Mối quan hệ ướt át - phần 1

Các hợp chất vô cơ thường không gắn với độ ẩm, trong khi các hợp chất hữu cơ thì ngược lại. Rốt cuộc, đá trước đây là đá khô, và đá sau đến từ các sinh vật sống dưới nước. Tuy nhiên, các hiệp hội rộng rãi ít liên quan đến thực tế. Trong trường hợp này, nó cũng tương tự: nước có thể được ép ra khỏi đá, và các hợp chất hữu cơ có thể rất khô.

Nước là một chất phổ biến trên Trái đất và không có gì ngạc nhiên khi nó cũng có thể được tìm thấy trong các hợp chất hóa học khác. Đôi khi nó được kết nối yếu với chúng, bao bọc bên trong chúng, biểu hiện ở dạng tiềm ẩn hoặc xây dựng một cách công khai cấu trúc tinh thể.

Những điều đầu tiên trước tiên. Lúc bắt đầu…

… Độ ẩm

Nhiều hợp chất hóa học có xu hướng hấp thụ nước từ môi trường của chúng - ví dụ như muối ăn nổi tiếng, thường kết tụ với nhau trong bầu không khí ẩm ướt của nhà bếp. Những chất này có tính hút ẩm và độ ẩm mà chúng gây ra nước hút ẩm. Tuy nhiên, muối ăn yêu cầu độ ẩm tương đối đủ cao (xem hộp: Bao nhiêu nước trong không khí?) Để liên kết hơi nước. Trong khi đó, ở sa mạc có những chất có thể hút nước từ môi trường.

Có bao nhiêu nước trong không khí?

Độ ẩm tuyệt đối là lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích không khí ở nhiệt độ xác định. Ví dụ: ở 0 ° С trong 1 m³ Trong không khí có thể chứa tối đa (để không ngưng tụ) khoảng 5 g nước, ở 20 ° C - khoảng 17 g nước và ở 40 ° C - hơn 50 g. phòng tắm, do đó khá ẩm ướt.

Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa lượng hơi nước trên một đơn vị thể tích không khí với lượng lớn nhất ở nhiệt độ nhất định (tính bằng phần trăm).

Thí nghiệm tiếp theo sẽ yêu cầu natri NaOH hoặc kali hydroxit KOH. Đặt một viên hỗn hợp (vì chúng được bán) lên mặt kính đồng hồ và để trong không khí một lúc. Ngay sau đó, bạn sẽ nhận thấy rằng hình thoi bắt đầu được bao phủ bởi những giọt chất lỏng, và sau đó lan rộng ra. Đây là ảnh hưởng của khả năng hút ẩm của NaOH hoặc KOH. Bằng cách đặt các mẫu trong các phòng khác nhau của ngôi nhà, bạn có thể so sánh độ ẩm tương đối của những nơi này (1).

1. Kết tủa NaOH trên mặt kính đồng hồ (trái) và kết tủa như vậy sau vài giờ để ngoài không khí (phải).

2. Bình hút ẩm trong phòng thí nghiệm bằng gel silicon (ảnh: Wikimedia / Hgrobe)

Các nhà hóa học, và không chỉ họ, giải quyết vấn đề về độ ẩm của một chất. Nước hút ẩm nó là một sự ô nhiễm khó chịu bởi một hợp chất hóa học, và hàm lượng của nó, hơn nữa, không ổn định. Thực tế này gây khó khăn cho việc cân lượng thuốc thử cần thiết cho phản ứng. Tất nhiên, giải pháp là làm khô chất này. Ở quy mô công nghiệp, điều này xảy ra trong các buồng được làm nóng, tức là trong một phiên bản mở rộng của lò nướng gia đình.

Trong các phòng thí nghiệm, ngoài máy sấy điện (một lần nữa, lò nướng), phòng thí nghiệm (cũng để bảo quản thuốc thử đã khô). Đây là những bình thủy tinh, đậy kín, ở đáy có chất hút ẩm cao (2). Công việc của nó là hút ẩm từ hợp chất đã sấy khô và giữ cho độ ẩm bên trong bình hút ẩm ở mức thấp.

Ví dụ về chất làm khô: Muối CaCl khan.₂ Tôi MgSO₄, photpho (V) oxit P₄O₁₀ và canxi CaO và gel silica (silica gel). Bạn cũng sẽ tìm thấy thứ sau ở dạng gói hút ẩm được đặt trong bao bì thực phẩm và công nghiệp (3).

3. Gel silicon để bảo vệ thực phẩm và các sản phẩm công nghiệp khỏi độ ẩm.

Nhiều máy hút ẩm có thể tái sinh nếu chúng hút quá nhiều nước - chỉ cần làm ấm chúng.

Ngoài ra còn có ô nhiễm hóa chất. nước đóng chai. Nó thâm nhập vào các tinh thể trong quá trình phát triển nhanh chóng của chúng và tạo ra các khoảng trống chứa đầy dung dịch mà từ đó tinh thể được hình thành, được bao quanh bởi một chất rắn. Bạn có thể loại bỏ các bong bóng lỏng trong tinh thể bằng cách hòa tan hợp chất và kết tinh lại, nhưng lần này trong các điều kiện làm chậm sự phát triển của tinh thể. Sau đó, các phân tử sẽ "gọn gàng" lắng xuống trong mạng tinh thể, không để lại khoảng trống.

nước ẩn

Trong một số hợp chất, nước tồn tại ở dạng tiềm ẩn, nhưng nhà hóa học có thể chiết xuất từ ​​chúng. Có thể giả định rằng bạn sẽ giải phóng nước từ bất kỳ hợp chất oxy-hydro nào trong điều kiện thích hợp. Bạn sẽ làm cho nó loại bỏ nước bằng cách đun nóng hoặc bằng tác động của một chất khác hút nước mạnh. Nước trong mối quan hệ như vậy nước hiến pháp. Hãy thử cả hai phương pháp khử nước hóa học.

4. Hơi nước ngưng tụ trong ống nghiệm trong quá trình khử nước của hóa chất.

Đổ một ít muối nở vào ống nghiệm, tức là natri bicacbonat NaHCO.₃. Bạn có thể mua nó ở cửa hàng tạp hóa và nó được sử dụng trong nhà bếp chẳng hạn. như một chất tạo men để nướng (nhưng cũng có nhiều công dụng khác).

Đặt ống nghiệm trong ngọn lửa của đèn đốt một góc xấp xỉ 45 ° với lỗ thoát hướng về phía bạn. Đây là một trong những nguyên tắc vệ sinh và an toàn phòng thí nghiệm - đây là cách bạn tự bảo vệ mình trong trường hợp chất nung nóng thoát ra đột ngột từ ống nghiệm.

Đun nóng không nhất thiết phải mạnh, phản ứng sẽ bắt đầu ở 60 ° C (đèn đốt tinh thể metyl hóa hoặc thậm chí một ngọn nến là đủ). Để mắt đến phần trên của tàu. Nếu ống đủ dài, các giọt chất lỏng sẽ bắt đầu đọng lại ở đầu ra (4). Nếu bạn không nhìn thấy chúng, hãy đặt một mặt kính đồng hồ lạnh lên miệng ống nghiệm - hơi nước thoát ra trong quá trình phân hủy muối nở ngưng tụ trên đó (ký hiệu D phía trên mũi tên biểu thị sự nóng lên của chất này):

5. Vòi đen ra khỏi kính.

Sản phẩm khí thứ hai, carbon dioxide, có thể được phát hiện bằng cách sử dụng nước vôi, tức là dung dịch bão hòa canxi hydroxit Sa (BẬT)₂. Độ đục của nó do kết tủa canxi cacbonat là dấu hiệu của sự hiện diện của CO₂. Chỉ cần nhỏ một giọt dung dịch lên bánh mì tròn và đặt lên đầu ống nghiệm là đủ. Nếu không có canxi hiđroxit, hãy tạo nước vôi trong bằng cách cho dung dịch NaOH vào dung dịch muối canxi nào tan trong nước.

Trong thí nghiệm tiếp theo, bạn sẽ sử dụng thuốc thử tiếp theo - đường thông thường, tức là sucrose C.₁₂H2₂O₁₁. Bạn cũng sẽ cần một dung dịch axit sunfuric đặc H₂SO₄.

Tôi ngay lập tức nhắc bạn về các quy tắc làm việc với thuốc thử nguy hiểm này: cần có găng tay cao su và kính bảo hộ, và thí nghiệm được thực hiện trên khay nhựa hoặc bọc nhựa.

Đổ đường vào cốc nhỏ bằng nửa cốc. Bây giờ đổ vào một dung dịch axit sunfuric với một lượng bằng một nửa lượng đường đã đổ. Dùng đũa thủy tinh khuấy đều dung dịch để axit được phân bố đều khắp thể tích. Không có gì xảy ra trong một thời gian, nhưng đột nhiên đường bắt đầu sẫm màu, sau đó chuyển sang màu đen, và cuối cùng bắt đầu "rời khỏi" tàu.

Một khối đen xốp, không còn giống đường trắng, bò ra khỏi ly như một con rắn từ giỏ đồ ăn mặc. Toàn bộ vật thể nóng lên, có thể nhìn thấy những đám mây hơi nước và thậm chí còn nghe thấy tiếng rít (đây cũng là hơi nước thoát ra từ các khe nứt).

Kinh nghiệm là hấp dẫn, từ danh mục của cái gọi là. vòi hóa chất (5). Tính hút ẩm của dung dịch H đậm đặc là nguyên nhân gây ra các hiệu ứng quan sát được.₂SO₄. Nó lớn đến mức nước xâm nhập vào dung dịch từ các chất khác, trong trường hợp này là sucrose:

Phần còn lại của đường khử nước được bão hòa với hơi nước (nhớ rằng khi trộn H đậm đặc₂SO₄ nước toả ra rất nhiều nhiệt) làm cho thể tích của chúng tăng lên đáng kể và có tác dụng nâng khối lượng khỏi thuỷ tinh.

Bị mắc kẹt trong một viên pha lê

6. Đun nóng tinh thể đồng sunfat (II) trong ống nghiệm. Sự mất nước một phần của hợp chất có thể nhìn thấy được.

Và một loại nước khác có chứa hóa chất. Lần này nó xuất hiện một cách rõ ràng (không giống như nước trong hiến pháp), và lượng của nó được xác định nghiêm ngặt (và không tùy tiện, như trong trường hợp nước hút ẩm). Đây nước kết tinhthứ mang lại màu sắc cho các tinh thể - khi bị loại bỏ, chúng sẽ phân hủy thành một loại bột vô định hình (mà bạn sẽ thấy bằng thực nghiệm, giống như trang phục của một nhà hóa học).

Tích trữ các tinh thể màu xanh lam của đồng (II) sunfat CuSO ngậm nước₄× 5 giờ₂Ồ, một trong những loại thuốc thử phổ biến nhất trong phòng thí nghiệm. Đổ một lượng nhỏ các tinh thể nhỏ vào ống nghiệm hoặc thiết bị bay hơi (phương pháp thứ hai tốt hơn, nhưng trong trường hợp một lượng nhỏ hợp chất, cũng có thể sử dụng ống nghiệm; có thể sử dụng nhiều hơn trong một tháng). Bắt đầu đun nhẹ trên ngọn lửa đốt (đèn cồn biến tính là đủ).

Thường xuyên lắc ống ra xa bạn, hoặc khuấy bánh mì baguette trong thiết bị bay hơi được đặt trong tay cầm ba chân (không cúi xuống đĩa). Khi nhiệt độ tăng lên, màu của muối bắt đầu nhạt dần, cho đến cuối cùng nó trở nên gần như trắng. Trong trường hợp này, các giọt chất lỏng đọng lại ở phần trên của ống nghiệm. Đây là nước được loại bỏ khỏi các tinh thể muối (đun nóng chúng trong một thiết bị bay hơi sẽ làm lộ ra nước bằng cách đặt một mặt kính đồng hồ lạnh lên trên bình), trong khi đó đã phân rã thành bột (6). Sự khử nước của hợp chất xảy ra theo các giai đoạn:

Nhiệt độ tăng thêm trên 650 ° C làm cho muối khan bị phân hủy. CuSO dạng bột khan màu trắng₄ bảo quản trong hộp có nắp vặn chặt (có thể cho túi hút ẩm vào).

Bạn có thể hỏi: làm thế nào chúng ta biết rằng sự mất nước xảy ra như được mô tả trong các phương trình? Hay tại sao các mối quan hệ lại theo khuôn mẫu này? Bạn sẽ làm việc để xác định lượng nước trong muối này vào tháng tới, bây giờ tôi sẽ trả lời câu hỏi đầu tiên. Phương pháp mà chúng ta có thể quan sát sự thay đổi khối lượng của một chất khi nhiệt độ tăng được gọi là phân tích nhiệt trọng lượng. Chất thử được đặt trên một pallet, được gọi là cân bằng nhiệt, và được nung nóng, đọc sự thay đổi trọng lượng.

Tất nhiên, các cân bằng nhiệt ngày nay tự ghi lại số liệu, đồng thời vẽ biểu đồ tương ứng (7). Hình dạng của đường cong của đồ thị cho thấy "điều gì đó" xảy ra ở nhiệt độ nào, ví dụ, một chất bay hơi được giải phóng khỏi hợp chất (giảm trọng lượng) hoặc nó kết hợp với một chất khí trong không khí (sau đó khối lượng tăng lên). Sự thay đổi về khối lượng cho phép bạn xác định những gì và số lượng đã giảm hoặc tăng lên.

7. Đồ thị đường cong nhiệt trọng lượng của đồng (II) sunfat kết tinh.

CuSO ngậm nước₄ nó có màu gần như giống với dung dịch nước của nó. Đây không phải là một trùng hợp ngẫu nhiên. Ion Cu trong dung dịch₂+ được bao quanh bởi sáu phân tử nước, và trong tinh thể - bởi bốn phân tử nằm ở các góc của hình vuông, tâm của nó. Trên và dưới ion kim loại là các anion sunfat, mỗi anion "phục vụ" hai cation liền kề (vì vậy phép cân bằng hóa học là chính xác). Nhưng đâu là phân tử nước thứ năm? Nó nằm giữa một trong các ion sunfat và một phân tử nước trong một vành đai bao quanh ion đồng (II).

Và một lần nữa, độc giả tò mò sẽ hỏi: làm sao bạn biết được điều này? Lần này từ hình ảnh của các tinh thể thu được bằng cách chiếu tia X. Tuy nhiên, giải thích tại sao một hợp chất khan có màu trắng và một hợp chất ngậm nước có màu xanh lam là hóa học nâng cao. Đã đến lúc cô ấy phải học.

Xem thêm: