Relación húmeda - parte 1

Los compuestos inorgánicos generalmente no están asociados con la humedad, mientras que los compuestos orgánicos sí lo están. Después de todo, las primeras son rocas secas y las segundas provienen de organismos vivos acuáticos. Sin embargo, las asociaciones generalizadas tienen poco que ver con la realidad. En este caso, es similar: el agua se puede exprimir de las piedras y los compuestos orgánicos pueden estar muy secos.

El agua es una sustancia omnipresente en la Tierra, y no sorprende que también se pueda encontrar en otros compuestos químicos. A veces está débilmente conectado con ellos, encerrado dentro de ellos, se manifiesta en forma latente o construye abiertamente una estructura de cristales.

Lo primero es lo primero. Al principio…

…humedad

Muchos compuestos químicos tienden a absorber agua de su entorno, por ejemplo, la conocida sal de mesa, que a menudo se acumula en el ambiente húmedo y lleno de vapor de la cocina. Estas sustancias son higroscópicas y la humedad que provocan agua higroscópica. Sin embargo, la sal de mesa requiere una humedad relativa lo suficientemente alta (consulte el recuadro: ¿Cuánta agua hay en el aire?) para retener el vapor de agua. Mientras tanto, en el desierto hay sustancias que pueden absorber agua del ambiente.

¿Cuánta agua hay en el aire?

Humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua contenida en una unidad de volumen de aire a una temperatura determinada. Por ejemplo, a 0°С en 1 m³ En el aire puede haber un máximo (para que no haya condensación) de unos 5 g de agua, a 20 ° C - unos 17 g de agua, y a 40 ° C - más de 50 g En una cocina caliente o baño, por lo tanto, es bastante húmedo.

Humedad relativa es la relación entre la cantidad de vapor de agua por unidad de volumen de aire y la cantidad máxima a una temperatura determinada (expresada como porcentaje).

El próximo experimento requerirá NaOH de sodio o KOH de hidróxido de potasio. Colocar una pastilla compuesta (como las que se venden) sobre un cristal de reloj y dejar al aire un rato. Pronto notará que la pastilla comienza a cubrirse con gotas de líquido y luego se extiende. Este es el efecto de la higroscopicidad de NaOH o KOH. Al colocar las muestras en diferentes habitaciones de la casa, puede comparar la humedad relativa de estos lugares (1).

1. Precipitación de NaOH en un vidrio de reloj (izquierda) y el mismo precipitado después de algunas horas en el aire (derecha).

2. Desecador de laboratorio con gel de silicona (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Los químicos, y no solo ellos, resuelven el problema del contenido de humedad de una sustancia. agua higroscopica es una contaminación desagradable por un compuesto químico, y su contenido, además, es inestable. Este hecho dificulta el pesaje de la cantidad de reactivo necesaria para la reacción. La solución, por supuesto, es secar la sustancia. A escala industrial, esto sucede en cámaras calientes, es decir, en una versión ampliada de un horno doméstico.

En los laboratorios, además de los secadores eléctricos (de nuevo, los hornos), eksykatorio (también para el almacenamiento de reactivos ya secos). Son recipientes de vidrio, herméticamente cerrados, en cuyo fondo hay una sustancia altamente higroscópica (2). Su trabajo es absorber la humedad del compuesto seco y mantener baja la humedad dentro del desecador.

Ejemplos de desecantes: Sales anhidras de CaCl.₂ yo MgSO₄, óxidos de fósforo (V) P₄O₁₀ y calcio CaO y gel de sílice (silica gel). También encontrará estos últimos en forma de sobres desecantes colocados en envases industriales y alimentarios (3).

3. Gel de silicona para proteger alimentos y productos industriales de la humedad.

Muchos deshumidificadores se pueden regenerar si absorben demasiada agua, simplemente caliéntelos.

También hay contaminación química. agua embotellada. Penetra en los cristales durante su rápido crecimiento y crea espacios llenos de la solución a partir de la cual se formó el cristal, rodeados por un sólido. Puede deshacerse de las burbujas de líquido en el cristal disolviendo el compuesto y recristalizándolo, pero esta vez en condiciones que retardan el crecimiento del cristal. Luego, las moléculas se asentarán "limpiamente" en la red cristalina, sin dejar espacios.

agua escondida

En algunos compuestos, el agua existe en forma latente, pero el químico es capaz de extraerla de ellos. Se puede suponer que liberará agua de cualquier compuesto de oxígeno e hidrógeno en las condiciones adecuadas. Harás que desprenda agua por calentamiento o por la acción de otra sustancia que absorba fuertemente el agua. El agua en tal relación. agua constitucional. Pruebe ambos métodos de deshidratación química.

4. El vapor de agua se condensa en el tubo de ensayo cuando los productos químicos se deshidratan.

Vierta un poco de bicarbonato de sodio en el tubo de ensayo, es decir. bicarbonato de sodio NaHCO.₃. Puedes conseguirlo en el supermercado y se usa en la cocina, por ejemplo. como agente leudante para hornear (pero también tiene muchos otros usos).

Coloque el tubo de ensayo en la llama del mechero en un ángulo de aproximadamente 45° con la abertura de salida hacia usted. Este es uno de los principios de higiene y seguridad del laboratorio: así es como se protege en caso de que se libere repentinamente una sustancia calentada de un tubo de ensayo.

El calentamiento no es necesariamente fuerte, la reacción comenzará a los 60 ° C (un quemador de alcohol metílico o incluso una vela es suficiente). Mantenga un ojo en la parte superior de la embarcación. Si el tubo es lo suficientemente largo, comenzarán a acumularse gotas de líquido en la salida (4). Si no los ve, coloque un vidrio de reloj frío sobre la salida del tubo de ensayo: el vapor de agua liberado durante la descomposición del bicarbonato de sodio se condensa en él (el símbolo D sobre la flecha indica el calentamiento de la sustancia):

5. Sale manguera negra del vaso.

El segundo producto gaseoso, el dióxido de carbono, se puede detectar utilizando agua de cal, es decir, solución saturada hidróxido de calcio sáb (encendido)₂. Su turbidez provocada por la precipitación de carbonato de calcio es indicativa de la presencia de CO₂. Basta con echar una gota de la solución en una barra de pan y colocarla en el extremo del tubo de ensayo. Si no tiene hidróxido de calcio, haga agua de cal agregando una solución de NaOH a cualquier solución de sal de calcio soluble en agua.

En el próximo experimento, utilizará el siguiente reactivo de cocina: azúcar común, es decir, sacarosa C.₁₂H2₂O₁₁. También necesitará una solución concentrada de ácido sulfúrico H₂SO₄.

Inmediatamente les recuerdo las reglas para trabajar con este peligroso reactivo: se requieren guantes de goma y gafas protectoras, y el experimento se lleva a cabo en una bandeja de plástico o una envoltura de plástico.

Vierta el azúcar en un vaso de precipitados pequeño hasta la mitad del volumen del recipiente. Ahora vierta una solución de ácido sulfúrico en una cantidad igual a la mitad del azúcar vertido. Revuelva el contenido con una varilla de vidrio para que el ácido se distribuya uniformemente por todo el volumen. No sucede nada por un tiempo, pero de repente el azúcar comienza a oscurecerse, luego se vuelve negro y finalmente comienza a "salir" del recipiente.

Una masa negra y porosa, que ya no parece azúcar blanca, sale del vaso como una serpiente de la cesta de un faquire. Todo se calienta, se ven nubes de vapor de agua e incluso se escucha un silbido (esto también es vapor de agua que se escapa por las grietas).

La experiencia es atractiva, de la categoría de los llamados. mangueras químicas (5). La higroscopicidad de una solución concentrada de H es responsable de los efectos observados.₂SO₄. Es tan grande que el agua entra en la solución de otras sustancias, en este caso sacarosa:

Los residuos de la deshidratación del azúcar se saturan con vapor de agua (recordar que al mezclar concentrado H₂SO₄ se libera mucho calor con el agua), lo que provoca un aumento significativo en su volumen y el efecto de levantar la masa del vidrio.

Atrapado en un cristal

6. Calentamiento de sulfato de cobre cristalino (II) en un tubo de ensayo. La deshidratación parcial del compuesto es visible.

Y otro tipo de agua contenida en productos químicos. Esta vez aparece de forma explícita (a diferencia del agua constitucional), y su cantidad está estrictamente definida (y no arbitraria, como en el caso del agua higroscópica). Esta agua de cristalizaciónlo que da color a los cristales - cuando se quitan, se desintegran en un polvo amorfo (que verán experimentalmente, como corresponde a un químico).

Abastecerse de cristales azules de sulfato de cobre (II) hidratado CuSO₄×5h₂Oh, uno de los reactivos de laboratorio más populares. Vierta una pequeña cantidad de pequeños cristales en un tubo de ensayo o evaporador (el segundo método es mejor, pero en el caso de una pequeña cantidad del compuesto, también se puede usar un tubo de ensayo; más sobre eso en un mes). Empezar a calentar suavemente sobre la llama del mechero (bastará con una lámpara de alcohol desnaturalizado).

Agite el tubo con frecuencia lejos de usted, o revuelva la baguette en el evaporador colocado en el mango del trípode (no se incline sobre la cristalería). A medida que sube la temperatura, el color de la sal comienza a desvanecerse, hasta que finalmente se vuelve casi blanca. En este caso, se acumulan gotas de líquido en la parte superior del tubo de ensayo. Esta es el agua extraída de los cristales de sal (calentarlos en un evaporador revelará el agua colocando un vidrio de reloj frío sobre el recipiente), que mientras tanto se ha desintegrado en un polvo (6). La deshidratación del compuesto se produce en etapas:

Un nuevo aumento de la temperatura por encima de 650°C provoca la descomposición de la sal anhidra. Polvo blanco anhidro CuSO₄ guárdelo en un recipiente bien cerrado (puede colocarle una bolsa que absorba la humedad).

Usted puede preguntar: ¿cómo sabemos que la deshidratación se produce tal como se describe en las ecuaciones? ¿O por qué las relaciones siguen este patrón? Trabajará para determinar la cantidad de agua en esta sal el próximo mes, ahora responderé la primera pregunta. El método por el cual podemos observar el cambio en la masa de una sustancia al aumentar la temperatura se llama análisis termogravimétrico. La sustancia de prueba se coloca en una paleta, la llamada balanza térmica, y se calienta, leyendo los cambios de peso.

Por supuesto, hoy en día las termobalanzas registran los datos por sí mismas, al mismo tiempo que dibujan el gráfico correspondiente (7). La forma de la curva del gráfico muestra a qué temperatura sucede "algo", por ejemplo, se libera una sustancia volátil del compuesto (pérdida de peso) o se combina con un gas en el aire (luego aumenta la masa). El cambio de masa te permite determinar qué y en qué cantidad ha disminuido o aumentado.

7. Gráfico de la curva termogravimétrica del sulfato de cobre(II) cristalino.

CuSO hidratado₄ tiene casi el mismo color que su solución acuosa. Esto no es una coincidencia. Ion Cu en solución₂+ está rodeado por seis moléculas de agua, y en el cristal - por cuatro, que se encuentran en las esquinas del cuadrado, cuyo centro es. Por encima y por debajo del ion metálico hay aniones de sulfato, cada uno de los cuales "sirve" a dos cationes adyacentes (por lo que la estequiometría es correcta). Pero, ¿dónde está la quinta molécula de agua? Se encuentra entre uno de los iones de sulfato y una molécula de agua en un cinturón que rodea al ion de cobre (II).

Y nuevamente, el lector inquisitivo preguntará: ¿cómo sabes esto? Esta vez a partir de imágenes de cristales obtenidos al irradiarlos con rayos X. Sin embargo, explicar por qué un compuesto anhidro es blanco y un compuesto hidratado es azul es química avanzada. Es hora de que ella estudie.

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