Хімія та Хіміки № 1 2015
1 моль CuSO4 еквівалентний 2 моль KOH
0.022 моль CuSO4 еквівалентно 0.044 моль KOH, це менше, ніж взята кількість лугу (0.0713 моль).
Таким чином, луг у надлишку та катіони міді повинні випасти в осад практично повністю (- на відміну від першого досвіду).
До розчину сульфату міді у склянці додав розчин лугу. Спершу - по краплях, потім - тонким струмком. Випав блакитний об'ємний осад гідроксиду міді (II), цього разу він був набагато більше схожий на гель. Наприкінці досвіду осад зайняв майже весь обсяг склянки.
| Осадження гідроксиду міді (II) |
Тепер розкладання гідроксиду міді під час кип'ятіння з маточним розчином. Якщо нагрівати в склянці просто розчин без осаду, то нижні шари розчину одержують тепло від електричної плитки, їх густина зменшується, і вони спливають. На їх місце опускається холодніший і важкий розчин з верхніх шарів рідини. Холодна рідина знову нагрівається біля дна, стає менш щільною і спливає. Це триває до того часу, поки весь розчин у склянці не нагріється і закипить.
Описане явище називається конвекцією. Завдяки конвекції здійснюється ефективне перенесення тепла в рідинах та газах. Якщо нагрівати розчин із осадом на дні, наявність осаду вносить свої корективи. Нижні шари рідини нагріваються від електричної плити, але осад заважає їм випливти. В результаті знизу (під шаром осаду) вода може нагрітися до бурхливогокипіння, а зверху залишитись холодною. Конвекція пригнічена.
Коли великі бульбашки пари таки прориваються через шар осаду, вони потрапляють у холодний розчин і відразу ж "схлопуються" (пар різко конденсується). Виникає гідравлічний удар. В результаті склянка може "підстрибнути" та впасти з плитки; розбитися за рахунок удару об саму плитку або може статися розбризкування вмісту.
З подібними прикрощами при нагріванні розчину з масивним осадом постійно доводиться стикатися з хіміками. Наприклад, один раз я залишив на плитці розчин гідроксиду цирконію в мурашиній кислоті. Поставив слабке нагрівання і пішов у магазин. Коли прийшов хвилин через 20, виявилося, що розчин біля дна склянки перетворився на гелеподібну масу, внаслідок чого почалося нерівномірне кипіння, склянка "полетіла" і розбився.
У подібних випадках часто допомагає хороше перемішування – щоб не дати осаду знаходитись біля дна, викликаючи перегрів нижніх шарів води. Якщо потрібно нагрівання не до кипіння, склянку з осадом можна поставити в термостат (сушильна шафа) - у цьому випадку вміст склянки буде грітися з усіх боків, а не тільки з дна.
У попередньому досвіді дегідратації гідроксиду міді (див. першу частину статті) шар осаду гідроксиду міді був не дуже масивним, тому гарячий розчин з дна склянки зміг прорватися крізь шар осаду вгору склянки. Завдяки тому, що в гарячому розчині осад став чорним, а в холодному залишався блакитним, пересування гарячих і холодних струменів було видно візуально (це нагадувало лавову лампу). Осад не зміг перешкодити конвекції.
У другому експерименті шар осаду був набагато масивнішим - він займав більшу частину склянки. Коли я поставив склянку на електричну плитку, нижній шар осаду став чорніти. Але гарячий нижній шаррозчину з чорними частинками оксиду міді не зміг прорватися через масивний шар гідроксиду міді, в результаті вода біля дна почала локально кипіти, утворювалися великі бульбашки. Це загрожувало тим, що внаслідок нерівномірного кипіння почнуться різкі поштовхи і склянка злетить із плитки. Став поряд – щоб встигнути підхопити.
Через деякий час бульбашки пари прорвалися через шар осаду, проклавши дорогу потоків гарячого розчину знизу. Поступово почалося перемішування, осад по всьому об'єму почав активно чорніти. Щоб прискорити цей процес, перемішав вміст склянки шпателем. Незабаром майже весь осад став чорним.
Після припинення нагрівання оксид міді став повільно осідати на дно, причому його значна частина довго трималася у верхній частині склянки.
До сказаного додам, що якщо при нагріванні ємності з рідиною на плитці конвекція пригнічена, це може призвести не тільки до нерівномірного кипіння і, як результат, - до падіння ємності або розбризкування вмісту. Внаслідок локального перегріву нижніх шарів рідини можливі небажані процеси розкладання. Причому конвекція може бути утруднена не тільки в результаті наявності на дні осаду, але і через те, що сама рідина занадто в'язка.
У нашому випадку оксид міді перегріву не боїться, але, наприклад, органічні речовини щодо нього дуже чутливі. Наприклад, при прямому нагріванні на плиті крохмальний клейстер, мікробіологічні середовища чи всім улюблена манна каша можуть підгоріти знизу. На дні утворюється кірка із обвугленої органіки, яка погано проводить тепло та ще більше посилює перегрів дна судини. Щоб цього не сталося, рідина активно перемішують (наприклад, ложкою в каструлі), нагрівання підтримують помірне, а в деяких випадках використовують водяну баню.