Оглавление | Видео опыты по химии | Видео опыты по физике | На главную страницу |
Химия и Химики № 2 2010 Журнал Химиков-Энтузиастов |
"Замерзание воды" при комнатной температуре (кристаллизация ацетата натрия) | ||
В.Н. Витер
|
Crystallization of Supersaturated Solution of Sodium Acetate. (''Freezing of Water'' at Room Temperature) |
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Ацетат натрия CH3COONa·3H2O представляет собой бесцветные кристаллы, легко растворимые в воде. Как видно из формулы, соль образует кристаллогидрат с тремя молекулами воды.
Если кристаллогидрат ацетата натрия осторожно нагреть - он расплавится. Но это плавление не совсем обычное - соль растворяется в собственной кристаллогидратной воде. При охлаждении такой раствор застывает, превращаясь в белую массу, похожую на лед - произойдет кристаллизация, которая к тому же сопровождается значительным выделением тепла. Подобным образом ведут себя и некоторые другие соли, например - алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2·12H2O. Однако ацетат натрия склонен образовывать пересыщенные растворы - т.е. растворы, которые содержат вещества больше, чем может раствориться при данной температуре. Если твердый ацетат натрия (с небольшими добавками воды) нагреть на водяной бане в закрытой колбе, он постепенно расплавится, образуя насыщенный раствор. Насыщенный - при температуре горячей водяной бани. Теперь снимем колбу с водной бани и оставим охлаждаться. Раствор постепенно остынет до комнатной температуры, растворимость соли значительно понизится, но кристаллизации не произойдет - образуется пересыщенный раствор. В закрытой колбе пересыщенный раствор может храниться днями, неделями, месяцами и даже годами. Но стоит внести затравку - небольшой кристаллик ацетата натрия - и сразу же произойдет кристаллизация. Итак, проведем эксперимент. Возьмите колбу на 200-300 мл и насыпьте в нее ацетат натрия CH3COONa·3H2O - приблизительно на 2/3 объема. Добавьте примерно 7-10 мл дистиллированной воды. При этом постарайтесь смыть вниз кристаллы, прилипшие к горлышку колбы. Колбу плотно закройте резиновой или корковой пробкой и поставьте на водяную баню. По мере того, как вода будет нагреваться, ацетат натрия начнет растворяться в собственной кристаллизационной воде. Аккуратно перемешивайте содержимое колбы. Необходимо добиться полного растворения соли - чтобы внутри колбы не осталось кристаллов. Если на поверхности раствора образуется пленка или в нем плавают кристаллы, которые не желают растворяться - откройте колбу и добавьте немного воды (примерно 5-10 мл) [1]. После полного растворения соли снимите колбу с водяной бани и дайте ей остыть до комнатной температуры. Этот процесс можно ускорить, поставив колбу под струю холодной воды. В результате у нас есть колба с пересыщенным раствором ацетата натрия. Поставьте колбу на стол, можно предложить нескольким желающим убедиться, что она имеет комнатную температуру. Слегка смочите водой кончик пальца и прилепите к нему несколько кристалликов ацетата. Откройте колбу и незаметно для зрителей стряхните кристаллики в раствор. В месте, где затравки попадут на поверхность раствора, начнется быстрая кристаллизация. Весь раствор в колбе за несколько секунд превратится в белую массу, похожую на лед. Затвердеет даже пленка раствора на стенках колбы - образуя подобие морозных узоров. Колбу можно перевернуть вверх дном - из нее не вытечет ни капли. За счет тепла кристаллизации колба нагреется, в чем могут убедиться все желающие. Это явление используют в "соляных грелках". Иногда кристаллизация начинается в момент открытия колбы - к пробке могли прилипнуть кристаллики, которые при ее открытии падают в раствор. Роль затравки могут играть не только кристаллы ацетата натрия, но и пыль или другие посторонние частицы, поэтому соблюдайте чистоту. __________________________________________________ 1Перед плавлением в колбу с твердым ацетатом натрия нужно добавить немного воды. Если в растворе будет слишком мало воды, то при охлаждении раствор ацетата натрия начнет кристаллизоваться еще горячим (т.е. холодный пересыщенный раствор не образуется). В некоторых случаях наблюдается неполное плавление (растворение) соли: часть кристаллов останется, несмотря на нагревание. Однако нетрудно догадаться, что если добавить воды слишком много, жидкость после охлаждения может застыть не полностью. |
Приготовление пересыщенного раствора ацетата натрия Preparation of Supersaturated Solution of Sodium Acetate. (''Freezing of Water'' at Room Temperature) |
Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия Crystallization of Supersaturated Solution of Sodium Acetate. (''Freezing of Water'' at Room Temperature) |
Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия в чашке Петри |
Раствор ацетата натрия полностью застывает и не выливается, даже если наклонить чашку |
Выращивание сталагмита ("сосулька наоборот") |
В нашем опыте удалось вырастить сталагмит высотой около 35 см |
... после чего вся конструкция красиво рухнула подобно Пизанской башне |
Если вы поднесете колбу достаточно близко к застывшей массе, фронт кристаллизации может подняться по струйке раствора и перекинуться в колбу. В результате вся жидкость в колбе через несколько секунд застынет. |
Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия (вариант 4)
Можно также нарисовать тонкой струйкой пересыщенного раствора фигуры или сделать надписи. Для этого нужна темная, ровная и чистая поверхность. Если коснуться края такой надписи палочкой с кристалликом, раствор застынет в белую массу, что выглядит очень эффектно.
Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия (вариант 5)
Во время кристаллизации пересыщенного раствора ацетата натрия происходит разогрев, что усиливает гидролиз соли и делает среду более щелочной. Поэтому если к ацетату натрия были добавлены универсальный индикатор и фенолфталеин, во время кристаллизации произойдет переход окраски из синей в малиновую.
Смотреть (1 Мб, .avi ) Автор видео - Всеволод Панов
|
Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия в присутствии индикаторов |
Заключение
Как уже отмечалось, чтобы эксперимент получился, к ацетату натрия необходимо добавить немного воды. Сначала автор этого не сделал, в результате раствор ацетата начинал кристаллизоваться еще теплым. Поскольку раствор был теплым, он застывал медленно и не полностью. Возникло впечатление, что в растворе мало воды, на самом же деле все было с точностью до наоборот: содержание соли было слишком высоким, поэтому раствор не выдерживал охлаждения до комнатной температуры.
Если у вас нет ацетата натрия, его можно приготовить из раствора уксусной кислоты и соды. Для этих целей подойдет даже обыкновенный уксус. Налейте примерно 0.5 л уксуса в железную или эмалированную кастрюлю (разумеется - не новую) и небольшими порциями добавляйте к нему соду (пищевую или кальцинированную). При этом будет выделяться углекислый газ. Соду добавляйте до тех пор, пока не прекратится выделение газа (не забывайте перемешивать раствор), после этого добавьте немного уксуса и поставьте раствор упариваться на медленном огне. Через некоторое время подуйте на раствор, если при этом на его поверхности образуется твердая корка, которая потом исчезнет - упаривание закончено. Если корка будет образовываться сама собой, а в объеме раствора появятся игольчатые кристаллы - значит, вы упарили раствор слишком сильно. Снимите кастрюлю с плитки и добавьте чуть-чуть воды. Если в растворе слишком много воды - при полном охлаждении (до комнатной температуры!) он будет застывать не полностью. В таком случае слейте с кристаллов избыток жидкости, потом растопите кристаллы в колбе (как сказано выше). Приготовив раствор нужной концентрации, вы сможете повторять эксперимент много раз. |
Сталактиты и сталагмиты |