Vådt forhold - del 1

Uorganiske forbindelser er normalt ikke forbundet med fugt, men organiske forbindelser er det modsatte. Førstnævnte er jo tørre sten, og sidstnævnte kommer fra levende organismer, der lever i vand. Udbredte associationer har dog ikke meget med virkeligheden at gøre. I dette tilfælde ligner det: vand kan presses ud af sten, men organiske forbindelser kan være meget tørre.

Vand er et allestedsnærværende stof på Jorden, og det er ikke overraskende, at det kan findes i andre kemiske forbindelser. Nogle gange er det svagt forbundet med dem, indesluttet i dem, manifesterer sig i en skjult form eller opbygger åbenlyst krystallernes struktur.

Første ting først. I første omgang…

…fugtighed

Mange kemiske forbindelser har en tendens til at absorbere vand fra miljøet – for eksempel det velkendte bordsalt, som ofte klumper sig sammen i den dampende, fugtige atmosfære i et køkken. Sådanne stoffer er hygroskopiske, og den fugt, de forårsager hygroskopisk vand. Bordsalt kræver dog en tilstrækkelig høj relativ luftfugtighed (se boks: Hvor meget vand er der i luften?) for at binde vanddamp. I mellemtiden er der i ørkenen stoffer, der kan absorbere vand fra miljøet.

Hvor meget vand er der i luften?

Absolut fugtighed Dette er mængden af ​​vanddamp indeholdt i en enhedsvolumen luft ved en given temperatur. For eksempel ved 0°C på 1 m³ I luften kan der maksimalt være (så der ikke er kondens) på omkring 5 g vand, ved 20 ° C - omkring 17 g vand og ved 40 ° C - mere end 50 g. I et varmt køkken eller badeværelse, dette er derfor ret vådt.

Relativ luftfugtighed repræsenterer forholdet mellem mængden af ​​vanddamp pr. volumenenhed luft og den maksimale mængde ved en given temperatur (udtrykt i procent).

Til det næste eksperiment skal du bruge natrium NaOH eller kaliumhydroxid KOH. Placer de sammensatte tabletter (som de sælges) på et urglas og lad det stå i luften et stykke tid. Snart vil du bemærke, at sugetabletten begynder at blive dækket af væskedråber og derefter spredes. Dette er hygroskopicitetseffekten af ​​NaOH eller KOH. Ved at placere prøver i forskellige rum i huset, vil du sammenligne den relative luftfugtighed på disse steder (1).

1. NaOH-aflejring på et urglas (venstre) og samme aflejring efter flere timer i luft (højre).

2. Laboratorieekssikkator med silikonegel (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Kemikere, og ikke kun dem, løser problemet med fugtindholdet i et stof. Hygroskopisk vand Dette er en ubehagelig forurening med en kemisk forbindelse, og dens indhold er desuden ikke konstant. Dette faktum gør det vanskeligt at veje mængden af ​​reagens, der er nødvendig for en reaktion. Løsningen er selvfølgelig at tørre stoffet. I industriel skala sker dette i opvarmede kamre, det vil sige en større version af en hjemmeovn.

I laboratorier, ud over elektriske tørretumblere (igen, ovne), bruger de eksykatorisk (også til opbevaring af allerede tørrede reagenser). Det er glasbeholdere, tæt lukkede, i bunden af ​​hvilke der er et stærkt hygroskopisk stof (2). Dens opgave er at absorbere fugt fra den tørrede forbindelse og opretholde lav luftfugtighed inde i ekssikkatoren.

Eksempler på tørremidler: vandfri CaCl-salte.₂ I MgSO₄, phosphoroxid (V) P₄O₁₀ og calcium CaO og silicagel (silicagel). Du finder også sidstnævnte i form af tørremiddelposer, der findes i industri- og fødevareemballage (3).

3. Silikonegel til at beskytte fødevarer og industriprodukter mod fugt.

Mange affugtere kan regenereres, hvis de suger for meget vand – bare varm dem op.

Der er også forurening med kemiske forbindelser tilstoppet vand. Det trænger ind i krystaller, når de vokser hurtigt og skaber rum fyldt med opløsningen, hvorfra krystallen blev dannet, omgivet af et fast legeme. Du kan slippe af med flydende bobler i en krystal ved at opløse forbindelsen og omkrystallisere den, men denne gang under forhold, der vil bremse væksten af ​​krystallen. Så vil molekylerne "pænt" arrangere sig i krystalgitteret uden at efterlade huller.

skjult vand

I nogle forbindelser findes vand i latent form, men kemikeren er i stand til at udvinde det fra dem. Du kan antage, at du vil frigive vand fra enhver ilt-brint-forbindelse under de rigtige forhold. Du vil tvinge den til at frigive vand ved opvarmning eller ved påvirkning af et andet stof, der kraftigt absorberer vand. Vand i sådanne forhold konstitutionelt vand. Prøv begge metoder til at dehydrere kemikalier.

4. Vanddamp kondenserer i et reagensglas, når kemikalier er dehydreret.

Hæld noget bagepulver i reagensglasset, dvs. natriumbicarbonat NaHCO.₃. Du kan få det i købmanden, og i køkkenet bruges det f.eks. som bagepulver (men har også mange andre anvendelser).

Placer reagensglasset i brænderflammen i en vinkel på ca. 45° med udløbet vendt mod dig selv. Dette er et af principperne for laboratoriehygiejne og sikkerhed - på denne måde vil du beskytte dig selv i tilfælde af en pludselig frigivelse af et opvarmet stof fra reagensglasset.

Opvarmningen behøver ikke at være stærk; reaktionen begynder ved 60°C (en brænder med denatureret alkohol eller endda et stearinlys er nok). Hold øje med toppen af ​​karret. Hvis røret er langt nok, vil dråber af væske begynde at samle sig ved udløbet (4). Hvis du ikke kan se dem, skal du placere et koldt urglas over udløbet af reagensglasset - vanddamp, der frigives under nedbrydningen af ​​bagepulver, vil kondensere på det (D-symbolet over pilen indikerer opvarmning af stoffet):

5. Den sorte slange kommer ud af glasset.

Det andet gasformige produkt, kuldioxid, kan påvises ved hjælp af kalkvand, dvs. mættet opløsning calciumhydroxid med (ON)₂. Dens turbiditet, forårsaget af udfældning af calciumcarbonat, indikerer tilstedeværelsen af ​​CO.₂. Det er nok at tage en dråbe af opløsningen på en baguette og placere den på enden af ​​reagensglasset. Hvis du ikke har calciumhydroxid, lav kalkvand ved at tilsætte en NaOH-opløsning til en opløsning af et hvilket som helst vandopløseligt calciumsalt.

I det næste eksperiment skal du bruge følgende køkkenreagens - almindeligt sukker, det vil sige saccharose C.₁₂H2₂O₁₁. Du skal også bruge en koncentreret opløsning af svovlsyre H₂SO₄.

Lad mig straks minde dig om reglerne for at arbejde med dette farlige reagens: gummihandsker og beskyttelsesbriller er påkrævet, og eksperimentet udføres på en plastbakke eller plastfilm.

Hæld halvdelen af ​​mængden af ​​sukker i et lille bægerglas, der fylder beholderen. Hæld nu en opløsning af svovlsyre i en mængde svarende til halvdelen af ​​det tilsatte sukker. Rør indholdet med en glasstang, så syren er jævnt fordelt i hele volumen. I nogen tid sker der intet, men pludselig begynder sukkeret at blive mørkere, bliver derefter sort og begynder til sidst at "komme ud" af karret.

En porøs sort masse, der ikke længere ligner hvidt sukker, kravler ud af glasset som en slange fra en fakirs kurv. Det hele varmer op, skyer af vanddamp er synlige, og der høres endda hvislen (det er også vanddamp, der slipper ud fra sprækkerne).

Oplevelsen er attraktiv, fra den såkaldte kategori. kemikalieslanger (5). Hygroskopiciteten af ​​koncentreret H-opløsning er ansvarlig for de observerede effekter.₂SO₄. Den er så stor, at der kommer vand i opløsningen fra andre stoffer, i dette tilfælde saccharose:

Resterne af sukkerdehydrering er mættet med vanddamp (husk, at når du blander koncentreret H₂SO₄ meget varme frigives med vand), hvilket forårsager en betydelig stigning i deres volumen og effekten af ​​at løfte massen fra glasset.

Fanget i en krystal

6. Opvarmning af krystallinsk kobber(II)sulfat i et reagensglas. Delvis dehydrering af forbindelsen er synlig.

Og en anden type vand indeholdt i kemikalier. Denne gang manifesterer det sig tydeligt (i modsætning til konstitutionelt vand), og dets mængde er strengt defineret (og ikke vilkårligt, som i tilfældet med hygroskopisk vand). Det her krystallisationsvandhvad der giver farve til krystallerne - når de fjernes, går de i opløsning til et amorft pulver (som du vil se eksperimentelt, som det sømmer sig for en kemiker).

Lager op på blå krystaller af hydratiseret kobber(II)sulfat CuSO₄× 5 timer₂Åh, en af ​​de mest populære laboratoriereagenser. Hæld en lille mængde små krystaller i et reagensglas eller en fordamper (den anden metode er bedre, men i tilfælde af en lille mængde af forbindelsen kan du bruge et reagensglas; mere om det om en måned). Begynd forsigtigt at opvarme over en fakkelflamme (en denatureret alkohollampe vil være tilstrækkelig).

Ryst reagensglasset ofte, vend det væk fra dig, eller rør baguetten i fordamperen placeret i håndtaget på stativet (læn dig ikke over fadet). Når temperaturen stiger, begynder saltets farve at falme, indtil det til sidst bliver næsten hvidt. Samtidig samler der sig dråber af væske i den øverste del af reagensglasset. Dette er vandet, der fjernes fra saltkrystallerne (ved at opvarme dem i en fordamper, finder du vand ved at placere et koldt urglas over karret), som i mellemtiden er gået i opløsning til pulver (6). Dehydrering af forbindelsen sker i trin:

En yderligere stigning i temperaturen over 650°C forårsager nedbrydning af det vandfri salt. Hvidt vandfrit CuSO pulver₄ Opbevar i en tætskruet beholder (du kan lægge en tørrepose i den).

Du kan spørge: Hvordan ved vi, at dehydrering opstår som beskrevet af ligningerne? Eller hvorfor følger forhold dette mønster? Du bestemmer mængden af ​​vand i dette salt i næste måned, nu vil jeg svare på det første spørgsmål. Metoden, hvormed vi kan observere ændringen i massen af ​​et stof med stigende temperatur, kaldes termogravimetrisk analyse. Det undersøgte stof anbringes på en bakke, den såkaldte termiske balance, og opvarmes, hvorved ændringerne i vægt aflæses.

I dag registrerer termiske balancer naturligvis selv dataene og tegner samtidig den tilsvarende graf (7). Formen på grafens kurve viser, ved hvilken temperatur "noget" sker, såsom en forbindelse, der frigiver et flygtigt stof (vægttab) eller kombineres med en gas i luften (så stiger massen). En ændring i masse giver dig mulighed for at bestemme, hvad og i hvilken mængde er faldet eller steget.

7. Graf over den termogravimetriske kurve for krystallinsk kobber(II)sulfat.

Hydreret CuSO₄ den har næsten samme farve som dens vandige opløsning. Dette er ikke en tilfældighed. Cu-ion i opløsning₂+ er omgivet af seks vandmolekyler, og i krystallen - af fire, der ligger i hjørnerne af firkanten, hvis centrum den er. Over og under metalionen er sulfatanioner, som hver "betjener" to tilstødende kationer (så støkiometrien er korrekt). Men hvor er det femte vandmolekyle? Det ligger mellem en af ​​sulfationerne og et vandmolekyle i et bælte, der omgiver kobber(II)-ionen.

Og igen vil den nysgerrige læser spørge: hvordan ved du det? Denne gang fra billeder af krystaller opnået ved at bestråle dem med røntgenstråler. Men forklaringen på, hvorfor den vandfri forbindelse er hvid, og den hydrerede forbindelse er blå, er avanceret kemi. Det er tid for hende at studere.

Se også: