Märkä suhde - osa 1

Epäorgaaniset yhdisteet eivät yleensä liity kosteuteen, kun taas orgaaniset yhdisteet ovat päinvastoin. Loppujen lopuksi ensimmäiset ovat kuivia kiviä ja jälkimmäiset tulevat vedessä elävistä organismeista. Laajalle levinneillä assosiaatioilla ei kuitenkaan ole juurikaan tekemistä todellisuuden kanssa. Tässä tapauksessa se on samanlainen: vesi voidaan puristaa ulos kivistä ja orgaaniset yhdisteet voivat olla hyvin kuivia.

Vesi on kaikkialla maapallolla esiintyvä aine, eikä ole yllättävää, että sitä löytyy myös muista kemiallisista yhdisteistä. Joskus se liittyy löyhästi niihin, sulkeutuu niihin, ilmenee piilevässä muodossa tai rakentaa avoimesti kiteiden rakennetta.

Ensimmäiset asiat ensin. Alussa…

… Kosteus

Monilla kemiallisilla yhdisteillä on taipumus imeä vettä ympäristöstään - esimerkiksi tuttu ruokasuola, joka usein paakkuuntuu keittiön höyryisessä ja kosteassa ilmapiirissä. Tällaiset aineet ovat hygroskooppisia ja niiden aiheuttamaa kosteutta hygroskooppinen vesi. Ruokasuola vaatii kuitenkin riittävän korkean suhteellisen kosteuden (katso laatikko: Kuinka paljon vettä on ilmassa?) vesihöyryn sitomiseksi. Samaan aikaan autiomaassa on aineita, jotka voivat imeä vettä ympäristöstä.

Kuinka paljon vettä on ilmassa?

Absoluuttinen kosteus on vesihöyryn määrä, joka sisältyy ilmatilavuusyksikköön tietyssä lämpötilassa. Esimerkiksi 0°C:ssa 1 metrin päässä³ Ilmassa voi olla korkeintaan (jotta ei tiivisty) noin 5 g vettä, 20 °C:ssa - noin 17 g vettä ja 40 °C:ssa - yli 50 g. Lämpimässä keittiössä tai kylpyhuone, tämä on siksi melko märkä.

Suhteellinen kosteus on vesihöyryn määrän suhde ilmatilavuusyksikköä kohti maksimimäärään tietyssä lämpötilassa (ilmaistuna prosentteina).

Seuraava koe vaatii natrium-NaOH:n tai kaliumhydroksidin KOH:n. Aseta yhdistelmätabletti (sellaisena kuin niitä myydään) kellon lasille ja anna olla ilmassa hetken. Pian huomaat, että imeskelytabletti alkaa peittyä nestepisaroilla ja levitä sitten. Tämä on NaOH:n tai KOH:n hygroskooppisuuden vaikutus. Sijoittamalla näytteet talon eri huoneisiin voit vertailla näiden paikkojen suhteellista kosteutta (1).

1. NaOH:n saostus kellolasilla (vasemmalla) ja sama sakka muutaman tunnin ilmassa (oikealla) jälkeen.

2. Laboratorioeksikkaattori silikonigeelillä (kuva: Wikimedia/Hgrobe)

Kemistit, eivätkä vain he, ratkaisevat aineen kosteuspitoisuuden ongelman. Hygroskooppinen vesi se on epämiellyttävä kemiallisen yhdisteen aiheuttama kontaminaatio, ja sen sisältö on lisäksi epävakaa. Tämä seikka vaikeuttaa reaktioon tarvittavan reagenssin määrän punnitsemista. Ratkaisu on tietysti aineen kuivaaminen. Teollisessa mittakaavassa tämä tapahtuu lämmitetyissä kammioissa, eli kodin uunin laajennetussa versiossa.

Laboratorioissa sähkökuivainten lisäksi (jälleen uunit) eksykatory (myös jo kuivattujen reagenssien varastointiin). Nämä ovat tiiviisti suljettuja lasiastioita, joiden pohjassa on erittäin hygroskooppista ainetta (2). Sen tehtävänä on imeä kosteutta kuivatusta seoksesta ja pitää eksikkaattorin sisällä oleva kosteus alhaisena.

Esimerkkejä kuivausaineista: vedettömät CaCl-suolat.₂ ja MgSO₄, fosfori(V)oksidit P₄O₁₀ ja kalsium-CaO ja silikageeli (silikageeli). Löydät myös jälkimmäisiä kuivausainepusseina, jotka on sijoitettu teollisuus- ja elintarvikepakkauksiin (3).

3. Silikonigeeli, joka suojaa elintarvikkeita ja teollisuustuotteita kosteudelta.

Monet ilmankuivaajat voidaan regeneroida, jos ne imevät liikaa vettä - lämmitä ne vain.

Siellä on myös kemiallista saastumista. pullovesi. Se tunkeutuu kiteiden sisään niiden nopean kasvun aikana ja luo tiloja, jotka ovat täynnä liuoksella, josta kide muodostui, kiinteän aineen ympäröimänä. Voit päästä eroon kiteen nestekupista liuottamalla yhdisteen ja kiteyttämällä sen uudelleen, mutta tällä kertaa olosuhteissa, jotka hidastavat kiteen kasvua. Sitten molekyylit asettuvat "siististi" kidehilaan jättämättä aukkoja.

piilotettu vesi

Joissakin yhdisteissä vesi on piilevässä muodossa, mutta kemisti pystyy erottamaan sen niistä. Voidaan olettaa, että vapautat vettä mistä tahansa happi-vetyyhdisteestä oikeissa olosuhteissa. Saat sen luopumaan vedestä kuumentamalla tai käyttämällä jotakin muuta vettä voimakkaasti imevää ainetta. Vettä sellaisessa suhteessa perustuslaillinen vesi. Kokeile molempia kemiallisia dehydraatiomenetelmiä.

4. Vesihöyry tiivistyy koeputkeen, kun kemikaalit kuivataan.

Kaada koeputkeen hieman ruokasoodaa, ts. natriumbikarbonaatti NaHCO.₃. Sitä saa ruokakaupasta, ja sitä käytetään esimerkiksi keittiössä. nostatusaineena leivontaan (mutta sillä on myös monia muita käyttötarkoituksia).

Aseta koeputki polttimen liekkiin noin 45° kulmassa ulostuloaukko sinua kohti. Tämä on yksi laboratoriohygienian ja -turvallisuuden periaatteista - näin suojaudut, jos koeputkesta vapautuu äkillisesti kuumennettua ainetta.

Kuumentaminen ei välttämättä ole voimakasta, reaktio alkaa 60 °C:ssa (metyyylialkoholipoltin tai jopa kynttilä riittää). Pidä silmällä aluksen yläosaa. Jos putki on tarpeeksi pitkä, nestepisaroita alkaa kerääntyä ulostuloaukkoon (4). Jos et näe niitä, aseta kylmä kellolasi koeputken ulostuloaukon päälle - sen päälle tiivistyy ruokasoodan hajoamisen aikana vapautuva vesihöyry (nuolen yläpuolella oleva symboli D osoittaa aineen kuumenemisen):

5. Musta letku tulee ulos lasista.

Toinen kaasumainen tuote, hiilidioksidi, voidaan havaita käyttämällä kalkkivettä, ts. kylläinen liuos kalsiumhydroksidi Sa (ON)₂. Kalsiumkarbonaatin saostumisen aiheuttama sameus on osoitus CO:n läsnäolosta₂. Riittää, kun otat patonkiin tippa liuosta ja asetat se koeputken päähän. Jos sinulla ei ole kalsiumhydroksidia, tee kalkkivettä lisäämällä NaOH-liuosta mihin tahansa vesiliukoiseen kalsiumsuolaliuokseen.

Seuraavassa kokeessa käytät seuraavaa keittiöreagenssia - tavallista sokeria, eli sakkaroosia C.₁₂H2₂O₁₁. Tarvitset myös väkevän rikkihappoliuoksen H₂SO₄.

Muistutan sinua välittömästi tämän vaarallisen reagenssin kanssa työskentelemistä koskevista säännöistä: vaaditaan kumikäsineet ja suojalasit, ja koe suoritetaan muovialustalla tai muovikääreellä.

Kaada sokeria pieneen dekantterilasiin puolet niin paljon kuin astia on täytetty. Kaada nyt rikkihappoliuos määränä, joka on yhtä suuri kuin puolet kaadetusta sokerista. Sekoita sisältö lasisauvalla niin, että happo jakautuu tasaisesti koko tilavuuteen. Mitään ei tapahdu hetkeen, mutta yhtäkkiä sokeri alkaa tummua, muuttuu sitten mustaksi ja alkaa lopulta "poistua" astiasta.

Huokoinen musta massa, joka ei enää näytä valkoiselta sokerilta, ryömii ulos lasista kuin käärme fakiirien korista. Kokonaisuus lämpenee, näkyy vesihöyrypilviä ja kuuluu jopa suhinaa (tämä on myös halkeamista karkaavaa vesihöyryä).

Kokemus on houkutteleva, kategoriasta ns. kemialliset letkut (5). H:n tiivistetyn liuoksen hygroskooppisuus on vastuussa havaituista vaikutuksista.₂SO₄. Se on niin suuri, että vettä pääsee liuokseen muista aineista, tässä tapauksessa sakkaroosista:

Sokerin kuivatusjäännökset kyllästyvät vesihöyryllä (muista, että kun sekoitat väkevää H₂SO₄ veden mukana vapautuu paljon lämpöä), mikä lisää niiden tilavuutta merkittävästi ja nostaa massaa lasista.

Vangittu kristalliin

6. Kiteisen kuparisulfaatin (II) kuumennus koeputkessa. Yhdisteen osittainen kuivuminen näkyy.

Ja toisenlaista kemikaalien sisältämää vettä. Tällä kertaa se esiintyy eksplisiittisesti (toisin kuin perusvesi), ja sen määrä on tiukasti määritelty (eikä mielivaltainen, kuten hygroskooppisen veden tapauksessa). Tämä kiteytysvesimikä antaa kiteille väriä - kun ne poistetaan, ne hajoavat amorfiseksi jauheeksi (jonka näet kokeellisesti, kuten kemistille sopii).

Varaa sinisiä hydratoidun kupari(II)sulfaatin CuSO-kiteitä₄×5ch₂Voi, yksi suosituimmista laboratorioreagensseista. Kaada pieni määrä pieniä kiteitä koeputkeen tai haihduttimeen (toinen menetelmä on parempi, mutta jos yhdistettä on vähän, voidaan käyttää myös koeputkea; siitä lisää kuukauden kuluttua). Aloita lämmitys varovasti polttimen liekin päällä (denaturoitu alkoholilamppu riittää).

Ravista letkua usein poispäin itsestäsi tai sekoita patonkia jalustan kahvaan sijoitetussa höyrystimessä (älä nojaa lasiesineiden päälle). Lämpötilan noustessa suolan väri alkaa haalistua, kunnes lopulta se muuttuu melkein valkoiseksi. Tässä tapauksessa nestepisaroita kerääntyy koeputken yläosaan. Tämä on suolakiteistä poistettua vettä (lämmittämällä niitä höyrystimessä, vesi tulee näkyviin asettamalla kylmä kellolasi astian päälle), joka on tällä välin hajonnut jauheeksi (6). Yhdisteen dehydraatio tapahtuu vaiheissa:

Lämpötilan kohoaminen edelleen yli 650°C aiheuttaa vedettömän suolan hajoamisen. Valkoinen jauhe vedetön CuSO₄ säilytä tiukasti ruuvatussa astiassa (voit laittaa kosteutta imevän pussin siihen).

Saatat kysyä: mistä tiedämme, että nestehukka tapahtuu yhtälöillä kuvatulla tavalla? Tai miksi ihmissuhteet noudattavat tätä mallia? Työskentelet tämän suolan vesimäärän määrittämiseksi ensi kuussa, nyt vastaan ​​ensimmäiseen kysymykseen. Menetelmää, jolla voimme tarkkailla aineen massan muutosta lämpötilan noustessa, kutsutaan termogravimetrinen analyysi. Testiaine asetetaan lavalle, ns. lämpötasapainoon, ja kuumennetaan painonmuutokset lukemalla.

Tietenkin nykyään lämpövaa'at tallentavat tiedot itse ja piirtävät samalla vastaavan käyrän (7). Kaavion käyrän muoto osoittaa, missä lämpötilassa "jotain" tapahtuu, esim. yhdisteestä vapautuu haihtuvaa ainetta (laihtuu) tai se yhdistyy ilmassa olevan kaasun kanssa (silloin massa kasvaa). Massan muutoksen avulla voit määrittää, mikä ja missä määrin on vähentynyt tai lisääntynyt.

7. Kiteisen kupari(II)sulfaatin termogravimetrisen käyrän kuvaaja.

Hydratoitu CuSO₄ sillä on melkein sama väri kuin sen vesiliuoksella. Tämä ei ole sattumaa. Cu-ioni liuoksessa₂+ ympäröi kuusi vesimolekyyliä, ja kristallissa - neljä, jotka sijaitsevat neliön kulmissa, jonka keskus se on. Metalli-ionin ylä- ja alapuolella on sulfaattianioneja, joista jokainen "palvelee" kahta vierekkäistä kationia (joten stoikiometria on oikea). Mutta missä on viides vesimolekyyli? Se sijaitsee yhden sulfaatti-ionin ja vesimolekyylin välissä kupari(II)-ionia ympäröivässä hihnassa.

Ja taas utelias lukija kysyy: mistä tiedät tämän? Tällä kertaa kuvista kiteistä, jotka on saatu säteilyttämällä niitä röntgensäteillä. Edistynyttä kemiaa on kuitenkin selittää, miksi vedetön yhdiste on valkoinen ja hydratoitu yhdiste on sininen. Hänen on aika opiskella.

Katso myös: