Химия и химици №1 2015г
1 mol CuSO4 е еквивалентен на 2 mol KOH
0,022 mol CuSO4 е еквивалентен на 0,044 mol KOH, което е по-малко от количеството взета основа (0,0713 mol).
Така алкалите са в излишък и медните катиони трябва да се утаят почти напълно (- за разлика от първия експеримент).
Към разтвор на меден сулфат в чаша се добавя алкален разтвор. Първо – капка по капка, после – на тънка струйка. Изпадна синя обемна утайка от меден (II) хидроксид, този път приличаше повече на гел. В края на експеримента утайката заема почти целия обем на чашата.
| Утаяване на меден(II) хидроксид |
Сега разлагането на меден хидроксид чрез кипене с матерния разтвор. Ако загреете само разтвор без утайка в чаша, тогава долните слоеве на разтвора получават топлина от електрическата печка, тяхната плътност намалява и те плават. На тяхно място от горните слоеве на течността се спуска по-студен и по-тежък разтвор. Студената течност отново се нагрява близо до дъното, става по-малко плътна и изплува. Това продължава, докато целият разтвор в чашата се нагрее и заври.
Това явление се нарича конвекция. Благодарение на конвекцията топлината се пренася ефективно в течности и газове. Ако загреете разтвора с утайка на дъното, наличието на утайка прави свои собствени корекции. Долните слоеве на течността се нагряват от електрическата печка, но утайката им пречи да изплуват на повърхността. В резултат на това отдолу (под слой от утайка) водата може да се нагрее до висока температура.сварете и оставете отгоре на студено. Конвекцията е потисната.
Когато въпреки това големи мехурчета от пара пробият през слоя утайка, те попадат в студения разтвор и незабавно се „свиват“ (парата рязко кондензира). Има хидравличен удар. В резултат на това стъклото може да "отскочи" и да падне от плочката; може да се счупи поради удар със самата плочка или да се получи пръскане на съдържанието.
Химиците непрекъснато трябва да се справят с подобни проблеми при нагряване на разтвор с масивна утайка. Например, веднъж оставих разтвор на циркониев хидроксид в мравчена киселина върху една плочка. Сложи слаб огън и отиде до магазина. Когато дойде след около 20 минути, се оказа, че разтворът близо до дъното на чашата се превърна в гелообразна маса, в резултат на което започна неравномерно кипене, чашата „излетя“ и се счупи.
В такива случаи често помага доброто смесване - за да се предотврати натрупването на утайка на дъното, причинявайки прегряване на долните слоеве вода. Ако имате нужда от нагряване, а не до кипене, чашата с утайка може да се постави в термостат (сушилня) - в този случай съдържанието на чашата ще се нагрее от всички страни, а не само от дъното.
В предишния експеримент за дехидратация на меден хидроксид (вижте първата част на статията), слоят от утайка от меден хидроксид не беше твърде масивен, така че горещият разтвор от дъното на чашата успя да пробие слоя на утайката до горната част на чашата. Поради факта, че утайката почернява в горещия разтвор и остава синя в студения разтвор, движението на горещи и студени струи се вижда визуално (приличаше на лава лампа). Утайката не може да попречи на конвекцията.
При втория експеримент седиментният слой беше много по-масивен – заемаше по-голямата част от стъклото. Когато сложих чашата на електрическата печка, долният слой утайка започна да почернява. Но горещият долен слойразтвор с черни частици меден оксид не можа да пробие масивния слой меден хидроксид, в резултат на което водата на дъното започна да кипи локално, образуваха се големи мехурчета. Това заплашваше, че в резултат на неравномерно кипене ще започнат резки удари и чашата ще излети от печката. Той стоеше наблизо - за да има време да го вземе.
След известно време мехурчета от пара пробиха слоя утайка, проправяйки пътя за потоци горещ разтвор отдолу. Разбъркването започна постепенно и утайката в целия обем започна активно да почернява. За да ускоря този процес, смесих съдържанието на чашата с шпатула. Скоро почти цялата утайка почерня.
След спиране на нагряването медният оксид започва бавно да се утаява на дъното и значителна част от него остава в горната част на стъклото за дълго време.
Към горното ще добавя, че ако конвекцията се потисне при нагряване на съда с течност на печката, това може да доведе не само до неравномерно кипене и в резултат на това до падане на съда или изпръскване на съдържанието. В резултат на локално прегряване на долните слоеве на течността са възможни нежелани процеси на разлагане. Освен това конвекцията може да бъде трудна не само поради наличието на утайка на дъното, но и поради факта, че самата течност е твърде вискозна.
В нашия случай медният оксид не се страхува от прегряване, но например органичните вещества са много чувствителни към него. Например при директно нагряване на котлона отдолу може да загори нишестена паста, микробиологична среда или любимият на всички грис. На дъното се образува кора от овъглена органична материя, която провежда лошо топлината и допълнително увеличава прегряването на дъното на съда. За да не се случи това, течността се разбърква активно (например с лъжица в тенджера), топлината се поддържа умерена, а в някои случаи се използва и водна баня.