Relació humida - part 1

Els compostos inorgànics no solen estar associats a la humitat, mentre que els orgànics ho són a la inversa. Al cap i a la fi, les primeres són roques seques, i les darreres provenen d'organismes vius aquàtics. Tanmateix, les associacions generalitzades tenen poc a veure amb la realitat. En aquest cas, és similar: l'aigua es pot esprémer de les pedres i els compostos orgànics poden estar molt secs.

L'aigua és una substància omnipresent a la Terra, i no és estrany que també es pugui trobar en altres compostos químics. De vegades està dèbilment connectat amb ells, tancat dins d'ells, es manifesta en forma latent o construeix obertament una estructura de cristalls.

El primer és el primer. Al principi…

…humitat

Molts compostos químics tendeixen a absorbir aigua del seu entorn, per exemple, la coneguda sal de taula, que sovint s'agrupa a l'atmosfera humida i vaporosa de la cuina. Aquestes substàncies són higroscòpiques i la humitat que provoquen aigua higroscòpica. Tanmateix, la sal de taula requereix una humitat relativa prou alta (vegeu el quadre: Quanta aigua hi ha a l'aire?) per unir el vapor d'aigua. Mentrestant, al desert hi ha substàncies que poden absorbir l'aigua del medi.

Quanta aigua hi ha a l'aire?

Humitat absoluta és la quantitat de vapor d'aigua continguda en una unitat de volum d'aire a una temperatura determinada. Per exemple, a 0°С en 1 m³ A l'aire hi pot haver un màxim (perquè no hi hagi condensació) d'uns 5 g d'aigua, a 20 ° C - uns 17 g d'aigua i a 40 ° C - més de 50 g. En una cuina calenta o bany, per tant, està força humit.

Humitat relativa és la relació entre la quantitat de vapor d'aigua per unitat de volum d'aire i la quantitat màxima a una temperatura determinada (expressada com a percentatge).

El següent experiment requerirà NaOH de sodi o hidròxid de potassi KOH. Col·loqueu una tauleta composta (tal com es venen) sobre un vidre de rellotge i deixeu-la a l'aire una estona. Aviat notareu que la pastilla comença a cobrir-se amb gotes de líquid, i després es va estendre. Aquest és l'efecte de la higroscopicitat de NaOH o KOH. En col·locar les mostres en diferents estances de la casa, es pot comparar la humitat relativa d'aquests llocs (1).

1. Precipitació de NaOH sobre un vidre de rellotge (esquerra) i el mateix precipitat després d'unes hores a l'aire (dreta).

2. Dessecador de laboratori amb gel de silicona (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Els químics, i no només ells, resolen el problema del contingut d'humitat d'una substància. Aigua higroscòpica és una contaminació desagradable per un compost químic, i el seu contingut, a més, és inestable. Aquest fet fa difícil pesar la quantitat de reactiu necessària per a la reacció. La solució, per descomptat, és assecar la substància. A escala industrial, això passa a les cambres escalfades, és a dir, en una versió ampliada d'un forn domèstic.

Als laboratoris, a més dels assecadors elèctrics (de nou, forns), eksicant (també per a l'emmagatzematge de reactius ja secs). Són recipients de vidre, ben tancats, al fons dels quals hi ha una substància altament higroscòpica (2). La seva funció és absorbir la humitat del compost sec i mantenir baixa la humitat dins del dessecador.

Exemples de dessecants: Sals de CaCl anhidre.₂ Jo MgSO₄, òxids de fòsfor (V) P₄O₁₀ i calci CaO i gel de sílice (gel de sílice). Aquests últims també els trobareu en forma de sobres dessecants col·locats en envasos industrials i alimentaris (3).

3. Gel de silicona per protegir els aliments i els productes industrials de la humitat.

Molts deshumidificadors es poden regenerar si absorbeixen massa aigua; només cal escalfar-los.

També hi ha contaminació química. aigua embotellada. Penetra en els cristalls durant el seu ràpid creixement i crea espais plens de la solució a partir de la qual es va formar el cristall, envoltats d'un sòlid. Podeu desfer-vos de les bombolles líquides del cristall dissolent el compost i recristal·litzant-lo, però aquesta vegada en condicions que frenin el creixement del cristall. Aleshores, les molècules s'instal·laran "cuidadament" a la xarxa cristal·lina, sense deixar buits.

aigua amagada

En alguns compostos, l'aigua existeix en forma latent, però el químic és capaç d'extreure'n. Es pot suposar que alliberaràs aigua de qualsevol compost d'oxigen-hidrogen en les condicions adequades. Fareu que renunciï a l'aigua per escalfament o per l'acció d'una altra substància que absorbeixi fortament l'aigua. L'aigua en aquesta relació aigua constitucional. Proveu ambdós mètodes de deshidratació química.

4. El vapor d'aigua es condensa a la proveta quan es deshidraten els productes químics.

Aboqueu una mica de bicarbonat de sodi al tub d'assaig, és a dir. bicarbonat de sodi NaHCO.₃. El pots aconseguir a la botiga de queviures i s'utilitza a la cuina, per exemple. com a agent de llevat per a la cocció (però també té molts altres usos).

Col·loqueu el tub d'assaig a la flama del cremador en un angle d'aproximadament 45° amb l'obertura de sortida cap a vosaltres. Aquest és un dels principis d'higiene i seguretat del laboratori: així és com us protegiu en cas d'alliberament sobtat d'una substància escalfada d'un tub d'assaig.

L'escalfament no és necessàriament fort, la reacció començarà a 60 ° C (n'hi ha prou amb un cremador d'alcohol metilat o fins i tot amb una espelma). Vigileu la part superior del vaixell. Si el tub és prou llarg, es començaran a recollir gotes de líquid a la sortida (4). Si no els veieu, col·loqueu un vidre de rellotge fred sobre la sortida del tub d'assaig: el vapor d'aigua alliberat durant la descomposició del bicarbonat de sodi s'hi condensa (el símbol D a sobre de la fletxa indica l'escalfament de la substància):

5. La mànega negra surt del vidre.

El segon producte gasós, el diòxid de carboni, es pot detectar amb aigua de calç, és a dir. solució saturada hidròxid de calci Sa (ON)₂. La seva terbolesa causada per la precipitació de carbonat de calci és indicativa de la presència de CO₂. N'hi ha prou amb agafar una gota de la solució sobre una baguette i col·locar-la a l'extrem del tub d'assaig. Si no teniu hidròxid de calci, feu aigua de calç afegint una solució de NaOH a qualsevol solució de sal de calci soluble en aigua.

En el següent experiment, utilitzareu el següent reactiu de cuina: sucre normal, és a dir, sacarosa C.₁₂H2₂O₁₁. També necessitareu una solució concentrada d'àcid sulfúric H₂SO₄.

De seguida us recordo les regles per treballar amb aquest perillós reactiu: calen guants i ulleres de goma i l'experiment es realitza en una safata de plàstic o embolcall de plàstic.

Aboqueu sucre en un got petit la meitat del que s'omple el recipient. Ara aboqueu una solució d'àcid sulfúric en una quantitat igual a la meitat del sucre abocat. Remeneu el contingut amb una vareta de vidre perquè l'àcid es distribueixi uniformement per tot el volum. No passa res durant un temps, però de sobte el sucre comença a enfosquir-se, després es torna negre i finalment comença a "abandonar" el recipient.

Una massa negra porosa, que ja no sembla sucre blanc, s'arrossegueix del got com una serp d'un cistell de faquirs. Tot s'escalfa, es veuen núvols de vapor d'aigua i fins i tot s'escolta un xiulet (això també és vapor d'aigua que s'escapa de les esquerdes).

L'experiència és atractiva, de la categoria de l'anomenada. mànegues químiques (5). La higroscopicitat d'una solució concentrada d'H és responsable dels efectes observats.₂SO₄. És tan gran que l'aigua entra a la solució d'altres substàncies, en aquest cas la sacarosa:

Els residus de la deshidratació del sucre estan saturats amb vapor d'aigua (recordeu que en barrejar H₂SO₄ s'allibera molta calor amb l'aigua), la qual cosa provoca un augment significatiu del seu volum i l'efecte d'aixecar la massa del vidre.

Atrapat en un cristall

6. Escalfament de sulfat de coure cristal·lí (II) en una proveta. La deshidratació parcial del compost és visible.

I un altre tipus d'aigua continguda en productes químics. Aquesta vegada apareix explícitament (a diferència de l'aigua constitucional), i la seva quantitat està estrictament definida (i no arbitrària, com en el cas de l'aigua higroscòpica). Això aigua de cristal·litzacióel que dóna color als cristalls: quan es treuen, es desintegren en una pols amorfa (que veureu experimentalment, com li correspon a un químic).

Aprovisionar-se de cristalls blaus de sulfat de coure (II) hidratat CuSO₄× 5ч₂Oh, un dels reactius de laboratori més populars. Aboqui una petita quantitat de cristalls petits en un tub d'assaig o evaporador (el segon mètode és millor, però en el cas d'una petita quantitat del compost, també es pot utilitzar un tub d'assaig; més sobre això en un mes). Comenceu a escalfar suaument sobre la flama del cremador (n'hi haurà prou amb una làmpada d'alcohol desnaturalitzat).

Agiteu el tub amb freqüència lluny de vosaltres, o remeneu la baguette a l'evaporador col·locat a la nansa del trípode (no us inclineu sobre la cristalleria). A mesura que augmenta la temperatura, el color de la sal comença a esvair-se, fins que finalment es torna gairebé blanca. En aquest cas, gotes de líquid s'acumulen a la part superior del tub d'assaig. Es tracta de l'aigua que s'elimina dels cristalls de sal (escalfar-los en un evaporador revelarà l'aigua col·locant un vidre de rellotge fred sobre el recipient), que mentrestant s'ha desintegrat en una pols (6). La deshidratació del compost es produeix en etapes:

Un nou augment de la temperatura per sobre dels 650 °C provoca la descomposició de la sal anhidra. CuSO anhidre en pols blanca₄ emmagatzemar en un recipient ben cargolat (hi pots posar una bossa que absorbeix la humitat).

Podeu preguntar-vos: com sabem que la deshidratació es produeix tal com descriuen les equacions? O per què les relacions segueixen aquest patró? Treballareu per determinar la quantitat d'aigua d'aquesta sal el mes vinent, ara respondré a la primera pregunta. S'anomena el mètode pel qual podem observar el canvi de massa d'una substància amb l'augment de la temperatura anàlisi termogravimètrica. La substància de prova es col·loca sobre un palet, l'anomenat balanç tèrmic, i s'escalfa, llegint els canvis de pes.

Per descomptat, avui les termobalances registren les mateixes dades, alhora que dibuixen el gràfic corresponent (7). La forma de la corba del gràfic mostra a quina temperatura passa "alguna cosa", per exemple, una substància volàtil s'allibera del compost (pèrdua de pes) o es combina amb un gas a l'aire (llavors augmenta la massa). El canvi de massa permet determinar què i en quina quantitat ha disminuït o augmentat.

7. Gràfic de la corba termogravimètrica del sulfat de coure(II) cristal·lí.

CuSO hidratat₄ té gairebé el mateix color que la seva solució aquosa. Això no és una casualitat. Ió Cu en solució₂+ està envoltat per sis molècules d'aigua, i al cristall - per quatre, situat a les cantonades del quadrat, del qual és el centre. Per sobre i per sota de l'ió metàl·lic hi ha anions sulfat, cadascun dels quals "serven" dos cations veïns (per tant, l'estequiometria és correcta). Però on és la cinquena molècula d'aigua? Es troba entre un dels ions sulfat i una molècula d'aigua en un cinturó que envolta l'ió coure (II).

I de nou, el lector curiós preguntarà: com ho saps? Aquesta vegada a partir d'imatges de cristalls obtingudes irradiant-los amb raigs X. Tanmateix, explicar per què un compost anhidre és blanc i un compost hidratat és blau és una química avançada. És hora que ella estudiï.

Vegeu també: