Реакции на утаяване

Ти си на вечеря с най-добрия си приятел: приятен разговор, хубаво вино, печени на барбекю телешки пържоли. Поглеждаш навън, за да се насладиш на пълната луна, но когато се обръщаш, осъзнаваш, че приятелят ти се е превърнал във върколак. За щастие приборите са направени от сребро и знаеш как да ги използваш! Или може би един ден си в банята и докато се пресягаш за сапуна, забелязваш брадавица на големия си пръст. Изстискай малко сребърен нитрат върху това голямо момче и то ще е готово за сезона на сандалите за нула време. Блестящо, електропроводимо и о-толкова-полезно, среброто е ценено още от древни времена и го свързваме с чистота и прогонване на злото, било то под формата на върколаци или брадавици. Среброто също е било голяма причина за заселването в западната част на САЩ, включително Монтана, където живея аз. И, разбира се, разполагаме с всичкото това сребро благодарение на химията. По-точно, тук е поради безбройните химични реакции, които са протичали през вековете, наречени преципитационни (утаечни) реакции: когато химикалите в един разтвор реагират, за да образуват твърдо вещество. Преципитационните реакции са това, което създава геоложки депозити в земята, както и кръговете около ваната ти. Те са това, което използваме, за да направим отпадъчната си вода годна за пиене и са били използвани хиляди години от хората, за да натрупат богатство. Понеже тези реакции са един от най-добрите начини да се създадат химикали с най-голяма чистота. Те са не само ключът за това как среброто е било образувано в тези планини преди стотици милиони години. Те също са ключът за изваждането на това сребро. Мога да го направя ето тук на това бюро. И всичко, което ми трябва, за да започна, е това. [МУЗИКА] Преципитация (утаяване) – неща, изпадащи от други неща: вода, падаща от небето, твърди вещества, изпадащи от разтвора. И за нас тук всичко се свежда до едно малко нещо, наречено разтворимост. Водата, както сме обсъждали преди, е изключително добра в разтварянето на неща, в частност на йонни елементи. Един положително зареден йон и един отрицателно зареден йон, задържани заедно от зарядите си, може да образуват кристал, когато са сухи, но когато добавиш малко вода, тези малки полярни молекули си проправят път между йоните, разтваряйки големи количества от йонните елементи. Но някои йонни елементи може да преодолеят дори разтварящата сила на водата и когато се образуват чрез реакции в разтвор, те изпадат като твърда утайка. Да, утайка. Когато говорим за йонен елемент, който е изпаднал от разтвор, казвам утайка, за да го различа от утаяване [в английския и утайка, и утаяване се пишат по един и същи начин precipitate] И това е моето предпочитание, понеже така учителят ми го произнасяше, когато бях ученик. Богатите сребърни жили в Монтана са образувани когато вода, пълна с йонни елементи, е протичала през пукнатините в палеозойския варовик. Когато условията са били подходящи, сребърните йони във водата са реагирали с йонните елементи, или соли, във варовика, за да създадат неразтворими сребърни елементи, които са изпаднали от разтвора И изглежда донякъде като това. Всъщност изглежда точно така. Доста е готино, понеже е доста тежко, макар да не можеш да го усетиш, понеже среброто е доста тежък елемент. И не са само сребърните соли в разтвора, а всякакви неща: златни и калиеви и медни соли и, най-важно, натриевите соли биват разтворени, докато водата преминава през земята. Ако тези разтворени елементи останат в разтвора, докато стигнат до океана, те остават там завинаги. Водата се изпарява и оставя солите в океана, където през векове те са се натрупали, оставяйки океана супер солен, както го познаваме днес. И докато натриевият хлорид, което наричаме сол, когато не говорим за химия, е най-често срещаната сол, има също и множество други неща, разтворени в океана, включително доста злато. Всъщност по днешната пазарна стойност океанът съдържа около сто милиона милиарди долара злато. И това не беше заекване, сто милиона милиарди. Това са сто милиарда с още 6 нули. Така че може да виждаш защо е добре да овладеем някои преципитационни реакции. Има химици, които са полудели в опит да открият как икономически да извлекат злато от морската вода, но дотук никой не е успял. Този разтвор на сребърен нитрат е подобен на тази наситена с йони вода, която е протичала през варовика на Монтана преди милиони години. И можем да го използваме тук, на това бюро, за да пресъздадем древните реакции, които са отложили сребро в жилите на нашия пейзаж. Но вместо видовете соли, открити във варовика, можем да използваме подобно и по-познато йонно съединение: трапезна сол, NaCl. Добави няколко капки натриев хлорид, също познат като солена вода, към разтвора на сребърния нитрат и виждаш утайката. Оооо...гадно. Въпросът, който незабавно искаме да зададем, е: "Какво е това бялото нещо тук долу?" Ключът към разбирането на това, което току-що се случи, е, че и двете съединения са йонни. Помниш, че има два вида йони, нали? Катионите са положително заредени, а анионите са отрицателно заредени. Точно както малките магнити, те привличат. Катионите ще реагират само с анионите, за да образуват нови съединения. И не мисли, че има само един анион и един катион. Натриевият йон в натриевия хлорид ще има хлорни йони във всички четири страни, които от своя страна са оградени от четири натриеви йона и този модел се повтаря много, много пъти, докато в края ни останат солните кристали, които разтворихме във водата. Но как знаем кои йони са катиони и кои са аниони? Натрият е положително зареден, така че е катион, и знаем, че е положително зареден, понеже натрият е метал от лявата страна на периодичната таблица и тези са катиони, когато са сами. Среброто също е метал и също е катион. Знаем, че хлорът е газ от дясната страна на периодичната таблица, така че това е анион. А какво да кажем за нитрата? Също е анион. Нитратите, сулфатите и фосфатите са често срещани и винаги са аниони. Когато видиш N, S или Р, последвани от няколко кислородни атома, знаеш, че гледаш анион. Като помним това, разгледай възможните продукти на тази реакция. Търсим продукт, който не се разтваря във вода, така че знаем, че това не е натриев хлорид. Това беше един от реактантите ни и се разтваря лесно във вода, оттам солеността на океаните. И не е сребърен нитрат, другия ни реактант, или натриев нитрат, понеже като правило нитратите лесно се разтварят във вода, така че знаем, че това е разтворено. Така че ни остава сребърен хлорид. Просто процесът на елиминацията. Това е логично, понеже среброто също прави неразтворими съединения с бром и йод, които са в същата колона на периодичната таблица като хлора. Елементи в една и също колона често се държат по подобен начин. И ще забележиш, разбира се, че не ни остава голямо парче чисто сребро тук; сега е свързан с хлор. Донякъде като трапезната сол, сребърният хлорид е кристално твърдо вещество. Но за разлика от солта не е много разтворим във вода. Изваждането на среброто от това съединение ще включва друг вид реакция, окислително-редукционна реакция, за която ще говорим повече следващата седмица. Междувременно все още трябва да научим езика за описване на този вид реакция. които са включени в преципитационните реакции – които са включени в преципитационните реакции – разтворени вещества, произвеждащи твърди вещества, йонно дисоцииране и повторно свързване – има специални начини да ги запишем и балансираме като уравнения. Един начин е да включим обозначения в скоби, които ти казват в какво състояние са химикалите – ag означава течно, или в разтвор, s за твърдо вещество, което означава, че това е утайката – това се нарича молекулярно уравнение. Друг начин, който ти дава по-ясна картина за това, което всъщност се случва по време на реакцията, е да запишем всички неща като йони. Тук е списъкът на елементите, които се разтварят напълно в разтвор като йони; логично е, понеже след като солите са разтворени, всеки йон е самостоятелен и няма значение откъде е дошъл. Лявата страна показва сребърни и нитратни, и натриеви, и хлорни йони в един разтвор. А дясната страна показва натриеви и нитратни йони все още като отделни йони в разтвор като сребърният хлорид се е утаил като течно вещество. Ако не ни интересува пълното уравнение, а само искаме да видим активните участници, можем да го запишем по трети начин. Просто трябва да изпуснем така наречените фонови йони: като това ни дава съкратено йонно уравнение, показващо само сребърните и хлорните йони, като това ни дава съкратено йонно уравнение, показващо само сребърните и хлорните йони, реагиращи за да образуват сребърен хлорид. Това е подредено, просто и точно, както обичат химиците, Помниш ли кога първо споменах странността Помниш ли кога първо споменах странността на използването на Ag за отбелязване на думата сребро? Това произлиза от факта, че латинската дума за сребро е argentum, и древните хора били, както повечето хора днес, обсебени с това, което среброто представлявало – не само богатство, но и здраве. Древните индоевропейци свързвали среброто с чистота и доброта. Хипократ, древният гръцки лекар, е писал за свойствата на среброто за борба с болестите. И има солидна наука зад медицинската употреба на среброто. Много метали са токсични за неща като гъбички и микроби. Но за разлика от, да кажем, оловото, среброто не е толкова токсично за хората. Сребърният нитрат и съединение, наречено сребърен сулфадиазин, били използвани за дезинфекция на рани през Първата световна война, преди антибиотиците да бъдат открити. Сребърният сулфадиазин все още се използва за покриване на изгаряния. И изследователите сега разглеждат антимикробните употреби на сребърните нано частици. Някои хора дори приемат колоидно сребро – сребърни частици в течна суспензия – като смятат, че подпомага цялостното здраве, но всъщност няма доказателство, че помага на здравето. Но може да те направи в син цвят. Сега искаш това сребро още повече, нали. Сега, както винаги правим, за да направим една реакция практична, трябва да преминем през крайната стъпка на преобръщането на уравнението на формулата в уравнение на моларната маса. Ако искахме да извлечем среброто от разтвора, колко сол ще ни е нужна? По-точно, нека да кажем, че искаме да получим тройунция сребро. Тройунцията е част от тройската метрична система, която се използва за претегляне на ценни метали. които са използвали като валута преди 2000 години. които са използвали като валута преди 2000 години. И все още я използваме. На за да сме поне малко по-модерни, една тройунция е равна на 31,1 грама. Искаме 31,1 грама сребро, моларната маса на среброто е 107,868 грама на мол. Правим изчисленията и откриваме, че 31,1 грама са равни на 0,288 мола сребро. От молекулярното уравнение можем да видим, че за да е балансирано, тогава ще ни трябва един мол натриев хлорид за всеки мол сребро. Погрижихме се да ти е лесно да сметнеш – трябват ни 0,288 мола. Погрижихме се да ти е лесно да сметнеш – трябват ни 0,288 мола. Моларната маса на натриевия хлорид е 58,45 грама на мол. Моларната маса на натриевия хлорид е 58,45 грама на мол. Умножаваме 58,45 грама на мол по 0,288 и получаваме: трябват ни 16,8 грама натриев хлорид, за да утаим 1 тройунция сребро от разтвора на сребърния нитрат. И, виж, получаваш хубава купчинка сребърен хлорид в разтвор. Да, все още не е чисто сребро. Точно както истинските миньори, които са копаели в земните мини, които са съдържали само няколко процента сребро, В нашия случай е нужен друг вид реакция, която се нарича окислително-редукционна. За този вид процеси ще говорим следващия път. Тази седмица обсъдихме какво определя реакциите на утаяване Също научихме как да записваме уравнения на препитационни реакции Също научихме как да записваме уравнения на препитационни реакции и, накрая, изчислихме едно уравнение на моларната маса, за да определим колко реактант ни трябва, за да произведем желано количество утайка. Този епизод на Скоростен курс беше написан от Ким Крюгер и сценарият беше редактиран от Блейк де Пастино и мен. Консултантът ни по химия е др. Хейко Лангнър. Този епизод беше филмиран и режисиран, и редактиран от Николас Дженкинс, като режисирането на звука беше извършено от Мишел Аранда. окислително-редукционна реакция,