mozok.click » Хімія » Теплові явища, що супроводжують розчинення речовин. Кристалогідрати
Інформація про новину
  • Переглядів: 174
  • Автор: admin
  • Дата: 1-02-2018, 17:47
1-02-2018, 17:47

Теплові явища, що супроводжують розчинення речовин. Кристалогідрати

Категорія: Хімія

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• знати, що розчинення речовин супроводжується тепловими явищами; поняття «кристалогідрати»;

• називати кристалогідрати;

• уміти спостерігати демонстраційні досліди й аналізувати отримані результати;

• обчислювати масову частку та масу розчиненої речовини в розчині, виготовленому з кристалогідрату.

Теплові явища, що супроводжують розчинення речовин. Розглянувши природу процесу розчинення (§ 6), ви з’ясували, що між компонентами розчину відбувається хімічна взаємодія. Підтвердженням того, що розчинення — це фізико-хімічний процес, є теплові явища, які при цьому відбуваються.

Вам уже відомо, що молекули води як диполі руйнують зв’язки між молекулами (якщо речовина молекулярної будови) або йонами (якщо речовина йонної структури). Під час цього процесу витрачається енергія. Наступним етапом є гідратація, тобто взаємодія молекул чи йонів з молекулами води. Цей процес супроводжується виділенням певної кількості енергії. Якщо на руйнування зв’язків витрачається менше енергії, ніж її виділяється під час взаємодії між частинками речовини та розчинника, то виділяється тепло й розчин нагрівається. Якщо ж на руйнування зв’язків витрачається більше енергії, ніж її виділяється під час гідратації, то відбувається поглинання енергії й розчин охолоджується.

Спостерігатимемо за цими явищами на прикладі демонстраційних дослідів.

Дослід 1. Розчинення концентрованої сульфатної кислоти у воді.

На дно хімічної склянки наллємо воду об’ємом 30-35 мл. Зануримо термометр і поміряємо температуру. Обережно доллємо концентровану сульфатну кислоту. Перемішаємо розчин (рис. 23).



Як показано на рисунку 23, під час розчинення температура розчину значно зростає. Отже, розчинення концентрованої сульфатної кислоти супроводжується виділенням тепла.

Пригадайте з курсу хімії 8 класу, як і чому саме так потрібно розчиняти сульфатну кислоту.

Виділення тепла спостерігається під час розчинення спирту та багатьох твердих речовин у воді. Це переконливо свідчить про те, що розчинення — не тільки фізичний, а й хімічний процес. Іншим доказом є той факт, що об’єми розчинів здебільшого не відповідають сумі об’ємів його компонентів (розчинника й розчиненої речовини). Під час розчинення газів тепло переважно виділяється.

Тепер розглянемо ще один дослід і спостерігатимемо за процесом розчинення амоній нітрату у воді.

Дослід 2. Розчинення амоній нітрату у воді.

Як і в попередньому досліді, на дно хімічної склянки наллємо воду такого самого об’єму й зануримо спиртовий термометр. Додамо білий порошок амоній нітрату й перемішаємо розчин (рис. 24).

За позначкою термометра спостерігаємо, що температура розчину знизилася. Якщо видозмінити цей дослід і поставити склянку на змочений водою картон, то тепла поглинається стільки, що склянка примерзає. Отже, під час розчинення амоній нітрату тепло поглинається. Доведено, що розчин охолоджується приблизно до -8 °С.

Можна зробити висновок, що процес розчинення супроводжується тепловими явищами, які незаперечно підтверджують хімічну взаємодію між молекулами чи йонами розчинюваної речовини й молекулами розчинника.

Кристалогідрати. З таблиці розчинності (див. другий форзац) видно, що значна кількість кислот, солей та луги розчиняються у воді, утворюючи розчини. А чи можна виокремити розчинену речовину з розчину?

Пригадайте способи розділення сумішей та визначте, який із них можна застосувати для виділення речовини з розчину.

Вивчаючи способи розділення сумішей, ви ознайомилися з очищенням кухонної солі. Після розчинення та фільтрування розчину необхідно було випарити воду. Отже, розділити водний розчин можна за допомогою випарювання.

Однак під час випарювання багатьох водних розчинів твердих речовин утворюються кристали, що містять певну кількість молекул води. Такі речовини називають кристалогідратами. Воду, яка входить до складу кристалогідрату, називають кристалізаційною.


Розглянемо склад досить поширеного кристалогідрату — мідного купоросу, формула якого — CuSO4 • 5H2O. Хімічна назва — купрум(ІІ) сульфат пентагідрат, де «пента» означає «п’ять». Це число вказує на те, що одна формульна одиниця цього кристалогідрату містить п’ять молекул води (рис. 25, а). Під час нагрівання кристалізаційна вода випаровується й утворюється безводний купрум(ІІ) сульфат, але вже не синього, а білого кольору (рис. 25, б).

У природі такий процес відбувається за підвищення температури та низької вологості повітря.

Процес утворення кристалогідратів та їхній перехід до безводних кристалів є оберненим, тому за високої вологості багато безводних солей сполучаються з молекулами води, які містяться в повітрі, перетворюючись знову на кристалогідрати. Часто цей процес спостерігають за зміною забарвлення речовин.

На рисунку 26 показано кристали кристалогідрату кобальт(ІІ) хлориду гексагідрату СоСІ2 • 6H2O (рис. 26, а) і безводної солі кобальт(ІІ) хлориду (рис. 26, б). Зневоднення кристалогідрату супроводжується зміною кольору речовини.

Чимало кристалогідратів мають практичне значення, їх застосовують у будівництві, медицині, сільському господарстві, хімічній промисловості. До них належать мідний і залізний FeSO4 • 7H2O купороси, гіпс СаSO4 • 2H2O, кристалічна сода Na2CO3 • 10H2O, глауберова сіль Na2SO4 • 10H2O, гірка сіль MgSO4 • 7H2O та ін.

Розглянемо практичне використання кристалогідратів.

Мідний купорос — купрум(ІІ) сульфат пентагідрат, речовина яскраво-синього кольору. У сільському господарстві широко застосовують бордоську рідину (1-3-відсотковий розчин мідного купоросу й зависі кальцій гідроксиду) для протруювання зерна та боротьби з шкідниками плодових дерев і кущів, а 0,2-відсотковий її розчин — для оброблення насіння помідорів перед сівбою. У будівництві розчином мідного купоросу обробляють поверхні, ушкоджені цвіллю, профілактично покривають стіни та стелі перед тим, як їх білити, для запобігання появі грибкової плісняви. Крім того, ним протруюють деревину, застосовують його під час вичинки шкіри в шкіряно-взуттєвій промисловості. Також мідний купорос використовують у медицині, а в хімічних лабораторіях — для добування інших солей Купруму.


Залізний купорос — ферум(ІІ) сульфат гептагідрат, утворює блакитно-зелені кристали. У сільському господарстві його, як і мід-

ний купорос, застосовують для боротьби з шкідниками та хворобами рослин, для протруювання деревини, виробництва фарб.

Гіпс — кальцій сульфат дигідрат, прозорий, безбарвний, м’який мінерал. Під час нагрівання частина кристалізаційної води випаровується й утворюється алебастр — кальцій сульфат моногідрат, мінерал складу 2СаSO4 • H2O або СаSO4 • 0,5H2O. Гіпс застосовують у будівництві як в’яжучий матеріал, у процесі виробництва цементу, добрив. У медицині — для фіксації кісток під час переломів (гіпсові пов’язки). Скульптори використовують гіпс для створення гіпсових оригіналів скульптурних композицій, макетів тощо.

Кристалічна сода — натрій карбонат декагідрат, біла кристалічна речовина. Застосовують для чищення та миття ванн, умивальників та інших забруднених поверхонь, виробництва мийних засобів.

Глауберова сіль (названа на честь німецького хіміка та лікаря Й. Глаубера, який уперше її добув) — натрій сульфат декагідрат, прозорі безбарвні кристали, гіркі на смак. Природний мінерал цієї солі називають мірабілітом. Застосовують у медицині як проносний засіб.

Гірка сіль — магній сульфат гептагідрат, мінерал, добре розчинний у воді, гірко-солоний на смак. Набув широкого застосування у фармації та медицині, хімічній, текстильній і паперовій промисловості, а також у виробництві цукру.

Ви ознайомилися з найпоширенішими кристалогідратами. Ними їх перелік не обмежується. Розчини кристалогідратів набули широкого використання в народному господарстві. У цьому полягає їх цінність і практичне застосування.

Розв’язування задач на приготування розчинів із кристалогідратів. Перш ніж перейти до розв’язування задач на знаходження масової частки й маси розчиненої речовини в розчині, виготовленому з кристалогідрату, розв’яжемо простіші задачі.

Пригадаємо, як обчислювати масову частку речовини на прикладі кристалогідрату купрум(ІІ) сульфату пентагідрату (мідного купоросу).

Задача 1. Обчисліть масову частку кристалізаційної води в мідному купоросі масою 50 г.

• Обчислення масової частки речовини в розчині, виготовленому з кристалогідрату.

Задача 2. У воді масою 120 г розчинили залізний купорос FeSO4 • 7H2O масою 10,5 г. Обчисліть масову частку ферум(ІІ) сульфату в утвореному розчині.

Приготування розчинів із кристалогідратів. Для приготування розчинів із кристалогідратів важливо вміти обчислювати масу води й кристалогідрату, ураховуючи воду, яка міститься в його складі.

Задача 3. Обчисліть масу кристалічної соди Na2CO3 • 10H2O, яку треба взяти для приготування розчину масою 120 г з масовою часткою натрій карбонату 20 %.

Відповідь: для приготування розчину масою 120 г, що містить масову частку натрій карбонату 20 %, треба взяти 64,75 г кристалічної соди.

Задача 4. Обчисліть масу кальцій хлориду гексагідрату CaCl2 • 6H2O та води, які потрібні для приготування розчину масою 160 г з масовою часткою кальцій хлориду 0,15.

Отже, у розчині масою 160 г з масовою часткою Са02 0,15 має міститися кальцій хлорид масою 24 г.

2. Обчислюємо молярну масу й масу 1 моль кристалогідрату:

3. Обчислюємо масу кристалогідрату, необхідну для приготування заданого розчину.

Відповідь: для приготування розчину масою 160 г з масовою часткою кальцій хлориду 0,15 треба взяти кристалогідрат масою 47,35 г і воду масою 112,65 г.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

Процес розчинення — фізико-хімічний процес, який супроводжують теплові явища, що відбуваються внаслідок гідратації молекул або йонів у розчині.

Тепло виділяється й розчин нагрівається, якщо на руйнування зв’язків витрачається менше енергії, ніж її виділяється при взаємодії між частинками речовини та розчинника.

Тепло поглинається й розчин охолоджується, якщо на руйнування зв’язків витрачається більше енергії, ніж її виділяється при гідратації.

Речовини, до складу яких входить певна кількість молекул води, називають кристалогідратами. Воду, що входить до складу кристалогідрату, називають кристалізаційною.

До найпоширеніших кристалогідратів належать: мідний CuSO4 ■ 5H2O і залізний FeSO4 ■ 7H2O купороси, гіпс СаSO4 ■ 2H2O, кристалічна сода Na2CO3 ■ 10H2O, глауберова сіль Na2SO4 ■ 10H2O, гірка сіль MgSO4 ■ 7H2O та ін.

За хімічними рівняннями здійснюють розв’язування задач з використанням розчинів із певною масовою часткою розчиненої речовини.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Поясніть процеси, що відбуваються під час розчинення безводного кальцій хлориду й амоній нітрату.

2. Охарактеризуйте склад кристалогідратів і наведіть приклади.

3. Поясніть застосування найпоширеніших кристалогідратів.

4. Обчисліть масову частку натрій сульфату в глауберовій солі Na2SO4 ■ 10H2O.

5. Обчисліть масу мідного купоросу, яку треба взяти для приготування розчину масою 180 г з масовою часткою купрум(ІІ) сульфату 0,1.

6. Обчисліть масу ферум(ІІІ) нітрату наногідрату та води, що потрібні для приготування розчину масою 300 г з масовою часткою ферум(ІІІ) нітрату 9 %.

7. У воді масою 150 г розчинили кальцій хлорид гексагідрат Са^2 ■ 6H2O масою 65,7 г. Обчисліть масову частку кальцій хлориду в утвореному розчині.

8. Перемалюйте кросворд у зошит. Розгадайте його. Заповніть горизонтальні рядки. У вертикальному виділеному стовпці отримаєте загальну назву кристалогідратів, утворених сульфатами.

1. Речовини, що надають кислого смаку овочам і фруктам.

2. Солі сульфатної кислоти.

3. Хімічний елемент із протонним числом +29.

4. Властивість речовин розчинятися у воді або будь-якому розчиннику.

5. Речовини, до складу яких входить певна кількість молекул води.

6. Назва дощів, у яких розчинені розчинні оксиди Сульфуру та Нітрогену.

7. Кристалогідрат, який використовують у медицині.

 

Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Савчин

 






^