Mokrý vzťah - 1. časť

Anorganické zlúčeniny zvyčajne nie sú spojené s vlhkosťou, zatiaľ čo organické zlúčeniny sú naopak. Koniec koncov, prvé sú suché horniny a druhé pochádzajú z vodných živých organizmov. Rozšírené asociácie však nemajú s realitou veľa spoločného. V tomto prípade je to podobné: voda sa dá vytlačiť z kameňov a organické zlúčeniny môžu byť veľmi suché.

Voda je všadeprítomná látka na Zemi a nie je prekvapujúce, že ju možno nájsť aj v iných chemických zlúčeninách. Niekedy je s nimi slabo spojený, uzavretý v nich, prejavuje sa v latentnej forme alebo otvorene buduje štruktúru kryštálov.

Najprv veci. Na začiatku…

...vlhkosť

Mnohé chemické zlúčeniny majú tendenciu absorbovať vodu zo svojho prostredia – napríklad známa kuchynská soľ, ktorá sa v zaparenej a vlhkej atmosfére kuchyne často zhlukuje. Takéto látky sú hygroskopické a vlhkosť, ktorú spôsobujú hygroskopická voda. Kuchynská soľ však vyžaduje dostatočne vysokú relatívnu vlhkosť (pozri rámček: Koľko vody je vo vzduchu?), aby na seba naviazala vodnú paru. Medzitým v púšti existujú látky, ktoré môžu absorbovať vodu z prostredia.

Koľko vody je vo vzduchu?

Absolútna vlhkosť je množstvo vodnej pary obsiahnutej v jednotke objemu vzduchu pri danej teplote. Napríklad pri 0°С v 1 m³ Vo vzduchu môže byť maximálne (aby nedochádzalo ku kondenzácii) cca 5 g vody, pri 20 ° C - cca 17 g vody a pri 40 ° C - viac ako 50 g. V teplej kuchyni resp. Kúpeľňa je preto dosť mokrá.

Relatívna vlhkosť je pomer množstva vodnej pary na jednotku objemu vzduchu k maximálnemu množstvu pri danej teplote (vyjadrené v percentách).

Ďalší experiment bude vyžadovať NaOH sodný alebo hydroxid draselný KOH. Umiestnite zloženú tabletu (ako sa predáva) na hodinové sklíčko a nechajte chvíľu na vzduchu. Čoskoro si všimnete, že pastilka sa začína pokrývať kvapkami tekutiny a potom sa rozotiera. Toto je účinok hygroskopickosti NaOH alebo KOH. Umiestnením vzoriek do rôznych miestností domu môžete porovnať relatívnu vlhkosť týchto miest (1).

1. Precipitácia NaOH na hodinovom sklíčku (vľavo) a rovnaká zrazenina po niekoľkých hodinách na vzduchu (vpravo).

2. Laboratórny exsikátor so silikónovým gélom (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Chemici, a nielen oni, riešia problém s vlhkosťou látky. Hygroskopická voda ide o nepríjemnú kontamináciu chemickou zlúčeninou a jej obsah je navyše nestabilný. Táto skutočnosť sťažuje váženie množstva činidla potrebného na reakciu. Riešením je samozrejme sušenie látky. V priemyselnom meradle sa to deje vo vyhrievaných komorách, teda vo zväčšenej verzii domácej pece.

V laboratóriách sa okrem elektrických sušičiek (opäť pecí) exykatory (aj na skladovanie už vysušených činidiel). Ide o sklenené nádoby, tesne uzavreté, na dne ktorých sa nachádza vysoko hygroskopická látka (2). Jeho úlohou je absorbovať vlhkosť zo sušenej zmesi a udržiavať vlhkosť vo vnútri exsikátora na nízkej úrovni.

Príklady desikantov: Bezvodé CaCl soli.₂ I MgSO₄, oxidy fosforu (V) P₄O₁₀ a vápnik CaO a silikagél (silikagél). Posledné menované nájdete aj vo forme sáčkov s vysúšadlom umiestnených v priemyselných a potravinárskych obaloch (3).

3. Silikónový gél na ochranu potravín a priemyselných výrobkov pred vlhkosťou.

Mnohé odvlhčovače sa dajú zregenerovať, ak nasajú príliš veľa vody – stačí ich zohriať.

Existuje aj chemická kontaminácia. balená voda. Preniká do kryštálov pri ich rýchlom raste a vytvára priestory vyplnené roztokom, z ktorého kryštál vznikol, obklopené pevnou látkou. Tekutých bublín v kryštáli sa môžete zbaviť rozpustením zlúčeniny a jej rekryštalizáciou, ale tentoraz za podmienok, ktoré rast kryštálu spomaľujú. Potom sa molekuly „úhľadne“ usadia v kryštálovej mriežke a nezanechajú žiadne medzery.

skrytá voda

V niektorých zlúčeninách voda existuje v latentnej forme, ale chemik ju z nich dokáže extrahovať. Dá sa predpokladať, že za správnych podmienok uvoľníte vodu z akejkoľvek zlúčeniny kyslíka a vodíka. Zahriatím alebo pôsobením inej látky, ktorá vodu silne absorbuje, ho prinútite vzdať sa vody. Voda v takomto vzťahu konštitučná voda. Vyskúšajte oba spôsoby chemickej dehydratácie.

4. Vodná para kondenzuje v skúmavke pri dehydratácii chemikálií.

Do skúmavky nasypte trochu sódy bikarbóny, t.j. hydrogénuhličitan sodný NaHCO.₃. Dostanete ho v potravinách a používa sa napríklad v kuchyni. ako kypriaci prostriedok na pečenie (má však aj mnohé iné využitie).

Skúmavku umiestnite do plameňa horáka pod uhlom približne 45° s výstupným otvorom smerom k vám. Ide o jednu zo zásad laboratórnej hygieny a bezpečnosti – takto sa chránite pri náhlom uvoľnení zohriatej látky zo skúmavky.

Zahrievanie nie je nevyhnutne silné, reakcia začne pri 60 ° C (stačí horák s metylalkoholom alebo dokonca sviečka). Dávajte pozor na hornú časť nádoby. Ak je trubica dostatočne dlhá, na výstupe (4) sa začnú zhromažďovať kvapky kvapaliny. Ak ich nevidíte, umiestnite na výstup zo skúmavky studené hodinové sklíčko – vodná para uvoľnená pri rozklade sódy bikarbóny na ňom kondenzuje (symbol D nad šípkou označuje zahrievanie látky):

5. Z pohára vychádza čierna hadica.

Druhý plynný produkt, oxid uhličitý, možno zistiť pomocou vápennej vody, t.j. nasýtený roztok hydroxid vápenatý So (ON)₂. Jeho zákal spôsobený zrážaním uhličitanu vápenatého svedčí o prítomnosti CO₂. Stačí nabrať kvapku roztoku na bagetu a položiť ju na koniec skúmavky. Ak nemáte hydroxid vápenatý, pripravte si vápennú vodu pridaním roztoku NaOH do akéhokoľvek vo vode rozpustného roztoku vápenatej soli.

V ďalšom pokuse použijete ďalšie kuchynské činidlo – bežný cukor, teda sacharózu C.₁₂H2₂O₁₁. Budete tiež potrebovať koncentrovaný roztok kyseliny sírovej H₂SO₄.

Okamžite vám pripomínam pravidlá pre prácu s týmto nebezpečným činidlom: sú potrebné gumené rukavice a okuliare a experiment sa vykonáva na plastovom podnose alebo plastovom obale.

Do malej kadičky nasypte cukor do polovice naplnenia nádoby. Teraz nalejte roztok kyseliny sírovej v množstve rovnajúcom sa polovici naliateho cukru. Obsah premiešajte sklenenou tyčinkou tak, aby sa kyselina rovnomerne rozložila po celom objeme. Chvíľu sa nič nedeje, no zrazu cukor začne tmavnúť, potom sčernie a nakoniec začne nádobu „opúšťať“.

Porézna čierna hmota, ktorá už nevyzerá ako biely cukor, vylieza z pohára ako had z košíka fakírov. Celé sa to zahreje, vidno oblaky vodnej pary a dokonca je počuť aj syčanie (aj to je vodná para unikajúca zo špár).

Zážitok je atraktívny, z kategórie tzv. chemické hadice (5). Za pozorované účinky je zodpovedná hygroskopickosť koncentrovaného roztoku H.₂SO₄. Je taká veľká, že voda vstupuje do roztoku z iných látok, v tomto prípade sacharózy:

Zvyšky dehydratácie cukru sú nasýtené vodnou parou (nezabudnite, že pri miešaní koncentrovaného H₂SO₄ s vodou sa uvoľňuje veľa tepla), čo spôsobuje výrazné zväčšenie ich objemu a efekt zdvíhania hmoty zo skla.

Uväznený v kryštáli

6. Zahrievanie kryštalického síranu meďnatého (II) v skúmavke. Je viditeľná čiastočná dehydratácia zlúčeniny.

A ďalší druh vody obsiahnutý v chemikáliách. Tentoraz sa objavuje explicitne (na rozdiel od konštitučnej vody) a jej množstvo je prísne definované (a nie ľubovoľné, ako v prípade hygroskopickej vody). Toto kryštalizačná vodačo dáva kryštálom farbu - po odstránení sa rozpadnú na amorfný prášok (čo uvidíte experimentálne, ako sa na chemika patrí).

Zásobte modrými kryštálmi hydratovaného síranu meďnatého CuSO₄×5x₂Jeden z najpopulárnejších laboratórnych činidiel. Malé množstvo malých kryštálikov nasypte do skúmavky alebo odparky (lepší je druhý spôsob, ale v prípade malého množstva zlúčeniny možno použiť aj skúmavku, viac o mesiac). Jemne začnite zahrievať nad plameňom horáka (postačí denaturovaná liehová lampa).

Skúmavku od seba často potraste alebo bagetu miešajte vo výparníku umiestnenom v rukoväti statívu (nenakláňajte sa nad riad). So stúpajúcou teplotou začne farba soli blednúť, až nakoniec bude takmer biela. V tomto prípade sa kvapky kvapaliny zhromažďujú v hornej časti skúmavky. Ide o vodu odstránenú z kryštálov soli (ich zahriatie vo výparníku odhalí vodu priložením studeného hodinového sklíčka nad nádobu), ktorá sa medzitým rozpadla na prášok (6). Dehydratácia zlúčeniny prebieha v etapách:

Ďalšie zvýšenie teploty nad 650 °C spôsobuje rozklad bezvodej soli. Biely prášok bezvodý CuSO₄ skladujte v tesne priskrutkovanej nádobe (môžete do nej vložiť vrecko pohlcujúce vlhkosť).

Môžete sa opýtať: ako vieme, že dochádza k dehydratácii, ako je opísané v rovniciach? Alebo prečo sa vzťahy riadia týmto vzorcom? Na určení množstva vody v tejto soli budete pracovať budúci mesiac, teraz odpoviem na prvú otázku. Metóda, ktorou môžeme pozorovať zmenu hmotnosti látky so zvyšujúcou sa teplotou, sa nazýva termogravimetrická analýza. Testovaná látka sa umiestni na paletu, takzvané tepelné váhy, a zahrieva sa, pričom sa odčítajú zmeny hmotnosti.

Samozrejme, dnes termováhy zaznamenávajú údaje samy a súčasne kreslia príslušný graf (7). Tvar krivky grafu ukazuje, pri akej teplote sa „niečo“ deje, napríklad sa zo zlúčeniny uvoľní prchavá látka (strata hmotnosti) alebo sa spojí s plynom vo vzduchu (potom sa hmotnosť zvýši). Zmena hmotnosti vám umožňuje určiť, čo a v akom množstve sa znížilo alebo zvýšilo.

7. Graf termogravimetrickej krivky kryštalického síranu meďnatého.

Hydratovaný CuSO₄ má takmer rovnakú farbu ako jeho vodný roztok. To nie je náhoda. Cu ión v roztoku₂+ je obklopený šiestimi molekulami vody a v kryštáli štyrmi, ležiacimi v rohoch štvorca, ktorého stred je. Nad a pod kovovým iónom sú síranové anióny, z ktorých každý „slúži“ dvom susedným katiónom (takže stechiometria je správna). Ale kde je piata molekula vody? Nachádza sa medzi jedným zo síranových iónov a molekulou vody v páse obklopujúcom ión medi (II).

A opäť sa zvedavý čitateľ opýta: ako to vieš? Tentoraz zo snímok kryštálov získaných ožiarením röntgenovými lúčmi. Vysvetlenie, prečo je bezvodá zlúčenina biela a hydratovaná zlúčenina modrá, je však pokročilá chémia. Je čas, aby sa učila.

Pozri tiež: