Blautt samband - hluti 1

Ólífræn efnasambönd eru yfirleitt ekki tengd raka, en lífræn efnasambönd eru hið gagnstæða. Þegar öllu er á botninn hvolft eru þeir fyrrnefndu þurrir steinar og þeir síðarnefndu koma frá lífverum í vatni. Hins vegar hafa útbreidd félög lítið með raunveruleikann að gera. Í þessu tilviki er það svipað: vatn er hægt að kreista úr steinum, en lífræn efnasambönd geta verið mjög þurr.

Vatn er alls staðar nálægt efni á jörðinni og það kemur ekki á óvart að það sé að finna í öðrum efnasamböndum. Stundum er það veikt tengt þeim, lokað innan þeirra, birtist í huldu formi eða byggir opinskátt upp byggingu kristallanna.

Fyrstu hlutir fyrst. Í fyrstu…

…raki

Mörg efnasambönd hafa tilhneigingu til að gleypa vatn úr umhverfinu — til dæmis hið vel þekkta borðsalt, sem klessast oft saman í gufu og raka andrúmsloftinu í eldhúsinu. Slík efni eru rakafræðileg og raka sem þau valda rakafræðilegt vatn. Hins vegar þarf matarsalt nógu hátt hlutfallslegan raka (sjá ramma: Hversu mikið vatn er í loftinu?) til að binda vatnsgufu. Á meðan eru í eyðimörkinni efni sem geta tekið í sig vatn úr umhverfinu.

Hversu mikið vatn er í loftinu?

Alger raki Þetta er magn vatnsgufu sem er í rúmmálseiningu lofts við tiltekið hitastig. Til dæmis, við 0°C á 1 m³ Það má að hámarki vera um 5 g af vatni í loftinu (til að forðast þéttingu), við 20°C - um 17 g af vatni og við 40°C - meira en 50 g. Í heitu eldhúsi eða baðherbergi er því frekar blautt.

Hlutfallslegur raki táknar hlutfallið milli magns vatnsgufu á hverja rúmmálseiningu lofts og hámarksmagns við tiltekið hitastig (gefin upp sem hundraðshluti).

Fyrir næstu tilraun þarftu natríum NaOH eða kalíumhýdroxíð KOH. Settu samsettu töfluna (eins og þær eru seldar) á úrgler og láttu hana liggja í loftinu í smá stund. Fljótlega muntu taka eftir því að munnglasið byrjar að verða þakið vökvadropum og dreifast síðan. Þetta eru rakafræðileg áhrif NaOH eða KOH. Með því að setja sýni í mismunandi herbergjum hússins berðu saman hlutfallslegan rakastig þessara staða (1).

1. NaOH útfelling á úrgler (vinstri) og sama útfelling eftir nokkrar klukkustundir í lofti (hægri).

2. Þurrkari á rannsóknarstofu með sílikongeli (mynd: Wikimedia/Hgrobe)

Efnafræðingar, en ekki aðeins þeir, leysa vandamálið varðandi rakainnihald efnis. Vökvafræðilegt vatn Þetta er óþægileg mengun með efnasambandi og innihald þess er þar að auki ekki stöðugt. Þessi staðreynd gerir það erfitt að vega magn hvarfefnis sem þarf fyrir hvarf. Lausnin er auðvitað að þurrka efnið. Í iðnaðar mælikvarða gerist þetta í upphituðum hólfum, það er stærri útgáfa af heimilisofni.

Í rannsóknarstofum, auk rafmagns þurrkara (aftur, ofna), nota þeir exykatory (einnig til að geyma þegar þurrkuð hvarfefni). Þetta eru glerílát, vel lokuð, neðst á þeim er mjög rakafræðilegt efni (2). Hlutverk þess er að gleypa raka úr þurrkaðri efnasambandinu og viðhalda lágum raka inni í þurrkaranum.

Dæmi um þurrkefni: vatnsfrí CaCl sölt.₂ ég MgSO₄, fosfóroxíð (V) P₄O₁₀ og kalsíum CaO og kísilgel (kísilgel). Þú munt einnig finna hið síðarnefnda í formi þurrkefnispoka sem finnast í iðnaðar- og matvælaumbúðum (3).

3. Kísillgel til að vernda matvæli og iðnaðarvörur gegn raka.

Mörg rakatæki er hægt að endurnýja ef þeir gleypa of mikið vatn - hitið þá bara upp.

Það er einnig mengun með efnasamböndum stíflað vatn. Það smýgur inn í kristalla þegar þeir vaxa hratt og myndar rými fyllt með lausninni sem kristallinn var myndaður úr, umkringdur föstu líkama. Þú getur losað þig við fljótandi loftbólur í kristal með því að leysa upp efnasambandið og endurkristalla það, en að þessu sinni við aðstæður sem hægja á vexti kristalsins. Þá munu sameindirnar raða sér „snyrilega“ í kristalgrindurnar og skilja ekki eftir neinar eyður.

falið vatn

Í sumum efnasamböndum er vatn til í duldu formi, en efnafræðingurinn getur dregið það úr þeim. Þú getur gert ráð fyrir að þú losir vatn úr hvaða súrefnis-vetnisefnasambandi sem er við réttar aðstæður. Þú munt þvinga það til að losa vatn með upphitun eða með verkun annars efnis sem gleypir vatn mjög. Vatn í svona samböndum stjórnskipulegt vatn. Prófaðu báðar aðferðir við að þurrka efni.

4. Vatnsgufa þéttist í tilraunaglasi þegar efni eru þurrkuð.

Hellið matarsóda í tilraunaglasið, þ.e. natríum bíkarbónat NaHCO.₃. Þú getur fengið það í matvöruversluninni og í eldhúsinu er það til dæmis notað. sem lyftiduft (en hefur líka marga aðra notkun).

Settu tilraunaglasið í brennaralogann í um það bil 45° horn með úttakið að þér. Þetta er ein af meginreglunum um hreinlæti og öryggi á rannsóknarstofu - þannig verndar þú sjálfan þig ef upphitað efni losnar skyndilega úr tilraunaglasinu.

Upphitun þarf ekki að vera sterk, efnahvarfið byrjar við 60°C (brennari með eðlisvandaðri áfengi eða jafnvel kerti er nóg). Hafðu auga á toppi skipsins. Ef rörið er nógu langt munu dropar af vökva byrja að safnast saman við úttakið (4). Ef þú sérð þau ekki skaltu setja kalt úrglas yfir úttak tilraunaglassins - vatnsgufa sem losnar við niðurbrot matarsóda þéttist á því (D táknið fyrir ofan örina gefur til kynna hitun efnisins):

5. Svarta slöngan kemur úr glerinu.

Seinni loftkennda afurðina, koltvísýring, má greina með því að nota kalkvatn, þ.e. mettuð lausn kalsíumhýdroxíð með (ON)₂. Grugg þess, sem stafar af útfellingu kalsíumkarbónats, gefur til kynna nærveru CO.₂. Það er nóg að taka dropa af lausninni á baguette og setja á enda tilraunaglassins. Ef þú ert ekki með kalsíumhýdroxíð skaltu búa til kalkvatn með því að bæta NaOH lausn við lausn af hvaða vatnsleysanlegu kalsíumsalti sem er.

Í næstu tilraun muntu nota eftirfarandi eldhúshvarfefni - venjulegan sykur, það er súkrósa C.₁₂H2₂O₁₁. Þú þarft einnig óblandaða lausn af brennisteinssýru H₂SO₄.

Leyfðu mér að minna þig strax á reglurnar um að vinna með þetta hættulega hvarfefni: Gúmmíhanskar og hlífðargleraugu eru nauðsynleg og tilraunin er gerð á plastbakka eða plastfilmu.

Hellið helmingi af sykri í lítinn bikarglas sem fyllir ílátið. Hellið nú í lausn af brennisteinssýru í magni sem jafngildir helmingi viðbætts sykurs. Hrærið innihaldið með glerstöng þannig að sýran dreifist jafnt um allt rúmmálið. Í nokkurn tíma gerist ekkert, en skyndilega byrjar sykurinn að dökkna, verður síðan svartur og að lokum byrjar hann að „koma út“ úr kerinu.

Gljúpur svartur massi, sem líkist ekki lengur hvítum sykri, skríður upp úr glasinu eins og snákur úr fakírskörfu. Allt er að hitna, vatnsgufuský sjást og jafnvel hvæs heyrist (þetta er líka vatnsgufa sem sleppur úr sprungunum).

Upplifunin er aðlaðandi, úr svokölluðum flokki. efnaslöngur (5). Rakavirkni óblandaðri H lausn er ábyrg fyrir þeim áhrifum sem sést.₂SO₄. Það er svo stórt að vatn kemur í lausnina úr öðrum efnum, í þessu tilviki súkrósa:

Leifar af vökvatapi sykurs eru mettaðar með vatnsgufu (mundu að þegar blandað er óblandaðri H₂SO₄ mikill hiti losnar með vatni), sem veldur verulegri aukningu á rúmmáli þeirra og áhrifum þess að lyfta massanum úr glerinu.

Föst í kristal

6. Upphitun kristallaðs kopar (II) súlfat í tilraunaglasi. Að hluta til ofþornun efnasambandsins sést.

Og önnur tegund af vatni sem er í efnum. Í þetta skiptið kemur það skýrt fram (ólíkt reglubundnu vatni) og magn þess er stranglega skilgreint (og ekki handahófskennt, eins og í tilviki rakavatns). Þetta kristöllunarvatnsem gefur kristallunum lit - þegar þeir eru fjarlægðir sundrast þeir í myndlaust duft (sem þú munt sjá í tilraunaskyni, eins og efnafræðingi sæmir).

Geymdu þig af bláum kristöllum af vökvuðu kopar(II)súlfati CuSO₄× 5ч₂Ó, eitt vinsælasta hvarfefnið á rannsóknarstofu. Hellið litlu magni af litlum kristöllum í tilraunaglas eða uppgufunartæki (önnur aðferðin er betri, en ef um er að ræða lítið magn af efnasambandinu er hægt að nota tilraunaglas, meira um það eftir mánuð). Byrjaðu varlega að hita yfir kyndilloga (eðlilegur áfengislampi dugar).

Hristu tilraunaglasið oft, snýr frá þér, eða hrærðu í baguette í uppgufunartækinu sem er sett í handfangið á standinum (ekki halla þér yfir fatið). Þegar hitastigið hækkar byrjar litur saltsins að dofna þar til það loks verður næstum hvítt. Á sama tíma safnast dropar af vökva í efri hluta tilraunaglassins. Þetta er vatnið sem er fjarlægt úr saltkristallunum (með því að hita þá í uppgufunartæki finnurðu vatn með því að setja kalt úrglas yfir ílátið), sem hefur á meðan sundrast í duft (6). Ofþornun efnasambandsins á sér stað í áföngum:

Frekari hækkun hitastigs yfir 650°C veldur niðurbroti vatnsfría saltsins. Hvítt vatnsfrítt CuSO duft₄ Geymið í vel skrúfuðu íláti (það má setja þurrkefnispoka í það).

Þú gætir spurt: Hvernig vitum við að ofþornun á sér stað eins og lýst er með jöfnunum? Eða hvers vegna fylgja sambönd þessu mynstri? Þú munt ákvarða vatnsmagnið í þessu salti í næsta mánuði, nú mun ég svara fyrstu spurningunni. Aðferðin sem við getum fylgst með breytingu á massa efnis með hækkandi hitastigi er kölluð hitaþyngdarmæling. Efnið sem rannsakað er er sett á bakka, svokallað hitajafnvægi, og hitað og lesið þyngdarbreytingarnar.

Auðvitað skráir hitajafnvægið sjálft gögnin í dag og teiknar á sama tíma samsvarandi línurit (7). Lögun línuritsins sýnir við hvaða hitastig "eitthvað" gerist, eins og efnasamband sem losar rokgjarnt efni (þyngdartap) eða sameinast gasi í loftinu (þá eykst massi). Breyting á massa gerir þér kleift að ákvarða hvað og í hvaða magni hefur minnkað eða aukist.

7. Graf af hitaþyngdarferil kristallaðs kopar (II) súlfats.

Vökvi CuSO₄ það hefur næstum sama lit og vatnslausnin. Þetta er ekki tilviljun. Cu jón í lausn₂+ er umkringdur sex vatnssameindum og í kristalnum - af fjórum, sem liggja á hornum ferningsins sem það er miðja. Fyrir ofan og neðan málmjónina eru súlfatanjónir, sem hver um sig „þjónar“ tveimur nálægum katjónum (þannig að stoichiometry er rétt). En hvar er fimmta vatnssameindin? Það liggur á milli einnar af súlfatjónunum og vatnssameind í bandinu sem umlykur kopar(II)jónina.

Og aftur mun forvitinn lesandi spyrja: hvernig veistu þetta? Að þessu sinni úr myndum af kristöllum sem fengust með því að geisla þá með röntgengeislum. Hins vegar er skýringin á því hvers vegna vatnsfría efnasambandið er hvítt og vökvasambandið er blátt er háþróuð efnafræði. Það er kominn tími til að hún læri.

Sjá einnig: