Ылғалды қарым-қатынас - 1 бөлім

Бейорганикалық қосылыстар әдетте ылғалмен байланысты емес, ал органикалық қосылыстар керісінше. Өйткені, біріншісі құрғақ тау жыныстары, ал екіншісі судағы тірі ағзалардан шыққан. Дегенмен, кең таралған бірлестіктердің шындыққа қатысы жоқ. Бұл жағдайда бұл ұқсас: суды тастардан сығып алуға болады, ал органикалық қосылыстар өте құрғақ болуы мүмкін.

Су - жер бетіндегі барлық жерде кездесетін зат және оның басқа химиялық қосылыстарда да болуы ғажап емес. Кейде олармен әлсіз байланысып, олардың ішінде қоршалған, жасырын түрде көрінеді немесе кристалдардың құрылымын ашық түрде салады.

Бірінші заттар бірінші. Басында…

… Ылғалдылық

Көптеген химиялық қосылыстар қоршаған ортадан суды сіңіруге бейім - мысалы, ас үйдің бу және ылғалды атмосферасында жиі жиналатын белгілі ас тұзы. Мұндай заттар гигроскопиялық және олар тудыратын ылғал гигроскопиялық су. Дегенмен, ас тұзы су буын байланыстыру үшін жеткілікті жоғары салыстырмалы ылғалдылықты қажет етеді (қорапты қараңыз: Ауада қанша су бар?). Ал, шөл далада қоршаған ортадан суды сіңіре алатын заттар бар.

Ауада қанша су бар?

Абсолютті ылғалдылық берілген температурада ауаның бірлік көлеміндегі су буының мөлшері. Мысалы, 0°С температурада 1 м³ Ауада максимум (конденсация болмас үшін) шамамен 5 г су, 20 ° C температурада - шамамен 17 г су және 40 ° C температурада - 50 г артық болуы мүмкін. Жылы ас үйде немесе жуынатын бөлме, сондықтан бұл өте ылғалды.

Салыстырмалы ылғалдылық ауа көлемінің бірлігіне келетін су буының мөлшерінің берілген температурадағы максималды мөлшерге қатынасы (пайызбен көрсетілген).

Келесі тәжірибе үшін натрий NaOH немесе калий гидроксиді KOH қажет болады. Құрама таблетканы (сатылады) сағат әйнегіне қойып, ауада біраз уақыт қалдырыңыз. Көп ұзамай сіз пастилканың сұйықтық тамшыларымен жабыла бастайтынын байқайсыз, содан кейін таралады. Бұл NaOH немесе KOH гигроскопиялық әсері. Үлгілерді үйдің әртүрлі бөлмелеріне орналастыру арқылы осы орындардың салыстырмалы ылғалдылығын салыстыруға болады (1).

1. Сағат шынысындағы NaOH тұнбасы (сол жақта) және ауада бірнеше сағаттан кейін бірдей тұнба (оң жақта).

2. Силикон гелі бар зертханалық эксикатор (фото: Wikimedia/Hgrobe)

Заттың ылғалдылығы мәселесін олар ғана емес, химиктер шешеді. Гигроскопиялық су бұл химиялық қосылыспен жағымсыз ластану және оның мазмұны, сонымен қатар, тұрақсыз. Бұл факт реакцияға қажетті реагент мөлшерін өлшеуді қиындатады. Шешім, әрине, затты кептіру болып табылады. Өнеркәсіптік ауқымда бұл қыздырылған камераларда, яғни үй пешінің үлкейтілген нұсқасында орын алады.

Зертханаларда электр кептіргіштерінен басқа (тағы да пештер), эксикаторлық (сонымен бірге кептірілген реагенттерді сақтауға арналған). Бұл шыны ыдыстар, тығыз жабылған, түбінде жоғары гигроскопиялық зат бар (2). Оның міндеті кептірілген қосылыстағы ылғалды сіңіру және эксикатордың ішіндегі ылғалдылықты төмен деңгейде ұстау.

Кептіргіштердің мысалдары: Сусыз CaCl тұздары.₂ Мен MgSO₄, фосфор (V) оксидтері Р₄O₁₀ және кальций СаО және силикагель (силикагель). Сондай-ақ, соңғысын өнеркәсіптік және азық-түлік қаптамасына салынған кептіргіш пакеттер түрінде таба аласыз (3).

3. Азық-түлік және өнеркәсіп өнімдерін ылғалдан қорғауға арналған силикон гелі.

Көптеген ылғалдандырғыштар тым көп суды сіңірсе, оларды қалпына келтіруге болады - оларды жылыту жеткілікті.

Сондай-ақ химиялық ластану бар. бөтелкедегі су. Ол кристалдарға олардың жылдам өсуі кезінде еніп, қатты затпен қоршалған кристал түзілген ерітіндімен толтырылған кеңістіктер жасайды. Кристаллдағы сұйық көпіршіктерден қосылысты ерітіп, қайта кристалдану арқылы құтылуға болады, бірақ бұл жолы кристалдың өсуін баяулататын жағдайларда. Содан кейін молекулалар бос орындар қалдырмай, кристалдық торға «ұқыпты» орналасады.

жасырын су

Кейбір қосылыстарда су жасырын түрде болады, бірақ химик оны олардан шығара алады. Тиісті жағдайларда кез келген оттегі-сутегі қосылысынан суды босатады деп болжауға болады. Сіз оны қыздыру арқылы немесе суды қатты сіңіретін басқа заттың әсерінен судан бас тартасыз. Мұндай қарым-қатынаста су конституциялық су. Химиялық сусыздандырудың екі әдісін де қолданып көріңіз.

4. Химиялық заттарды сусыздандыру кезінде пробиркада су буы конденсацияланады.

Пробиркаға аздап ас содасын құйыңыз, яғни. натрий гидрокарбонаты NaHCO.₃. Сіз оны азық-түлік дүкенінен ала аласыз және ол, мысалы, ас үйде қолданылады. пісіруге арналған қопсытқыш ретінде (бірақ басқа да көптеген қолданулары бар).

Пробирканы оттық жалынына шамамен 45° бұрыш жасап, шығатын тесігі өзіңізге қаратып қойыңыз. Бұл зертханалық гигиена және қауіпсіздік қағидаларының бірі – пробиркадан қызған зат кенеттен шыққан жағдайда өзіңізді осылай қорғайсыз.

Жылыту міндетті түрде күшті емес, реакция 60 ° C температурада басталады (метилді спиртті қыздырғыш немесе тіпті шам жеткілікті). Ыдыстың жоғарғы жағын қадағалаңыз. Түтік жеткілікті ұзын болса, сұйықтықтың тамшылары розеткаға (4) жинала бастайды. Егер сіз оларды көрмесеңіз, пробирканың шығатын жеріне суық сағат шынысын қойыңыз – онда ас содасының ыдырауы кезінде бөлінетін су буы конденсацияланады (көрсеткі үстіндегі D белгісі заттың қызғанын білдіреді):

5. Кеседен қара түтік шығады.

Екінші газ тәріздес өнім көмірқышқыл газын әк суының көмегімен анықтауға болады, яғни. қаныққан ерітінді кальций гидроксиді Sa (ҚОСУ)₂. Кальций карбонатының тұндыруынан туындаған оның бұлыңғырлығы СО бар екенін көрсетеді.₂. Багетаға ерітіндінің бір тамшысын алып, пробирканың ұшына қою жеткілікті. Егер сізде кальций гидроксиді болмаса, кез келген суда еритін кальций тұзының ерітіндісіне NaOH ерітіндісін қосу арқылы әк суын жасаңыз.

Келесі тәжірибеде сіз келесі асханалық реактивті - кәдімгі қантты, яғни сахарозаны С пайдаланасыз.₁₂H2₂O₁₁. Сондай-ақ H күкірт қышқылының концентрлі ерітіндісі қажет₂SO₄.

Мен сізге осы қауіпті реагентпен жұмыс істеу ережелерін бірден еске саламын: резеңке қолғап пен көзілдірік қажет, ал тәжірибе пластикалық науада немесе пластик қаптамада жүзеге асырылады.

Кішкене стаканға қантты ыдыс толтырылғанның жартысына тең етіп құйыңыз. Енді күкірт қышқылының ерітіндісіне құйылған қанттың жартысына тең мөлшерде құйыңыз. Қышқылдың бүкіл көлемге біркелкі таралуы үшін мазмұнын шыны таяқшамен араластырыңыз. Біраз уақыттан кейін ештеңе болмайды, бірақ кенеттен қант қараңғылана бастайды, содан кейін қара түске айналады, ақырында ыдысты «кете» бастайды.

Шыныдан ақ қантқа ұқсамайтын кеуекті қара масса факирлер қоржынынан жыландай жорғалап шығады. Барлығы жылынып, су буының бұлттары көрінеді, тіпті ысқырықты да естіледі (бұл да жарықтардан шыққан су буы).

Тәжірибе тартымды, деп аталатын санаттан. химиялық түтіктер (5). Н концентрлі ерітіндісінің гигроскопиялық қасиеті байқалатын әсерлерге жауап береді.₂SO₄. Оның үлкендігі сонша, су ерітіндіге басқа заттардан түседі, бұл жағдайда сахароза:

Қантты сусыздандырудың қалдықтары су буымен қаныққан (концентрлі Н-ны араластырған кезде есте сақтаңыз).₂SO₄ сумен бірге көп жылу бөлінеді), бұл олардың көлемінің айтарлықтай ұлғаюын және массаны шыныдан көтеру әсерін тудырады.

Кристалға қамалған

6. Пробиркада кристалды мыс сульфатын (II) қыздыру. Қосылыстың ішінара сусыздануы көрінеді.

Және химиялық заттардың құрамындағы судың тағы бір түрі. Бұл жолы ол айқын көрінеді (конституциялық судан айырмашылығы) және оның мөлшері қатаң түрде анықталған (гигроскопиялық судағы сияқты ерікті емес). Бұл кристалдану суыкристалдарға түс беретін нәрсе - олар жойылған кезде аморфты ұнтаққа ыдырайды (сіз оны тәжірибе жүзінде көресіз, химикке лайық).

Гидратталған мыс (II) CuSO сульфатының көк кристалдарына жинақтаңыз₄× 5 сағ₂О, ең танымал зертханалық реактивтердің бірі. Пробиркаға немесе буландырғышқа аз мөлшерде ұсақ кристалдарды құйыңыз (екінші әдіс жақсы, бірақ қосылыс аз болған жағдайда пробирканы да қолдануға болады; бір айда көбірек). Оттық жалынында ақырын қыздыруды бастаңыз (денатуратталған спирт шамы жеткілікті).

Түтікшені жиі сілкіп тастаңыз немесе багетаны штатив тұтқасына қойылған буландырғышқа араластырыңыз (ыдыстардың үстіне еңкеймеңіз). Температура көтерілген сайын тұздың түсі түсе бастайды, ақырында ол ақ түске айналады. Бұл жағдайда сұйықтық тамшылары пробирканың жоғарғы бөлігінде жиналады. Бұл тұз кристалдарынан алынған су (оларды буландырғышта қыздыру ыдыстың үстіне суық сағат шынысын қою арқылы суды ашады), бұл уақытта ұнтаққа (6) ыдырап кетті. Қосылыстың сусыздануы кезеңдерде жүреді:

Температураның 650°С-тан жоғары көтерілуі сусыз тұздың ыдырауын тудырады. Ақ ұнтақ сусыз CuSO₄ тығыз бұралған ыдыста сақтаңыз (оған ылғал сіңіретін қапшық салуға болады).

Сіз мынаны сұрай аласыз: дегидратация теңдеулермен сипатталғандай болатынын қайдан білеміз? Неліктен қарым-қатынастар осы үлгіге сәйкес келеді? Сіз келесі айда осы тұздағы судың мөлшерін анықтайсыз, енді бірінші сұраққа жауап беремін. Температураның жоғарылауымен заттың массасының өзгеруін байқауға болатын әдіс деп аталады термогравиметриялық талдау. Зерттелетін зат термиялық баланс деп аталатын паллетке орналастырылады және салмақтың өзгеруін оқи отырып, қызады.

Әрине, бүгінгі күні термобаланстар мәліметтерді өздері жазады, сонымен бірге сәйкес графикті (7) салады. Графиктің қисық сызығының пішіні қандай температурада «нәрсенің» болатынын көрсетеді, мысалы, қосылыстан ұшқыш зат бөлінеді (салмақ жоғалту) немесе ол ауадағы газбен қосылады (содан кейін масса өседі). Массаның өзгеруі ненің және қандай мөлшерде азайғанын немесе көбейгенін анықтауға мүмкіндік береді.

7. Кристалды мыс(II) сульфатының термогравиметриялық қисығының графигі.

Гидратталған CuSO₄ оның судағы ерітіндісімен бірдей дерлік түсі бар. Бұл кездейсоқтық емес. Ерітіндідегі Cu ионы₂+ алты су молекуласымен қоршалған, ал кристалда - төрт, оның ортасы орналасқан шаршының бұрыштарында жатыр. Металл ионының үстінде және астында сульфат аниондары орналасқан, олардың әрқайсысы екі көршілес катионға «қызмет етеді» (сондықтан стехиометрия дұрыс). Бірақ бесінші су молекуласы қайда? Ол мыс (II) ионын қоршап тұрған белдеудегі сульфат иондарының бірі мен су молекуласының арасында жатыр.

Ізденімпаз оқырман тағы да сұрайды: сіз мұны қайдан білесіз? Бұл жолы рентген сәулелерімен сәулелену арқылы алынған кристалдардың суреттерінен. Дегенмен, неліктен сусыз қосылыстың ақ, ал гидратталған қосылыстың көк болатынын түсіндіру - озық химия. Оның оқу уақыты келді.

Сондай-ақ, қараңыз: