Hubungan basah - bahagian 1

Sebatian tak organik biasanya tidak dikaitkan dengan lembapan, manakala sebatian organik adalah sebaliknya. Lagipun, yang pertama adalah batu kering, dan yang kedua berasal dari organisma hidup akuatik. Walau bagaimanapun, persatuan yang meluas mempunyai sedikit kaitan dengan realiti. Dalam kes ini, ia adalah serupa: air boleh diperah daripada batu, dan sebatian organik boleh menjadi sangat kering.

Air adalah bahan di mana-mana di Bumi, dan tidak menghairankan bahawa ia boleh didapati dalam sebatian kimia lain juga. Kadang-kadang ia berkait rapat dengan mereka, tertutup di dalamnya, menampakkan diri dalam bentuk terpendam atau secara terbuka membina struktur kristal.

Perkara pertama dahulu. Pada permulaan…

… Kelembapan

Banyak sebatian kimia cenderung untuk menyerap air dari persekitarannya - contohnya, garam meja yang terkenal, yang sering berkumpul bersama dalam suasana dapur yang berwap dan lembap. Bahan sedemikian adalah higroskopik dan kelembapan yang ditimbulkannya air higroskopik. Walau bagaimanapun, garam meja memerlukan kelembapan relatif yang cukup tinggi (lihat kotak: Berapa banyak air di udara?) untuk mengikat wap air. Manakala di padang pasir pula terdapat bahan yang boleh menyerap air dari persekitaran.

Berapa banyak air di udara?

Kelembapan mutlak ialah jumlah wap air yang terkandung dalam satu unit isipadu udara pada suhu tertentu. Sebagai contoh, pada 0°С dalam 1 m³ Di udara boleh ada maksimum (supaya tidak ada pemeluwapan) kira-kira 5 g air, pada 20 ° C - kira-kira 17 g air, dan pada 40 ° C - lebih daripada 50 g. Di dapur yang hangat atau bilik mandi, oleh itu ia agak basah.

Kelembapan Relatif ialah nisbah jumlah wap air per unit isipadu udara kepada jumlah maksimum pada suhu tertentu (dinyatakan sebagai peratusan).

Percubaan seterusnya akan memerlukan natrium NaOH atau kalium hidroksida KOH. Letakkan tablet kompaun (seperti yang dijual) pada kaca jam dan biarkan di udara untuk seketika. Tidak lama kemudian anda akan melihat bahawa lozenge mula ditutup dengan titisan cecair, dan kemudian tersebar. Ini adalah kesan higroskopisitas NaOH atau KOH. Dengan meletakkan sampel di dalam bilik yang berbeza di rumah, anda boleh membandingkan kelembapan relatif tempat-tempat ini (1).

1. Kerpasan NaOH pada kaca jam (kiri) dan mendakan yang sama selepas beberapa jam di udara (kanan).

2. Desikator makmal dengan gel silikon (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Ahli kimia, dan bukan sahaja mereka, menyelesaikan masalah kandungan lembapan bahan. Air higroskopik ia adalah pencemaran yang tidak menyenangkan oleh sebatian kimia, dan kandungannya, lebih-lebih lagi, tidak stabil. Fakta ini menyukarkan untuk menimbang jumlah reagen yang diperlukan untuk tindak balas. Penyelesaiannya, tentu saja, adalah mengeringkan bahan tersebut. Pada skala perindustrian, ini berlaku dalam ruang yang dipanaskan, iaitu, dalam versi ketuhar rumah yang diperbesarkan.

Di makmal, sebagai tambahan kepada pengering elektrik (sekali lagi, ketuhar), exykatory (juga untuk penyimpanan reagen yang sudah kering). Ini adalah bekas kaca, tertutup rapat, di bahagian bawahnya terdapat bahan yang sangat higroskopik (2). Tugasnya adalah untuk menyerap lembapan daripada sebatian kering dan mengekalkan kelembapan di dalam desikator yang rendah.

Contoh bahan pengering: Garam CaCl kontang.₂ Saya MgSO₄, fosforus (V) oksida P₄O₁₀ dan kalsium CaO dan gel silika (gel silika). Anda juga akan mendapati yang terakhir dalam bentuk uncang pengering yang diletakkan dalam pembungkusan industri dan makanan (3).

3. Gel silikon untuk melindungi makanan dan produk industri daripada kelembapan.

Banyak penyahlembapan boleh dijana semula jika ia menyerap terlalu banyak air - hanya memanaskannya.

Terdapat juga pencemaran kimia. air botol. Ia menembusi ke dalam kristal semasa pertumbuhan pesat mereka dan mencipta ruang yang dipenuhi dengan larutan dari mana kristal terbentuk, dikelilingi oleh pepejal. Anda boleh menyingkirkan gelembung cecair dalam kristal dengan melarutkan sebatian dan menghablurkan semula, tetapi kali ini dalam keadaan yang melambatkan pertumbuhan kristal. Kemudian molekul akan "kemas" menetap di dalam kekisi kristal, tanpa meninggalkan jurang.

air tersembunyi

Dalam sesetengah sebatian, air wujud dalam bentuk terpendam, tetapi ahli kimia dapat mengekstraknya daripada mereka. Ia boleh diandaikan bahawa anda akan membebaskan air daripada mana-mana sebatian oksigen-hidrogen di bawah keadaan yang betul. Anda akan membuatnya melepaskan air dengan memanaskan atau dengan tindakan bahan lain yang kuat menyerap air. Air dalam hubungan sedemikian air berperlembagaan. Cuba kedua-dua kaedah dehidrasi kimia.

4. Wap air terpeluwap dalam tabung uji apabila bahan kimia didehidrasi.

Tuangkan sedikit soda penaik ke dalam tabung uji, i.e. natrium bikarbonat NaHCO.₃. Anda boleh mendapatkannya di kedai runcit, dan ia digunakan di dapur, sebagai contoh. sebagai agen penaik untuk penaik (tetapi juga mempunyai banyak kegunaan lain).

Letakkan tabung uji dalam nyalaan penunu pada sudut kira-kira 45° dengan bukaan keluar menghadap anda. Ini adalah salah satu prinsip kebersihan dan keselamatan makmal - ini adalah cara anda melindungi diri anda sekiranya bahan yang dipanaskan keluar secara tiba-tiba daripada tabung uji.

Pemanasan tidak semestinya kuat, tindak balas akan bermula pada 60 ° C (pembakar semangat metilasi atau lilin pun sudah memadai). Perhatikan bahagian atas kapal. Jika tiub cukup panjang, titisan cecair akan mula berkumpul di saluran keluar (4). Jika anda tidak melihatnya, letakkan kaca jam tangan sejuk di atas saluran keluar tabung uji - wap air yang dilepaskan semasa penguraian soda penaik terpeluwap di atasnya (simbol D di atas anak panah menunjukkan pemanasan bahan):

5. Hos hitam keluar dari cawan.

Produk gas kedua, karbon dioksida, boleh dikesan menggunakan air kapur, i.e. larutan tepu kalsium hidroksida Sa (HIDUP)₂. Kekeruhannya yang disebabkan oleh pemendakan kalsium karbonat menunjukkan kehadiran CO₂. Ia cukup untuk mengambil setitik larutan pada baguette dan meletakkannya di hujung tabung uji. Jika anda tidak mempunyai kalsium hidroksida, buat air kapur dengan menambahkan larutan NaOH kepada sebarang larutan garam kalsium larut air.

Dalam percubaan seterusnya, anda akan menggunakan reagen dapur seterusnya - gula biasa, iaitu sukrosa C.₁₂H2₂O₁₁. Anda juga memerlukan larutan pekat asid sulfurik H₂SO₄.

Saya segera mengingatkan anda tentang peraturan untuk bekerja dengan reagen berbahaya ini: sarung tangan getah dan cermin mata diperlukan, dan eksperimen dijalankan pada dulang plastik atau bungkus plastik.

Tuangkan gula ke dalam bikar kecil separuh sebanyak bekas diisi. Sekarang tuangkan larutan asid sulfurik dalam jumlah yang sama dengan separuh gula yang dituangkan. Kacau kandungan dengan batang kaca supaya asid diagihkan sama rata ke seluruh isipadu. Tiada apa-apa yang berlaku untuk seketika, tetapi tiba-tiba gula mula menjadi gelap, kemudian menjadi hitam, dan akhirnya mula "meninggalkan" kapal.

Jisim hitam berliang, tidak lagi kelihatan seperti gula putih, merangkak keluar dari kaca seperti ular dari bakul fakir. Segala-galanya menjadi hangat, awan wap air kelihatan malah bunyi desisan kedengaran (ini juga wap air yang keluar dari retakan).

Pengalaman itu menarik, dari kategori yang dipanggil. hos kimia (5). Higroskopisitas larutan pekat H bertanggungjawab untuk kesan yang diperhatikan.₂SO₄. Ia sangat besar sehingga air memasuki larutan dari bahan lain, dalam kes ini sukrosa:

Sisa dehidrasi gula tepu dengan wap air (ingat bahawa apabila mencampurkan pekat H₂SO₄ banyak haba dibebaskan dengan air), yang menyebabkan peningkatan ketara dalam jumlahnya dan kesan mengangkat jisim dari kaca.

Terperangkap dalam kristal

6. Pemanasan kristal kuprum sulfat (II) dalam tabung uji. Dehidrasi separa kompaun kelihatan.

Dan satu lagi jenis air yang terkandung dalam bahan kimia. Kali ini ia muncul secara eksplisit (tidak seperti air berperlembagaan), dan jumlahnya ditentukan dengan ketat (dan tidak sewenang-wenangnya, seperti dalam kes air higroskopik). ini air penghabluranapa yang memberi warna kepada kristal - apabila dikeluarkan, mereka hancur menjadi serbuk amorf (yang anda akan lihat secara eksperimen, seperti yang sesuai dengan ahli kimia).

Simpan hablur biru kuprum(II) sulfat terhidrat CuSO₄× 5ч₂Oh, salah satu reagen makmal yang paling popular. Tuangkan sedikit kristal kecil ke dalam tabung uji atau penyejat (kaedah kedua adalah lebih baik, tetapi dalam kes sejumlah kecil kompaun, tabung uji juga boleh digunakan; lebih banyak lagi dalam sebulan). Mulakan pemanasan perlahan-lahan di atas api penunu (lampu alkohol yang didenaturasi sudah memadai).

Goncangkan tiub dengan kerap daripada anda, atau kacau baguette dalam penyejat yang diletakkan di dalam pemegang tripod (jangan bersandar di atas barang kaca). Apabila suhu meningkat, warna garam mula pudar, sehingga akhirnya ia menjadi hampir putih. Dalam kes ini, titisan cecair berkumpul di bahagian atas tabung uji. Ini ialah air yang dikeluarkan daripada hablur garam (memanaskannya dalam penyejat akan mendedahkan air dengan meletakkan kaca jam tangan sejuk di atas bekas), yang sementara itu hancur menjadi serbuk (6). Dehidrasi sebatian berlaku secara berperingkat:

Peningkatan selanjutnya dalam suhu melebihi 650°C menyebabkan penguraian garam kontang. Serbuk putih CuSO kontang₄ simpan dalam bekas berskru ketat (anda boleh meletakkan beg penyerap lembapan di dalamnya).

Anda mungkin bertanya: bagaimana kita tahu bahawa dehidrasi berlaku seperti yang diterangkan oleh persamaan? Atau mengapa perhubungan mengikut corak ini? Anda akan berusaha untuk menentukan jumlah air dalam garam ini bulan depan, sekarang saya akan menjawab soalan pertama. Kaedah di mana kita boleh melihat perubahan jisim bahan dengan peningkatan suhu dipanggil analisis termogravimetrik. Bahan ujian diletakkan di atas palet, apa yang dipanggil keseimbangan haba, dan dipanaskan, membaca perubahan berat.

Sudah tentu, hari ini imbangan termo merekodkan data itu sendiri, pada masa yang sama melukis graf yang sepadan (7). Bentuk lengkung graf menunjukkan pada suhu "sesuatu" berlaku, sebagai contoh, bahan meruap dibebaskan daripada sebatian (kehilangan berat) atau ia bergabung dengan gas di udara (kemudian jisim meningkat). Perubahan dalam jisim membolehkan anda menentukan apa dan dalam kuantiti apa yang telah berkurangan atau meningkat.

7. Graf lengkung termogravimetrik hablur kuprum(II) sulfat.

CuSO terhidrat₄ ia mempunyai warna yang hampir sama dengan larutan akueusnya. Ini bukan satu kebetulan. ion Cu dalam larutan₂+ dikelilingi oleh enam molekul air, dan dalam kristal - oleh empat, terletak di sudut-sudut persegi, di mana ia berada. Di atas dan di bawah ion logam ialah anion sulfat, setiap satunya "melayani" dua kation bersebelahan (jadi stoikiometri adalah betul). Tetapi di manakah molekul air yang kelima? Ia terletak di antara salah satu ion sulfat dan molekul air dalam tali pinggang yang mengelilingi ion kuprum (II).

Dan sekali lagi, pembaca yang ingin tahu akan bertanya: bagaimana anda tahu ini? Kali ini daripada imej kristal yang diperoleh dengan menyinarinya dengan sinar-X. Walau bagaimanapun, menjelaskan mengapa sebatian kontang berwarna putih dan sebatian terhidrat berwarna biru adalah kimia lanjutan. Sudah tiba masanya untuk dia belajar.

Lihat juga: