Вода как химический реактив

Химические реактивы. Понятия и классификация

Химические реактивы – это вещества, которые используются в химических и медицинских лабораториях для анализа веществ, приготовления растворов, проведения реакции, изготовлении красителей, моющих средств, ароматизаторов и т.п. Реактивы делятся на несколько основных видов:

• Органические вещества;
• Неорганические вещества;
• Реактивы, в состав которых входят радиоактивные элементы;
• Аналитические реактивы;
• Растворители;
• Индикаторы.

Органические реагенты бывают трех видов: растворители; кислоты; соли и соединения. Чаще всего они используются для титриметрии, люминесцентного анализа, фотометрии и др. Преимуществом данных реактивов, пожалуй, является их высокая чувствительность и избирательность, благодаря которым можно использовать определенный реагент для определения какого-то одного иона даже в присутствии мешающих ионов.

Неорганические реагенты – это соли, кислоты, оксиды, гидроксиды, металлы и неметаллы. Реактив Несслера также является неорганическим веществом.

Радиоактивные реактивы содержат изотопы: Н 2 , С 14 , N 15 , О 17 , О 18 и т.д.

Аналитические реактивы используют для приготовления некоторых растворов и проведения аналитических опытов в учебных и научно-исследовательских заведениях.

Растворители в свою очередь тоже делятся на органические и неорганические. Они могут быть как одним веществом, так и смесью из двух, трех и т.д.

Индикаторы подразделяются на 4 группы: металлоиндикаторы; редокс-индикаторы; кислотно-основные и адсорбционные индикаторы. Меняя цвет раствора, в который их добавляют, они показывают, какая реакция произошла в растворе и какие ионы там присутствуют. Индикаторы по-разному проявляют себя в разных pH и при образовании комплексов, осадков и других соединений.

Практически все вещества в природе имеют в себе примеси. На заводе по производству реактивов, прежде чем получить нужное вещество, оно проходит множество этапов обработки. В связи с этим полученный реактив не всегда получается чистым и имеет до 5% примесей. По степени чистоты все химические реактивы классифицируются на 5 групп:

• Технический (тех.);
• Чистый (ч.);
• Чистый для анализа (ч.д.а.);
• Химически чистый (х.ч.);
• Особо чистый (ос.ч.).

Помимо общепринятых сокращений, на банках с веществами ставятся метки – цветные полосы, которые помогают быстро сориентироваться, какой чистоты это вещество. Технические реактивы – это реактивы, содержащие в себе около 5% примесей и только 95% основного вещества. Эта квалификация считается самой низшей. На упаковке метка обозначается коричневым цветом.

Чистые реактивы содержат в себе от 98% основного вещества. Полоса на упаковке обозначается зеленым цветом.

Чистый для анализа реактив должен содержать в себе много больше 98% основного компонента и минимальное количество примесей. Цвет для такого реактива – синий.

Химически чистые реактивы являются высшей степенью чистоты реактива с содержанием в себе 99 и более процентов. Цвет – красный.

Примеси в растворах мешают проведению анализа, приготовлению растворов и т.д. Чем их больше, тем менее точным получится результат проделанного опыта. Особо чистые реактивы содержат настолько малую долю примеси, что ошибки такого рода практически сводятся к нулю.

ГСО и Стандарт-титры

ГСО – это некий образец вещества, либо материала, по химическому составу и физическим свойствам который схож с какой-то группой веществ или материалов и прошедший метрологическую аттестацию. Государственный стандартный образец нужен для метрологического анализа объектов окружающей среды, химической и нефтяной продукции.

Стандарт-титры представляют собой запаянные ампулы или пластиковые флаконы с определенным количеством какого-либо вещества и служат для приготовления раствора с определенной концентрацией или с определенным значением pH, в случае со стандарт-титрами для приготовления буферных растворов. Приготовление растворов с помощью стандарт-титра происходит следующим образом: в мерную колбу, объемом 1000 мл (или другого объема, указанного в паспорте), помещают лабораторную воронку, в которую вставляется стеклянный бойок, с помощью которого пробивается запаянная часть ампулы с одного конца, затем с другого. Все содержимое ампулы переносится в колбу через воронку, путем промывания ампулы дистиллированной водой. Важно, чтобы все содержимое ампулы перешло в колбу. Далее объем доводят до метки на мерной колбе. Готовые растворы хранят в плотно закрытой лабораторной посуде в темном месте.

Все химические реактивы по степени опасности согласно СанПиН и ГОСТу делятся на классы:

• 1-й класс опасности. Сюда входят чрезвычайно опасные вещества. Их ПДК (предельно допустимая концентрация) чуть меньше 0,1 мг. Концентрация, превышающая этот показатель, приводит к летальному исходу. К таким веществам относятся ртуть, цианид калия, никотин и т.д.
• 2-й класс опасности. Высокоопасные вещества. Их ПДК = до 1мг. К таким веществам относятся литий, свинец, мышьяк, кадмий, хлороформ и т.д.
• 3-й класс опасности. Умеренно опасные вещества. ПДК = до 10 мг/м³. К таким веществам относятся соединения марганца, алюминия, бензин и т.д.
• 4-й класс опасности. Малоопасные вещества. ПДК = более 10мг. Самые популярные и известные всем вещества: керосин, аммиак, алюминий, этанол, соединения железа и т.д.

Приготовление растворов

Все вещества обладают таким свойством, как растворимость. Растворимость вещества выражается в граммах вещества на 100 граммов раствора (растворителя) – сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 граммах раствора (растворителя).

Для приготовления раствора заданной концентрации необходимо пипеткой перенести нужный объем вещества в мерную колбу заданного объема и довести до метки дистиллированной водой. Для расчёта можно воспользоваться формулой C₁V₁=C₂V₂, где C₁ – концентрация исходного раствора, а V₁ – его объем; C₂ – необходимая концентрация, а V₂ – неизвестное, т.е. тот объем, который нужно найти для конечного раствора: V₂= C₁V₁/ C₂. Самое важное правильно при разбавлении концентрированных кислот – нужно добавлять кислоту в воду, а не наоборот: это чревато такими последствиями, как разбрызгивание кислоты и попадание ее на кожу и одежду. Это правило необходимо знать не только химикам, но и домашним хозяйкам, которые в быту пользуются разбавлением кислот, например, уксусной.

Хранение реактивов

Существуют реактивы, при взаимодействии друг с другом которые способны взрываться или устраивать пожар. Для этого необходимо знать такие реактивы и хранить отдельно. Во всех коробках с реактивами есть инструкция по хранению данных веществ. Следует неукоснительно следовать ей, во избежание не только серьезных последствий, но и простой порчи реактивов из-за неправильного хранения. Также следует уделить внимание и тем регентам, которые относятся к какому-либо классу опасности, дабы избежать отравления или даже летального исхода.

Реактивы, которые нельзя хранить в стеклянных тарах (например, плавиковая кислота и щелочи), должны хранится в пластиковых бутылях.

Вещества, которые разлагаются или меняют свои свойства под действием света, хранятся в темных или желтых стеклянных тарах.

Некоторые реактивы нуждаются в герметичном хранении, добиться этого можно с помощью промазывания пробок парафином. На каждой таре необходимо указывать название, концентрацию и срок годности данного реактива. Сливать отработанные реактивы нужно в специально отведенные для этого склянки для последующей переработки или утилизации.

Химические лаборатории должны быть оборудованы специальными вытяжными и обычными шкафами для хранения, а также хорошо вентилируемыми помещениями, в которых непосредственно хранятся все реактивы.

Источник

Исследовательская работа по химии «Вода как реагент и как среда для химического процесса»

Вода колыбель жизни. Вода химическое вещество. С водой как с химическим веществом мы сталкиваемся каждый день нашей жизни. Стираем ли бельё, умываемся ли с мылом, моем ли посуду, во всех случаях вода выступает как химическое соединение

Скачать:

Вложение	Размер
rabota_po_himii.docx	155.32 КБ

Предварительный просмотр:

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«АНГАРСКИЙ ТЕХНИКУМ СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Исследовательская работа по химии

«Вода как реагент и как среда для химического процесса»

Работу выполнил: Наумов. В. Д

обучающийся гр. ЭПГЗ 41809

Проверил: Вахитова. Е.В

Введение

Водная оболочка Земли – гидросфера – составляет 71% земной поверхности. В связанном состоянии вода находится и в земной коре – литосфере. Запасы воды на Земле (в литосфере и гидросфере) составляют 2,7 млрд. км3. В атмосфере в виде паров содержится 13 тыс. км3 воды.

Отечественный ученый В.И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы не заключало. Все земное вещество. ею проникнуто и охвачено».

Актуальность: Вода колыбель жизни. Вода химическое вещество. С водой как с химическим веществом мы сталкиваемся каждый день нашей жизни. Стираем ли бельё, умываемся ли с мылом, моем ли посуду, во всех случаях вода выступает как химическое соединение.

Предмет: Вода как химическое вещество.

Цель: Изучить роль воды в химическом процессе.

Гипотеза: Вода вступает в химические реакции и образуется в ходе химических процессов.

1. Изучить состав, структуру, физические свойства воды.
2. Рассмотреть воду как химический реагент и как среду для химических реакций.
3. Познакомиться с видами воды и её применением.
4. Подтвердить гипотезу химическим экспериментом.

Вода весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы. Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль). Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, например, дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь. Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т.п.

Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Покрывает 70% поверхности Земли и является средой обитания большого количества представителей флоры и фауны. Человеческое тело содержит около 65% воды.

Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Транспорт веществ включает доставку необходимых соединений к определённым органам и тканям (с помощью кровеносной системы у животных и проводящей системы у растений), всасывание их клетками и передвижение внутри клеток, а также выведение продуктов обмена веществ

Вода (оксид водорода) Н 2 О — простейшее устойчивое соединение. Молекула воды (H 2 O) состоит из двух атомов водорода (H 1 ) и одного атома кислорода (O 16 ).

Молекулярная масса воды 18,0160, на водород приходится 11,19% по массе, а на кислород — 88,81%.

Диполь –это молекула, имеющая одинаковые по величине и противоположных по знаку заряды, расположены на расстоянии друг от друга. Три ядра в молекуле воды образуют равнобедренный треугольник с двумя протонами водорода в основании и кислородом в вершине.

Ион водорода не имеет внутренних электронных слоев и обладает малыми размерами, он может проникать в электронную оболочку отрицательно поляризованного атома соседней молекулы. Благодаря чему, каждый атом кислорода притягивается к атомам водорода других молекул и наоборот.

В молекуле воды ковалентные полярные связи О — Н. Между молекулами воды образуются водородные связи. Каждая молекула воды может участвовать максимум в четырёх водородных связях (Приложение 1).

При таянии льда часть связей рвётся, что позволяет уложить молекулы воды плотнее; при нагревании воды связи продолжают рваться, и плотность её растёт, но при температуре выше 4°С этот эффект становится слабее, чем тепловое расширение.

1. Физические свойства H 2 O

Вода H 2 O, жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность 1 г/см3 (при 3,98 градусах), tпл=0 градусов, tкип=100 градусов.

Вода- это единственное вещество в природе, которое в земных условиях существует во всех трёх агрегатных состояниях: жидком– вода, твёрдом – лёд, газообразном – пар.

Вода-растворитель для полярных веществ (соли, сахара и простых спиртов); неполярные молекулы (гидрофобные) – жиры, масла; среда для транспорта различных веществ; вода как реагент и продукт реакций вода источника водорода для синтеза органических соединений в процессе фотосинтеза вода участвует в реакциях гидролиза; не сжимаемость воды (в жидком состояние); тургор клеток, тканей, основа гидроскелета.

1. Вода как реагент и как среда для химического процесса

1) Вода реагирует со многими металлами с выделением водорода:

2Na + 2H 2 O = H 2 + 2NaOH (бурно)

2K + 2H 2 O = H 2 + 2KOH (бурно)

3Fe + 4H 2 O = 4H 2 + Fe 3 O 4 (только при нагревании)

Не все, а только достаточно активные металлы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп

2) Вода реагирует с неметаллами, например, углерод и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но всё же способны реагировать с водой при высокой температуре:

C + H 2 O = H 2 + CO (при сильном нагревании)

CH 4 + 2H 2 O = 4H 2 + CO 2 (при сильном нагревании)

3) Вода реагирует со многими оксидами неметаллов:

SO 3 + H 2 O =H 2 SO 4 (серная кислота)

CO 2 + H 2 O =H 2 CO 3 (угольная кислота)

4) Вода реагирует с оксидами металлов:

CaO +H 2 O =Ca(OH) 2 — гидроксид кальция (гашеная известь)

Не все оксиды металлов способны реагировать с водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Мы уже встречались с такими оксидами. Это ZnO, TiO 2 , Cr 2 O 3 , из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.

5) Особая реакция воды – синтез растениями крахмала (C 6 H 10 O 5 )n и других подобных соединений (углеводов), происходящая с выделением кислорода:

6n CO 2 + 5n H 2 O = (C 6 H 10 O 5 )n + 6n O 2 (при действии света)

Вода участвует во многих химических реакциях в качестве растворителя, реагента либо продукта. Вода является продуктом многих неорганических и органических химических реакций. Например, она образуется при нейтрализации кислот и оснований.

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O

В органической химии реакции конденсации сопровождаются отщеплением молекул воды.

Вода способна вступать в роли окислителя и восстановителя. Она окисляет металлы, расположенные левее олова в электрохимическом ряду напряжения металлов.

2К + H 2 O = К 2 O + 2H 2

Вода проявляет амфотерные свойства. Это означает, что она может выступать в роли как кислоты, так и в роли основания.

NH 3 + H 2 O (кислота) = NH 4 + + OH —

HF + H 2 O (основание) = F — + H 3 O +

Гидролиз — это химическая реакция взаимодействия вещества с водой, при которой происходит разложение этого вещества и воды с образованием новых соединений.

Живые организмы осуществляют гидролиз различных органических веществ в ходе реакций катаболизма при участии ферментов. Например, в ходе гидролиза при участии пищеварительных ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, полисахариды (например, крахмал и целлюлоза) — на моносахариды (например, на глюкозу), нуклеиновые кислоты — на свободные нуклеотиды.

При гидролизе жиров в присутствии щелочей получают мыло;

Гидролиз жиров в присутствии катализаторов применяется для получения глицерина и жирных кислот. Гидролизом древесины получают этанол, а продукты гидролиза торфа находят применение в производстве кормовых дрожжей, воска, удобрений и др. Гидролиз встречается в повседневной жизни: стирка, мытьё посуды, умывание с мылом.

4. Вода может выступать в роли катализатора. Катализатор — химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции. Например, если смешать порошок алюминия и йода то реакция идти не будет, но если добавить каплю воды, то начинает идти бурная реакция.

2Al + 3J 2 = 2AlJ 3 + Q

Бромная вода — насыщенный раствор Br 2 в воде (3,5% по массе Br 2 ). Бром — вещество, которое, как и ртуть, при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Оно очень токсично, но широко используется в химической промышленности и лабораториях. Относится к группе галогенов, но более слабое, чем хлор. При прохождении через воду образует раствор под названием бромная вода. По внешнему виду бромная вода — оранжево-желтая жидкость, взявшая от основного вещества его неприятный запах. Температура, при которой раствор замерзает, довольно низкая. Еще при -20°C она жидкая.

Применяют бромную воду в промышленных лабораториях. Одной из качественных реакций на непредельные углеводороды является именно взаимодействие алкенов и алкинов с раствором бромной воды. В результате этого состав обесцвечивается. Разрывая двойные и тройные связи, бром присоединяется, образуя бромистые соединения.

Аммиачная вода — образуется при контакте сырого коксового газа с водой, который концентрируется вследствие охлаждения газа или специально впрыскивается в него для вымывания NH 3 . Аммиачную воду используют в производстве соды, как жидкое удобрение и др.

Подсмольная вода — образуется при полукоксовании и газификации твёрдых, горючих ископаемых. Наиболее характерные компоненты: NH 3 , фенолы, карбоновые кислоты. Одни из наиболее вредных видов сточных вод. Обезвреживание заключается в выделении из подсмольных вод указанных компонентов и последующей биохимической очистке.

Дистиллированная вода — очищенная вода, практически не содержащая примесей и посторонних включений.

Физические свойства: в дистиллированной воде растворены газы атмосферы: кислород, азот, аргон, углекислый газ и незначительное количество других. Из-за растворённой углекислоты дистиллированная вода имеет слабокислую среду и её pH составляет 5,4—6,6. Для получения полностью нейтральной воды её кипятят до полного удаления углекислого газа (в течение 30 минут) и хранят в герметичной таре. Применяют дистиллированную воду в химических лабораториях, где её используют для приготовления растворов, проведения анализов и ополаскивания химической посуды после мытья.

Применяют для корректировки плотности электролитов, безопасной эксплуатации аккумуляторов, промывки систем жидкостного охлаждения, разбавления концентратов различных жидкостей и для прочих бытовых нужд. Например, для добавления в паровые утюги (полностью исключают появление накипи), для корректировки температуры замерзания незамерзающей стеклоомывающей жидкости и при цветной фотопечати.

Роль воды в нынешней науке и технике очень велика. Вот только часть областей применения воды.

1. В сельском хозяйстве для полива растений и питания животных

2. В химической промышленности для получения кислот, оснований, органических веществ.

3. В технике для охлаждения, в паровых двигателях.

4. В металлургии для выплавки металлов.

5. Для получения бумаги и картона требуется большое количество воды.

6. В медицине для приготовления лекарств.

7. В термоядерных реакторах для задержки нейтронов применяется тяжелая или сверхтяжелая вода (D 2 O, T 2 O соответственно; D — дейтерий, Т — тритий; это изотопы водорода).

Опыт 1. Гидролиз мыла.

В сухую пробирку помещают кусочек мыла. К мылу прибавляют воду. Хорошо взбалтывают. И добавляют индикатор фенолфталеин. По мере прибавления фенолфталеина появляется розовое окрашивание. С 17 Н 35 СООНNa + Н 2 О = С 17 Н 35 СООН + NaОН

В результате взаимодействия мыла с водой происходит гидролиз. Образуются малодиссоциированные жирные кислоты и гидроксид натрия. Розовое окрашивание говорит о появлении в растворе гидроксильных ионов. Реакция водных растворов мыла всегда щелочная. Приложение 2.

Опыт 2. Гидролиз сульфата меди.

В пробирки помещаем несколько крупинок сульфата меди и наливаем воду до растворения соли. К каждому раствору прибавляем 1-2 капли раствора фенолфталеина. Наблюдаем розовое окрашивание раствора. Приложение 3.

В результате гидролиза образуются катионы водорода, которые создают кислую среду, поэтому бесцветный раствор фенолфталеина окрашивается в розовый цвет.

2CuSO 4 + 2H 2 O ⇄ (CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4

Полное ионное уравнение:
2Cu 2+ + 2SO 4 2- + 2H 2 O ⇄ 2CuOH + + SO 4 2- + 2H + + SO 4 2-

Краткое ионное уравнение:
Cu 2+ + H 2 O ⇄ CuOH + + H +

Вывод: Опыт 1 и опыт 2 доказывают, что вода участвует в процессе взаимодействия химических веществ как химическая среда..

Опыт 3. Взаимодействие карбоната кальция с соляной кислотой.

Поместили в химический стакан кусочек мела (карбонат кальция) и прилили в стакан соляной кислоты, ровно столько, чтобы ей покрылся кусочек. Наблюдается выделение пузырьков газа – это углекислый газ. Образуется соль хлорид кальция (СаСl 2 ) и вода.

СаСО3 + НСl = СаСl 2 + СО 2 + Н 2 О

Вывод: Данная химическая реакция доказывает, что вода может образовываться в результате химического взаимодействия, как продукт реакции. Приложение 4.

Заключение

Вода — универсальный растворитель.

Вода является незаменимым веществом для всего живого на земле.

Вода — одно из самых распространенных веществ на нашей планете.

Считают, что вода самое простое вещество на Земле. Она имеет огромное значение в эволюции как живой, так и неживой природы.

На Земле происходит непрерывный круговорот воды, включающий использование воды на бытовые и производственные нужды человека, использование воды растениями и животными, испарение воды и фильтрацию ее через почву многое другое.

В результате исследования установлено, что вода может быть и как реагент химического процесса и как среда в которой протекают химические реакции. Вода может образовываться как продукт реакции. Гипотеза в ходе исследования подтвердилась.

Источник