20120707_Golubev_PR

Хімічні прилади та посуд загального призначення

До лабораторних приладів відносяться: газові пальники, сушильні шафи, муфельні печі, технічні ваги та ін. В якості нагрівальних приладів в хімічній лабораторії використовуються газові пальники та електроплитки. В хімічних лабораторіях переважно застосовуються пальники Теклю (рис. 1, а) або Бунзена (рис. 1, б). На відкритому полум′ї пальника можна проводити нагрівання речовин у порцеляновому посуді, а також короткочасне нагрівання розчинів або кристалів у пробірці. Якщо нагрівання необхідно проводити досить тривалий час в скляному посуді, слід обов′язково користуватися азбестовою сіткою (рис. 1, в), або для тиглів – порцеляновим трикутником (рис. 1, г). При довготривалому нагріванні до температури, яка не перевищує 1000С, застосовуються водяні бані (рис. 1, д).

Весь хімічний посуд для дослідів повинен бути чистим, його спочатку миють водогінною водою, потім декілька разів промивають дистильованою водою, після чого сушать у сушильних шафах (рис. 2, а). Сушильну шафу можна використовувати також для сушіння речовин. В роботах по визначенню кількісного складу речовини сушіння проводять декілька разів при заданій температурі певний час, до досягнення висушеною речовиною сталої маси.

Рис. 1

В лабораторній практиці іноді необхідно одержати температуру 60010000С, для цього застосовують електричну муфельну піч (рис. 2, б).

В більшості лабораторних робіт з загальної хімії цілком достатньо проводити зважування з точністю до 0,02 г. Для цього користуються технічними терезами (рис. 3, а). При зважуванні на технічних терезах слід додержуватись таких правил:

1. Терези забороняється переносити з одного місця на інше, бо вони вимагають ретельної настройки.

2.Зважувати на терезах слід дуже акуратно та обережно, плавно працюючи з аретиром.

3.На чашки терезів не можна ставити гарячі або забруднені предмети.

4.Предмет, який необхідно зважити, слід класти на ліву чашку терезів. Хімічні реактиви зважують на годинниковому склі (рис. 4, а), в

сушили у сушильній шафі, перед зважуванням необхідно обов′язково охолодити до кімнатної температури. З метою запобігання поглинання ними

човин в ексикаторах застосовується прожарений кальцій хлорид або концентрована сульфатна кислота. Гарячі предмети переносять за допомогою порцелянової решітки (б), пінцетів (в), або тигельних щипців (г, д) (рис. 5).

Крупнокристалічні речовини перед розчиненням іноді подрібнюють до порошкоподібного стану. Для цього використовують скляні (рис. 8, а), порцелянові (рис. 8, б), агатові (рис. 8, в) та металеві (рис. 8, г) ступки.

При випарюванні рідин найчастіше застосовуються порцелянові чашки.

Для відмірювання об′єму рідини застосовують мірний посуд: колби, циліндри, мензурки. Приблизні об′єми розчинів відміряють мірними циліндрами (рис. 8, д) або мензурками (рис. 8, е). Мірними колбами (рис. 9, а) користуються в тих випадках, коли необхідно одержати певний об′єм рідини. Ці колби можуть бути різної місткості, до 2 л включно. Найчастіше використовують мірні колби місткістю 25, 50, 100, 200, 250, 500 та 1000 мл.

При проведенні хімічних дослідів для точного вимірювання об′єму рідини використовують також титрувальні бюретки (рис. 9, б) та піпетки (рис. 9, в) місткістю від 1 до 100 мл. Для фільтрування осадів використовують скляні лійки

(рис. 9, г).

Для дозування рідких речовин в реакційну масу застосовують крапельні лійки (рис. 9, д), а для розділення рідин, що не змішуються – ділильні лійки (рис.9, е). Для кожної розчинної речовини певній густині розчину відповідає певна концентрація цієї речовини. Для визначення концентрації розчину за його відносною густиною користуються ареометром (рис. 9, к). Ареометром можна визначати густину розчину швидко, але досить приблизно. Тому для точного визначення густини розчину застосовують пікнометри (рис. 9, ж).

14

ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ Методи виділення та очищення речовин

Існують різні методи виділення та очищення речовин; вибір методів залежить від властивостей та напрямків застосування речовин. Найбільш поширеними методами є: фільтрування, дистиляція, возгонка (сублімація),

перекристалізація та висолювання. Очищення газів переважно здійснюється поглинанням (сорбцією) газоподібних домішок сорбентами – речовинами, які здатні адсорбувати ці домішки.

Чисті речовини мають характерні фізичні та хімічні властивості, і тому визначення чистоти речовин можливо перевірити фізичними та хімічними методами. До фізичних методів відносять: визначення густини, температур плавлення, кипіння, замерзання та інших констант. Хімічні методи перевірки базуються на хімічних реакціях і є методами кількісного та якісного аналізу.

При проведенні хімічних досліджень велике значення має чистота реактивів, тому що використання забруднених речовин може призвести до одержання невірних результатів дослідження. Промисловістю випускаються реактиви різного ступеня чистоти: “ос.ч.” – особливо чистий, “х.ч.” – хімічно чистий, “ч.д.а.” – чистий для аналізу, “ч.” – чистий та “техн.” – технічний та ін.

Фільтрування

Фільтрування – це процес механічного розділення сумішей твердих та рідких компонентів шляхом пропускання їх крізь пористі матеріали – фільтри. Фільтр, пропускаючи рідину, затримує на поверхні тверді частинки. Очищена рідина, яка проходить крізь фільтр, називається фільтратом. У лабораторних умовах використовують такі фільтрувальні матеріали: папір, вату, тканини, пористі пластинки зі скла або порцеляни, подрібнене вугілля та азбест, скляну вату та ін. Найчастіше для фільтрування використовується фільтрувальний папір, із якого виготовляють фільтри двох типів: прості та складчасті. Прості фільтри використовують тоді, коли необхідно зберегти осад для наступної роботи (з такого фільтра осад легше зняти). Якщо необхідно зберегти тільки фільтрат, то користуються багатогранними складчастими фільтрами, які, за рахунок збільшення фільтруючої поверхні, дозволяють збільшити швидкість фільтрування.

Швидкість фільтрування також залежить від температури, тому що при збільшенні температури зменшується внутрішнє тертя рідини у порах фільтра (наприклад, внутрішнє тертя води при 1000С майже в 6 разів менше, ніж при 00С), тому, якщо це можливо, рідини краще фільтрувати гарячими.

На швидкість фільтрування і повноту виділення осаду також впливають: розмір пор фільтра, характер осаду, в′язкість суспензії чи дисперсії, різниця тиску по обидва боки фільтра. Фільтрування можна проводити двома способами: або рідину переносять на фільтр разом із

15

осадом, або способом декантації, при якому спочатку обережно зливають верхній шар надосадової рідини на фільтр, а потім – осад з залишками рідини.

Для фільтрування при атмосферному (звичайному) тиску, яке є найпростішим, необхідно конусну лійку закріпити у кільці, приєднаному до штатива (рис. 10). У лійку вкладають фільтр, трохи зволожують його водою (щоб він щільно прилягав до стінок лійки), і обережно притискають до неї. Розміри фільтра – простого або складчастого – повинні бути такими, щоб верхній край

фільтра був нижчий за край лійки на 3-5 мм. Рівень суспензії у лійці не повинен досягати країв фільтра. Наливати суміш у лійку слід по скляній паличці. Кінець лійки повинен торкатися стінки склянки і знаходитись на 2-3 см нижче краю склянки. Якщо після фільтрування фільт-рат непрозорий, слід замінити фільтр на більш щільний.

Іноді необхідно відфільтровувати гарячий розчин (наприклад, при перекристалізації солі), для цього використовується лійка гарячого фільтрування з елект-

В лабораторних умовах для цього використовують прилад для фільтрування під зниженим тиском (рис. 11), який складається з колби Бунзена (1), тубуса (2), лійки Бюхнера (3) та водострумного насосу (4), що приєднаний до водогінного крану.

Перекристалізація

При розчиненні твердої речовини у певній кількості розчинника розчинність речовини за даних умов (температурі та тиску) обмежена. При надлишку твердої речовини утворюється насичений розчин – система, яка складається із двох компонентів (розчину і розчинника), в якій між рідкою фазою (розчином) та твердою фазою (розчиненою речовиною) встановлюється рухома рівновага.

Концентрація насиченого розчину при певних умовах – стала величина, характерна для кожної речовини, і називається розчинністю. Розчинність – це така кількість безводної речовини, яка може повністю розчинитись в 100 г розчинника при певних умовах.

Перекристалізація – це розчинення твердої речовини з наступним виділенням кристалів із розчину. Застосовується кристалізація для розділення суміші твердих речовин, а також очищення їх від різних домішок. Очищення твердих речовин перекристалізацією базується на різній розчинності речовин і домішок при різних температурах. При підвищеній температурі одержують насичений розчин речовини з нерозчиненими домішками, які виділяють шляхом фільтрування. Після охолодження насиченого розчину речовина кристалізується внаслідок зменшення її розчинності при зниженні температури. При повільному охолодженні речовина кристалізується у вигляді великих кристалів, а при швидкому утворюються дрібні кристали. Чим дрібніші

16

кристали, тим більш чистим продуктом є одержана речовина, тому що утворення великих кристалів супроводжується “захопленням” незначної кількості маточного розчину, який містить різні домішки. Найчастіше насичення проводять при температурі кипіння розчинника, а для охолодження застосовують холодну воду, сніг або лід. Цей метод доцільно використовувати для речовин, розчинність яких з підвищенням температури суттєво збільшується.

При перекристалізації речовин, розчинність яких мало залежить від температури, використовують метод висолювання. До розчину таких речовин додають хімічні сполуки, які, не вступаючи з речовинами у взаємодію, здатні знижувати їх розчинність (наприклад, знизити розчинність солей можна розчиненням їх не у воді, а у водно-спиртовому розчині).

Дистиляція

Дистиляція (лат. distillatio – капання), перегонка – розділення сумішей рідин на компоненти шляхом нагрівання рідини до кипіння (випаровуванням) та наступною конденсацією утвореної пари у вигляді дистиляту в холодильнику. Дистиляція базується на різній леткості речовин при одній і тій самій температурі. Дистиляцію застосовують: 1) для видалення розчинника; 2) для розділення рідин, які мають різні температури кипіння; 3) для очищення рідини від домішок.

Розрізняють такі види дистиляції: проста, фракційна, вакуумна, молеку-

лярна дистиляція, ректифікація та дистиляція з водяною парою. При нагріванні рідина перетворюється у пару, коли встановлюється рівновага між тиском її пари та зовнішнім тиском (наприклад, атмосферним). Значення цього тиску залежить від природи рідини і температури, причому з підвищенням температури тиск пари над рідиною підвищується. Дистиляцію застосовують, якщо температури кипіння речовин, що входять до складу суміші, значно відрізняються між собою (різниця між температурами має бути не менш 800С).

Проста дистиляція при атмосферному тиску доцільна для очищення речовин від нелетких або важколетких речовин. На рис. 12 наведено прилад для дистиляції води, який складається з

рт.ст.) температура кипіння рідини знижується приблизно на 0,50С. Чисті речовини при сталому тиску мають певну температуру кипіння. Тому за температурою кипіння можна визначити чистоту речовини. Чим менша різниця

17

між температурою кипіння речовини та температурою, за якої вона відганяється, тим чистіше речовина.

Деякі сполуки в певних співвідношеннях утворюють суміші, при дистиляції яких склад пари не відрізняється від складу рідини; суміші киплять без зміни складу та за однакової температури, тобто, без розділення. Такі суміші називаються азеотропними (наприклад, етанол – вода).

Возгонка (сублімація)

Деякі неорганічні та органічні речовини мають здатність при нагріванні переходити з твердого стану у газоподібний, минаючи при цьому рідку фазу.

Такі речовини найчастіше очищують від домішок

возгонкою (або сублімацією). Речовина сублімується за температури, яка є нижчою, ніж температура плавлення речовини. Возгонка складається із двох стадій, одна з яких

– випаровування твердої речовини, а друга – конденсація утвореної пари в тверду речовину. На рис.13 наведено прилад для сублімації речовини при атмосферному тиску. У порцелянову чашку кладуть забруднену речовину, накривають її паперовим фільтром із невеликими порами для того, щоб сублімат не потрапляв назад на речовину. Чашку прикривають конічною лійкою, кінець якої повинен бути нещільно закритий ватою. Нагрівання слід

Рис. 13 проводити повільно на невеликому полум'ї. Розбирати пристрій можна тільки після його охолодження до кімнатної температури. Сублімацією очищають йод, сірку, амоній хлорид, нафталін, бензоатну кислоту та ін.

Тема 1 Основні класи неорганічних сполук

Теоретичні питання: Прості речовини: метали та неметали. Складні речовини: бінарні, багатоелементні, комплексні. Оксиди, їх класифікація та номенклатура. Гідроксиди: основні, кислотні, амфотерні. Кислоти: оксигенвмісні та безоксигенові, прості та полікислоти (ізополікислоти і гетерополікислоти). Залежність кислотно-основних властивостей оксидів та гідроксидів від положення елемента в періодичній системі Д.І.Менделєєва та його ступеню окиснення. Солі: середні, основні, кислі, подвійні та комплексні, оксосолі. Номенклатура солей, графічні формули, фізичні та хімічні властивості солей.

Література: [1] с.141-154; [3] с.99-125.

Контрольні запитання Оксиди

1.На які основні класи поділяються неорганічні сполуки?

2.Які бінарні сполуки називають оксидами? Наведіть можливі способи їх одержання.

3.На чому заснована класифікація оксидів на: а) несолетворні та солетворні; б) кислотні, основні, амфотерні? Які реакції характерні для оксидів кожної з цих груп?

18

4.Наведіть приклади оксидів, які при взаємодії з водою утворюють дві кислоти.

5.Назвіть основні оксиди, які безпосередньо взаємодіють з водою. Наведіть рівняння відповідних реакцій.

6.В чому полягає кислотна природа тих оксидів, які з водою безпосередньо не взаємодіють?

7.Які за характером оксиди утворюють неметали та метали в різних ступенях окиснення?

8.В яких випадках два оксиди взаємодіють між собою і які сполуки при цьому утворюються?

9.Які оксиди та на якій підставі можуть відноситися і до класу солей? Наведіть відповідні приклади.

10.Через який проміжний продукт, який легко розкладається при нагріванні,

можна одержати оксид металу з його солей? Покажіть це на прикладах: CuSO4 → CuO

FeCl3 → Fe2O3

Al(CH3COO)3 → Al2O3

11. Що таке пероксиди, надпероксиди, озоніди? Наведіть приклади таких сполук.

Основи

1.Які речовини відносять до класу основ? Наведіть приклади характерних для них реакцій. Чим визначається кислотність основ?

2.Які гідроксиди і чому називаються лугами? Що називається вапняною та баритовою водою? Для чого ці реактиви застосовують в лабораторії?

3.Як змінюються властивості гідроксидів: а) із збільшенням ступеню окиснення елемента; б) із збільшенням порядкового номерав елемента в межах однієї головної підгрупи?

4.Які речовини утворюються при термічному розкладі гідроксидів? Назвіть найміцніші та найнестійкіші гідроксиди.

5.Наведіть назви добре і помірно розчинних гідроксидів. Яким способом їх можна одержати?

6.Деякі гідроксиди мають однакову будову, наприклад, Fe(OH)3 i P(OH)3, але розрізняються за своїми властивостями. Якими реакціями можна довести , що ці сполуки належать до різних класів?

7.Які є способи добування ос нов.?

8.Назвіть амфотерні гідроксиди та наведіть їх формули.

9.Як реагують амфотерні гідроксиди з лугами: а) якщо немає води (при сплавлянні реагентів); б) у водному розчині? Наведіть приклади.

10.Чи можна добути гідроксид (основу, амфотерний гідроксид) дєю на сіль

кислотою? Якщо так, наведіть приклади.

Кислоти

1.Які речовини називаються кислотами та як їх можна одержувати?

2.Як класифікують кислоти та яку ознаку використовують для кожної класифікації? Наведіть приклади назв кислот.

19

3.Які реакції характерні для кислот? Чому їх розчини змінюють забарвлення кислотно-основних індикаторів?

4.Чим визначається основність кислот? Наведіть приклади кислот різної основності і напишіть їх графічні формули. Яка будова молекули фосфітної кислоти, якщо вона двохосновна?

5.Які кислоти нестійкі? Наведіть приклади кислот, які не можна виділити у вільному стані.

6.Чим визначається сила кислот? Наведіть приклади кислот слабких. Середньої сили і сильних, а також кислот, які одночасно є слабкими та нестійкими; слабкими та стійкими.

7.За якою ознакою кислоти поділяють на кислоти-окисники та кислотинеокисники? Чи можуть кислоти-неокисники виконувати в хімічних реакціях функцію окисників? Дайте визначення кислот кожного типу.

8.Як реагують кислоти з металами? Від яких властивостей килоти та металу залежить можливість та характер таких рекцій?

9.Як взаємодіють кислоти з неметалами? Наведіть приклади відповідних реакцій.

10.Які кислоти називають ортота метакислотами? Наведіть приклади. Як з мета кислоти добути ортокислоту та здійснити зворотнє перетворення?

11.Що таке полікислоти? Чим відрізняються ізополікислоти від гетерополікислот? Наведіть приклади.

Солі

1.Які хімічні сполуки відносяться до класу солей? Наведіть класифікацію солей залежно від їх складу.

2.Які є способи добування солей? Наведіть для кожного способу по прикладу хімічної реакції.

3.Які солі називаються кислими (гідрогенсолі)? Як їх одержують та в чому їх подібність до кислот?

4.Які солі називаються основними (гідроксосолі)? Як їх одержують та в чому їх подібність до основ?

5.Як дисоціюють у водному розчині кислі та основні солі? Наведіть приклади.

6.Чи можуть амфотерні гідроксиди, реагуючи як основи, утворювати основні солі? А реагуючи як кислоти, утворювати кислі солі?

7.Що таке оксосолі? Наведіть рівняння реакцій добування SbOCl, (FeO)2SO4, Bi2O(CrO4)2 нагріванням відповідних гідроксосолей.

8.Деякі солі можна добути за допомогою реакцій металів (неметалів) з лугами. Які метали та неметали можуть реагувати з лугами? Наведіть приклади. Чи залежить перебіг деяких з цих реакцій від умов?

9.Які типи неорганічних сполук можна добути за допомогою реакцій гідролізу солей? Наведіть приклади таких перетворень.

10.За якими властивостями відрізняються подвійні та комплексні солі? Чи можна провести чітку межу між цими типами солей?

20