Våt relation - del 1

Oorganiska föreningar är vanligtvis inte förknippade med fukt, medan organiska föreningar är vice versa. När allt kommer omkring är de förra torra stenar, och de senare kommer från levande vattenlevande organismer. Utbredda föreningar har dock lite med verkligheten att göra. I det här fallet är det liknande: vatten kan pressas ut ur stenar och organiska föreningar kan vara mycket torra.

Vatten är ett allestädes närvarande ämne på jorden, och det är inte förvånande att det också kan hittas i andra kemiska föreningar. Ibland är den svagt förbunden med dem, innesluten i dem, manifesterar sig i en latent form eller bygger öppet en struktur av kristaller.

Först till kvarn. I början…

…fukt

Många kemiska föreningar tenderar att absorbera vatten från sin omgivning – till exempel det välkända bordssaltet som ofta håller ihop i kökets ångande och fuktiga atmosfär. Sådana ämnen är hygroskopiska och den fukt de orsakar hygroskopiskt vatten. Bordssalt kräver dock en tillräckligt hög relativ luftfuktighet (se ruta: Hur mycket vatten finns det i luften?) för att binda vattenångan. Samtidigt finns det i öknen ämnen som kan absorbera vatten från miljön.

Hur mycket vatten är det i luften?

Absolut luftfuktighet är mängden vattenånga som finns i en volymenhet luft vid en given temperatur. Till exempel vid 0°С på 1 m³ I luften kan det vara maximalt (så att det inte blir kondens) på cirka 5 g vatten, vid 20 ° C - cirka 17 g vatten och vid 40 ° C - mer än 50 g. I ett varmt kök eller badrum, detta är därför ganska blött.

Relativ luftfuktighet är förhållandet mellan mängden vattenånga per volymenhet luft och den maximala mängden vid en given temperatur (uttryckt i procent).

Nästa experiment kommer att kräva natrium NaOH eller kaliumhydroxid KOH. Lägg en sammansatt tablett (som de säljs) på ett klockglas och låt stå i luften en stund. Snart kommer du att märka att pastillen börjar täckas med droppar vätska och sedan sprids. Detta är effekten av hygroskopiciteten hos NaOH eller KOH. Genom att placera proverna i olika rum i huset kan du jämföra den relativa luftfuktigheten på dessa platser (1).

1. Utfällning av NaOH på ett urglas (vänster) och samma fällning efter några timmar i luft (höger).

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

Kemister, och inte bara de, löser problemet med fukthalten i ett ämne. Hygroskopiskt vatten det är en obehaglig kontaminering av en kemisk förening, och dess innehåll är dessutom instabilt. Detta faktum gör det svårt att väga mängden reagens som krävs för reaktionen. Lösningen är förstås att torka ämnet. I industriell skala sker detta i uppvärmda kammare, det vill säga i en förstorad version av en hemugn.

I laboratorier, förutom elektriska torktumlare (igen, ugnar), exykatorisk (även för förvaring av redan torkade reagenser). Dessa är glaskärl, tätt slutna, i botten av vilka det finns en mycket hygroskopisk substans (2). Dess uppgift är att absorbera fukt från den torkade massan och hålla luftfuktigheten inuti exsickatorn låg.

Exempel på torkmedel: Vattenfria CaCl-salter.₂ Jag MgSO₄, fosforoxid (V) P₄O₁₀ och kalcium CaO och silikagel (silikagel). Du hittar även det senare i form av torkmedelspåsar placerade i industri- och livsmedelsförpackningar (3).

3. Silikongel för att skydda mat och industriprodukter från fukt.

Många avfuktare kan regenereras om de absorberar för mycket vatten – bara värm upp dem.

Det finns också kemisk förorening. flaskvatten. Den tränger in i kristallerna under deras snabba tillväxt och skapar utrymmen fyllda med lösningen från vilken kristallen bildades, omgivna av ett fast ämne. Du kan bli av med vätskebubblorna i kristallen genom att lösa upp föreningen och omkristallisera den, men denna gång under förhållanden som bromsar tillväxten av kristallen. Då kommer molekylerna "prydligt" att slå sig ner i kristallgittret och lämnar inga luckor.

dolt vatten

I vissa föreningar finns vatten i en latent form, men kemisten kan extrahera det från dem. Det kan antas att du kommer att släppa ut vatten från vilken syre-väteförening som helst under rätt förhållanden. Du kommer att få den att ge upp vatten genom uppvärmning eller genom inverkan av ett annat ämne som starkt absorberar vatten. Vatten i ett sådant förhållande konstitutionellt vatten. Prova båda kemiska uttorkningsmetoderna.

4. Vattenånga kondenserar i provröret när kemikalier dehydreras.

Häll lite bakpulver i provröret, d.v.s. natriumbikarbonat NaHCO.₃. Du kan få det i mataffären, och det används till exempel i köket. som jäsmedel för bakning (men har även många andra användningsområden).

Placera provröret i brännarens låga i en vinkel på cirka 45° med utgångsöppningen mot dig. Detta är en av principerna för laboratoriehygien och säkerhet - så här skyddar du dig vid ett plötsligt släpp av ett upphettat ämne från ett provrör.

Uppvärmning är inte nödvändigtvis stark, reaktionen börjar vid 60 ° C (det räcker med en denaturerad spritbrännare eller till och med ett ljus). Håll ett öga på toppen av kärlet. Om röret är tillräckligt långt kommer droppar av vätska att börja samlas vid utloppet (4). Om du inte ser dem, placera ett kallt urglas över provrörets utlopp - vattenånga som frigörs under sönderdelningen av bakpulver kondenserar på det (symbolen D ovanför pilen indikerar uppvärmningen av ämnet):

5. Svart slang kommer ut ur glaset.

Den andra gasformiga produkten, koldioxid, kan detekteras med hjälp av kalkvatten, d.v.s. mättad lösning kalcium hydroxid med (ON)₂. Dess grumlighet orsakad av utfällning av kalciumkarbonat tyder på närvaron av CO₂. Det räcker att ta en droppe av lösningen på en baguette och placera den på änden av provröret. Om du inte har kalciumhydroxid, gör kalkvatten genom att tillsätta en NaOH-lösning till valfri vattenlöslig kalciumsaltlösning.

I nästa experiment kommer du att använda nästa köksreagens - vanligt socker, det vill säga sackaros C.₁₂H2₂O₁₁. Du behöver också en koncentrerad lösning av svavelsyra H₂SO₄.

Jag påminner dig omedelbart om reglerna för att arbeta med detta farliga reagens: gummihandskar och skyddsglasögon krävs, och experimentet utförs på en plastbricka eller plastfolie.

Häll socker i en liten bägare hälften så mycket som kärlet är fyllt. Häll nu i en lösning av svavelsyra i en mängd som motsvarar hälften av det hällda sockret. Rör om innehållet med en glasstav så att syran fördelas jämnt i volymen. Inget händer på ett tag, men plötsligt börjar sockret mörkna, blir sedan svart och börjar slutligen "lämna" kärlet.

En porös svart massa, som inte längre ser ut som vitt socker, kryper ur glaset som en orm från en fakirkorg. Det hela värms upp, moln av vattenånga är synliga och till och med ett sus hörs (detta är också vattenånga som kommer ut från sprickorna).

Upplevelsen är attraktiv, från kategorin de sk. kemikalieslangar (5). Hygroskopiciteten hos en koncentrerad lösning av H är ansvarig för de observerade effekterna.₂SO₄. Den är så stor att vatten kommer in i lösningen från andra ämnen, i det här fallet sackaros:

Rester av sockeruttorkning är mättade med vattenånga (kom ihåg att när du blandar koncentrerat H₂SO₄ mycket värme frigörs med vatten), vilket orsakar en betydande ökning av deras volym och effekten av att lyfta massan från glaset.

Fångad i en kristall

6. Upphettning av kristallint kopparsulfat (II) i ett provrör. Partiell uttorkning av föreningen är synlig.

Och en annan sorts vatten som finns i kemikalier. Den här gången visas det explicit (till skillnad från konstitutionellt vatten), och dess mängd är strikt definierad (och inte godtycklig, som i fallet med hygroskopiskt vatten). Detta kristallvattendet som ger färg till kristallerna - när de tas bort sönderdelas de till ett amorft pulver (vilket du kommer att se experimentellt, som det anstår en kemist).

Fyll på blå kristaller av hydratiserat koppar(II)sulfat CuSO₄× 5h₂Åh, en av de mest populära laboratoriereagensen. Häll en liten mängd små kristaller i ett provrör eller förångare (den andra metoden är bättre, men i fallet med en liten mängd av föreningen kan ett provrör också användas, mer om det om en månad). Börja försiktigt värma över brännarens låga (det räcker med en denaturerad alkohollampa).

Skaka ofta bort tuben från dig, eller rör om baguetten i förångaren placerad i stativets handtag (luta dig inte över glaset). När temperaturen stiger börjar färgen på saltet att blekna, tills det slutligen blir nästan vitt. I detta fall samlas droppar av vätska i den övre delen av provröret. Detta är vattnet som avlägsnas från saltkristallerna (uppvärmning av dem i en förångare avslöjar vattnet genom att placera ett kallt urglas över kärlet), som under tiden har sönderfallit till ett pulver (6). Uttorkning av föreningen sker i steg:

En ytterligare ökning av temperaturen över 650°C orsakar nedbrytning av det vattenfria saltet. Vitt pulver vattenfritt CuSO₄ förvara i en hårt skruvad behållare (du kan lägga en fuktabsorberande påse i den).

Du kanske frågar: hur vet vi att uttorkning inträffar enligt beskrivningen av ekvationerna? Eller varför följer relationer detta mönster? Du kommer att arbeta med att bestämma mängden vatten i detta salt nästa månad, nu ska jag svara på den första frågan. Metoden med vilken vi kan observera förändringen i massan av ett ämne med ökande temperatur kallas termogravimetrisk analys. Testämnet placeras på en pall, den så kallade termiska balansen, och värms upp, avläser viktförändringarna.

Naturligtvis registrerar termobalanser idag själva data och ritar samtidigt motsvarande graf (7). Formen på kurvans kurva visar vid vilken temperatur "något" händer, till exempel frigörs ett flyktigt ämne från föreningen (viktförlust) eller så kombineras det med en gas i luften (då ökar massan). Förändringen i massa låter dig bestämma vad och i vilken mängd som har minskat eller ökat.

7. Graf över den termogravimetriska kurvan för kristallint koppar(II)sulfat.

Hydraterad CuSO₄ den har nästan samma färg som dess vattenlösning. Detta är ingen slump. Cu-jon i lösning₂+ är omgiven av sex vattenmolekyler, och i kristallen - av fyra, som ligger i hörnen av torget, vars centrum den är. Ovanför och under metalljonen finns sulfatanjoner, som var och en "betjänar" två intilliggande katjoner (så stökiometrin är korrekt). Men var är den femte vattenmolekylen? Den ligger mellan en av sulfatjonerna och en vattenmolekyl i ett bälte som omger koppar(II)jonen.

Och återigen kommer den nyfikna läsaren att fråga: hur vet du detta? Denna gång från bilder av kristaller som erhållits genom att bestråla dem med röntgenstrålar. Men att förklara varför en vattenfri förening är vit och en hydratiserad förening är blå är avancerad kemi. Det är dags för henne att studera.

Se även: