испарителе, змешчаным у ручку штатыва (не нахіляйцеся над посудам). Па меры падвышэння тэмпературы колер солі пачынае цьмянець, пакуль, нарэшце, яна не стане амаль белай. Пры гэтым у верхняй частцы прабіркі збіраюцца кроплі вадкасці. Гэта вада, выдаленая з крышталяў солі (награваючы іх у выпарніку, вы выявіце ваду, змясціўшы над пасудзінай халоднае гадзіннае шкло), якая тым часам распалася ў парашок (6). Дэгідратацыя злучэння адбываецца паэтапна:

Далейшае павышэнне тэмпературы вышэй за 650 ° С выклікае разлажэнне бязводнай солі. Белы парашок бязводнага CuSO₄ захоўваць у шчыльна які закручваецца посуду (у яе можна пакласці влагопоглощающий пакуначак).

Вы можаце спытаць: адкуль мы ведаем, што абязводжванне адбываецца так, як апісваецца раўнаннямі? Або чаму адносіны прытрымліваюцца гэтага ўзору? Вызначэннем колькасці вады ў гэтай солі вы зоймецеся ў наступным месяцы, зараз я адкажу на першае пытанне. Метад, з дапамогай якога мы можам назіраць змену масы рэчыва пры падвышэнні тэмпературы, завецца тэрмагравіметрычны аналіз. Доследнае рэчыва змяшчаецца на паддон, так званы тэрмабаланс і награвае, счытваючы змены вагі.

Вядома, сёння тэрмавагі самі фіксуюць дадзеныя, заадно малюючы які адпавядае графік (7). Форма крывой графіка паказвае, пры якой тэмпературы «нешта» адбываецца, напрыклад, са злучэння вылучаецца лятучае рэчыва (страта вагі) ці яно злучаецца з газам у паветры (тады маса павялічваецца). Змена масы дазваляе вызначыць, што і ў якой колькасці паменшылася ці павялічылася.

7. Графік тэрмагравіметрычнай крывой крышталічнага сульфату медзі (II).

Гідратаваны CuSO₄ ён мае амаль такі ж колер, як і яго водны раствор. Гэта не супадзенне. Іён Cu ў растворы₂+ акружаны шасцю малекуламі вады, а ў крышталі – чатырма, якія ляжаць па кутах квадрата, цэнтрам якога ён з'яўляецца. Вышэй і ніжэй іёна металу знаходзяцца сульфат-аніёны, кожны з якіх «абслугоўвае» два суседніх катыёны (так што стехиометрия дакладная). Але дзе ж пятая малекула вады? Ён ляжыць паміж адным з сульфатных іёнаў і малекулай вады ў поясе, які атачае іён медзі (II).

І зноў дапытлівы чытач спытае: адкуль вы гэта ведаеце? На гэты раз з выяваў крышталяў, атрыманых шляхам апрамянення іх рэнтгенаўскімі прамянямі. Аднак тлумачэнне таго, чаму бязводнае злучэнне белага колеру, а гідратаванае злучэнне сіняга колеру, - гэта прасунутая хімія. Ёй час вучыцца.

Глядзі таксама: