Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 3 2010

Журнал Химиков-Энтузиастов



Кристаллы глутамина
"Замерзание" воды при комнатной температуре (кристаллизация сульфата натрия)
Снежинка
''Freezing of Water'' at Room Temperature (the Crystallization of Solution of Sodium Sulfate)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


В прошлом номере журнала мы рассказывали про опыт с пересыщенным раствором ацетата натрия [1] . В плотно закрытой колбе такой раствор может храниться очень долго. Например, раствор, который остался от прошлых опытов, стоит уже второй месяц - без каких-либо признаков кристаллизации. Но стоит открыть колбу и незаметно бросить туда кристаллик ацетата натрия, как произойдет моментальная кристаллизация. Внешне этот процесс очень напоминает замерзание воды. Существуют и другие вещества, с которыми можно провести похожий эксперимент.

ProAlexandr прислал видео и описание опыта по кристаллизации пересыщенного раствора сульфата натрия. Этот эксперимент настолько напоминает кристаллизацию ацетата натрия, что внешне их отличить довольно сложно.

Перед тем, как перейти к описанию эксперимента, рассмотрим некоторые свойства сульфата натрия. При комнатной температуре сульфат натрия образует кристаллогидрат с десятью молекулами воды: Na2SO4·10H2O. В природе этот гидрат встречается в виде минерала мирабилита. Другое название декагидрата сульфата натрия - глауберова соль. При увеличении температуры растворимость сульфата натрия в воде быстро растет (см. рисунок). Но когда температура достигает 32.384°C, происходит резкое изменение: дальнейший нагрев приводит не к увеличению, а к уменьшению растворимости соли. Это объясняется тем, что в данной точке гидрат Na2SO4·10H2O переходит в безводную соль, процесс сопровождается плавлением сульфата натрия в собственной кристаллогидратной воде. Максимальная растворимость сульфата натрия составляет 49.7 г Na2SO4 в 100 г воды. Плавление Na2SO4·10H2O можно использовать для калибровки термометров.

Растворимость сульфата натрия
Зависимость растворимости сульфата натрия от температуры


__________________________________________________
1 См. статью "Замерзание" воды при комнатной температуре (кристаллизация ацетата натрия). Химия и Химики. № 2 (2010). [ссылка]



Мирабилит - природный сульфат натрия. Mirabilite (natural sodium sulphate)
Мирабилит - природный сульфат натрия
Mirabilite (natural sodium sulphate)

Мирабилит - природный сульфат натрия

Мирабилит - природный сульфат натрия

Мирабилит - природный сульфат натрия

Мирабилит - природный сульфат натрия

Мирабилит - природный сульфат натрия




Таким образом, чтобы получить пересыщенный раствор сульфата натрия нужно растворить чуть больше 40 г Na2SO4 (безводной соли) в 100 г горячей воды. Нагревание раствора выше 32.384°C приводит к небольшому уменьшению растворимости соли, но имеет смысл нагреть воду значительно сильнее (вплоть до кипения), поскольку это значительно ускорит процесс растворения. Потом раствор охлаждают в закрытой колбе или пробирке и вносят затравку - кристаллик сульфата натрия. Происходит "моментальное замерзание" жидкости.

Сульфат натрия не является дефицитным веществом, но купить его можно только в магазинах реактивов. Можно ли приготовить сульфат натрия из доступных веществ? Для этого нужны два компонента: серная кислота и питьевая или кальцинированная сода. Разведенную серную кислоту можно купить в автомагазинах (электролит для кислотных аккумуляторов). Уравнение реакции имеет вид:

H2SO4 + 2NaHCO3 = Na2SO4 + 2H2O + 2CO2
98 2 x 84   142   2 x 18   2 x 44


Для нейтрализации 98 г серной кислоты необходимо 168 г (2 x 84) питьевой соды. При этом образуется 142 г Na2SO4. Концентрация кислоты в электролите ориентировочно составляет 30-35%. Более точную концентрацию H2SO4 можно узнать, измерив, плотность раствора с помощью ареометра.

Например, у нас есть 100 г 30% серной кислоты. Количество серной кислоты составляет: 100·0.3/98 = 0.306 моль, для ее нейтрализации необходимо: 2·84·0.306 = 51 г соды. При этом образуется 142·0.306 = 43.5 г сульфата натрия и 2·18·0.306 = 11 г воды. В исходном растворе было 100·(1-0.3)=70 г воды. Суммарное количество воды составляет 70 + 11 = 81 г Таким образом, в 81 г воды растворено 43.5 г сульфата натрия или 53 г Na2SO4 в 100 г воды.

Как показали расчеты, при нейтрализации электролита питьевой содой должен образоваться пересыщенный раствор сульфата натрия, однако, ProAlexandr рекомендует такой раствор дополнительно упарить. О полноте нейтрализации серной кислоты можно судить по прекращению выделения углекислого газа при добавлении очередной порции соды. После некоторого упаривания и охлаждения раствор готов к проведению опытов.



Кристаллизация сульфата натрия. ''Freezing of Water'' at Room Temperature (the Crystallization of Solution of Sodium Sulfate)
Кристаллизация пересыщенного раствора сульфата натрия
''Freezing of Water'' at Room Temperature (the Crystallization of Solution of Sodium Sulfate)

Кристаллизация сульфата натрия

Кристаллизация сульфата натрия

Кристаллизация сульфата натрия

Кристаллизация сульфата натрия

Кристаллизация сульфата натрия

Кристаллизация сульфата натрия

Кристаллизация сульфата натрия

Кристаллизация сульфата натрия



Добыча сульфата натрия, озеро Chaplin (Канада)
Добыча сульфата натрия, озеро Chaplin (Канада)


<Кристаллы> <Выращивание кристаллов>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Пересыщенный раствор ацетата натрия и аналоги (Обсудить на форуме)> <Выращиваем кристаллы (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]