العلاقة الرطبة - الجزء الثاني
عادة لا ترتبط المركبات غير العضوية بالرطوبة ، بينما المركبات العضوية بالعكس. بعد كل شيء ، الأول عبارة عن صخور جافة ، والأخير يأتي من الكائنات الحية المائية. ومع ذلك ، فإن الجمعيات المنتشرة ليس لها علاقة بالواقع. في هذه الحالة ، يكون الأمر مشابهًا: يمكن عصر الماء من الحجارة ، ويمكن أن تكون المركبات العضوية جافة جدًا.
الماء مادة موجودة في كل مكان على الأرض ، وليس من المستغرب أن توجد في مركبات كيميائية أخرى أيضًا. في بعض الأحيان يكون مرتبطًا بها بشكل ضعيف ، محاطًا بداخلها ، يتجلى في شكل كامن أو يبني بشكل مفتوح بنية من البلورات.
اهم الاشياء اولا. في البدايه…
…رُطُوبَة
تميل العديد من المركبات الكيميائية إلى امتصاص الماء من بيئتها - على سبيل المثال ، ملح الطعام المعروف ، والذي غالبًا ما يتجمع معًا في جو المطبخ المليء بالبخار والرطوبة. هذه المواد استرطابية والرطوبة التي تسببها مياه استرطابية. ومع ذلك ، يتطلب ملح الطعام رطوبة نسبية عالية بما يكفي (انظر الإطار: ما مقدار الماء الموجود في الهواء؟) لربط بخار الماء. وفي الوقت نفسه ، توجد في الصحراء مواد يمكنها امتصاص الماء من البيئة.
ما هي كمية الماء في الهواء؟
الرطوبة المطلقة هو مقدار بخار الماء الموجود في وحدة حجم الهواء عند درجة حرارة معينة. على سبيل المثال ، عند 0 درجة مئوية في 1 متر3 في الهواء يمكن أن يكون هناك حد أقصى (حتى لا يكون هناك تكاثف) حوالي 5 جرام من الماء ، عند 20 درجة مئوية - حوالي 17 جرام من الماء ، وعند 40 درجة مئوية - أكثر من 50 جرام. في المطبخ الدافئ أو الحمام ، لذلك فهو رطب جدا.
الرطوبة النسبية هي نسبة كمية بخار الماء لكل وحدة حجم من الهواء إلى أقصى كمية عند درجة حرارة معينة (معبرًا عنها كنسبة مئوية).
ستتطلب التجربة التالية الصوديوم هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم KOH. ضع قرصًا مركبًا (كما يباع) على زجاج الساعة واتركه في الهواء لفترة من الوقت. سرعان ما ستلاحظ أن المستحضر يبدأ بالتغطية بقطرات من السائل ثم ينتشر. هذا هو تأثير استرطابية هيدروكسيد الصوديوم أو KOH. من خلال وضع العينات في غرف مختلفة من المنزل ، يمكنك مقارنة الرطوبة النسبية لهذه الأماكن (1).
1. ترسيب هيدروكسيد الصوديوم على زجاج الساعة (يسار) ونفس الرواسب بعد بضع ساعات في الهواء (يمين).
2. مجفف مختبر بهلام السيليكون (الصورة: ويكيميديا / هجروب)
يحل الكيميائيون ، وليس هم وحدهم ، مشكلة محتوى الرطوبة في مادة ما. مياه استرطابية إنه تلوث مزعج بمركب كيميائي ، ومحتواه ، علاوة على ذلك ، غير مستقر. هذه الحقيقة تجعل من الصعب وزن كمية الكاشف المطلوبة للتفاعل. الحل بالطبع هو تجفيف المادة. على المستوى الصناعي ، يحدث هذا في غرف ساخنة ، أي في نسخة مكبرة من فرن منزلي.
في المختبرات بالإضافة إلى المجففات الكهربائية (مرة أخرى ، الأفران) ، exykatory (أيضًا لتخزين الكواشف المجففة بالفعل). هذه عبارة عن أوعية زجاجية ، محكمة الإغلاق ، يوجد في قاعها مادة استرطابية عالية (2). وتتمثل مهمتها في امتصاص الرطوبة من المركب المجفف والحفاظ على انخفاض الرطوبة داخل المجفف.
أمثلة على المجففات: أملاح كلوريد الكالسيوم اللامائية.2 أنا MgSO4، أكسيد الفوسفور (V) ص4O10 وكالسيوم الكالسيوم وهلام السيليكا (هلام السيليكا). ستجد أيضًا الأخير على شكل أكياس مجففة موضوعة في عبوات صناعية وغذائية (3).
3. هلام السيليكون لحماية المنتجات الغذائية والصناعية من الرطوبة.
يمكن تجديد العديد من مزيلات الرطوبة إذا كانت تمتص الكثير من الماء - فقط قم بتسخينها.
هناك أيضًا تلوث كيميائي. مياه معبأة. تخترق البلورات خلال نموها السريع وتخلق فراغات مليئة بالمحلول الذي تشكلت منه البلورة ، محاطة بمادة صلبة. يمكنك التخلص من الفقاعات السائلة في البلورة عن طريق إذابة المركب وإعادة بلورته ، ولكن هذه المرة في ظروف تؤدي إلى إبطاء نمو البلورة. ثم تستقر الجزيئات "بدقة" في الشبكة البلورية ، دون ترك أي فجوات.
المياه المخفية
في بعض المركبات ، يوجد الماء في شكل كامن ، لكن الكيميائي قادر على استخراجه منها. يمكن الافتراض أنك ستطلق الماء من أي مركب أكسجين-هيدروجين في ظل الظروف المناسبة. ستجعله يتخلى عن الماء بالتسخين أو بفعل مادة أخرى تمتص الماء بقوة. الماء في مثل هذه العلاقة المياه الدستورية. جرب كلتا الطريقتين الكيميائيتين للجفاف.
4. يتكثف بخار الماء في أنبوب الاختبار عندما يتم تجفيف المواد الكيميائية.
صب القليل من صودا الخبز في أنبوب الاختبار ، أي بيكربونات الصوديوم NaHCO.3. يمكنك الحصول عليه من البقالة ، ويستخدم في المطبخ ، على سبيل المثال. كعامل تخمير للخبز (ولكن له أيضًا العديد من الاستخدامات الأخرى).
ضع أنبوب الاختبار في لهب الموقد بزاوية 45 درجة تقريبًا مع فتحة الخروج في مواجهتك. هذا هو أحد مبادئ النظافة والسلامة في المختبر - هذه هي الطريقة التي تحمي بها نفسك في حالة الإطلاق المفاجئ لمادة ساخنة من أنبوب الاختبار.
التسخين ليس قوياً بالضرورة ، سيبدأ التفاعل عند 60 درجة مئوية (موقد روح مميثل أو حتى شمعة كافية). راقب قمة الوعاء. إذا كان الأنبوب طويلًا بدرجة كافية ، فستبدأ قطرات السائل في التجمع عند المخرج (4). إذا لم ترها ، ضع زجاجًا باردًا للساعة فوق مخرج أنبوب الاختبار - يتكاثف بخار الماء أثناء تحلل صودا الخبز عليه (يشير الرمز D أعلى السهم إلى تسخين المادة):
5. خرطوم أسود يخرج من الزجاج.
المنتج الغازي الثاني ، ثاني أكسيد الكربون ، يمكن اكتشافه باستخدام ماء الجير ، أي محلول مشبع هيدروكسيد الكالسيوم مع (تشغيل)2. تدل تعكره الناجم عن ترسيب كربونات الكالسيوم على وجود ثاني أكسيد الكربون2. يكفي أخذ قطرة من المحلول على الرغيف الفرنسي ووضعه في نهاية أنبوب الاختبار. إذا لم يكن لديك هيدروكسيد الكالسيوم ، فقم بصنع ماء الجير عن طريق إضافة محلول هيدروكسيد الصوديوم إلى أي محلول ملح كالسيوم قابل للذوبان في الماء.
في التجربة التالية ، ستستخدم كاشف المطبخ التالي - السكر العادي ، أي السكروز سي.12H22O11. ستحتاج أيضًا إلى محلول مركّز من حامض الكبريتيك H2SO4.
أذكرك على الفور بقواعد العمل مع هذا الكاشف الخطير: القفازات المطاطية والنظارات الواقية مطلوبة ، ويتم إجراء التجربة على صينية بلاستيكية أو غلاف بلاستيكي.
صب السكر في دورق صغير بمقدار نصف ما يمتلئ به الوعاء. صب الآن محلول حامض الكبريتيك بكمية تساوي نصف السكر المصبوب. قلب المحتويات بقضيب زجاجي حتى يتوزع الحمض بالتساوي في جميع أنحاء الحجم. لم يحدث شيء لفترة ، ولكن فجأة يبدأ السكر في التغميق ، ثم يتحول إلى اللون الأسود ، ويبدأ أخيرًا في "مغادرة" الإناء.
كتلة سوداء مسامية ، لم تعد تشبه السكر الأبيض ، تزحف من الزجاج مثل ثعبان من سلة فقراء. يسخن كل شيء ، تظهر سحب من بخار الماء وحتى سماع صوت هسهسة (هذا أيضًا بخار ماء يخرج من الشقوق).
تجربة جذابة ، من فئة ما يسمى. خراطيم كيماوية (5). استرطاب محلول مركز من H هو المسؤول عن الآثار الملحوظة.2SO4. إنه كبير جدًا لدرجة أن الماء يدخل المحلول من مواد أخرى ، في هذه الحالة السكروز:
بقايا تجفيف السكر مشبعة ببخار الماء (تذكر أنه عند الخلط يتركز H2SO4 يتم إطلاق الكثير من الحرارة مع الماء) ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في حجمها وتأثير رفع الكتلة من الزجاج.
محاصرين في بلورة
6. تسخين كبريتات النحاس البلورية (II) في أنبوب اختبار. الجفاف الجزئي للمركب مرئي.
ونوع آخر من الماء يحتوي على مواد كيميائية. هذه المرة يظهر بشكل صريح (على عكس الماء الدستوري) ، وكميته محددة بدقة (وليست عشوائية ، كما في حالة المياه المسترطبة). هذا ماء التبلورما يعطي لونًا للبلورات - عند إزالتها ، تتفكك إلى مسحوق غير متبلور (والذي ستراه تجريبيًا ، كما يليق بالكيميائي).
قم بتخزين البلورات الزرقاء من كبريتات النحاس المائي (II) CuSO4× 5 قناة2أوه ، أحد أشهر الكواشف المختبرية. صب كمية صغيرة من البلورات الصغيرة في أنبوب اختبار أو مبخر (الطريقة الثانية أفضل ، ولكن في حالة وجود كمية صغيرة من المركب ، يمكن أيضًا استخدام أنبوب اختبار ؛ أكثر من ذلك في شهر). ابدأ التسخين برفق فوق لهب الموقد (يكفي استخدام مصباح كحولي).
قم بهز الأنبوب بشكل متكرر بعيدًا عنك ، أو قم بتقليب الرغيف الفرنسي في المبخر الموجود في مقبض الحامل ثلاثي القوائم (لا تميل فوق الأطباق). مع ارتفاع درجة الحرارة ، يبدأ لون الملح في التلاشي ، حتى يصبح لونه أبيض تقريبًا. في هذه الحالة ، تتجمع قطرات من السائل في الجزء العلوي من أنبوب الاختبار. هذا هو الماء الذي يتم إزالته من بلورات الملح (تسخينها في مبخر سيكشف الماء عن طريق وضع زجاج ساعة بارد فوق الوعاء) ، والذي يتفكك في هذه الأثناء إلى مسحوق (6). يحدث جفاف المركب على مراحل:
تؤدي الزيادة الإضافية في درجة الحرارة فوق 650 درجة مئوية إلى تحلل الملح اللامائي. مسحوق أبيض لا مائي CuSO4 قم بتخزينه في حاوية محكمة الإغلاق (يمكنك وضع كيس ممتص للرطوبة فيه).
قد تسأل: كيف نعرف أن الجفاف يحدث كما وصفته المعادلات؟ أو لماذا تتبع العلاقات هذا النمط؟ ستعمل على تحديد كمية الماء في هذا الملح الشهر المقبل ، والآن سأجيب على السؤال الأول. الطريقة التي يمكننا من خلالها ملاحظة التغيير في كتلة مادة مع زيادة درجة الحرارة تسمى التحليل الوزني الحراري. يتم وضع مادة الاختبار على منصة نقالة ، ما يسمى بالتوازن الحراري ، ويتم تسخينها بقراءة تغيرات الوزن.
بالطبع ، تسجل الموازين الحرارية اليوم البيانات نفسها ، في نفس الوقت ترسم الرسم البياني المقابل (7). يوضح شكل منحنى الرسم البياني درجة حرارة "شيء ما" يحدث ، على سبيل المثال ، يتم إطلاق مادة متطايرة من المركب (فقدان الوزن) أو تتحد مع غاز في الهواء (ثم تزداد الكتلة). يتيح لك التغيير في الكتلة تحديد الكمية التي انخفضت أو زادت.
7. رسم بياني للمنحنى الحراري الوزني لكبريتات النحاس البلوري (II).
رطب CuSO4 لها نفس لون محلولها المائي تقريبًا. هذا ليس مصادفة. أيون النحاس في المحلول2+ محاط بستة جزيئات ماء ، وفي البلورة - بأربعة ، ملقاة في زوايا المربع ، مركزه. يوجد فوق أيون المعدن وتحته أنيونات الكبريتات ، كل منها "يخدم" كاتيونات متجاورة (لذا فإن قياس العناصر المتكافئة صحيح). لكن أين جزيء الماء الخامس؟ يقع بين أحد أيونات الكبريتات وجزيء ماء في حزام يحيط بأيون النحاس (II).
ومرة أخرى ، سوف يسأل القارئ الفضولي: كيف تعرف هذا؟ هذه المرة من صور بلورات تم الحصول عليها عن طريق تشعيعها بالأشعة السينية. ومع ذلك ، فإن تفسير سبب كون المركب اللامائي أبيض والمركب المائي باللون الأزرق هو كيمياء متقدمة. حان الوقت لها للدراسة.
انظر أيضا:
