Märg suhe – 1. osa

Anorgaanilisi ühendeid tavaliselt niiskusega ei seostata, orgaanilisi aga vastupidi. Esimesed on ju kuivad kivimid, teised aga vee elusorganismidest. Laialt levinud assotsiatsioonidel on aga tegelikkusega vähe pistmist. Sel juhul on see sarnane: kividest võib vesi välja pigistada ja orgaanilised ühendid võivad olla väga kuivad.

Vesi on Maal üldlevinud aine ja pole üllatav, et seda võib leida ka teistes keemilistes ühendites. Mõnikord on see nendega lõdvalt seotud, neisse suletud, avaldub varjatud kujul või ehitab avalikult kristallide struktuuri.

Esimesed asjad kõigepealt. Alguses…

… Niiskus

Paljud keemilised ühendid kipuvad oma keskkonnast vett imama – näiteks üldtuntud lauasool, mis köögi auravas ja niiskes atmosfääris sageli kokku klombub. Sellised ained on hügroskoopsed ja nende tekitatud niiskus hügroskoopne vesi. Lauasool vajab aga veeauru sidumiseks piisavalt kõrget suhtelist õhuniiskust (vt kasti: Kui palju vett on õhus?). Samal ajal on kõrbes aineid, mis võivad keskkonnast vett absorbeerida.

Kui palju vett on õhus?

Absoluutne niiskus on veeauru kogus, mis sisaldub õhu ruumalaühikus antud temperatuuril. Näiteks 0°С juures 1 m³ Õhus võib olla maksimaalselt (et ei tekiks kondenseerumist) umbes 5 g vett, temperatuuril 20 ° C - umbes 17 g ja temperatuuril 40 ° C - üle 50 g. Soojas köögis või vannituba, seetõttu on see üsna märg.

Suhteline õhuniiskus on veeauru koguse suhe õhumahuühiku kohta antud temperatuuril maksimaalsesse kogusesse (väljendatuna protsentides).

Järgmise katse jaoks on vaja naatrium-NaOH-d või kaaliumhüdroksiidi KOH-d. Asetage segutablett (nagu neid müüakse) kellaklaasile ja jätke mõneks ajaks õhu kätte. Varsti märkate, et pastill hakkab kattuma vedelikupiiskadega ja seejärel levima. See on NaOH või KOH hügroskoopsuse mõju. Paigutades proovid maja erinevatesse ruumidesse, saate võrrelda nende kohtade suhtelist õhuniiskust (1).

1. NaOH sadestumine kellaklaasil (vasakul) ja sama sade mõne tunni pärast õhus (paremal).

2. Laborieksikaator silikoongeeliga (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Keemikud, ja mitte ainult nemad, lahendavad aine niiskusesisalduse probleemi. Hügroskoopne vesi see on ebameeldiv saaste keemilise ühendiga ja selle sisaldus on pealegi ebastabiilne. See asjaolu muudab reaktsiooniks vajaliku reaktiivi koguse kaalumise keeruliseks. Lahenduseks on loomulikult aine kuivatamine. Tööstuslikus mastaabis toimub see köetavates kambrites, see tähendab koduahju suurendatud versioonis.

Laborites lisaks elektrikuivatitele (jälle ahjud) eksykatory (ka juba kuivatatud reaktiivide hoidmiseks). Need on tihedalt suletud klaasanumad, mille põhjas on väga hügroskoopne aine (2). Selle ülesanne on imada kuivatatud segust niiskust ja hoida eksikaatoris niiskust madalal.

Näited kuivatusainetest: veevabad CaCl soolad.₂ ja MgSO₄, fosfor(V)oksiidid P₄O₁₀ ja kaltsium CaO ja silikageel (silikageel). Viimaseid leiate ka tööstus- ja toidupakenditesse asetatud kuivatusaine kotikestena (3).

3. Silikoongeel toidu- ja tööstustoodete kaitsmiseks niiskuse eest.

Paljusid õhukuivateid saab regenereerida, kui need imavad liiga palju vett – lihtsalt soojendage neid.

Esineb ka keemilist saastumist. pudelivesi. See tungib kristallidesse nende kiire kasvu ajal ja loob ruumid, mis on täidetud lahusega, millest kristall tekkis ja mida ümbritseb tahke aine. Vedelatest mullidest kristallis saad vabaneda ühendi lahustamisel ja ümberkristallimisel, kuid seekord tingimustes, mis aeglustavad kristalli kasvu. Siis asetuvad molekulid kristallvõres “korralikult”, jätmata tühimikke.

varjatud vesi

Mõnedes ühendites esineb vesi varjatud kujul, kuid keemik suudab seda neist eraldada. Võib eeldada, et õigetes tingimustes vabastate vett mis tahes hapniku-vesiniku ühendist. Paned selle veest loobuma kuumutamise või mõne muu tugevalt vett imava aine toimel. Vesi sellises suhtes põhiseaduslik vesi. Proovige mõlemat keemilise dehüdratsiooni meetodit.

4. Kemikaalide dehüdratsioonil kondenseerub katseklaasis veeaur.

Valage katseklaasi veidi söögisoodat, s.o. naatriumvesinikkarbonaat NaHCO.₃. Seda saab toidupoest ja seda kasutatakse näiteks köögis. kergitusainena küpsetamisel (aga sellel on ka palju muid kasutusviise).

Asetage katseklaas põleti leeki umbes 45° nurga all, väljalaskeava enda poole. See on üks laborihügieeni ja -ohutuse põhimõtetest – nii kaitsete end katseklaasist äkilise kuumutatud aine eraldumise korral.

Kuumutamine ei pruugi olla tugev, reaktsioon algab 60 ° C juures (piisab metüülpiirituse põletist või isegi küünlast). Jälgige laeva ülaosa. Kui toru on piisavalt pikk, hakkavad väljalaskeavasse (4) kogunema vedelikupiisad. Kui te neid ei näe, asetage katseklaasi väljalaskeava kohale külm kellaklaas – sellele kondenseerub söögisooda lagunemisel eralduv veeaur (tähis D noole kohal näitab aine kuumenemist):

5. Tassist tuleb välja must voolik.

Teise gaasilise produkti, süsihappegaasi, saab tuvastada lubjavee abil, s.o. küllastunud lahus kaltsiumhüdroksiid Sa (SEES)₂. Selle hägusus, mis on põhjustatud kaltsiumkarbonaadi sadestumisest, näitab CO olemasolu₂. Piisab, kui võtta tilk lahust baguette'ile ja asetada see katseklaasi otsa. Kui teil pole kaltsiumhüdroksiidi, tehke lubjavett, lisades mis tahes vees lahustuvale kaltsiumisoola lahusele NaOH lahust.

Järgmises katses kasutate järgmist köögireaktiivi - tavalist suhkrut, see tähendab sahharoosi C.₁₂H2₂O₁₁. Teil on vaja ka kontsentreeritud väävelhappe H lahust₂SO₄.

Tuletan teile kohe meelde selle ohtliku reaktiiviga töötamise reegleid: vaja on kummikindaid ja kaitseprille ning katse viiakse läbi plastalusel või kilega.

Valage väikesesse keeduklaasi suhkrut poole vähem, kui anum on täidetud. Nüüd valage väävelhappe lahus koguses, mis võrdub poolega valatud suhkrust. Segage sisu klaaspulgaga nii, et hape jaotuks kogu mahus ühtlaselt. Tükk aega ei juhtu midagi, kuid järsku hakkab suhkur tumenema, siis muutub mustaks ja lõpuks hakkab anumast "lahkuma".

Poorne must mass, mis ei näe enam välja nagu valge suhkur, roomab klaasist välja nagu madu fakiiride korvist. Kogu asi soojeneb, paistavad veeaurupilved ja kostab isegi sisinat (see on ka pragudest väljuv veeaur).

Elamus on atraktiivne, kategooriast nn. keemiavoolikud (5). Täheldatud mõju põhjustab H kontsentreeritud lahuse hügroskoopsus.₂SO₄. See on nii suur, et vesi satub lahusesse teistest ainetest, antud juhul sahharoosist:

Suhkru dehüdratsiooni jäägid küllastatakse veeauruga (pidage meeles, et kontsentreeritud H segamisel₂SO₄ veega eraldub palju soojust), mis põhjustab nende mahu olulise suurenemise ja massi klaasilt tõstmise efekti.

Kristalli lõksus

6. Kristallilise vasksulfaadi (II) kuumutamine katseklaasis. Nähtav on ühendi osaline dehüdratsioon.

Ja teist tüüpi kemikaalides sisalduv vesi. Seekord ilmub see selgelt (erinevalt põhiveest) ja selle kogus on rangelt määratletud (ja mitte meelevaldne, nagu hügroskoopse vee puhul). See kristallisatsioonivesimis annab kristallidele värvi - eemaldamisel lagunevad need amorfseks pulbriks (mida eksperimendis näete, nagu keemikule kohane).

Varuge hüdraatunud vask(II)sulfaadi CuSO siniseid kristalle₄× 5ч₂Oh, üks populaarsemaid laborireaktiive. Valage katseklaasi või aurustisse väike kogus väikeseid kristalle (parem on teine ​​meetod, kuid ühendi väikese koguse korral võib kasutada ka katseklaasi, sellest kuu aja pärast). Alustage õrnalt kuumutamist põleti leegi kohal (piisab denatureeritud alkoholilambist).

Raputage toru sageli endast eemale või segage baguette statiivi käepidemesse asetatud aurustis (ärge kummarduge klaasnõude kohale). Temperatuuri tõustes hakkab soola värvus tuhmuma, kuni lõpuks muutub see peaaegu valgeks. Sel juhul kogunevad katseklaasi ülemisse ossa vedelikutilgad. See on soolakristallidest eemaldatud vesi (neid aurustis kuumutades ilmub vesi, asetades anuma kohale külma kellaklaasi), mis on vahepeal lagunenud pulbriks (6). Ühendi dehüdratsioon toimub etappidena:

Temperatuuri edasine tõus üle 650 °C põhjustab veevaba soola lagunemise. Valge veevaba pulber CuSO₄ hoida tihedalt keeratavas anumas (sellesse võib panna niiskust imava koti).

Võite küsida: kuidas me teame, et dehüdratsioon toimub võrrandites kirjeldatud viisil? Või miks suhted seda mustrit järgivad? Järgmisel kuul töötate selle soola veekoguse määramisega, nüüd vastan esimesele küsimusele. Meetodit, mille abil saame jälgida aine massi muutumist temperatuuri tõustes, nimetatakse termogravimeetriline analüüs. Uuritav aine asetatakse alusele, nn termilisele tasakaalule, ja kuumutatakse, lugedes kaalumuutusi.

Loomulikult salvestavad tänapäeval termokaalud ise andmed, joonistades samal ajal vastava graafiku (7). Graafiku kõvera kuju näitab, mis temperatuuril "midagi" juhtub, näiteks eraldub ühendist lenduvat ainet (kaal langeb) või ühineb õhus oleva gaasiga (siis mass suureneb). Massi muutus võimaldab määrata, mis ja millises koguses on vähenenud või suurenenud.

7. Kristallilise vask(II)sulfaadi termogravimeetrilise kõvera graafik.

Hüdreeritud CuSO₄ see on peaaegu sama värvi kui selle vesilahus. See ei ole juhus. Cu ioon lahuses₂+ on ümbritsetud kuue veemolekuliga ja kristallis - neljaga, mis asuvad ruudu nurkades, mille keskpunkt see on. Metalliiooni kohal ja all on sulfaatanioonid, millest igaüks "teenitab" kahte naaberkatiooni (nii et stöhhiomeetria on õige). Aga kus on viies veemolekul? See asub vase(II) iooni ümbritsevas vöös ühe sulfaadiooni ja veemolekuli vahel.

Ja jälle küsib uudishimulik lugeja: kuidas sa seda tead? Seekord piltidelt kristallidest, mis on saadud neid röntgenikiirgusega kiiritades. Kuid seletada, miks veevaba ühend on valge ja hüdraatunud ühend sinine, on arenenud keemia. Tal on aeg õppida.

Vaata ka: