Nedves kapcsolat – 1. rész
A szervetlen vegyületek általában nem társulnak nedvességgel, míg a szerves vegyületek fordítva. Végül is az előbbiek száraz kőzetek, az utóbbiak pedig vízi élőlényekből származnak. A széles körben elterjedt asszociációknak azonban nem sok közük van a valósághoz. Ebben az esetben is hasonló: a kövekből a víz kipréselhető, a szerves vegyületek pedig nagyon kiszáradhatnak.
A víz mindenütt jelen lévő anyag a Földön, és nem meglepő, hogy más kémiai vegyületekben is megtalálható. Néha lazán kapcsolódik hozzájuk, beléjük záródik, látens formában nyilvánul meg, vagy nyíltan kristályszerkezetet épít.
Először is. Az elején…
…nedvesség
Számos kémiai vegyület hajlamos felszívni a vizet a környezetéből – ilyen például a jól ismert konyhasó, amely gyakran csomósodik össze a konyha párás és párás légkörében. Az ilyen anyagok higroszkóposak és az általuk okozott nedvesség higroszkópos víz. A konyhasóhoz azonban elég magas relatív páratartalom szükséges (lásd a keretet: Mennyi víz van a levegőben?), hogy megkösse a vízgőzt. Eközben a sivatagban vannak olyan anyagok, amelyek képesek felszívni a vizet a környezetből.
Mennyi víz van a levegőben?
Abszolút nedvesség az egységnyi térfogatú levegőben egy adott hőmérsékleten lévő vízgőz mennyisége. Például 0°C-on 1 m-en belül3 A levegőben maximum 5 g víz lehet (hogy ne alakuljon ki páralecsapódás), 20 °C-on körülbelül 17 g víz, 40 °C-on pedig több mint 50 g. Meleg konyhában ill. fürdőszoba, ezért ez elég nedves.
Relatív páratartalom az egységnyi levegőtérfogatra jutó vízgőz mennyiségének az adott hőmérsékleten maximumhoz viszonyított aránya (százalékban kifejezve).
A következő kísérlethez nátrium-NaOH-ra vagy kálium-hidroxid KOH-ra lesz szükség. Helyezzen egy összetett tablettát (ahogyan árulnak) egy óraüvegre, és hagyja egy ideig a levegőn. Hamarosan észre fogja venni, hogy a pasztillát folyadékcseppek kezdik beborítani, majd szétterülnek. Ez a NaOH vagy KOH higroszkóposságának hatása. Ha a mintákat a ház különböző helyiségeiben helyezi el, összehasonlíthatja ezeknek a helyeknek a relatív páratartalmát (1).
1. NaOH csapadék egy óraüvegen (balra), és ugyanez a csapadék néhány óra levegőben való tartózkodás után (jobbra).
2. Laboratóriumi exszikkátor szilikon géllel (fotó: Wikimedia/Hgrobe)
A vegyészek, és nem csak ők, megoldják az anyag nedvességtartalmának problémáját. Higroszkópos víz egy kémiai vegyület által okozott kellemetlen szennyeződésről van szó, melynek tartalma ráadásul instabil. Ez a tény megnehezíti a reakcióhoz szükséges reagens mennyiségének mérését. A megoldás természetesen az anyag szárítása. Ipari méretekben ez fűtött kamrákban történik, vagyis az otthoni sütők kibővített változatában.
A laboratóriumokban az elektromos szárítókon (ismét sütők) kívül, exykatory (már kiszáradt reagensek tárolására is). Ezek szorosan lezárt üvegedények, amelyek alján erősen higroszkópos anyag található (2). Feladata, hogy felszívja a nedvességet a szárított keverékből, és alacsonyan tartsa a páratartalmat az exszikkátor belsejében.
Példák szárítószerekre: Vízmentes CaCl-sók.2 Én MgSO4, foszfor (V) oxidok P4O10 és kalcium-CaO és szilikagél (szilikagél). Ez utóbbit ipari és élelmiszer-csomagolásba helyezett nedvszívó tasakok formájában is megtalálja (3).
3. Szilikon gél élelmiszerek és ipari termékek nedvesség elleni védelmére.
Sok párátlanító regenerálható, ha túl sok vizet szív fel – csak melegítse fel.
Vegyi szennyeződés is előfordul. palackos víz. Gyors növekedésük során behatol a kristályokba, és szilárd anyaggal körülvett, oldattal kitöltött tereket hoz létre, amelyekből a kristály keletkezett. Megszabadulhat a kristályban lévő folyékony buborékoktól, ha feloldja a vegyületet és átkristályosítja, de ezúttal olyan körülmények között, amelyek lassítják a kristály növekedését. Ekkor a molekulák „tisztán” megtelepednek a kristályrácsban, nem hagynak réseket.
rejtett víz
Egyes vegyületekben a víz látens formában létezik, de a vegyész képes kivonni belőlük. Feltételezhető, hogy megfelelő körülmények között vizet bocsát ki bármilyen oxigén-hidrogén vegyületből. Melegítéssel vagy más olyan anyag hatására, amely erősen felszívja a vizet, feladja a vizet. Víz egy ilyen kapcsolatban alkotmányos víz. Próbálja ki mindkét kémiai dehidratációs módszert.
4. A vízgőz lecsapódik a kémcsőben, amikor a vegyszerek kiszáradnak.
A kémcsőbe öntsünk egy kevés szódabikarbónát, azaz. nátrium-hidrogén-karbonát NaHCO.3. Az élelmiszerboltban lehet kapni, és például a konyhában használják. kelesztőként sütéshez (de sok más felhasználási területe is van).
Helyezze a kémcsövet az égő lángjába körülbelül 45°-os szögben úgy, hogy a kilépőnyílás maga felé nézzen. Ez a laboratóriumi higiénia és biztonság egyik alapelve – így védekezhet, ha a kémcsőből hirtelen felforrósodott anyag szabadul fel.
A hevítés nem feltétlenül erős, a reakció 60 °C-on kezdődik (elég egy metilalkohol égő vagy akár egy gyertya is). Tartsa szemmel az edény tetejét. Ha a cső elég hosszú, a folyadékcseppek gyűlni kezdenek a kimeneten (4). Ha nem látja őket, helyezzen hideg óraüveget a kémcső kimenetére - a szódabikarbóna bomlása során felszabaduló vízgőz lecsapódik rajta (a nyíl feletti D szimbólum az anyag felmelegedését jelzi):
5. Fekete tömlő jön ki az üvegből.
A második gáz halmazállapotú termék, a szén-dioxid mészvíz segítségével kimutatható, azaz. telített oldat kálcium hidroxid Sa (BE)2. A kalcium-karbonát kicsapódása által okozott zavarossága CO jelenlétére utal2. Elég, ha az oldatból egy cseppet egy bagettre veszünk, és a kémcső végére helyezzük. Ha nem rendelkezik kalcium-hidroxiddal, készítsen mészvizet úgy, hogy bármilyen vízben oldódó kalciumsó-oldathoz NaOH-oldatot ad.
A következő kísérletben a következő konyhai reagenst fogja használni - a szokásos cukrot, azaz a szacharóz C-t.12H22O11. Szüksége lesz egy tömény H kénsav oldatra is2SO4.
Azonnal emlékeztetem Önt az ezzel a veszélyes reagenssel való munkavégzés szabályaira: gumikesztyű és védőszemüveg szükséges, és a kísérletet műanyag tálcán vagy műanyag fólián kell elvégezni.
Egy kis főzőpohárba fele annyi cukrot öntünk, amennyit az edény megtöltött. Most öntsön kénsavat olyan mennyiségben, amely megegyezik a kiöntött cukor felével. Üvegrúddal keverje meg a tartalmat, hogy a sav egyenletesen oszlik el a térfogatban. Egy ideig nem történik semmi, de hirtelen a cukor kezd sötétedni, majd feketévé válik, és végül elkezd "elhagyni" az edényt.
Porózus fekete massza, amely már nem úgy néz ki, mint a fehér cukor, úgy kúszik ki az üvegből, mint egy kígyó a fakírok kosarából. Az egész felmelegszik, vízgőzfelhők látszanak és még sziszegés is hallatszik (ez is a repedésekből kilépő vízgőz).
Az élmény vonzó, kategóriából az ún. vegyszertömlők (5). A megfigyelt hatásokért a H koncentrált oldatának higroszkópossága a felelős.2SO4. Olyan nagy, hogy a víz más anyagokból, ebben az esetben szacharózból kerül az oldatba:
A cukor dehidratációjának maradékait vízgőzzel telítjük (ne feledje, hogy koncentrált H keverésekor2SO4 sok hő szabadul fel vízzel), ami jelentős térfogatnövekedést és a tömeg üvegről való kiemelésének hatását okozza.
Egy kristályba zárva
6. Kristályos réz-szulfát (II) hevítése kémcsőben. A vegyület részleges kiszáradása látható.
És egy másik fajta víz, amelyet vegyszerek tartalmaznak. Ezúttal kifejezetten megjelenik (ellentétben az alkotmányos vízzel), mennyisége szigorúan meghatározott (és nem önkényes, mint a higroszkópos víz esetében). Ez kristályosodási vízmi ad színt a kristályoknak - eltávolítva amorf porrá bomlik (amit majd kísérletileg látni fog, ahogy egy vegyészhez illik).
Készítse el a hidratált réz(II)-szulfát CuSO kék kristályait4× 5 óra2Ó, az egyik legnépszerűbb laboratóriumi reagens. Öntsön egy kis mennyiségű apró kristályt egy kémcsőbe vagy párologtatóba (a második módszer jobb, de kis mennyiségű vegyület esetén kémcső is használható, erről egy hónap múlva többet). Finoman kezdje el a melegítést az égő lángja fölött (egy denaturált alkohollámpa is elegendő).
Gyakran rázza el magától a csövet, vagy keverje meg a bagettet az állvány fogantyújában elhelyezett párologtatóban (ne hajoljon az üvegáru fölé). A hőmérséklet emelkedésével a só színe halványulni kezd, míg végül szinte fehér lesz. Ebben az esetben a folyadékcseppek összegyűlnek a kémcső felső részében. Ez a sókristályokból eltávolított víz (párologtatóban hevítve hideg óraüveget helyezve az edényre) feltárul a víz, amely időközben porrá bomlott (6). A vegyület kiszáradása szakaszokban megy végbe:
A hőmérséklet további 650 °C fölé emelkedése a vízmentes só bomlását okozza. Fehér por, vízmentes CuSO4 szorosan felcsavarozott edényben tároljuk (bele lehet tenni egy nedvszívó zacskót).
Felmerülhet a kérdés: honnan tudhatjuk, hogy a kiszáradás az egyenletek által leírt módon történik? Vagy miért követik ezt a mintát a kapcsolatok? A következő hónapban a sóban lévő víz mennyiségének meghatározásán fog dolgozni, most az első kérdésre válaszolok. Azt a módszert, amellyel megfigyelhetjük az anyag tömegének változását a hőmérséklet emelkedésével, ún termogravimetriás elemzés. A vizsgált anyagot egy raklapra, az úgynevezett termikus mérlegre helyezzük, és felmelegítjük, leolvasva a súlyváltozásokat.
Természetesen ma már a termomérlegek maguk rögzítik az adatokat, egyúttal megrajzolják a megfelelő grafikont (7). A grafikon görbéjének alakja azt mutatja, hogy milyen hőmérsékleten történik "valami", például illékony anyag szabadul fel a vegyületből (fogyás), vagy egyesül a levegőben lévő gázzal (ekkor a tömeg nő). A tömeg változása lehetővé teszi annak meghatározását, hogy mi és milyen mennyiségben csökkent vagy nőtt.
7. A kristályos réz(II)-szulfát termogravimetriás görbéjének grafikonja.
Hidratált CuSO4 szinte megegyezik a vizes oldatával. Ez nem véletlen. Cu-ion oldatban2+ hat vízmolekula veszi körül, a kristályban pedig négy, amelyek a négyzet sarkaiban fekszenek, amelynek középpontja van. A fémion felett és alatt szulfát anionok találhatók, amelyek mindegyike két szomszédos kationt "szolgál" (tehát a sztöchiometria helyes). De hol van az ötödik vízmolekula? A réz(II)-iont körülvevő övben az egyik szulfátion és egy vízmolekula között helyezkedik el.
És a kíváncsi olvasó ismét felteszi a kérdést: honnan tudod ezt? Ezúttal a röntgensugárzással kapott kristályok képeiből. Azonban annak megmagyarázása, hogy a vízmentes vegyület miért fehér és a hidratált vegyület miért kék, fejlett kémia. Itt az ideje, hogy tanuljon.
Lásd még:
