Ciała krystaliczne

Do suchych i czystych probówek wprowadzamy kolejno po 0,1 g następujących substancji krystalicznych: do pierwszej octanu ołowiowego, do drugiej siarki, do trzeciej mocznika, a do czwartej rodanku potasowego. Ogrzewamy poszczególne probówki w płomieniu palnika. Zwracamy uwagę na moment zmiany stanu skupienia poszczególnych substancji.

Ciała bezpostaciowe

a) Do płomienia palnika wkładamy kawałek rurki szklanej i ogrzewamy ją aż do uzyskania stanu plastycznego. Po osiągnięciu tego stanu rurkę szklaną możemy formować, uzyskując różne kształty. Po ostudzeniu rurka przybiera na stałe zadany jej kształt.

2. Do suchej probówki wrzucamy kilka niedużych kawałków polietylenu. Ogrzewamy probówkę w płomieniu palnika do momentu uplastycznienia tworzywa sztucznego (sprawdzamy za pomocą bagietki). Probówkę z zawartością odkładamy i po kilkunastu minutach ponownie sprawdzamy konsystencję badanego materiału. Obserwujemy przejście ze stanu plastycznego do stanu sztywnego.

Rozkład termiczny i chemiczny substancji

1. Termiczny rozkład węglanu magnezu

Do probówki wprowadzamy1,5 g MgCO₃, zamykamy wylot korkiem z umieszczoną w nim szklaną rurką, której koniec zanurzamy w probówce z wodą barytową. Probówkę zawierającą MgCO₃ stopniowo podgrzewamy.

Obserwacje i wnioski:

W wyniku ogrzewania MgCO₃ następuje jego rozkład z wydzieleniem dwutlenku węgla:

MgCO₃ −^T→ MgO + CO₂↑

Wydzielony dwutlenek węgla przedostaje się rurką da naczynia z wodą barytową. Obserwujemy spienienie się wody barytowej. Zachodzi więc reakcja dwutlenku węgla z BaCO₃, będąca potwierdzeniem rozkładu termicznego węglanu magnezu:

Ba (OH)₂ + CO₂→ BaCO₃ +H₂O.

2. Chemiczny rozkład węglanu wapnia

W probówce umieszczamy 0,1 g CaCO₃, dodajemy 10 ml roztworu kwasu solnego HCl (1:3).

Obserwacje i wnioski:

Zaobserwowaliśmy spienienie się zawartości probówki - zaszła więc reakcja:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑

1. Odwadnianie substancji krystalicznych

Do suchych probówek wprowadzamy po 0,5 g CaSO₄∙2H₂O i CuSO₄∙5H₂O. Ogrzewamy zawartość probówek w płomieniu palnika.

Obserwacje i wnioski:

1. CaSO₄∙2H₂O:

Na ściankach probówki pojawiła się para wodna - zaszła więc reakcja odwodnienia CaSO₄∙2H₂O:

CaSO₄ ∙ 2H₂O −^T→ CaSO₄ + 2H₂O

2. CuSO₄∙5H₂O:

Na ściankach probówki pojawiła się para wodna i nastąpiło odbarwienie substancji. Zaszła więc reakcja odwodnienia CuSO₄∙5H₂O:

CuSO₄ ∙ 5H₂O −^T→ CuSO₄ + 5H₂O

Poprzez dehydratację następuje niszczenie sieci krystalicznej substancji.

5. Procesy wydzielania osadów i rozpuszczania substancji

Strącanie i rozkład chemiczny soli.

Na uprzednio wytworzony CaSiO₃ o odczynie 7-8 działamy rozcieńczonym roztworem HCl . Po potraktowaniu krzemianu wapniowego kwasem solnym otrzymujemy roztwór o pH=1. Podczas doświadczenia przebiegły następujące reakcje strącania i rozkładu:

CaSiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃ + CaCl₂

H₂SiO₃ → SiO₂↓ + H₂O

6. Wytrącanie barwnych krzemianów

W probówkach umieszczamy ok. 10 ml szkła wodnego, a następnie wrzucamy po jednym kryształu następujących soli: CoCl₂∙6H₂O, FeSO₄∙7 H₂O, Cr₂(SO₄)₃∙18 H₂O, NiSO₄∙7 H₂O, po czym odstawiamy i obserwujemy zachodzącą reakcję.

Zachodzące reakcje:

CoCl₂ ∙ 6H₂O + Na₂SiO₃ → CoSiO₃ + 2NaCl + 6H₂O

FeSO₄ ∙ 7 H₂O + Na₂SiO₃ → FeSiO₃ + Na₂SO₄ + 7 H₂O

Cr₂(SO₄)₃ ∙ 18 H₂O + 3Na₂SiO₃ → Cr₂(SiO₃)₃ + 3Na₂SO₄ + 18H₂O

NiSO₄ ∙ 7 H₂O + Na₂SiO₃ → NiSO₃ + Na₂SO₄ + 7H₂O

Wnioski:

W probówkach zachodzą reakcje podwójnej wymiany, w wyniku których wytrącają się barwne krzemiany. Sole kwasów krzemowych -krzemiany (silikaty) tworzą różne minerały skałotwórcze. Podstawowym elementem struktury krzemianów jest jon [SO₄]^4-. W krzemianach tetraedry [SO₄]^4- są połączone ze sobą narożami, tworząc wiązanie ―Si―O―Si―.

Kąt w wiązaniu ―Si―O―Si― w kwarcu jest stały i wynosi 1,902 rd, a w szkle kwarcowym kąt ten jest zmienny w zakresie od 1,09 do 3,14 rd. Każdy z tetraedrów może tworzyć od 1 do 4 mostków tlenowych, powodując wielką różnorodność występujących struktur krzemianów

7. Rozpuszczanie i krystalizacja jodku ołowianego

Do probówki wlewamy kilka kropli 2n Pb(NO₃)₂, a następnie taką samą ilość 2n KJ. Wytrąca się jodek ołowiu zgodnie z reakcją:

Pb(NO₃)₂ + 2 KJ → PbJ₂ + 2 KNO₃

Do wydzielonego osadu dodajemy wodę destylowaną, mieszamy i ogrzewamy zawartość probówki, aż do całkowitego rozpuszczenia osadu. Probówkę odstawiamy na 5-10 minut, a następnie schładzamy ją strumieniem bieżącej wody. Roztwór zmienia barwę - z wytrąceniem charakterystycznych kryształków w kolorze żółto-złotego brokatu.

Wnioski:

Proces rozpuszczania substancji stałej w wodzie obejmuje etapy:

-niszczenia sieci krystalicznej

-hydratacji utworzonych jonów

-dyfuzji cząsteczek rozpuszczonych w głąb fazy ciekłej i wody w kierunku fazy stałej.

Wartością stałą w danej temperaturze jest iloczyn rozpuszczalności IR, tzn. iloczyn potęgowy ze stężeń jonów (w przypadku roztworów stężonych iloczyn aktywności) występujących w roztworze nasyconym. Jeżeli

A_mB_n. ↔ mAⁿ⁺ + nB^m.-, (1)

to

IR = [Aⁿ⁺]^m ∙ [B^m-]ⁿ ; T=const. (2 )

Strącenie osadu trudno rozpuszczalnego związku chemicznego zachodzi dopiero wówczas, gdy zostanie przekroczona wartość iloczynu rozpuszczalności ( w określonej temperaturze). Dlatego też w celu zapewnienia ilościowego wytrącenia jakieś soli należy do roztworu wprowadzić nadmiar jednego z jej jonów.

Jeżeli zmieszamy dwa roztwory, z których jeden zawiera jon Aⁿ⁺, a drugi -jon B^m-, to nie zauważymy żadnych zmian, dopóki iloczyn stężeń jonów będzie mniejszy od iloczynu rozpuszczalności A_mB_n. Z chwila, gdy iloczyn rozpuszczalności zostanie osiągnięty, następuje łączenie się jonów w niezdysocjowany A_mB_n, który pozostaje w równowadze z jonami w myśl równania (2 ). Najmniejsze przekroczenie iloczynu rozpuszczalności powoduje zwiększenie stężenia A_mB_n ponad wartość [A_mB_n], odpowiadającą roztworowi nasyconemu, i natychmiast następuje wytracenie osadu A_mB_n.

Ogrzewając probówkę powodujemy podwyższenie iloczynu rozpuszczalności - roztwór wyklarowuje się. Studząc probówkę w strumieniu zimnej wody obniżamy iloczyn rozpuszczalności i wytrąca się jodek ołowiu.

PbJ₂ ↔ Pb²⁺ + 2J^-

faza stała roztwór

IR = [Pb²⁺][J^-]²

---