Hubungan basah - bagian 1

Senyawa anorganik biasanya tidak berasosiasi dengan kelembaban, sedangkan senyawa organik sebaliknya. Bagaimanapun, yang pertama adalah batu kering, dan yang terakhir berasal dari organisme hidup akuatik. Namun, asosiasi luas tidak ada hubungannya dengan kenyataan. Dalam hal ini, serupa: air dapat diperas dari batu, dan senyawa organik bisa sangat kering.

Air adalah zat yang ada di mana-mana di Bumi, dan tidak mengherankan jika air juga dapat ditemukan dalam senyawa kimia lainnya. Kadang-kadang secara longgar terhubung dengan mereka, tertutup di dalamnya, memanifestasikan dirinya dalam bentuk laten atau secara terbuka membangun struktur kristal.

Hal pertama yang pertama. Pada awalnya…

…kelembaban

Banyak senyawa kimia cenderung menyerap air dari lingkungannya - misalnya, garam meja yang terkenal, yang sering menggumpal dalam suasana dapur yang beruap dan lembap. Zat semacam itu bersifat higroskopis dan menyebabkan kelembapan air higroskopis. Namun, garam meja membutuhkan kelembaban relatif yang cukup tinggi (lihat kotak: Berapa banyak air di udara?) untuk mengikat uap air. Sedangkan di gurun terdapat zat yang dapat menyerap air dari lingkungan.

Berapa banyak air di udara?

Kelembaban mutlak adalah jumlah uap air yang terkandung dalam satuan volume udara pada suhu tertentu. Misalnya, pada 0 °С dalam 1 m³ Di udara bisa ada maksimal (agar tidak ada kondensasi) sekitar 5 g air, pada 20 ° C - sekitar 17 g air, dan pada 40 ° C - lebih dari 50 g Di dapur yang hangat atau kamar mandi, oleh karena itu cukup basah.

Kelembaban relatif adalah rasio jumlah uap air per satuan volume udara dengan jumlah maksimum pada suhu tertentu (dinyatakan sebagai persentase).

Percobaan selanjutnya akan membutuhkan natrium NaOH atau kalium hidroksida KOH. Tempatkan tablet majemuk (seperti yang dijual) di atas kaca arloji dan biarkan di udara selama beberapa saat. Segera Anda akan melihat bahwa permen mulai ditutupi dengan tetesan cairan, dan kemudian menyebar. Ini adalah efek dari higroskopisitas NaOH atau KOH. Dengan menempatkan sampel di ruangan yang berbeda di rumah, Anda dapat membandingkan kelembaban relatif dari tempat-tempat ini (1).

1. Pengendapan NaOH pada kaca arloji (kiri) dan endapan yang sama setelah beberapa jam di udara (kanan).

2. Desikator laboratorium dengan gel silikon (foto: Wikimedia/Hgrobe)

Ahli kimia, dan bukan hanya mereka, memecahkan masalah kadar air suatu zat. Air higroskopis itu adalah kontaminasi yang tidak menyenangkan oleh senyawa kimia, dan isinya, apalagi, tidak stabil. Fakta ini membuat sulit untuk menimbang jumlah reagen yang dibutuhkan untuk reaksi. Solusinya tentu saja dengan mengeringkan zat tersebut. Pada skala industri, ini terjadi di ruang yang dipanaskan, yaitu dalam versi oven rumah yang diperbesar.

Di laboratorium, selain pengering listrik (sekali lagi, oven), eksikatori (juga untuk penyimpanan reagen yang sudah kering). Ini adalah bejana kaca, tertutup rapat, di bagian bawahnya terdapat zat yang sangat higroskopis (2). Tugasnya adalah menyerap kelembapan dari kompon kering dan menjaga kelembapan di dalam desikator tetap rendah.

Contoh pengering: garam CaCl anhidrat.₂ Saya MgSO₄, fosfor (V) oksida P₄O₁₀ dan kalsium CaO dan silika gel (silika gel). Anda juga akan menemukan yang terakhir dalam bentuk sachet pengering yang ditempatkan dalam kemasan industri dan makanan (3).

3. Gel silikon untuk melindungi makanan dan produk industri dari kelembapan.

Banyak penurun kelembapan dapat dibuat ulang jika menyerap terlalu banyak air - cukup hangatkan.

Ada juga kontaminasi kimia. air botol. Ini menembus ke dalam kristal selama pertumbuhannya yang cepat dan menciptakan ruang yang diisi dengan larutan dari mana kristal terbentuk, dikelilingi oleh padatan. Anda dapat menghilangkan gelembung cairan dalam kristal dengan melarutkan senyawa dan mengkristalkannya kembali, tetapi kali ini dalam kondisi yang memperlambat pertumbuhan kristal. Kemudian molekul akan "rapi" mengendap di kisi kristal, tanpa meninggalkan celah.

air tersembunyi

Dalam beberapa senyawa, air ada dalam bentuk laten, tetapi ahli kimia mampu mengekstraknya dari mereka. Dapat diasumsikan bahwa Anda akan melepaskan air dari senyawa oksigen-hidrogen dalam kondisi yang tepat. Anda akan membuatnya melepaskan air dengan pemanasan atau dengan aksi zat lain yang menyerap air dengan kuat. Air dalam hubungan seperti itu air konstitusional. Cobalah kedua metode dehidrasi kimia.

4. Uap air mengembun dalam tabung reaksi ketika bahan kimia mengalami dehidrasi.

Tuang sedikit soda kue ke dalam tabung reaksi, mis. natrium bikarbonat NaHCOXNUMX.₃. Anda bisa mendapatkannya di toko kelontong, dan digunakan di dapur, misalnya. sebagai agen ragi untuk memanggang (tetapi juga memiliki banyak kegunaan lain).

Tempatkan tabung reaksi dalam nyala api pembakar pada sudut kira-kira 45° dengan bukaan keluar menghadap Anda. Ini adalah salah satu prinsip kebersihan dan keamanan laboratorium - ini adalah cara Anda melindungi diri sendiri jika terjadi pelepasan tiba-tiba zat panas dari tabung reaksi.

Pemanasan belum tentu kuat, reaksi akan dimulai pada 60 ° C (pembakar spiritus termetilasi atau bahkan lilin sudah cukup). Perhatikan bagian atas kapal. Jika tabung cukup panjang, tetesan cairan akan mulai terkumpul di saluran keluar (4). Jika Anda tidak melihatnya, letakkan kaca arloji dingin di atas outlet tabung reaksi - uap air yang dilepaskan selama penguraian soda kue mengembun di atasnya (simbol D di atas panah menunjukkan pemanasan zat):

5. Selang hitam keluar dari kaca.

Produk gas kedua, karbon dioksida, dapat dideteksi menggunakan air kapur, mis. larutan jenuh kalsium hidroksida Sa (AKTIF)₂. Kekeruhannya yang disebabkan oleh pengendapan kalsium karbonat menunjukkan adanya CO₂. Cukup dengan mengambil setetes larutan pada baguette dan meletakkannya di ujung tabung reaksi. Jika Anda tidak memiliki kalsium hidroksida, buatlah air kapur dengan menambahkan larutan NaOH ke dalam larutan garam kalsium yang larut dalam air.

Pada percobaan berikutnya, Anda akan menggunakan reagen dapur berikutnya - gula biasa, yaitu sukrosa C.₁₂H2₂O₁₁. Anda juga membutuhkan larutan pekat asam sulfat H₂SO₄.

Saya segera mengingatkan Anda tentang aturan untuk bekerja dengan reagen berbahaya ini: sarung tangan karet dan kacamata diperlukan, dan percobaan dilakukan di atas nampan plastik atau bungkus plastik.

Tuang gula ke dalam gelas kimia kecil sebanyak setengah wadah diisi. Sekarang tuangkan dalam larutan asam sulfat dalam jumlah yang sama dengan setengah dari gula yang dituangkan. Aduk isinya dengan batang kaca agar asam merata di seluruh volume. Tidak ada yang terjadi untuk sementara waktu, tetapi tiba-tiba gula mulai menjadi gelap, kemudian menjadi hitam, dan akhirnya mulai "meninggalkan" wadah.

Massa hitam keropos, tidak lagi tampak seperti gula putih, merangkak keluar dari kaca seperti ular dari keranjang fakir. Semuanya memanas, awan uap air terlihat dan bahkan terdengar desisan (ini juga uap air yang keluar dari retakan).

Pengalaman itu menarik, dari kategori yang disebut. selang kimia (5). Higroskopisitas larutan HXNUMX pekat bertanggung jawab atas efek yang diamati.₂SO₄. Sangat besar sehingga air memasuki larutan dari zat lain, dalam hal ini sukrosa:

Residu dehidrasi gula jenuh dengan uap air (ingat bahwa ketika mencampur H . pekat₂SO₄ banyak panas dilepaskan dengan air), yang menyebabkan peningkatan volume yang signifikan dan efek mengangkat massa dari kaca.

Terjebak dalam kristal

6. Pemanasan kristal tembaga sulfat (II) dalam tabung reaksi. Dehidrasi parsial senyawa terlihat.

Dan jenis air lainnya yang terkandung dalam bahan kimia. Kali ini muncul secara eksplisit (tidak seperti air konstitusional), dan jumlahnya ditentukan secara ketat (dan tidak sembarangan, seperti dalam kasus air higroskopis). Ini air kristalisasiapa yang memberi warna pada kristal - ketika dihilangkan, mereka hancur menjadi bubuk amorf (yang akan Anda lihat secara eksperimental, sebagaimana layaknya seorang ahli kimia).

Persediaan pada kristal biru tembaga(II) sulfat terhidrasi CuSO₄× 5ч₂Oh, salah satu reagen laboratorium paling populer. Tuang sedikit kristal kecil ke dalam tabung reaksi atau evaporator (metode kedua lebih baik, tetapi dalam kasus sejumlah kecil senyawa, tabung reaksi juga dapat digunakan; lebih dari itu dalam sebulan). Mulai pemanasan perlahan di atas api pembakar (lampu alkohol yang didenaturasi sudah cukup).

Goyangkan tabung sesering mungkin, atau aduk baguette di evaporator yang ditempatkan di pegangan tripod (jangan bersandar di atas barang pecah belah). Saat suhu naik, warna garam mulai memudar, hingga akhirnya menjadi hampir putih. Dalam hal ini, tetesan cairan terkumpul di bagian atas tabung reaksi. Ini adalah air yang dikeluarkan dari kristal garam (memanaskannya dalam evaporator akan mengeluarkan air dengan menempatkan kaca arloji dingin di atas bejana), yang telah hancur menjadi bubuk (6). Dehidrasi senyawa terjadi secara bertahap:

Peningkatan suhu lebih lanjut di atas 650 ° C menyebabkan dekomposisi garam anhidrat. Bubuk putih anhidrat CuSO₄ simpan dalam wadah yang disekrup rapat (Anda dapat meletakkan tas penyerap kelembaban di dalamnya).

Anda mungkin bertanya: bagaimana kita tahu bahwa dehidrasi terjadi seperti yang dijelaskan oleh persamaan? Atau mengapa hubungan mengikuti pola ini? Anda akan bekerja menentukan jumlah air dalam garam ini bulan depan, sekarang saya akan menjawab pertanyaan pertama. Cara mengamati perubahan massa suatu zat dengan kenaikan suhu disebut analisis termogravimetri. Zat uji ditempatkan pada palet, yang disebut keseimbangan termal, dan dipanaskan, membaca perubahan berat.

Tentu saja, saat ini thermobalances merekam data itu sendiri, pada saat yang sama menggambar grafik yang sesuai (7). Bentuk kurva grafik menunjukkan pada suhu berapa "sesuatu" terjadi, misalnya, zat yang mudah menguap dilepaskan dari senyawa (kehilangan berat) atau bergabung dengan gas di udara (maka massa meningkat). Perubahan massa memungkinkan Anda untuk menentukan apa dan dalam jumlah apa yang berkurang atau bertambah.

7. Grafik kurva termogravimetri kristal tembaga(II) sulfat.

CuSO terhidrasi₄ memiliki warna yang hampir sama dengan larutan berairnya. Ini bukan kebetulan. ion Cu dalam larutan₂+ dikelilingi oleh enam molekul air, dan di dalam kristal - empat, terletak di sudut-sudut alun-alun, yang menjadi pusatnya. Di atas dan di bawah ion logam terdapat anion sulfat, yang masing-masing "melayani" dua kation yang berdekatan (sehingga stoikiometrinya benar). Tapi di mana molekul air kelima? Itu terletak di antara salah satu ion sulfat dan molekul air di sabuk yang mengelilingi ion tembaga(II).

Dan sekali lagi, pembaca yang ingin tahu akan bertanya: bagaimana Anda tahu ini? Kali ini dari gambar kristal yang diperoleh dengan menyinarinya dengan sinar-X. Namun, menjelaskan mengapa senyawa anhidrat berwarna putih dan senyawa terhidrasi berwarna biru adalah kimia tingkat lanjut. Sudah waktunya baginya untuk belajar.

Lihat juga: