Mokra veza - 1. dio

Anorganski spojevi obično nisu povezani s vlagom, dok su organski spojevi obrnuto. Uostalom, prve su suhe stijene, a druge potječu od vodenih živih organizama. Međutim, raširene udruge nemaju puno veze sa stvarnošću. U ovom slučaju je slično: voda se može istisnuti iz kamenja, a organski spojevi mogu biti vrlo suhi.

Voda je sveprisutna tvar na Zemlji, a ne čudi što se može naći i u drugim kemijskim spojevima. Ponekad je labavo povezan s njima, zatvoren u njima, manifestira se u latentnom obliku ili otvoreno gradi strukturu kristala.

Prvo prvo. Na početku…

… Vlaga

Mnogi kemijski spojevi imaju tendenciju apsorbirati vodu iz svog okoliša - na primjer, dobro poznata kuhinjska sol, koja se često skuplja u parnoj i vlažnoj atmosferi kuhinje. Takve tvari su higroskopne i vlaga koju uzrokuju higroskopna voda. Međutim, kuhinjska sol zahtijeva dovoljno visoku relativnu vlažnost (vidi okvir: Koliko je vode u zraku?) da veže vodenu paru. U međuvremenu, u pustinji postoje tvari koje mogu apsorbirati vodu iz okoliša.

Koliko je vode u zraku?

Apsolutna vlaga je količina vodene pare sadržana u jedinici volumena zraka pri danoj temperaturi. Na primjer, pri 0°S u 1 m³ U zraku smije biti najviše (da ne dođe do kondenzacije) oko 5 g vode, na 20 °C - oko 17 g vode, a na 40 °C - više od 50 g. U toploj kuhinji odn. kupaonica, ovo je dakle dosta mokro.

Relativna vlaga je omjer količine vodene pare po jedinici volumena zraka i najveće količine na danoj temperaturi (izraženo u postocima).

Sljedeći eksperiment zahtijevat će natrij NaOH ili kalijev hidroksid KOH. Stavite složenu tabletu (kako se prodaje) na staklo sata i ostavite na zraku neko vrijeme. Ubrzo ćete primijetiti da se pastila počinje prekrivati ​​kapljicama tekućine, a zatim širiti. To je učinak higroskopnosti NaOH ili KOH. Postavljanjem uzoraka u različite prostorije kuće, možete usporediti relativnu vlažnost tih 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)

Kemičari, i ne samo oni, rješavaju problem vlažnosti neke tvari. Higroskopna voda to je neugodna kontaminacija kemijskim spojem, a njegov je sadržaj, štoviše, nestabilan. Ova činjenica otežava vaganje količine reagensa potrebnog za reakciju. Rješenje je, naravno, osušiti tvar. U industrijskoj mjeri to se događa u grijanim komorama, odnosno u povećanoj verziji kućne pećnice.

U laboratorijima, osim električnih sušilica (opet pećnica), eksikatorski (također za skladištenje već osušenih reagensa). To su staklene posude, čvrsto zatvorene, na čijem se dnu nalazi visoko higroskopna tvar (2). Njegov je zadatak apsorbirati vlagu iz osušene smjese i održavati nisku vlažnost unutar eksikatora.

Primjeri sredstava za sušenje: bezvodne CaCl soli.₂ i MgSO₄, fosfor (V) oksidi P₄O₁₀ te kalcij CaO i silika gel (silika gel). Potonje ćete također pronaći u obliku vrećica za sušenje 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 upiju previše vode - samo ih zagrijte.

Postoji i kemijska kontaminacija. Flaširana voda. Prodire u kristale tijekom njihovog brzog rasta i stvara prostore ispunjene otopinom iz koje je kristal nastao, okružen krutinom. Možete se riješiti tekućih mjehurića u kristalu otapanjem spoja i prekristalizacijom, ali ovaj put u uvjetima koji usporavaju rast kristala. Tada će se molekule "uredno" smjestiti u kristalnu rešetku, ne ostavljajući praznine.

skrivena voda

U nekim spojevima voda postoji u latentnom obliku, ali je kemičar može izdvojiti iz njih. Može se pretpostaviti da ćete osloboditi vodu iz bilo kojeg spoja kisik-vodik pod pravim uvjetima. Natjerat ćete ga da odustane od vode zagrijavanjem ili djelovanjem druge tvari koja jako upija vodu. Voda u takvom odnosu ustavna voda. Isprobajte obje metode kemijske dehidracije.

4. Vodena para kondenzira se u epruveti kada su kemikalije dehidrirane.

U epruvetu ulijte malo sode bikarbone, t.j. natrijev 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 kutom od približno 45° s izlaznim otvorom prema vama. To je jedno od načela laboratorijske higijene i sigurnosti – tako se štitite u slučaju naglog ispuštanja zagrijane tvari iz epruvete.

Zagrijavanje nije nužno jako, reakcija će započeti na 60 °C (dovoljan je plamenik na metilni alkohol ili čak svijeća). Pazite na vrh posude. Ako je cijev dovoljno duga, kapi tekućine će se početi skupljati na izlazu (4). Ako ih ne vidite, na izlaz epruvete stavite hladno staklo za sat - na njemu se kondenzira vodena para koja se oslobađa tijekom razgradnje sode bikarbone (simbol D iznad strelice označava zagrijavanje tvari):

5. Iz šalice izlazi crno crijevo.

Drugi plinoviti produkt, ugljikov dioksid, može se detektirati vapnenom vodom, tj. zasićena otopina kalcijev hidroksid su (UKLJUČENO)₂. Njegova zamućenost uzrokovana taloženjem kalcijevog karbonata ukazuje na prisutnost CO₂. Dovoljno je uzeti kap otopine na baguette i staviti je na kraj epruvete. Ako nemate kalcijev hidroksid, napravite vapnenu vodu dodavanjem otopine NaOH bilo kojoj otopini kalcijeve soli topive u vodi.

U sljedećem eksperimentu koristit ćete sljedeći kuhinjski reagens – obični šećer, odnosno saharozu C.₁₂H2₂O₁₁. Također će vam trebati koncentrirana otopina sumporne kiseline H₂SO₄.

Odmah vas podsjećam na pravila za rad s ovim opasnim reagensom: potrebne su gumene rukavice i naočale, a pokus se provodi na plastičnom pladnju ili plastičnoj foliji.

U manju čašu sipajte šećer upola onoliko koliko je posuda napunjena. Sada ulijte otopinu sumporne kiseline u količini jednakoj polovici izlivenog šećera. Staklenom šipkom promiješajte sadržaj tako da se kiselina ravnomjerno rasporedi po volumenu. Neko vrijeme se ništa ne događa, ali odjednom šećer počinje tamniti, zatim pocrni i na kraju počinje "napuštati" posudu.

Porozna crna masa, koja više ne izgleda kao bijeli šećer, puzi iz stakla kao zmija iz fakirske košare. Sve se zagrijava, 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. kemijska crijeva (5). Za uočene učinke odgovorna je higroskopnost koncentrirane otopine H.₂SO₄. Toliko je velik da voda ulazi u otopinu iz drugih tvari, u ovom slučaju saharoze:

Ostaci dehidracije šećera zasićeni su vodenom parom (sjetite se da pri miješanju koncentriranog H₂SO₄ s vodom se oslobađa puno topline), što uzrokuje značajno povećanje njihovog volumena i učinak podizanja mase sa stakla.

Zarobljeni u kristalu

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

I druga vrsta vode sadržana u kemikalijama. Ovaj put se pojavljuje eksplicitno (za razliku od ustavne vode), a njezina količina je strogo definirana (a ne proizvoljna, kao u slučaju higroskopne vode). Ovaj kristalizacijske vodeono što daje boju kristalima - kada se vade raspadaju se u amorfni prah (što ćete vidjeti eksperimentalno, kako i priliči kemičaru).

Opskrbite se plavim kristalima hidratiziranog bakrovog(II) sulfata CuSO₄×5č₂Oh, jedan od najpopularnijih laboratorijskih reagensa. U epruvetu ili isparivač ulijte malu količinu sitnih kristalića (druga metoda je bolja, ali u slučaju male količine spoja može se koristiti i epruveta; više o tome za mjesec dana). Lagano počnite zagrijavati iznad plamena plamenika (dovoljna je lampa s denaturiranim alkoholom).

Često otresite cijev od sebe ili miješajte baguette u isparivaču koji se nalazi u ručki stativa (nemojte se naginjati preko posuđa). Kako temperatura raste, boja soli počinje blijedjeti, sve dok konačno ne postane gotovo bijela. U tom slučaju kapljice tekućine skupljaju se u gornjem dijelu epruvete. To je voda uklonjena iz kristala soli (zagrijavanjem u isparivaču voda će se otkriti stavljanjem hladnog stakla za sat iznad posude), koji se u međuvremenu raspao u prah (6). Dehidracija spoja odvija se u fazama:

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

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

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

7. Grafikon termogravimetrijske krivulje kristalnog bakrovog(II) sulfata.

Hidrirani CuSO₄ ima gotovo istu boju kao i njegova vodena otopina. Ovo nije slučajnost. Cu ion u otopini₂+ je okružen sa šest molekula vode, au kristalu - sa četiri, koje leže u uglovima kvadrata, čije je središte. Iznad i ispod metalnog iona nalaze se sulfatni anioni od kojih svaki "služi" dva susjedna kationa (pa je stehiometrija točna). Ali gdje je peta molekula vode? Nalazi se između jednog od sulfatnih iona i molekule vode u pojasu koji okružuje ion bakra (II).

I opet će znatiželjni čitatelj pitati: kako to znaš? Ovaj put sa slika kristala dobivenih njihovim zračenjem rendgenskim zrakama. Međutim, objašnjenje zašto je bezvodni spoj bijel, a hidratizirani spoj plav je napredna kemija. Vrijeme je da ona uči.

Vidi također: