Relazione bagnata - parte 1

I composti inorganici di solito non sono associati all'umidità, mentre i composti organici sono viceversa. Dopotutto, le prime sono rocce secche e le seconde provengono da organismi viventi acquatici. Tuttavia, le associazioni diffuse hanno poco a che fare con la realtà. In questo caso, è simile: l'acqua può essere spremuta dalle pietre e i composti organici possono essere molto secchi.

L'acqua è una sostanza onnipresente sulla Terra e non sorprende che possa essere trovata anche in altri composti chimici. A volte è vagamente connesso con loro, racchiuso al loro interno, si manifesta in forma latente o costruisce apertamente la struttura dei cristalli.

Cominciando dall'inizio. All'inizio…

…umidità

Molti composti chimici tendono ad assorbire l'acqua dal loro ambiente, ad esempio il noto sale da cucina, che spesso si raggruppa nell'atmosfera umida e vaporosa della cucina. Tali sostanze sono igroscopiche e l'umidità che provocano acqua igroscopica. Tuttavia, il sale da cucina richiede un'umidità relativa sufficientemente alta (vedi riquadro: Quanta acqua c'è nell'aria?) per legare il vapore acqueo. Nel frattempo, nel deserto ci sono sostanze che possono assorbire l'acqua dall'ambiente.

Quanta acqua c'è nell'aria?

Umidità assoluta è la quantità di vapore acqueo contenuta in un'unità di volume d'aria a una data temperatura. Ad esempio, a 0°С in 1 m³ Nell'aria può esserci un massimo (in modo che non ci sia condensa) di circa 5 g di acqua, a 20 ° C - circa 17 g di acqua, ea 40 ° C - più di 50 g In una cucina calda o bagno, questo è quindi piuttosto umido.

Umidità relativa è il rapporto tra la quantità di vapore acqueo per unità di volume d'aria e la quantità massima a una data temperatura (espressa in percentuale).

Il prossimo esperimento richiederà sodio NaOH o idrossido di potassio KOH. Metti una compressa composta (come viene venduta) su un vetro da orologio e lascia all'aria per un po'. Presto noterai che la losanga inizia a ricoprirsi di gocce di liquido e quindi a diffondersi. Questo è l'effetto dell'igroscopicità di NaOH o KOH. Posizionando i campioni in diverse stanze della casa, puoi confrontare l'umidità relativa di questi luoghi (1).

1. Precipitazione di NaOH su un vetro di orologio (a sinistra) e lo stesso precipitato dopo alcune ore in aria (a destra).

2. Essiccatore da laboratorio con gel di silicone (foto: Wikimedia/Hgrobe)

I chimici, e non solo loro, risolvono il problema del contenuto di umidità di una sostanza. Acqua igroscopica si tratta di una spiacevole contaminazione da parte di un composto chimico e il suo contenuto, inoltre, è instabile. Questo fatto rende difficile pesare la quantità di reagente richiesta per la reazione. La soluzione, ovviamente, è asciugare la sostanza. Su scala industriale, questo avviene in camere riscaldate, cioè in una versione ingrandita di un forno domestico.

Nei laboratori, oltre agli essiccatori elettrici (di nuovo, i forni), eksikatorio (anche per la conservazione di reagenti già essiccati). Si tratta di vasi di vetro, ben chiusi, sul fondo dei quali si trova una sostanza altamente igroscopica (2). Il suo compito è assorbire l'umidità dal composto essiccato e mantenere bassa l'umidità all'interno dell'essiccatore.

Esempi di essiccanti: sali anidri di CaCl.₂ Io MgSO₄, ossidi di fosforo (V) P₄O₁₀ e calcio CaO e gel di silice (gel di silice). Queste ultime le troverete anche sotto forma di bustine essiccanti inserite negli imballaggi industriali e alimentari (3).

3. Gel di silicone per proteggere dall'umidità i prodotti alimentari e industriali.

Molti deumidificatori possono essere rigenerati se assorbono troppa acqua: basta riscaldarli.

C'è anche contaminazione chimica. acqua in bottiglia. Penetra nei cristalli durante la loro rapida crescita e crea spazi pieni della soluzione da cui si è formato il cristallo, circondati da un solido. Puoi eliminare le bolle di liquido nel cristallo sciogliendo il composto e ricristallizzandolo, ma questa volta in condizioni che rallentano la crescita del cristallo. Quindi le molecole si stabiliranno "ordinatamente" nel reticolo cristallino, senza lasciare spazi vuoti.

acqua nascosta

In alcuni composti l'acqua esiste in forma latente, ma il chimico è in grado di estrarla da essi. Si può presumere che rilascerai acqua da qualsiasi composto ossigeno-idrogeno nelle giuste condizioni. Gli farai cedere acqua per riscaldamento o per azione di un'altra sostanza che assorbe fortemente l'acqua. Acqua in una tale relazione acqua costituzionale. Prova entrambi i metodi di disidratazione chimica.

4. Il vapore acqueo condensa nella provetta quando le sostanze chimiche vengono disidratate.

Versare un po' di bicarbonato di sodio nella provetta, ad es. bicarbonato di sodio NaHCO.₃. Puoi acquistarlo al supermercato e viene utilizzato in cucina, ad esempio. come agente lievitante per la panificazione (ma ha anche molti altri usi).

Posizionare la provetta nella fiamma del bruciatore con un angolo di circa 45° con l'apertura di uscita rivolta verso di sé. Questo è uno dei principi dell'igiene e della sicurezza del laboratorio: è così che ti proteggi in caso di rilascio improvviso di una sostanza riscaldata da una provetta.

Il riscaldamento non è necessariamente forte, la reazione inizierà a 60°C (è sufficiente un bruciatore ad alcool denaturato o anche una candela). Tieni d'occhio la parte superiore della nave. Se il tubo è abbastanza lungo, all'uscita (4) inizieranno a raccogliersi gocce di liquido. Se non li vedi, posiziona un vetro d'orologio freddo sopra l'uscita della provetta - il vapore acqueo rilasciato durante la decomposizione del bicarbonato di sodio si condensa su di esso (il simbolo D sopra la freccia indica il riscaldamento della sostanza):

5. Il tubo nero esce dal vetro.

Il secondo prodotto gassoso, l'anidride carbonica, può essere rilevato utilizzando acqua di calce, cioè soluzione satura idrossido di calcio Sa (ON)₂. La sua torbidità causata dalla precipitazione del carbonato di calcio è indicativa della presenza di CO₂. È sufficiente prelevare una goccia della soluzione su una baguette e posizionarla all'estremità della provetta. Se non hai idrossido di calcio, prepara l'acqua di calce aggiungendo una soluzione di NaOH a qualsiasi soluzione di sale di calcio solubile in acqua.

Nel prossimo esperimento, utilizzerai il prossimo reagente da cucina: zucchero normale, cioè saccarosio C.₁₂H2₂O₁₁. Avrai anche bisogno di una soluzione concentrata di acido solforico H₂SO₄.

Ti ricordo immediatamente le regole per lavorare con questo pericoloso reagente: sono necessari guanti e occhiali di gomma e l'esperimento viene eseguito su un vassoio di plastica o un involucro di plastica.

Versare lo zucchero in un bicchierino della metà di quanto il recipiente è riempito. Ora versa una soluzione di acido solforico in una quantità pari alla metà dello zucchero versato. Mescolare il contenuto con una bacchetta di vetro in modo che l'acido sia distribuito uniformemente su tutto il volume. Non succede nulla per un po', ma all'improvviso lo zucchero inizia a scurirsi, poi diventa nero e infine inizia a "lasciare" il recipiente.

Una massa nera e porosa, che non assomiglia più allo zucchero bianco, striscia fuori dal vetro come un serpente dal cesto di un fachiro. Il tutto si riscalda, sono visibili nuvole di vapore acqueo e si sente persino un sibilo (anche questo è vapore acqueo che fuoriesce dalle fessure).

L'esperienza è attraente, dalla categoria dei cosiddetti. tubi chimici (5). L'igroscopicità di una soluzione concentrata di H è responsabile degli effetti osservati.₂SO₄. È così grande che l'acqua entra nella soluzione da altre sostanze, in questo caso saccarosio:

I residui della disidratazione dello zucchero sono saturi di vapore acqueo (ricorda che quando si mescola H₂SO₄ con l'acqua viene rilasciato molto calore), che provoca un aumento significativo del loro volume e l'effetto di sollevare la massa dal vetro.

Intrappolato in un cristallo

6. Riscaldamento del solfato di rame cristallino (II) in una provetta. È visibile una parziale disidratazione del composto.

E un altro tipo di acqua contenuta nelle sostanze chimiche. Questa volta appare esplicitamente (a differenza dell'acqua costituzionale), e la sua quantità è rigorosamente definita (e non arbitraria, come nel caso dell'acqua igroscopica). Questo acqua di cristallizzazioneciò che dà colore ai cristalli - una volta rimossi, si disintegrano in una polvere amorfa (che vedrai sperimentalmente, come si addice a un chimico).

Fai scorta di cristalli blu di solfato di rame (II) idrato CuSO₄× 5ч₂Oh, uno dei reagenti da laboratorio più popolari. Versare una piccola quantità di piccoli cristalli in una provetta o in un evaporatore (meglio il secondo metodo, ma nel caso di una piccola quantità di composto si può usare anche una provetta; ne parleremo più in un mese). Iniziare a scaldare delicatamente sulla fiamma del bruciatore (basta una lampada ad alcool denaturato).

Scuotere spesso il tubo lontano da te o mescolare la baguette nell'evaporatore posto nell'impugnatura del treppiede (non sporgersi sopra la vetreria). Con l'aumento della temperatura, il colore del sale inizia a sbiadire, fino a diventare quasi bianco. In questo caso, gocce di liquido si accumulano nella parte superiore della provetta. Questa è l'acqua rimossa dai cristalli di sale (riscaldandoli in un evaporatore si rivelerà l'acqua posizionando un vetro d'orologio freddo sopra il recipiente), che nel frattempo si è disintegrata in polvere (6). La disidratazione del composto avviene in fasi:

Un ulteriore aumento della temperatura oltre i 650°C provoca la decomposizione del sale anidro. Polvere bianca CuSO anidra₄ conservare in un contenitore ben avvitato (è possibile inserire un sacchetto che assorbe l'umidità).

Potresti chiedere: come facciamo a sapere che la disidratazione si verifica come descritto dalle equazioni? O perché le relazioni seguono questo schema? Lavorerai per determinare la quantità di acqua in questo sale il prossimo mese, ora risponderò alla prima domanda. Viene chiamato il metodo con cui possiamo osservare la variazione della massa di una sostanza all'aumentare della temperatura analisi termogravimetrica. La sostanza in esame viene posta su un pallet, la cosiddetta bilancia termica, e riscaldata, leggendo le variazioni di peso.

Naturalmente oggi le termobilance registrano i dati stessi, tracciando contemporaneamente il grafico corrispondente (7). La forma della curva del grafico mostra a quale temperatura accade "qualcosa", ad esempio una sostanza volatile viene rilasciata dal composto (perdita di peso) o si combina con un gas nell'aria (quindi la massa aumenta). La variazione di massa consente di determinare cosa e in quale quantità è diminuito o aumentato.

7. Grafico della curva termogravimetrica del solfato di rame(II) cristallino.

CuSO idrato₄ ha quasi lo stesso colore della sua soluzione acquosa. Questa non è una coincidenza. Ione Cu in soluzione₂+ è circondato da sei molecole d'acqua, e nel cristallo - da quattro, che giacciono agli angoli del quadrato, il cui centro è. Sopra e sotto lo ione metallico ci sono gli anioni solfato, ciascuno dei quali "serve" due cationi adiacenti (quindi la stechiometria è corretta). Ma dov'è la quinta molecola d'acqua? Si trova tra uno degli ioni solfato e una molecola d'acqua in una cintura che circonda lo ione rame (II).

E ancora, il lettore curioso chiederà: come fai a saperlo? Questa volta da immagini di cristalli ottenute irradiandoli con raggi X. Tuttavia, spiegare perché un composto anidro è bianco e un composto idratato è blu è una chimica avanzata. È tempo che lei studi.

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