Zeolite Absorbs Water: Visualization
Цеолит поглощает воду: визуализация

I observed a similar effect back in graduate school. While weighing a weighing bottle containing water on an analytical scale, I noticed that its weight was constantly decreasing. The scale readings changed literally before my eyes. However, as soon as I closed the weighing bottle, the weight stabilized. This was not surprising - during weighing, water evaporated from the open bottle, leading to a gradual decrease in weight. When the bottle was closed, evaporation ceased, and the weight remained unchanged.

When I weighed concentrated phosphoric acid in an open weighing bottle, I observed the opposite phenomenon: the weight of the bottle steadily increased because the acid absorbed water vapor from the air. Once the bottle was sealed, the weight stabilized.

Similar changes sometimes occurred when weighing solid substances on an analytical scale. For example, when weighing basic nickel carbonate, I noticed that its weight was increasing. This was because I had overdried the substance in a thermostat, making it hygroscopic.

Years later, I filmed the evaporation of distilled water while weighing it on an analytical scale [1]. This time, I used an electronic analytical scale, which was much easier and more pleasant to work with compared to the old mechanical one.

Regardless of whether the scales were electronic or mechanical, all the cases mentioned involved analytical scales with a weighing accuracy of 0.0001-0.0002 g. This high precision allowed me to observe even minor changes in weight due to evaporation or water absorption. However, I recently observed a similar effect while weighing zeolite on a technical scale (accuracy: 0.005 g).

A colleague needed to dry zeolite for an experiment involving tritiated water, which required the removal of protium ("ordinary") water from the sample. He sifted the zeolite, placed it on a plate, weighed it, and brought it to me.

I placed the zeolite in a thermostat at 120°C for several hours. Afterward, I transferred the plate with the zeolite to a desiccator for two hours to allow it to cool to the laboratory's temperature. I then weighed the plate on a technical scale to determine the weight loss during drying. The initial weight of the zeolite was 15.8 g, and the weight loss was 6.18 g.

While recording the results in the lab journal, I noticed that the weight of the zeolite had increased by 0.02 g - and it kept rising! The zeolite was actively absorbing water during weighing. Seizing the opportunity, I decided to record the process on video.

I dried the zeolite in the thermostat again, cooled it in the desiccator, and placed the plate back on the scale. This time, I filmed the weight change. Over 37 minutes, the weight increased by 0.83 g before I had to stop filming. The rate of weight increase was approximately 0.02 g per minute. During the experiment, the zeolite absorbed 13% of the water it had lost during drying.

Several factors contributed to this significant weight change. First, the sample itself was relatively large (15.8 g). Second, the laboratory temperature was only 3°C, with high humidity, which promoted water sorption. Third, the sample remained on the scale for 37 minutes, whereas typical weighing takes less than a minute.

I dried the zeolite once more and placed it in a desiccator. I advised my colleague to store the zeolite in a sealed container before proceeding with the experiment.

Photos/Video

__________________________________________________
¹ See the article Water and analytical balance (weighing of water) / Вода и аналитические весы (взвешивание воды) [link].

Цеолит поглощает воду: визуализация

Аналогичный эффект я наблюдал, еще будучи в аспирантуре. Взвешивая бюкс с водой на аналитических весах, обнаружил, что вес бюкса постоянно уменьшался. Показания весов менялись буквально на глазах. Стоило закрыть бюкс - и вес престал изменяться. Это не удивительно, поскольку при взвешивании вода испарялась из открытого бюкса, приводя к постепенному уменьшению веса. Зато из закрытого бюкса вода не испарялась, следовательно, его вес оставался стабильным.

Взвешивая концентрированную фосфорную кислоту в открытом бюксе, я столкнулся с противоположным явлением. Вес бюкса постоянно увеличивался, поскольку кислота поглощала пары воды из воздуха. Когда закрыл бюкс, вес стабилизировался.

Аналогичные изменения иногда наблюдались и при взвешивании твердых веществ на аналитических весах. Например, при взвешивании основного карбоната никеля его вес увеличивался, поскольку я пересушил данное вещество в термостате, и оно стало гигроскопичным.

Значительно позже я заснял на видео испарение дистиллированной воды во время взвешивания ее на аналитических весах [1]. В этот раз аналитические весы были электронными - работать с ними было легче и приятнее, чем со старыми механическими весами.

Электронные были весы или механические, но во всех упомянутых случаях я имел дело с аналитическими весами, которые обеспечивали точность взвешивания 0.0001-0.0002 г. Это позволяло наблюдать даже небольшие изменения веса, обусловленные испарением или поглощением воды. Однако недавно я наблюдал такие изменения при взвешивании цеолита на технических весах (точность - 0.005 г).

Коллеге было необходимо высушить цеолит. Он собирается ставить эксперименты с тритиевой водой, для этого из образца было необходимо удалить протиевую ("обычную") воду. Коллега просеял цеолит, поместил его на тарелку, взвесил и принес мне.

Я поставил цеолит в термостат при температуре 120°С и выдержал несколько часов. Затем поместил тарелку с цеолитом в эксикатор на два часа, чтобы его температура сравнялась с температурой лаборатории. Взвесил тарелку на технических весах, чтобы определить потерю веса при сушке. Исходная навеска цеолита составляла 15.8 г, потеря массы была 6.18 г.

Пока я записывал результат в лабораторном журнале, вес цеолита увеличился на 0.02 г и продолжил расти! Во время взвешивания цеолит активно поглощал воду. Решил воспользоваться моментом и все зафиксировать на видео.

Повторно высушил цеолит в термостате, охладил его в эксикаторе и поместил тарелку с цеолитом на весы. На этот раз я снимал изменение веса на видео. Вес увеличился на 0.83 г за 37 минут, после чего съемку пришлось прекратить. Скорость увеличения веса составляла около 0.02 г в минуту. За время съемки цеолит поглотил 13% воды от того количества, которое потерял во время сушки.

Такому значительному изменению веса образца во время взвешивания способствовали несколько факторов. Во-первых, навеска образца была сравнительно большой (15.8 г), во-вторых температура в лаборатории составляла 3°С при высокой влажности воздуха, что благоприятствовало сорбции воды. В-третьих, образец находился на весах 37 минут, в то время как обычно взвешивание занимает меньше одной минуты.

Снова высушил цеолит и поместил его в эксикатор. Рекомендовал коллеге поместить цеолит в герметичный сосуд перед началом работы с ним.

Download the Video (78 Mb, .avi )

[ Carbon, Silicon, Germanium, Tin, Lead ]

Silicon and Germanium: production, application, compounds - Discussion on the forum
[Submit a Comment / Error Message - Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]