رابطه مرطوب - قسمت 1

ترکیبات معدنی معمولاً با رطوبت مرتبط نیستند، اما ترکیبات آلی برعکس هستند. به هر حال، اولی سنگ های خشک هستند و دومی از موجودات زنده آبزی می آیند. با این حال، تداعی های گسترده ارتباط چندانی با واقعیت ندارند. در این مورد، مشابه است: آب را می توان از سنگ ها فشرده کرد، اما ترکیبات آلی می تواند بسیار خشک باشد.

آب یک ماده در همه جا روی زمین است و جای تعجب نیست که بتوان آن را در سایر ترکیبات شیمیایی یافت. گاهی اوقات با آنها ارتباط ضعیفی دارد، درون آنها محصور می شود، به شکلی پنهان خود را نشان می دهد یا آشکارا ساختار کریستال ها را می سازد.

اول چیزهای مهم. در ابتدا…

…مرطوب

بسیاری از ترکیبات شیمیایی تمایل دارند آب را از محیط جذب کنند - به عنوان مثال، نمک خوراکی معروف، که اغلب در فضای بخار و مرطوب آشپزخانه به هم می چسبد. چنین موادی رطوبتی هستند و رطوبتی که ایجاد می کنند آب هیگروسکوپیک. با این حال، نمک سفره نیاز به رطوبت نسبی کافی دارد (به کادر: چقدر آب در هوا وجود دارد؟) برای اتصال بخار آب نیاز دارد. این در حالی است که در کویر موادی وجود دارد که می تواند آب را از محیط جذب کند.

چقدر آب در هوا وجود دارد؟

رطوبت مطلق این مقدار بخار آب موجود در یک واحد حجم هوا در یک دمای معین است. به عنوان مثال، در دمای 0 درجه سانتیگراد در 1 متر³ حداکثر می تواند حدود 5 گرم آب در هوا وجود داشته باشد (برای جلوگیری از تراکم)، در 20 درجه سانتیگراد - حدود 17 گرم آب، و در دمای 40 درجه سانتیگراد - بیش از 50 گرم. در آشپزخانه یا حمام گرم این مقدار است. بنابراین کاملا مرطوب است.

رطوبت نسبی نشان دهنده نسبت مقدار بخار آب در واحد حجم هوا به حداکثر مقدار در دمای معین (به صورت درصد بیان می شود).

برای آزمایش بعدی به سدیم NaOH یا هیدروکسید پتاسیم KOH نیاز دارید. قرص مرکب را (همانطور که فروخته می شود) روی شیشه ساعت بگذارید و مدتی در هوا بگذارید. به زودی متوجه خواهید شد که پاستیل شروع به پوشاندن قطرات مایع می کند و سپس پخش می شود. این اثر هیگروسکوپی NaOH یا KOH است. با قرار دادن نمونه در اتاق های مختلف خانه، رطوبت نسبی این مکان ها را با هم مقایسه خواهید کرد (1).

1. NaOH بر روی یک شیشه ساعت (سمت چپ) و همان رسوب پس از چند ساعت در هوا (سمت راست).

2. خشک کن آزمایشگاهی با ژل سیلیکون (عکس: Wikimedia/Hgrobe)

شیمیدان ها و نه تنها آنها، مشکل رطوبت یک ماده را حل می کنند. آب هیگروسکوپیک این یک آلودگی ناخوشایند با یک ترکیب شیمیایی است و محتوای آن، علاوه بر این، ثابت نیست. این واقعیت وزن کردن مقدار معرف مورد نیاز برای یک واکنش را دشوار می کند. راه حل البته خشک کردن ماده است. در مقیاس صنعتی، این در اتاق‌های گرم، یعنی یک نسخه بزرگ‌تر از اجاق‌های خانگی رخ می‌دهد.

در آزمایشگاه ها علاوه بر خشک کن های برقی (دوباره کوره ها) استفاده می کنند exykatory (همچنین برای نگهداری معرف های از قبل خشک شده). اینها ظروف شیشه ای هستند که محکم بسته شده اند که در پایین آنها یک ماده بسیار مرطوب کننده وجود دارد (2). وظیفه آن جذب رطوبت از ترکیب خشک شده و حفظ رطوبت کم در داخل دسیکاتور است.

نمونه هایی از عوامل خشک کننده: نمک های کلسیم بی آب.₂ من MgSO₄، اکسید فسفر (V) P₄O₁₀ و کلسیم CaO و سیلیکاژل (سیلیکاژل). شما همچنین می توانید دومی را به صورت کیسه های خشک کن موجود در بسته بندی های صنعتی و مواد غذایی پیدا کنید (3).

3. ژل سیلیکونی برای محافظت از مواد غذایی و محصولات صنعتی در برابر رطوبت.

بسیاری از رطوبت گیرها در صورت جذب آب زیاد قابل بازسازی هستند - فقط کافی است آنها را گرم کنید.

همچنین آلودگی با ترکیبات شیمیایی وجود دارد آب گرفتگی. با رشد سریع کریستال ها به درون آنها نفوذ می کند و فضاهایی پر از محلولی که کریستال از آن تشکیل شده است ایجاد می کند که توسط یک جسم جامد احاطه شده است. شما می توانید با حل کردن ترکیب و تبلور مجدد آن از شر حباب های مایع در یک کریستال خلاص شوید، اما این بار در شرایطی که رشد کریستال را کند می کند. سپس مولکول‌ها به‌طور منظم در شبکه کریستالی قرار می‌گیرند و هیچ شکافی باقی نمی‌گذارند.

آب پنهان

در برخی از ترکیبات، آب به صورت نهفته وجود دارد، اما شیمیدان قادر است آن را از آنها استخراج کند. شما می توانید فرض کنید که در شرایط مناسب آب را از هر ترکیب اکسیژن-هیدروژنی آزاد خواهید کرد. شما آن را با حرارت دادن یا با عمل ماده دیگری که به شدت آب را جذب می کند، مجبور خواهید کرد که آب را آزاد کند. آب در چنین روابطی آب مشروطه. هر دو روش آبگیری مواد شیمیایی را امتحان کنید.

4. بخار آب در لوله آزمایش با کم آبی شدن مواد شیمیایی متراکم می شود.

مقداری جوش شیرین داخل لوله آزمایش بریزید، یعنی. سدیم بی کربنات NaHCO.₃. شما می توانید آن را در فروشگاه مواد غذایی تهیه کنید، و به عنوان مثال در آشپزخانه از آن استفاده می شود. به عنوان بکینگ پودر (اما کاربردهای بسیار دیگری نیز دارد).

لوله آزمایش را با زاویه تقریباً 45 درجه در شعله مشعل قرار دهید و خروجی آن به سمت شما باشد. این یکی از اصول بهداشت و ایمنی آزمایشگاه است - به این ترتیب در صورت آزاد شدن ناگهانی ماده گرم شده از لوله آزمایش از خود محافظت خواهید کرد.

حرارت دادن نباید قوی باشد، واکنش در دمای 60 درجه سانتیگراد شروع می شود (یک مشعل با الکل دناتوره شده یا حتی یک شمع کافی است). مراقب بالای رگ باشید. اگر لوله به اندازه کافی بلند باشد، قطرات مایع در خروجی شروع به جمع شدن می کنند (4). اگر آنها را نمی بینید، یک شیشه ساعت سرد را روی خروجی لوله آزمایش قرار دهید - بخار آب آزاد شده در هنگام تجزیه جوش شیرین روی آن متراکم می شود (نماد D بالای فلش نشان دهنده گرم شدن ماده است):

5. شلنگ مشکی از شیشه بیرون می آید.

دومین محصول گازی، دی اکسید کربن، با استفاده از آب آهک قابل تشخیص است. محلول اشباع شده کلسیم هیدروکسید با (روشن)₂. کدورت آن، ناشی از رسوب کربنات کلسیم، نشان دهنده وجود CO است.₂. کافی است یک قطره از محلول را روی نان باگت بردارید و در انتهای لوله آزمایش قرار دهید. اگر هیدروکسید کلسیم ندارید، با افزودن محلول NaOH به محلول نمک کلسیم محلول در آب، آب آهک درست کنید.

در آزمایش بعدی شما از معرف آشپزخانه زیر استفاده خواهید کرد - شکر معمولی، یعنی ساکارز C.₁₂H2₂O₁₁. همچنین به محلول غلیظ اسید سولفوریک H نیاز دارید₂SO₄.

من بلافاصله قوانین کار با این معرف خطرناک را به شما یادآوری می کنم: دستکش و عینک لاستیکی مورد نیاز است و آزمایش روی یک سینی پلاستیکی یا فیلم پلاستیکی انجام می شود.

نصف مقدار شکر را در یک لیوان کوچک که ظرف را پر می کند بریزید. حالا در محلول اسید سولفوریک به مقدار نصف شکر اضافه شده بریزید. محتویات را با یک میله شیشه ای هم بزنید تا اسید به طور مساوی در کل حجم پخش شود. برای مدتی هیچ اتفاقی نمی افتد، اما ناگهان شکر شروع به تیره شدن می کند، سپس سیاه می شود و در نهایت شروع به "بیرون آمدن" از ظرف می کند.

توده سیاه متخلخلی که دیگر شبیه شکر سفید نیست، مانند مار از سبد فاکیرها از شیشه بیرون می‌آید. همه چیز در حال گرم شدن است، ابرهای بخار آب قابل مشاهده است و حتی صدای خش خش شنیده می شود (این نیز بخار آب است که از شکاف ها خارج می شود).

تجربه جذاب است، از دسته به اصطلاح. شیلنگ های شیمیایی (5). رطوبت محلول غلیظ H مسئول اثرات مشاهده شده است.₂SO₄. آنقدر بزرگ است که آب از مواد دیگر وارد محلول می شود، در این مورد ساکارز:

بقایای آبگیری قند با بخار آب اشباع شده است (به یاد داشته باشید که هنگام مخلوط کردن H غلیظ₂SO₄ گرمای زیادی با آب آزاد می شود) که باعث افزایش قابل توجه حجم آنها و اثر برداشتن جرم از شیشه می شود.

در یک کریستال به دام افتاده است

6. حرارت دادن سولفات مس کریستالی (II) در لوله آزمایش. کم آبی جزئی ترکیب قابل مشاهده است.

و نوع دیگری از آب موجود در مواد شیمیایی. این بار به وضوح خود را نشان می دهد (برخلاف آب مشروطه)، و کمیت آن کاملاً تعریف شده است (و نه خودسرانه، مانند مورد آب رطوبت). این آب تبلورکه به کریستال ها رنگ می دهد - وقتی از بین بروند، آنها به یک پودر بی شکل متلاشی می شوند (که به صورت تجربی خواهید دید، همانطور که شایسته یک شیمیدان است).

کریستال های آبی سولفات مس هیدراته (II) CuSO را ذخیره کنید₄× 5 ساعت₂اوه، یکی از محبوب ترین معرف های آزمایشگاهی. مقدار کمی از کریستال های کوچک را در یک لوله آزمایش یا اواپراتور بریزید (روش دوم بهتر است، اما در مورد مقدار کمی از ترکیب، می توانید از لوله آزمایش استفاده کنید؛ بیشتر در یک ماه). با احتیاط حرارت را روی شعله مشعل شروع کنید (یک لامپ الکلی دناتوره کافی است).

لوله آزمایش را به طور مکرر و رو به روی خود تکان دهید یا باگت را در اواپراتور قرار داده شده در دسته پایه هم بزنید (به روی ظرف خم نکنید). با افزایش دما، رنگ نمک شروع به محو شدن می کند تا اینکه در نهایت تقریباً سفید می شود. همزمان قطرات مایع در قسمت بالایی لوله آزمایش جمع می شود. این همان آبی است که از کریستال‌های نمک خارج می‌شود (با حرارت دادن آنها در اواپراتور، با قرار دادن یک لیوان ساعت سرد روی ظرف آب پیدا می‌کنید)، که در همین حین به پودر متلاشی شده است (6). کم آبی ترکیب در مراحل زیر رخ می دهد:

افزایش بیشتر دمای بالای 650 درجه سانتیگراد باعث تجزیه نمک بی آب می شود. پودر CuSO بی آب سفید₄ در ظرف محکم پیچی نگهداری کنید (می توانید یک کیسه خشک کن در آن قرار دهید).

ممکن است بپرسید: چگونه بفهمیم که کم آبی همانطور که در معادلات توضیح داده شده است رخ می دهد؟ یا چرا روابط از این الگو پیروی می کنند؟ مقدار آب این نمک را در ماه آینده مشخص می کنید، حالا به سوال اول پاسخ می دهم. روشی که به وسیله آن می توانیم تغییر جرم یک ماده را با افزایش دما مشاهده کنیم نامیده می شود تجزیه و تحلیل حرارتی. ماده مورد مطالعه روی یک سینی قرار می گیرد که اصطلاحاً تعادل حرارتی نامیده می شود و با خواندن تغییرات وزن گرم می شود.

البته امروزه ترازهای حرارتی خود داده ها را ثبت می کنند و در عین حال نمودار مربوطه را ترسیم می کنند (7). شکل منحنی نمودار نشان می دهد که در چه دمایی "چیزی" اتفاق می افتد، مانند ترکیبی که یک ماده فرار را آزاد می کند (کاهش وزن) یا با گازی در هوا ترکیب می شود (سپس جرم افزایش می یابد). تغییر در جرم به شما امکان می دهد تعیین کنید که چه چیزی و در چه مقدار کاهش یا افزایش یافته است.

7. نمودار منحنی گرما وزنی سولفات مس کریستالی (II).

CuSO هیدراته شده₄ تقریباً همان رنگ محلول آبی آن است. این یک تصادف نیست. یون مس در محلول₂+ توسط شش مولکول آب احاطه شده است و در کریستال - با چهار مولکول که در گوشه های مربعی قرار دارد که مرکز آن است. در بالا و پایین یون فلزی آنیون های سولفات وجود دارد که هر کدام از دو کاتیون همسایه "خدمت" می کنند (بنابراین استوکیومتری صحیح است). اما پنجمین مولکول آب کجاست؟ بین یکی از یون‌های سولفات و یک مولکول آب در نوار اطراف یون مس (II) قرار دارد.

و دوباره خواننده کنجکاو خواهد پرسید: شما از کجا این را می دانید؟ این بار از تصاویری از کریستال ها که با تابش اشعه ایکس به آنها به دست آمده است. با این حال، توضیح اینکه چرا ترکیب بی آب سفید و ترکیب هیدراته آبی است، شیمی پیشرفته است. وقت آن است که او درس بخواند.

همچنین ببینید: