სველი ურთიერთობა - ნაწილი 1
არაორგანული ნაერთები ჩვეულებრივ არ ასოცირდება ტენიანობასთან, ხოლო ორგანული ნაერთები პირიქით. ყოველივე ამის შემდეგ, პირველი არის მშრალი ქანები, ხოლო მეორე მოდის წყლის ცოცხალი ორგანიზმებიდან. თუმცა, ფართოდ გავრცელებულ ასოციაციებს არაფერი აქვს საერთო რეალობასთან. ამ შემთხვევაშიც მსგავსია: ქვებიდან წყალი შეიძლება გამოწუროს, ორგანული ნაერთები კი ძალიან მშრალი იყოს.
წყალი დედამიწაზე ყველგან გავრცელებული ნივთიერებაა და გასაკვირი არ არის, რომ ის სხვა ქიმიურ ნაერთებშიც გვხვდება. ზოგჯერ ის სუსტად არის დაკავშირებული მათთან, მათში ჩასმული, ვლინდება ლატენტური ფორმით ან ღიად აშენებს კრისტალების სტრუქტურას.
პირველი რამ ჯერ. Დასაწყისში…
…ტენიანობა
ბევრი ქიმიური ნაერთი, როგორც წესი, შთანთქავს წყალს გარემოდან - მაგალითად, კარგად ცნობილი სუფრის მარილი, რომელიც ხშირად გროვდება სამზარეულოს ორთქლიან და ნოტიო ატმოსფეროში. ასეთი ნივთიერებები ჰიგიროსკოპიულია და მათ გამოწვეულ ტენიანობას ჰიგიროსკოპიული წყალი. თუმცა, სუფრის მარილი მოითხოვს საკმარისად მაღალ ფარდობით ტენიანობას (იხ. ჩარჩო: რამდენი წყალია ჰაერში?) წყლის ორთქლის დასაკავშირებლად. იმავდროულად, უდაბნოში არის ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ წყლის შთანთქმა გარემოდან.
რამდენი წყალია ჰაერში?
აბსოლუტური ტენიანობა არის წყლის ორთქლის რაოდენობა, რომელიც შეიცავს ჰაერის ერთეულ მოცულობას მოცემულ ტემპერატურაზე. მაგალითად, 0°С-ზე 1 მ3 ჰაერში შეიძლება იყოს მაქსიმუმ (ისე, რომ არ მოხდეს კონდენსაცია) დაახლოებით 5 გ წყალი, 20 ° C ტემპერატურაზე - დაახლოებით 17 გ წყალი და 40 ° C - 50 გ-ზე მეტი. თბილ სამზარეულოში ან აბაზანა, ამიტომ საკმაოდ სველია.
ფარდობითი ტენიანობა არის წყლის ორთქლის რაოდენობის თანაფარდობა ჰაერის მოცულობის ერთეულზე მაქსიმალურ რაოდენობასთან მოცემულ ტემპერატურაზე (პროცენტულად გამოხატული).
შემდეგ ექსპერიმენტს დასჭირდება ნატრიუმის NaOH ან კალიუმის ჰიდროქსიდი KOH. ნაერთი ტაბლეტი (როგორც იყიდება) მოათავსეთ საათის მინაზე და დატოვეთ ჰაერში ცოტა ხნით. მალე შეამჩნევთ, რომ პასტილი იწყებს სითხის წვეთებით დაფარვას და შემდეგ გავრცელებას. ეს არის NaOH ან KOH ჰიგიროსკოპული ეფექტი. ნიმუშების სახლის სხვადასხვა ოთახებში განთავსებით შეგიძლიათ შეადაროთ ამ ადგილების ფარდობითი ტენიანობა (1).
1. NaOH-ის ნალექი საათის მინაზე (მარცხნივ) და იგივე ნალექი ჰაერში რამდენიმე საათის შემდეგ (მარჯვნივ).
2. ლაბორატორიული საშრობი სილიკონის გელით (ფოტო: Wikimedia/Hgrobe)
ქიმიკოსები და არა მარტო ისინი წყვეტენ ნივთიერების ტენიანობის პრობლემას. ჰიგიროსკოპიული წყალი ეს არის უსიამოვნო დაბინძურება ქიმიური ნაერთით და მისი შემცველობა, უფრო მეტიც, არასტაბილურია. ეს ფაქტი ართულებს რეაქციისთვის საჭირო რეაგენტის რაოდენობის აწონვას. გამოსავალი, რა თქმა უნდა, ნივთიერების გაშრობაა. სამრეწველო მასშტაბით, ეს ხდება გაცხელებულ კამერებში, ანუ სახლის ღუმელის გაფართოებულ ვერსიაში.
ლაბორატორიებში, ელექტრო საშრობების გარდა (ისევ ღუმელები), ექსიკატორული (ასევე უკვე გამხმარი რეაგენტების შესანახად). ეს არის შუშის ჭურჭელი, მჭიდროდ დახურული, რომლის ფსკერზე არის უაღრესად ჰიგიროსკოპიული ნივთიერება (2). მისი ამოცანაა ტენიანობის შთანთქმა გამხმარი ნაერთებიდან და შეინარჩუნოს ტენიანობა საშრობში დაბალი.
საშრობი საშუალებების მაგალითები: უწყლო CaCl მარილები.2 მე MgSO4, ფოსფორის (V) ოქსიდები P4O10 და კალციუმის CaO და სილიკა გელი (სილიკა გელი). ამ უკანასკნელს ასევე ნახავთ სამრეწველო და სასურსათო შეფუთვაში მოთავსებული საშრობი ჩანთების სახით (3).
3. სილიკონის გელი საკვები და სამრეწველო პროდუქტები ტენიანობისგან დასაცავად.
ბევრი გამაფხვიერებელი შეიძლება იყოს რეგენერირებული, თუ ისინი შთანთქავენ ძალიან ბევრ წყალს - უბრალოდ გაათბეთ ისინი.
ასევე არის ქიმიური დაბინძურება. ბოთლის წყალი. იგი აღწევს კრისტალებში მათი სწრაფი ზრდის დროს და ქმნის ხსნარით სავსე სივრცეებს, საიდანაც წარმოიქმნება კრისტალი, რომელიც გარშემორტყმულია მყარი. თქვენ შეგიძლიათ მოიცილოთ თხევადი ბუშტები კრისტალში ნაერთის გახსნით და მისი ხელახალი კრისტალიზებით, მაგრამ ამჯერად იმ პირობებში, რომელიც ანელებს კრისტალის ზრდას. შემდეგ მოლეკულები "ლამაზად" დასახლდებიან ბროლის გისოსში და არ დატოვებს ხარვეზებს.
დამალული წყალი
ზოგიერთ ნაერთში წყალი არსებობს ლატენტური ფორმით, მაგრამ ქიმიკოსს შეუძლია მისი ამოღება მათგან. შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ თქვენ გამოყოფთ წყალს ნებისმიერი ჟანგბად-წყალბადის ნაერთიდან სწორ პირობებში. თქვენ აიძულებთ მას წყლის დათმობა გაცხელებით ან სხვა ნივთიერების მოქმედებით, რომელიც ძლიერად შთანთქავს წყალს. წყალი ასეთ ურთიერთობაში კონსტიტუციური წყალი. სცადეთ ორივე ქიმიური დეჰიდრატაციის მეთოდი.
4. წყლის ორთქლი კონდენსირდება სინჯარაში ქიმიური ნივთიერებების დეჰიდრატაციისას.
სინჯარაში ჩაასხით ცოტა სოდა, ე.ი. ნატრიუმის ბიკარბონატი NaHCO.3. შეგიძლიათ შეიძინოთ სასურსათო მაღაზიაში და გამოიყენება, მაგალითად, სამზარეულოში. როგორც საცხობი საშუალება (მაგრამ ასევე აქვს მრავალი სხვა გამოყენება).
მოათავსეთ საცდელი მილი სანთურის ცეცხლში დაახლოებით 45°-ის კუთხით, გამოსასვლელი ღიობით თქვენსკენ. ეს არის ლაბორატორიული ჰიგიენისა და უსაფრთხოების ერთ-ერთი პრინციპი – ასე იცავ თავს საცდელ მილიდან გახურებული ნივთიერების უეცარი გამოყოფის შემთხვევაში.
გათბობა სულაც არ არის ძლიერი, რეაქცია დაიწყება 60 ° C ტემპერატურაზე (საკმარისია მეთილირებული სპირტი ან თუნდაც სანთელი). დააკვირდით ჭურჭლის თავზე. თუ მილი საკმარისად გრძელია, სითხის წვეთები დაიწყებს შეგროვებას გამოსასვლელში (4). თუ მათ ვერ ხედავთ, სინჯის მილის გამოსასვლელზე მოათავსეთ ცივი საათის შუშა - მასზე საცხობი სოდას დაშლის დროს გამოთავისუფლებული წყლის ორთქლი კონდენსირდება (სიმბოლო D ისრის ზემოთ მიუთითებს ნივთიერების გაცხელებაზე):
5. ჭიქიდან შავი შლანგი გამოდის.
მეორე აირისებრი პროდუქტის, ნახშირორჟანგის აღმოჩენა შესაძლებელია კირის წყლის გამოყენებით, ე.ი. გაჯერებული ხსნარი კალციუმის ჰიდროქსიდი სა (ჩართვა)2. მისი სიმღვრივე, რომელიც გამოწვეულია კალციუმის კარბონატის ნალექით, მიუთითებს CO-ს არსებობაზე.2. საკმარისია ხსნარის წვეთი აიღოთ ბაგეტზე და მოათავსოთ სინჯარის ბოლოზე. თუ არ გაქვთ კალციუმის ჰიდროქსიდი, გააკეთეთ კირის წყალი წყალში ხსნადი კალციუმის მარილის ნებისმიერ ხსნარში NaOH ხსნარის დამატებით.
შემდეგ ექსპერიმენტში თქვენ გამოიყენებთ შემდეგ სამზარეულოს რეაგენტს - ჩვეულებრივ შაქარს, ანუ საქაროზა C-ს.12H22O11. ასევე დაგჭირდებათ H გოგირდმჟავას კონცენტრირებული ხსნარი2SO4.
დაუყოვნებლივ შეგახსენებთ ამ სახიფათო რეაგენტთან მუშაობის წესებს: საჭიროა რეზინის ხელთათმანები და სათვალეები, ხოლო ექსპერიმენტი ტარდება პლასტმასის უჯრაზე ან პლასტმასის შესაფუთზე.
პატარა ქვაბში ჩაასხით შაქარი იმდენი, რამდენიც ჭურჭელი ივსება. ახლა ჩაასხით გოგირდმჟავას ხსნარში დაასხით შაქრის ნახევარი. შიგთავსი აურიეთ შუშის ჯოხით ისე, რომ მჟავა თანაბრად გადანაწილდეს მთელ მოცულობაში. ცოტა ხნით არაფერი ხდება, მაგრამ უცებ შაქარი იწყებს ჩაბნელებას, შემდეგ შავდება და ბოლოს იწყებს ჭურჭლის „გამოსვლას“.
ფოროვანი შავი მასა, რომელიც აღარ ჰგავს თეთრ შაქარს, ჭიქიდან გველივით ამოდის ფაკირის კალათიდან. ყველაფერი თბება, წყლის ორთქლის ღრუბლები ჩანს და ჩურჩულიც კი ისმის (ეს არის ნაპრალებიდან გამომავალი წყლის ორთქლი).
გამოცდილება მიმზიდველია, კატეგორიიდან ე.წ. ქიმიური შლანგები (5). H-ის კონცენტრირებული ხსნარის ჰიგიროსკოპიულობა პასუხისმგებელია დაკვირვებულ ეფექტებზე.2SO4. ის იმდენად დიდია, რომ წყალი ხსნარში შედის სხვა ნივთიერებებიდან, ამ შემთხვევაში საქაროზადან:
შაქრის დეჰიდრატაციის ნარჩენები გაჯერებულია წყლის ორთქლით (გახსოვდეთ, რომ კონცენტრირებული H-ის შერევისას2SO4 ბევრი სითბო გამოიყოფა წყალთან ერთად), რაც იწვევს მათი მოცულობის მნიშვნელოვან ზრდას და მასის ჭიქიდან აწევის ეფექტს.
კრისტალში ჩაკეტილი
6. კრისტალური სპილენძის სულფატის (II) გათბობა სინჯარაში. ნაერთის ნაწილობრივი დეჰიდრატაცია ჩანს.
და სხვა სახის წყალი, რომელიც შეიცავს ქიმიურ ნივთიერებებს. ამჯერად ის აშკარად ჩანს (კონსტიტუციური წყლისგან განსხვავებით) და მისი რაოდენობა მკაცრად არის განსაზღვრული (და არა თვითნებური, როგორც ჰიგიროსკოპიული წყლის შემთხვევაში). ეს კრისტალიზაციის წყალირა ანიჭებს ფერს კრისტალებს - მოცილებისას ისინი იშლება ამორფულ ფხვნილად (რომელსაც ექსპერიმენტულად ნახავთ, როგორც ქიმიკოსს შეეფერება).
შეინახეთ ჰიდრატირებული სპილენძის(II) სულფატის CuSO ლურჯი კრისტალები4× 5 სთ2ოჰ, ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარული ლაბორატორიული რეაგენტი. ჩაასხით მცირე რაოდენობით პატარა კრისტალები სინჯარაში ან აორთქლებაში (მეორე მეთოდი უკეთესია, მაგრამ ნაერთის მცირე რაოდენობის შემთხვევაში შეიძლება გამოვიყენოთ საცდელი მილი, ამაზე მეტი ერთ თვეში). ნაზად დაიწყეთ გათბობა სანთურის ცეცხლზე (საკმარისია დენატურირებული ალკოჰოლური ნათურა).
ხშირად შეანჯღრიეთ მილი თქვენგან, ან აურიეთ ბაგეტი სამფეხის სახელურში მოთავსებულ აორთქლებაში (არ დაიხაროთ ჭურჭელზე). ტემპერატურის მატებასთან ერთად მარილის ფერი იწყებს ცვენას, სანამ საბოლოოდ არ გახდება თითქმის თეთრი. ამ შემთხვევაში სითხის წვეთები გროვდება სინჯარის ზედა ნაწილში. ეს არის მარილის კრისტალებიდან ამოღებული წყალი (მათი აორთქლებაში გაცხელება გამოავლენს წყალს ჭურჭელზე ცივი საათის მინის დაყენებით), რომელიც ამასობაში ფხვნილად დაიშალა (6). ნაერთის დეჰიდრატაცია ხდება ეტაპად:
650°C-ზე მეტი ტემპერატურის შემდგომი მატება იწვევს უწყლო მარილის დაშლას. თეთრი ფხვნილი უწყლო CuSO4 შეინახეთ მჭიდროდ ხრახნიან ჭურჭელში (შეგიძლიათ ჩადოთ მასში ტენიანობის შემწოვი ტომარა).
შეიძლება იკითხოთ: როგორ ვიცით, რომ დეჰიდრატაცია ხდება განტოლებით აღწერილი? ან რატომ მიჰყვება ურთიერთობები ამ ნიმუშს? ამ მარილში წყლის რაოდენობის დადგენაზე მომავალ თვეში იმუშავებთ, ახლა პირველ კითხვაზე გიპასუხებთ. მეთოდს, რომლითაც შეგვიძლია დავაკვირდეთ ნივთიერების მასის ცვლილებას ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ეწოდება თერმოგრავიმეტრული ანალიზი. საცდელი ნივთიერება მოთავსებულია პლატაზე, ე.წ.
რა თქმა უნდა, დღეს თერმობალანსები თავად იწერენ მონაცემებს, ამავდროულად ასახავს შესაბამის გრაფიკს (7). გრაფიკის მრუდის ფორმა გვიჩვენებს, რომელ ტემპერატურაზე ხდება „რაღაც“, მაგალითად, ნაერთიდან გამოიყოფა აქროლადი ნივთიერება (წონის დაკლება) ან ის უერთდება ჰაერში არსებულ გაზს (შემდეგ მასა იზრდება). მასის ცვლილება საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ რა და რა რაოდენობით შემცირდა ან გაიზარდა.
7. კრისტალური სპილენძის(II) სულფატის თერმოგრავიმეტრული მრუდის გრაფიკი.
ჰიდრატირებული CuSO4 მას აქვს თითქმის იგივე ფერი, როგორც მისი წყალხსნარი. ეს არ არის დამთხვევა. კუ იონი ხსნარში2+ გარშემორტყმულია ექვსი წყლის მოლეკულით, ხოლო კრისტალში - ოთხით, რომელიც მდებარეობს კვადრატის კუთხეებში, რომლის ცენტრიც არის. ლითონის იონის ზემოთ და ქვემოთ არის სულფატური ანიონები, რომელთაგან თითოეული „ემსახურება“ ორ მიმდებარე კატიონს (ასე რომ, სტოქიომეტრია სწორია). მაგრამ სად არის წყლის მეხუთე მოლეკულა? ის დევს ერთ-ერთ სულფატის იონსა და წყლის მოლეკულას შორის სპილენძის (II) იონის გარშემო არსებულ სარტყელში.
და ისევ, ცნობისმოყვარე მკითხველი იკითხავს: საიდან იცით ეს? ამჯერად კრისტალების გამოსახულებებიდან მიღებული მათი რენტგენის დასხივებით. თუმცა, იმის ახსნა, თუ რატომ არის უწყლო ნაერთი თეთრი და ჰიდრატირებული ნაერთი ლურჯი, არის მოწინავე ქიმია. მისი სწავლის დროა.
აგრეთვე იხილე:
