Mokra veza - 1. dio

Neorganska jedinjenja obično nisu povezana sa vlagom, dok su organska jedinjenja obrnuto. Na kraju krajeva, prve su suhe stijene, a druge potiču od vodenih živih organizama. Međutim, široko rasprostranjena udruženja nemaju mnogo veze sa stvarnošću. U ovom slučaju je slično: voda se može istisnuti iz kamenja, a organska jedinjenja mogu biti vrlo suha.

Voda je sveprisutna supstanca na Zemlji i nije iznenađujuće što se može naći i u drugim hemijskim jedinjenjima. Ponekad je labavo povezan s njima, zatvoren u njima, manifestira se u latentnom obliku ili otvoreno gradi strukturu kristala.

Krenimo redom. Na početku…

… Vlaga

Mnoga hemijska jedinjenja imaju tendenciju da apsorbuju vodu iz svog okruženja - na primer, dobro poznata kuhinjska so, koja se često skuplja u parnoj i vlažnoj atmosferi kuhinje. Takve tvari su higroskopne i vlaga koju uzrokuju higroskopna voda. Međutim, kuhinjska so zahteva dovoljno visoku relativnu vlažnost (pogledajte okvir: Koliko vode ima u vazduhu?) da veže vodenu paru. U međuvremenu, u pustinji postoje tvari koje mogu apsorbirati vodu iz okoliša.

Koliko vode ima u vazduhu?

Apsolutna vlaga je količina vodene pare sadržana u jedinici zapremine vazduha na datoj temperaturi. Na primjer, na 0°S u 1 m³ U vazduhu može biti maksimalno (da nema kondenzacije) oko 5 g vode, na 20°C - oko 17 g vode, a na 40°C - više od 50 g. U toploj kuhinji odn. kupatilo, ovo je stoga prilično mokro.

Relativna vlažnost je odnos količine vodene pare po jedinici zapremine vazduha prema maksimalnoj količini na datoj temperaturi (izraženo u procentima).

Sljedeći eksperiment će zahtijevati natrijum NaOH ili kalijev hidroksid KOH. Stavite složenu tabletu (kako se prodaje) na staklo za sat i ostavite na zraku neko vrijeme. Ubrzo ćete primijetiti da se pastila počinje prekrivati ​​kapljicama tekućine, a zatim širiti. Ovo je efekat higroskopnosti NaOH ili KOH. Postavljanjem uzoraka u različite prostorije kuće, možete uporediti relativnu vlažnost ovih mjesta (1).

1. Taloženje NaOH na satnom staklu (lijevo) i isti talog nakon nekoliko sati na zraku (desno).

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

Hemičari, i ne samo oni, rješavaju problem sadržaja vlage u tvari. Higroskopna voda to je neprijatna kontaminacija hemijskim jedinjenjem, a njen sadržaj je, štaviše, nestabilan. Ova činjenica otežava odmjeravanje količine reagensa potrebnog za reakciju. Rješenje je, naravno, osušiti supstancu. U industrijskim razmjerima, to se događa u grijanim komorama, odnosno u uvećanoj verziji kućne pećnice.

U laboratorijama, pored električnih sušara (opet peći), exykatory (također za skladištenje već osušenih reagensa). To su staklene posude, čvrsto zatvorene, na čijem se dnu nalazi visoko higroskopna tvar (2). Njegov zadatak je da apsorbira vlagu iz osušene smjese i održava nisku vlažnost unutar eksikatora.

Primjeri sredstava za sušenje: bezvodne CaCl soli.₂ â MgSO₄, fosfor (V) oksidi P₄O₁₀ i kalcijum CaO i silika gel (silika gel). Potonje ćete također naći u obliku kesica sa sušnim sredstvom koje se stavljaju u industrijsku i prehrambenu ambalažu (3).

3. Silikonski gel za zaštitu hrane i industrijskih proizvoda od vlage.

Mnogi odvlaživači zraka mogu se regenerirati ako upijaju previše vode - samo ih zagrijte.

Postoji i hemijska kontaminacija. flaširana voda. Prodire u kristale tokom njihovog brzog rasta i stvara prostore ispunjene rastvorom iz kojeg je nastao kristal, okružen čvrstim materijalom. Možete se riješiti tečnih mjehurića u kristalu tako što ćete otopiti jedinjenje i rekristalizirati ga, ali ovaj put pod uvjetima koji usporavaju rast kristala. Tada će se molekuli "uredno" smjestiti u kristalnu rešetku, ne ostavljajući praznine.

skrivena voda

U nekim jedinjenjima voda postoji u latentnom obliku, ali je hemičar može izdvojiti iz njih. Može se pretpostaviti da ćete osloboditi vodu iz bilo kojeg jedinjenja kiseonika i vodonika pod pravim uslovima. Natjerat ćete ga da odustane od vode zagrijavanjem ili djelovanjem druge tvari koja jako upija vodu. Voda u takvoj vezi ustavne vode. Isprobajte obje metode kemijske dehidracije.

4. Vodena para se kondenzuje u epruveti kada su hemikalije dehidrirane.

U epruvetu sipajte malo sode bikarbone, tj. natrijum bikarbonat NaHCO.₃. Možete ga nabaviti u trgovini, a koristi se na primjer u kuhinji. kao sredstvo za dizanje pečenja (ali ima i mnoge druge namjene).

Stavite epruvetu u plamen plamenika pod uglom od približno 45° sa izlaznim otvorom okrenutim prema vama. Ovo je jedan od principa laboratorijske higijene i sigurnosti - tako se štitite u slučaju naglog ispuštanja zagrijane tvari iz epruvete.

Zagrijavanje nije nužno jako, reakcija će početi na 60°C (dovoljan je gorionik metilnog alkohola ili čak svijeća). Pazite na vrh posude. Ako je cijev dovoljno dugačka, kapi tečnosti će početi da se skupljaju na izlazu (4). Ako ih ne vidite, stavite hladno staklo za sat preko izlaza iz epruvete - na njemu se kondenzira vodena para koja se oslobađa pri razgradnji sode bikarbone (simbol D iznad strelice označava zagrijavanje tvari):

5. Crno crevo izlazi iz šolje.

Drugi plinoviti produkt, ugljični dioksid, može se detektirati korištenjem krečne vode, tj. zasićeni rastvor kalcijum hidroksid su (ON)₂. Njegova zamućenost uzrokovana taloženjem kalcijum karbonata ukazuje na prisustvo CO₂. Dovoljno je uzeti kap rastvora na baget i staviti je na kraj epruvete. Ako nemate kalcijum hidroksid, napravite krečnu vodu dodavanjem otopine NaOH u bilo koju otopinu kalcijeve soli topljive u vodi.

U sljedećem eksperimentu koristit ćete sljedeći kuhinjski reagens - obični šećer, odnosno saharozu C.₁₂H2₂O₁₁. Trebat će vam i koncentrirani rastvor sumporne kiseline H₂SO₄.

Odmah vas podsjećam na pravila za rad s ovim opasnim reagensom: potrebne su gumene rukavice i zaštitne naočale, a eksperiment se izvodi na plastičnoj ladici ili plastičnoj foliji.

U manju čašu sipajte šećer upola onoliko koliko je posuda napunjena. Sada ulijte otopinu sumporne kiseline u količini jednakoj polovini sipanog šećera. Promiješajte sadržaj staklenom šipkom tako da se kiselina ravnomjerno rasporedi po volumenu. Neko vrijeme se ništa ne događa, ali odjednom šećer počinje da tamni, zatim pocrni i konačno počinje da "napušta" posudu.

Porozna crna masa, koja više ne liči na bijeli šećer, puzi iz stakla kao zmija iz fakirske korpe. Sve se zagrije, vide se oblaci vodene pare pa se čak čuje i šištanje (ovo je također vodena para koja curi iz pukotina).

Iskustvo je atraktivno, iz kategorije tzv. hemijska creva (5). Higroskopnost koncentrovanog rastvora H je odgovorna za uočene efekte.₂SO₄. Toliko je velik da voda ulazi u otopinu iz drugih tvari, u ovom slučaju saharoze:

Ostaci dehidracije šećera su zasićeni vodenom parom (zapamtite da prilikom miješanja koncentriranog H₂SO₄ s vodom se oslobađa mnogo topline), što uzrokuje značajno povećanje njihove zapremine i efekat podizanja mase sa stakla.

Zarobljeni u kristalu

6. Zagrijavanje kristalnog bakar sulfata (II) u epruveti. Vidljiva je djelomična dehidracija spoja.

I druga vrsta vode sadržana u hemikalijama. Ovaj put se pojavljuje eksplicitno (za razliku od ustavne vode), a njena količina je strogo definisana (a ne proizvoljna, kao u slučaju higroskopne vode). Ovo kristalna vodaono što daje boju kristalima - kada se uklone, raspadaju se u amorfni prah (što ćete eksperimentalno vidjeti, kako i dolikuje hemičaru).

Opskrbite se plavim kristalima hidratiziranog bakar(II) sulfata CuSO₄×5č₂Oh, jedan od najpopularnijih laboratorijskih reagensa. Sipajte malu količinu sitnih kristala u epruvetu ili isparivač (druga metoda je bolja, ali u slučaju male količine jedinjenja može se koristiti i epruveta; više o tome za mesec dana). Lagano počnite zagrijati preko plamena gorionika (lampa sa denaturiranim alkoholom će biti dovoljna).

Često protresite cijev od sebe ili miješajte baget u isparivaču koji se nalazi u ručki stativa (nemojte se naginjati preko staklenog posuđa). Kako temperatura raste, boja soli počinje da blijedi, dok na kraju ne postane gotovo bijela. U tom slučaju kapljice tečnosti se skupljaju u gornjem dijelu epruvete. To je voda uklonjena iz kristala soli (zagrijavanjem u isparivaču voda će se otkriti stavljanjem hladnog stakla za sat preko posude), koji se u međuvremenu raspao u prah (6). Dehidracija jedinjenja odvija se u fazama:

Daljnji porast temperature iznad 650°C uzrokuje razgradnju bezvodne soli. Beli prah bezvodni CuSO₄ čuvajte u čvrsto zatvorenoj posudi (u nju možete staviti vrećicu koja upija vlagu).

Možete se zapitati: kako znamo da se dehidracija događa kako je opisano jednadžbama? Ili zašto veze slijede ovaj obrazac? Na utvrđivanju količine vode u ovoj soli ćete raditi sljedeći mjesec, sada ću odgovoriti na prvo pitanje. Metoda kojom možemo uočiti promjenu mase tvari s porastom temperature naziva se termogravimetrijska analiza. Ispitivana tvar se stavlja na paletu, takozvanu termičku vagu, i zagrijava, očitavajući promjene težine.

Naravno, danas termovage same bilježe podatke, istovremeno crtajući odgovarajući grafikon (7). Oblik krivulje grafikona pokazuje na kojoj temperaturi se "nešto" događa, na primjer, isparljiva tvar se oslobađa iz spoja (gubitak težine) ili se kombinira s plinom u zraku (tada se povećava masa). Promjena mase vam omogućava da odredite šta se i u kojoj količini smanjilo ili povećalo.

7. Grafikon termogravimetrijske krive kristalnog bakar(II) sulfata.

Hidrirani CuSO₄ ima skoro istu boju kao i njegov vodeni rastvor. Ovo nije slučajnost. Cu jon u rastvoru₂+ je okružena sa šest molekula vode, au kristalu - sa četiri, koje leže na uglovima kvadrata, čiji je centar. Iznad i ispod metalnog jona nalaze se sulfatni anjoni, od kojih svaki "opslužuje" dva susjedna kationa (tako da je stehiometrija ispravna). Ali gdje je peti molekul vode? Leži između jednog od sulfatnih jona i molekula vode u pojasu koji okružuje jon bakra(II).

I opet će radoznali čitalac pitati: kako to znaš? Ovoga puta sa slika kristala dobijenih njihovim zračenjem rendgenskim zracima. Međutim, objašnjenje zašto je bezvodno jedinjenje belo, a hidratizovano jedinjenje plavo je napredna hemija. Vrijeme je da uči.

Vidi takođe: