ความสัมพันธ์เปียก - ส่วนหนึ่ง 1

สารประกอบอนินทรีย์มักไม่เกี่ยวข้องกับความชื้น ในขณะที่สารประกอบอินทรีย์กลับกัน ท้ายที่สุดแล้วอดีตเป็นหินแห้งและหลังมาจากสิ่งมีชีวิตในน้ำ อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์ที่แพร่หลายไม่เกี่ยวข้องกับความเป็นจริงเพียงเล็กน้อย ในกรณีนี้จะคล้ายกัน: น้ำสามารถบีบออกจากหินและสารประกอบอินทรีย์สามารถแห้งได้มาก

น้ำเป็นสารที่แพร่หลายบนโลก และไม่น่าแปลกใจเลยที่น้ำจะสามารถพบได้ในสารประกอบทางเคมีอื่นๆ เช่นกัน บางครั้งก็เชื่อมต่ออย่างหลวม ๆ กับพวกเขาซึ่งล้อมรอบอยู่ภายในพวกเขาปรากฏตัวในรูปแบบแฝงหรือสร้างโครงสร้างของผลึกอย่างเปิดเผย

สิ่งแรกก่อน ที่จุดเริ่มต้น…

… ความชื้น

สารเคมีหลายชนิดมักจะดูดซับน้ำจากสิ่งแวดล้อม เช่น เกลือแกงที่รู้จักกันดี ซึ่งมักจะจับตัวเป็นก้อนในบรรยากาศที่อบอ้าวและชื้นของห้องครัว สารดังกล่าวดูดความชื้นและความชื้นที่ก่อให้เกิด น้ำดูดความชื้น. อย่างไรก็ตาม เกลือแกงต้องมีความชื้นสัมพัทธ์สูงเพียงพอ (ดูกล่อง: ปริมาณน้ำในอากาศ) เพื่อจับไอน้ำ ในขณะเดียวกันในทะเลทรายก็มีสารที่สามารถดูดซับน้ำจากสิ่งแวดล้อมได้

มีน้ำในอากาศมากแค่ไหน?

ความชื้นที่แน่นอน คือ ปริมาณไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศหนึ่งหน่วยปริมาตร ณ อุณหภูมิที่กำหนด ตัวอย่างเช่น ที่ 0 °С ใน 1 m³ ในอากาศสามารถมีน้ำได้สูงสุด (เพื่อไม่ให้เกิดการควบแน่น) ประมาณ 5 กรัมของน้ำที่ 20 ° C - ประมาณ 17 กรัมของน้ำและที่ 40 ° C - มากกว่า 50 กรัมในครัวอุ่นหรือ ห้องน้ำนี่จึงค่อนข้างแฉะ

ความชื้นสัมพัทธ์ คืออัตราส่วนของปริมาณไอน้ำต่อหน่วยปริมาตรของอากาศต่อปริมาณสูงสุดที่อุณหภูมิที่กำหนด (แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์)

การทดลองต่อไปจะต้องใช้โซเดียม NaOH หรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ KOH วางแท็บเล็ตผสม (ตามที่ขาย) บนกระจกนาฬิกาแล้วทิ้งไว้ในอากาศสักครู่ ในไม่ช้าคุณจะสังเกตเห็นว่ายาอมเริ่มถูกปกคลุมด้วยของเหลวหยดแล้วกระจาย นี่คือผลของการดูดความชื้นของ NaOH หรือ KOH โดยการวางตัวอย่างไว้ในห้องต่างๆ ของบ้าน ท่านสามารถเปรียบเทียบความชื้นสัมพัทธ์ของสถานที่เหล่านี้ (1)

1. การตกตะกอนของ NaOH บนกระจกนาฬิกา (ซ้าย) และตกตะกอนเดียวกันหลังจากผ่านไปสองสามชั่วโมงในอากาศ (ขวา)

2. เครื่องดูดความชื้นในห้องปฏิบัติการพร้อมซิลิโคนเจล (ภาพ: Wikimedia/Hgrobe)

นักเคมีไม่เพียงแต่แก้ปัญหาความชื้นของสารเท่านั้น น้ำดูดความชื้น มันเป็นการปนเปื้อนที่ไม่พึงประสงค์จากสารประกอบเคมีและยิ่งไปกว่านั้นเนื้อหาไม่เสถียร ข้อเท็จจริงนี้ทำให้การชั่งน้ำหนักปริมาณรีเอเจนต์ที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาทำได้ยาก วิธีแก้ปัญหาคือทำให้สารแห้ง ในระดับอุตสาหกรรม สิ่งนี้เกิดขึ้นในห้องอุ่น นั่นคือ ในเวอร์ชันขยายของเตาอบที่บ้าน

ในห้องปฏิบัติการนอกเหนือจากเครื่องอบผ้าไฟฟ้า (เตาอบอีกครั้ง) เอกกี้ (สำหรับเก็บรีเอเจนต์ที่แห้งแล้วด้วย) เหล่านี้เป็นภาชนะแก้วที่ปิดสนิทที่ด้านล่างของซึ่งมีสารดูดความชื้นสูง (2) หน้าที่ของมันคือดูดซับความชื้นจากสารประกอบที่แห้งและให้ความชื้นภายในตัวดูดความชื้นต่ำ

ตัวอย่างของสารดูดความชื้น: เกลือ CaCl ปราศจากน้ำ₂ ฉัน MgSO₄, ฟอสฟอรัส (V) ออกไซด์ P₄O₁₀ และแคลเซียม CaO และซิลิกาเจล (ซิลิกาเจล) นอกจากนี้คุณยังจะพบหลังในรูปแบบของซองสารดูดความชื้นที่วางอยู่ในบรรจุภัณฑ์อุตสาหกรรมและบรรจุภัณฑ์อาหาร (3)

3.ซิลิโคนเจลปกป้องอาหารและสินค้าอุตสาหกรรมจากความชื้น

เครื่องลดความชื้นจำนวนมากสามารถสร้างใหม่ได้หากดูดซับน้ำมากเกินไป - เพียงแค่ทำให้อุ่นขึ้น

มีการปนเปื้อนสารเคมีด้วย น้ำขวด. มันแทรกซึมเข้าไปในคริสตัลระหว่างการเติบโตอย่างรวดเร็ว และสร้างช่องว่างที่เต็มไปด้วยสารละลายซึ่งคริสตัลก่อตัวขึ้น ล้อมรอบด้วยของแข็ง คุณสามารถกำจัดฟองสบู่เหลวในคริสตัลได้โดยการละลายสารประกอบและทำให้ตกผลึกอีกครั้ง แต่คราวนี้จะอยู่ภายใต้สภาวะที่ชะลอการเติบโตของคริสตัล จากนั้นโมเลกุลจะ "เรียบร้อย" ปักหลักในตะแกรงผลึก ไม่มีช่องว่าง

น้ำที่ซ่อนอยู่

ในสารประกอบบางชนิด น้ำมีอยู่ในรูปแบบแฝง แต่นักเคมีสามารถดึงมันออกมาได้ สันนิษฐานได้ว่าคุณจะปล่อยน้ำออกจากสารประกอบออกซิเจนไฮโดรเจนภายใต้สภาวะที่เหมาะสม คุณจะทำให้มันหมดน้ำโดยความร้อนหรือโดยการกระทำของสารอื่นที่ดูดซับน้ำอย่างมาก น้ำในความสัมพันธ์ดังกล่าว น้ำรัฐธรรมนูญ. ลองใช้วิธีการคายน้ำด้วยสารเคมีทั้งสองวิธี

4. ไอน้ำควบแน่นในหลอดทดลองเมื่อสารเคมีถูกคายน้ำ

เทเบกกิ้งโซดาเล็กน้อยลงในหลอดทดลอง เช่น โซเดียมไบคาร์บอเนต NaHCO₃. คุณสามารถหาซื้อได้ที่ร้านขายของชำและใช้ในครัวเป็นต้น ใช้เป็นหัวเชื้อสำหรับการอบ (แต่มีประโยชน์อื่นๆ อีกมากมาย)

วางหลอดทดลองในเปลวไฟของหัวเตาทำมุมประมาณ 45° โดยให้ช่องทางออกหันเข้าหาคุณ นี่เป็นหนึ่งในหลักการของสุขอนามัยและความปลอดภัยในห้องปฏิบัติการ - นี่คือวิธีป้องกันตนเองในกรณีที่สารที่ให้ความร้อนออกจากหลอดทดลองอย่างกะทันหัน

การให้ความร้อนไม่จำเป็นต้องรุนแรง ปฏิกิริยาจะเริ่มที่ 60 ° C (เครื่องเผาวิญญาณที่มีเมทิลเลตหรือแม้แต่เทียนก็เพียงพอแล้ว) จับตาดูด้านบนของภาชนะ หากหลอดยาวเพียงพอ หยดน้ำจะเริ่มสะสมที่ทางออก (4) หากคุณไม่เห็นพวกเขา ให้วางกระจกนาฬิกาเย็นไว้เหนือทางออกของหลอดทดลอง - ไอน้ำที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของเบกกิ้งโซดาจะควบแน่น (สัญลักษณ์ D เหนือลูกศรแสดงถึงความร้อนของสาร):

5. ท่อสีดำออกมาจากกระจก

ผลิตภัณฑ์ก๊าซชนิดที่สอง คาร์บอนไดออกไซด์ สามารถตรวจจับได้โดยใช้น้ำปูนใส เช่น สารละลายอิ่มตัว แคลเซียมไฮดรอกไซด์ สา (ON)₂. ความขุ่นที่เกิดจากการตกตะกอนของแคลเซียมคาร์บอเนตบ่งชี้ว่ามี CO₂. แค่หยดสารละลายลงบนบาแกตต์แล้ววางที่ปลายหลอดทดลอง ถ้าคุณไม่มีแคลเซียมไฮดรอกไซด์ ทำน้ำมะนาวโดยเติมสารละลาย NaOH ลงในสารละลายแคลเซียมเกลือที่ละลายน้ำได้

ในการทดลองถัดไป คุณจะใช้น้ำยาในครัวตัวต่อไป - น้ำตาลปกติ นั่นคือ ซูโครสซี₁₂H2₂O₁₁. คุณจะต้องใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้นH₂SO₄.

ฉันเตือนคุณทันทีถึงกฎสำหรับการทำงานกับสารอันตรายนี้: ถุงมือยางและแว่นตาเป็นสิ่งจำเป็น และดำเนินการทดลองบนถาดพลาสติกหรือห่อพลาสติก

เทน้ำตาลลงในบีกเกอร์ขนาดเล็กครึ่งหนึ่งเท่าที่บรรจุในภาชนะ ตอนนี้เทสารละลายกรดซัลฟิวริกในปริมาณเท่ากับครึ่งหนึ่งของน้ำตาลที่เท ผัดเนื้อหาด้วยแท่งแก้วเพื่อให้กรดกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งปริมาตร ไม่มีอะไรเกิดขึ้นชั่วขณะหนึ่ง แต่จู่ๆ น้ำตาลก็เริ่มมืดลง จากนั้นก็เปลี่ยนเป็นสีดำ และในที่สุดก็ "ออกจาก" เรือไป

มวลสีดำที่มีรูพรุน ดูไม่เหมือนน้ำตาลทรายขาวอีกต่อไป คลานออกมาจากแก้วเหมือนงูจากตะกร้าของแฟคิส ทุกอย่างอุ่นขึ้นมองเห็นเมฆไอน้ำและได้ยินเสียงฟู่ (นี่คือไอน้ำที่หลบหนีจากรอยแตก)

ประสบการณ์ที่น่าดึงดูดใจจากประเภทของสิ่งที่เรียกว่า ท่อเคมี (5). การดูดความชื้นของสารละลายเข้มข้นของ H รับผิดชอบต่อผลกระทบที่สังเกตพบ₂SO₄. มันมีขนาดใหญ่มากจนน้ำเข้าสู่สารละลายจากสารอื่น ๆ ในกรณีนี้ซูโครส:

กากน้ำตาลที่คายน้ำจะอิ่มตัวด้วยไอน้ำ (โปรดจำไว้ว่าเมื่อผสม H . เข้มข้น₂SO₄ ความร้อนจำนวนมากถูกปล่อยออกด้วยน้ำ) ซึ่งทำให้ปริมาณเพิ่มขึ้นอย่างมากและผลกระทบจากการยกมวลจากแก้ว

ติดอยู่ในคริสตัล

6. การให้ความร้อนแก่ผลึกคอปเปอร์ซัลเฟต (II) ในหลอดทดลอง สามารถมองเห็นการคายน้ำบางส่วนของสารประกอบได้

และน้ำอีกชนิดหนึ่งที่บรรจุอยู่ในสารเคมี คราวนี้ปรากฏอย่างชัดเจน (ต่างจากน้ำตามรัฐธรรมนูญ) และมีการกำหนดปริมาณอย่างเข้มงวด (และไม่เป็นไปตามอำเภอใจ เช่นในกรณีของน้ำดูดความชื้น) นี้ น้ำของการตกผลึกสิ่งที่ให้สีแก่ผลึก - เมื่อนำออก ผลึกจะแตกตัวเป็นผงอสัณฐาน (ซึ่งคุณจะเห็นได้จากการทดลองว่าเหมาะกับนักเคมีหรือไม่)

ตุนในผลึกสีน้ำเงินของคอปเปอร์ไฮเดรด (II) ซัลเฟต CuSO₄×5ch₂โอ้ หนึ่งในน้ำยาในห้องปฏิบัติการที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เทคริสตัลขนาดเล็กจำนวนเล็กน้อยลงในหลอดทดลองหรือเครื่องระเหย (วิธีที่ XNUMX ดีกว่า แต่ในกรณีของสารประกอบจำนวนเล็กน้อย สามารถใช้หลอดทดลองได้ โดยมากกว่านั้นในหนึ่งเดือน) ค่อยๆ เริ่มให้ความร้อนเหนือเปลวไฟของหัวเตา (ตะเกียงแอลกอฮอล์ที่เสียสภาพก็พอ)

เขย่าหลอดให้ห่างจากตัวคุณบ่อย ๆ หรือกวนบาแกตต์ในเครื่องระเหยที่อยู่ในที่จับขาตั้งกล้อง (อย่าพิงเครื่องแก้ว) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น สีของเกลือก็เริ่มจางลง จนในที่สุดก็เกือบกลายเป็นสีขาว ในกรณีนี้ หยดน้ำจะสะสมที่ส่วนบนของหลอดทดลอง นี่คือน้ำที่เอาออกจากผลึกเกลือ (การให้ความร้อนในเครื่องระเหยจะทำให้น้ำปรากฏโดยการวางกระจกนาฬิกาเย็นไว้เหนือภาชนะ) ซึ่งในขณะเดียวกันก็สลายตัวเป็นผง (6) การคายน้ำของสารประกอบเกิดขึ้นในขั้นตอน:

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่สูงกว่า 650 องศาเซลเซียสจะทำให้เกลือปราศจากน้ำสลายตัว ผงสีขาวปราศจากน้ำ CuSO₄ เก็บในภาชนะที่ขันเกลียวให้แน่น (คุณสามารถใส่ถุงดูดซับความชื้นเข้าไปได้)

คุณอาจถามว่า: เรารู้ได้อย่างไรว่าภาวะขาดน้ำเกิดขึ้นตามที่อธิบายไว้ในสมการ? หรือทำไมความสัมพันธ์เป็นไปตามรูปแบบนี้? คุณจะทำงานเกี่ยวกับการกำหนดปริมาณน้ำในเกลือนี้ในเดือนหน้า ตอนนี้ฉันจะตอบคำถามแรก วิธีการที่เราสามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงของมวลของสารที่มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเรียกว่า การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงน้ำหนักทางความร้อน. สารทดสอบวางอยู่บนพาเลท ซึ่งเรียกว่าสมดุลความร้อน และให้ความร้อน โดยอ่านค่าการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนัก

แน่นอน เทอร์โมบาลานซ์ในปัจจุบันบันทึกข้อมูลด้วยตัวมันเอง พร้อมๆ กับการวาดกราฟที่เกี่ยวข้อง (7) รูปร่างของเส้นโค้งของกราฟแสดงให้เห็นว่า "บางสิ่ง" เกิดขึ้นที่อุณหภูมิใด ตัวอย่างเช่น สารระเหยถูกปลดปล่อยออกจากสารประกอบ (น้ำหนักลด) หรือรวมตัวกับก๊าซในอากาศ (จากนั้นมวลจะเพิ่มขึ้น) การเปลี่ยนแปลงของมวลทำให้คุณสามารถกำหนดได้ว่าอะไรและปริมาณที่ลดลงหรือเพิ่มขึ้น

7. กราฟของกราฟความโค้งของน้ำหนักเมื่อได้รับความร้อนของผลึกคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต

CuSO . ไฮเดรด₄ มันมีสีเกือบเหมือนกับสารละลายที่เป็นน้ำ นี่ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ไอออนในสารละลาย₂+ ล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำหกตัวและในคริสตัล - สี่ตัววางอยู่ที่มุมของจัตุรัสซึ่งอยู่ตรงกลาง ด้านบนและด้านล่างของไอออนโลหะคือซัลเฟตแอนไอออน ซึ่งแต่ละไอออนจะ "ทำหน้าที่" ไอออนบวกสองตัวที่อยู่ติดกัน (ดังนั้นปริมาณสารสัมพันธ์จึงถูกต้อง) แต่โมเลกุลของน้ำที่ห้าอยู่ที่ไหน? มันอยู่ระหว่างหนึ่งในซัลเฟตไอออนและโมเลกุลของน้ำในสายพานที่ล้อมรอบไอออนของคอปเปอร์(II)

และอีกครั้งผู้อ่านที่อยากรู้อยากเห็นจะถาม: คุณรู้เรื่องนี้ได้อย่างไร? คราวนี้จากภาพคริสตัลที่ได้จากการฉายรังสีเอกซ์ อย่างไรก็ตาม การอธิบายว่าทำไมสารประกอบปราศจากน้ำจึงเป็นสีขาวและสารประกอบไฮเดรตเป็นสีน้ำเงินจึงเป็นเคมีขั้นสูง ถึงเวลาที่เธอต้องเรียน

ดูเพิ่มเติม: