1

Драги студенти, представения по-долу материал има за цел

да улесни Вашата самостоятелна подготовка за колоквиумите, които

задължително следва да се положат преди началото на лабораторните

упражнения. Тук е включено на достъпно ниво най-същественото от

теоретичната част на колоквиумите, лабораторните съдове и прибо-

ри, основните химически операции, обработката на експериментал-

ните резултати.

Конкретните лабораторни упражнения за различните

специалности са представени в „Ръководство за лабораторни

упражнения по неорганична химия” с автори А. Захариев, В.

Йорданов, В. Първанова, В. Караджова, Д. Николова, М. Атанасова и

Р. Попова, издателство ХТМУ-София, 2006 и 2008г. Ръководството

можете да намерите в библиотеката и книжарниците в близост до

ХТМУ.

1. Работа в химичната лаборатория

1.1. Общи правила за работа в лабораторията

Ред в лабораторията

При работа в химическата лаборатория е необходимо да се

спазват следните правила:

1. Преди всяко упражнение студентът трябва да бъде

запознат с теоретичния материал за даденото упражнение и да се

изясни техниката на неговото изпълнение.

2. Абсолютно задължително е студентите да бъдат с работно

облекло в лабораторията .

3. Преди започване на упражнението трябва да бъде

подготвено всичко необходимо за неговото изпълнение, като

необходими реактиви, стъклария и др.

4. Да не се пренасят реактивите за общо ползване на

работното място.

5. По време на работа да се спазва точната последователност

на операциите, посочени в указанието към даденото упражнение .

6. След приключване на упражнението, лабораторните

съдове да се измият, да се подреди работното място, да се изключи

водата и електричеството.

7. Всички опитни данни, наблюдавани явления, химични

изчисления и уравнения да се запишат в лабораторни тетрадки.

2

8. Оформянето на протоколите се извършва по определен

образец.

Предпазни мерки

Отровите попадат в организма на човека чрез дихателната

система, храносмилателната система и кожата. За да се предпазят от

отравяния, работещите в лабораторията трябва да са добре

запознати с пределно допустимите концентрации на веществата и

характерните им свойства.

Работещите в лабораторията трябва да познават

несъвместимостта между отделни химически вещества дадена в

таблица 1.

Таблица 1. Химическа несъвместимост на веществата

химически

продукт

несъвместими с него вещества

амоняк живак /манометри/, хлор, калциев хлорид, йод, бром,

/безводна/ флуороводородна киселина

бром амоняк, ацетилен, бутан, пропан /и други нефтени газове/,

водород, терпентин, фини метални прахове

йод минерални и органични киселини, ацетилен, амоняк,

амонячна вода, водород

калий вода, водороден пероксид, тетрахлорметан

мед ацетилен, водороден пероксид

натрий въглероден диоксид, вода, тетрахлорметан

водороден

пероксид

мед, хром, желязо, спирт, аргон, анилин, всички запалващи

се течности, много метали и техните соли

калиев

перманганат

глицерин, етиленгликол, бензалдехид, сярна киселина

живак ацетилен, амоняк-газ

сребро ацетилен, концентрирана азотна киселина, амонячни

съединения, мравчена киселина, винена киселина

сярна киселина калиев хлорид, калиев перманганат, съединения на леките

метали - натрий, литий и др.

сяроводород азотна /димяща / киселина, газообразни оксиди

оцетна киселина азотна киселина, хромова киселина, етиленгликол,

перхлорна киселина, пероксиди, перманганати

хлор амоняк, ацетилен, бутан, метан, пропан /или други нефтени

газове/, водород, терпентин, бензен, фини метални прахове

хлорати амониеви соли, киселини, метали, прахове, серни продукти,

фино стрити органични и други горими продукти

хромова

киселина

оцетна киселина, нафталин, камфор, глицерин, терпентин,

спирт, запалими течности

циановодородна

киселина

азотна киселина, основи

3

При работа в химическата лаборатория, с оглед на своята

безопасност експериментаторът е длъжен да спазва следните

основни правила:

1. Всички опити с отровни вещества, с концентрирани

разтвори на киселини и алкални основи да се провеждат под камина.

2. Опитите с лесно възпламеняващи се вещества да се

провеждат далеч от пламък и открити електрически нагреватели.

3. При нагряване на разтвор в епруветка се запълва не повече

от половината й обем. Епруветката се държи под ъгъл 45 и трябва да

бъде насочена в посока където няма хора, за да се избегне опасността

от евентуално изпръскване (фиг. 1г).

4. Абсолютно е забранено работещите в лабораториите да се

навеждат над кипящи течности, поради опасност от изпръскване.

5. Миризмата на газове и пари се изпитва чрез леко повяване

с ръка от съда към работещия.

6. При разреждане на концентрирани киселини, особено

сярна и основи трябва да се налива внимателно на малки количества

киселина или основа във вода, а не обратно.

7. При работа с метален натрий и други алкални метали е

необходимо те да се пазят от вода, като се съхраняват под керосин не

съдържащ влага.

8. При работа с живак е необходимо да се спазват следните

правила:

а) Опитите с живак да се провеждат под камина;

б) Капчици живак извън съдовете се събират с помощта на

цинкова или медна пластинка. Мястото се посипва със сяра.

в) Всички отпадъци от живак се събират в специални съдове

и се предават на лаборанта.

Даване на първа помощ

Капки от концентрирани киселини и основи, попаднали

върху кожата, причиняват трудно зарастващи рани. Най-опасно е

заливането с димяща и концентрирана азотна киселина. Същото се

отнася и за концентрираната и димяща сярна киселина. Оцетната

киселина предизвиква образуване на рани при концентрация над

80 %*. Солната киселина е много опасна при попадане в очите или по

слизестите обвивки.

* IUPAC препоръчва съставът на сложните вещества и разтворите да се изразяват в

масови части, молни части и обемни части, изразени в % (мас. ч. %, мол. ч. %, об.

ч. %). В настоящото ръководство е възприето съставът, изразен в мас. ч. %, да се

изразява с %.

4

1. При заливане с концентрирана сярна киселина, мястото

трябва бързо да се попие с филтърна хартия , след което се измива

обилно с вода и разтвор на натриев хидрогенкарбонат. При заливане

с концентрирана азотна, солна или оцетна киселина, поразеното

място трябва да се измие обилно с вода, а след това с разтвор на

натриев хидрогенкарбонат.

2. Концентрираните разтвори на алкални основи също

предизвикват образуване на рани. При заливане на кожата с основи,

мястото се промива първо с вода, а след това с 1% разтвор на оцетна

киселина.

3. Ако киселина, основа или друг реактив попаднат в очите,

трябва незабавно да се промие пострадалото око с голямо количество

вода, след което да се потърси лекар.

4. При отравяне с хлор, пари на бром, сероводород,

въглероден оксид и др. е необходимо пострадалият да се изведе

незабавно на чист въздух и да се постави в легнало положение, като

се повика веднага лекар.

5. Когато отровата е позната се препоръчва да се вземат

следните мерки до идването на лекаря:

- при отравяне с амоняк - чист въздух, покой, дишане на топли

водни пари, смесени с пари на оцетна киселина. При загуба на

съзнание се прави изкуствено дишане;

- при отравяне с ацетонови пари - чист въздух, при загуба на

съзнание да се направи изкуствено дишане;

- при отравяне с бром - вдишване на амоняк, промиване на

очите, устата, носа с разтвор на натриев хидрогенкарбонат,

покой и вдишване на кислород.

- азотни оксиди - препоръчва се инхалация с водни пари,

вдишване на кислород. Пострадалият да не извършва

движения;

- серен диоксид - устната кухина и носът се промиват с 2 %

разтвор на натриев хидрогенкарбонат. Препоръчва се

инхалация с пари от етанол. На пострадалия се дава вътрешно

натриев хидрогенкарбонат и мляко;

- хлороводород - при отравяне с него се прави инхалация с

водни пари, вдишване на амоняк;

- при външно изгаряне с течен бром, поразеното място се

промива с 1% разтвор на фенол. При вътрешно отравяне се

приема мляко, вода, танин.

- Отравяния могат да предизвикат различни вещества като:

5

- бензен, бензин - отровеният трябва да повърне, необходимо е

да се направи изкуствено дишане и да се дават валериянови

капки;

- метилов алкохол - пострадалият трябва да диша кислород,

след което да се повика лекар;

- оксалова киселина - веднага да се повика лекар за промиване

на стомаха. На отровения да се даде варно мляко в захарен

разтвор и магнезиев карбонат;

- оцетна киселина - незабавно да се повика лекар за промиване

на стомаха. Препоръчително е да се даде магнезиев оксид и

мляко. При отслабване на дишането да се направи изкуствено

дишане.

1. 2. Реактиви

Класификация на реактивите

По степен на чистота и предназначение, реактивите се

класифицират по следния начин: технически (техн.); чисти (ч); чисти

за анализ (ч.а.) химически чисти (х.ч.); особено чисти (ос.ч).

Най-малко примеси имат веществата със свръх висока

чистота (10-6

до 10-8

% ).

Според БДС 5736-65 у нас са възприети следните означения

на химическите реактиви, дадени в таблица 2.

Таблица 2. Степен на чистота (класификация) на реактивите.

Означение на

латински

Съкратено

означение

Означение на

български

Съкратено

означение

purum speciale pur. spec. особено чист ос.ч.

pro analisi puriss химически чист х. ч.

purum p. a. чист за анализ ч.а.

pur pur чист ч.

тechnicum тechn технически техн.

cruduw crud суровина суровина

Правила за използване на реактивите.

1. Реактивите в твърдо агрегатно състояние се съхраняват в

банки, а разтворите в реактивни шишета.

2. Вещества, които се влияят от светлината се съхраняват в

тъмни банки или стъкла.

3. Хигроскопичните вещества се съхраняват в съдове с

парафинирани запушалки или в запоени стъклени ампули.

4. Преди да се вземе даден реактив, внимателно да се прочете

етикета с названието му и след отмерването на необходимото

6

количество реактивното шише или банка да се върне на

същото място.

5. Всички реактивни стъкла с разтвори да се държат затворени и

да се отварят само по време на използване. При затваряне на

стъклата, запушалките да се хващат за горната им част, тъй

като се замърсяват реактивите и стават негодни за работа.

6. Неизразходваните реактиви да не се връщат обратно в

реактивните стъкла, от които са взети.

7. Остатъкът от разтвори, съдържащи сребро, живак, бром и йод

да се изливат в специални банки под камината.

2. ЛАБОРАТОРНИ СЪДОВЕ И ПРИБОРИ

2.1. Стъклени прибори

Стъклени прибори с универсално предназначение (Фиг. 1)

5а 5б

250

200

150

100

50

1а 1б 1в

2

3а 3б 3в

4а 4б 4в

3г

4г 4д

6

1г

7

7

Е

прув

етк

и (1) служат за извършване на наблюдение на химически процеси,

които протичат в разтвор. В зависимост от своето предназначение

епруветките биват цилиндрични (1а) и конични (центрофужни) (1б).

Центрофужните епруветки служат за наблюдение и отделяне на

утайки от разтвор. По обем биват макро, микро или полумикро

според количеството вещество, за което са предназначени. Наборът

от необходимите епруветки се поставя на статив (1в).

Чаши (бехерови чаши) (2) – служат за извършване и

наблюдение на процеси между по-големи количества вещества, като

разтваряне, концентриране на разредени разтвори, утаяване и др.

Обикновените цилиндрични чаши се наричат бехерови чаши и имат

обем от 25 до 4000 см3. Чашите са с означен максимален обем и са

градуирани. Биват с ниска и висока форма. При работа с тях не

трябва да се пълнят повече от половината.

Колби (3) – в тях се извършват химически взаимодействия

между по-големи обеми от течности. Могат де се използват за

съхраняване на течности, за нагряване, като приемник при

филтруване или за дестилация. Трябва да се спазва правилото да не

се пълнят повече от половината.

В зависимост от своята форма и предназначение те биват:

Плоскодънни колби (3а) – използват се като реакционни

съдове за съхранение на вещества и за направа на пръскалки.

Облодънни колби (3б) – употребяват се за извършване на

реакции, изискващи по-дълго нагряване. Свързани с хладник се

използват при дестилация. Пряко нагряване не се допуска, тъй като

облото дъно не позволява равномерно загряване и има опасност от

прегряване. Поради тази причина в зависимост от нуждите те се

нагряват на известно разстояние от котлона подвижно закрепени с

щипка към железен статив.

Конични (ерленмайерови) колби (3в) –Използват се за

продължително нагряване на разтвори, тъй като при тях изпарението

е по-равномерно. Колби с по-широк отвор могат да се използват за

титруване. Ерленмайеровите колби служат като реакционен съд,

съдове за съхранение на течности и като приемник при филтруване.

Тяхна разновидност е смукателното шише (3г), което има също

конична форма. Дебелостенно, със страничен отвод, свързан с водна

Фиг. 1. Стъклени прибори с универсално предназначение

8

помпа и служи за вакуумфилтруване. Употребява се съчетано с

Бюхнерова фуния.

Колба за йодно число (3д) - разновидност на ерленмайровите

колби, снабдена с шлиф и запушалка. Използва се при титруване.

Фунии (4) - те са две групи: обикновени и делителни:

Обикновени фунии (4а) - имат различни размери и дължини

на опашките. Използват се за преливане на течности и за

филтруване. Вътрешната им повърхност е гладка, но за увеличаване

скоростта на филтруването се използват фунии с вълнообразна

повърхност (4б). Фунии с къси дръжки се използват при филтруване

на горещо (4в).

За филтруване се използват и шотови филтри (фунии) (4г).

Дъното им е покрито с порест керамичен или стъклен материал с

определен диаметър на порите, който определя тяхната плътност.

Последната се означава със съответен номер, като с най-големи пори

е G1, a с най-малки G4.

Бюхнерова фуния (4д) – използва се за филтруване под

вакуум на кристални и аморфни утайки. Тя се състои от

цилиндрична и конична части. Между тях има перфорирано дъно,

върху което се поставя филтърна хартия с диаметър съответстващ

или по-малък от диаметъра на фунията. Бюхнеровата фуния се

свързва със смукателно шише.

Делителни фунии (5) – направени са от стъкло и се използват

за разделяне на малко разтворими или неразтворими една в друга

течности. Могат да се използват за дозирано прибавяне на течности с

помощта на кранче, намиращо се в долния край на фунията.

Делителните фунии са с цилиндрична (5а) или крушовидна форма

(5б), снабдени с шлифована запушалка.

Кристализатори (6) – това са плоскодънни съдове с

различни размери. Използват се за получаване на кристали от

наситения разтвор на дадено вещество чрез изотермично изпаряване.

Часовникови стъкла (7) – Изработват се от дебелостенно

стъкло и не са устойчиви на високи температури. Използват се за

сушене и теглене на проби, както и за покриване на чаши при

съхранение на разтвори.

Мерителни стъклени прибори. (Фиг. 2)

Използват се за отмерване на проби от течности с точно

определен обем или за приготвяне на разтвори с определена

концентрация.

9

Мерителни цилиндри (8) – използват се за измерване на

обеми в случаите, когато не се налага голяма точност. Изработени са

от дебелостенно стъкло и са градуирани и калибрирани за 20оС. При

отчитане на обема се спазва правилото менискусът на течността да

тангира към гравираната чертичка, определяща обема.

Пипети (9) служат за прецизно измерване на обема. Те

биват:

Фолпипети (9а) – служат за измерване на определен обем от

разтвор. Представляват стъклени тръби с разширение в средата,

върху което е обозначен отмерения обем. Обемът се определя от

долния край на пипетата до чертичката, гравирана върху горната част

на пипетата

Меспипети (9б) – това са градуирани стъклени тръби с

много деления, позволяващи отчитане на различни обеми. С тях

могат да се измерват и по-малки обеми от означения.

С пипетите се работи по следния начин (9в). Долният им край

се потапя в разтвора, а от горния край се всмуква с уста до изкачване

на разтвора до желания обем. С помощта на показалеца, който

притиска горния край на пипетата, реактивът се пренася в съда, в

който се оставя свободно да изтече отмерения обем. Последната

капка в пипетата не се издухва, тъй като тя е отчетена при

разграфяването.

8 9а 9б 10 11

50

40

30

20

10

0

9в

Фиг. 2. Мерителни стъклени прибори

10

При т. нар. „Резила”-пипети всмукването на течността се

реализира чрез създаване на вакуум от завършващата на шлиф

бутало. Препоръчват се за отмерване на определен обем от разтвори

на киселини, основи и токсични вещества.

Бюрети (10). Това са стъклени градуирани тръби с

различни обеми (от 1 до 50 см3). За по-малки обеми са използват

микробюрети. Те служат за прибавяне на порции на един реактив

към друг. Според предназначението бюретата завършва със стъклен

кран или каучуков край. Прикрепят се вертикално чрез щипки и

муфи към железен статив./10 а/ Използват се и автоматични бюрети.

Мерителни колби (11) – в тях се приготвят разтвори с

определена концентрация. Мерителните колби могат да бъдат с

различни обеми (от 25 до 2000 см3). Различават се от обикновените

плоскодънни колби по ясно очертаната мярка. При отчитане на обема

мeнискусът на течността трябва да тангира към гравираната

чертичка отчитаща обема.

Стъклени прибори със специално предназначение (Фиг. 3)

12а 12б

13а 13б

15а 15б 16а 16б

14

11

За някои химични опити са необходими съдове с определена

форма и специално предназначение.

Дестилационни колби (12). Най често се употребява колбата

на Вюрц (12а). Тя представлява облодънна колба, с допълнително

запоена странична стъклена тръба за отвеждане на парите.

Последната се използва при дестилация.

При вакуумдестилация се използва двугърлената колба на

Клайзен (12б).

Хладници (13) - служат за охлаждане и кондензиране на

пари. Те биват:

Прав хладник (хладник на Либих) (13а) - представлява една

тръба, през която минават парите, а около нея има стъклен кожух,

през който минава охлаждащата вода. Охлаждащата вода е в

противоток с парите. Монтира се в наклонено състояние. Използва се

при дестилационни процеси.

Обратен хладник (хладник на Алин ) (13б) - монтира се

вертикално. Състои се от две тръби – вътрешна, през която минават

парите с няколко разширения и външна – охлаждащ воден кожух. В

този случай водата е в правоток с парите. Обратният хладник се

използва за кондензиране на парите и връщането им в реакционния

съд.

Тегловни шишенца (14) – биват с различни размери, висока и

ниска форма. Служат за претегляне и съхраняване на хигроскопични

и летливи вещества. Снабдени са с шлифована запушалка.

Ексикатори (15а) – дебелостенни стъклени съдове,

предназначени за съхраняване, изсушаване, охлаждане и

темпериране на вещества, които търпят промени на въздуха. Състоят

се от основно тяло и капак. Тялото в долния си край е с по-малък

диаметър. Скосената част се пълни с подходящ сорбент CaCl2,

силикагел, KOH, концентрирана H2SO4 и др. Веществата се поставят

в ексикатора върху перфорирана порцеланова плоча. Капака се

намазва с подобаваща смазка за плътно прилепване към съда.

Вакуум - ексикатор (15б) – на капака на ексикатора има

кранче, което може да се свърже с вакуум помпа.

Лабораторна пръскалка – плоскодънна колба в горния край,

на която през шлифа преминават извити по подходящ начин

Фиг. 3. Стъклени прибори със специално предназначение.

12

стъклени тръбички (16а). Служи за изплакване с дестилирана вода на

стъклени съдове, измиване на утайки при филтруване и др. Със

същата цел се използват и пластмасовите пръскалки (16б).

2.2. Лабораторни съдове от порцелан (Фиг. 4)

Поради тяхната непрозрачност и по-голяма маса, те намират

по-ограничено приложение от това на стъклените съдове.

Притежават по-голяма термична, химична и механична устойчивост

и се използват за работа при висока температура и операции с по-

голямо механично натоварване.

Порцеланови блюда (17) – служат за стапяне на вещества при

невисока температура и изпарение на течности от разтвори. Има

обло дъно, поради което при нагряване се поставя върху метален

пръстен закрепен на статив. Скоростта на нагряването се регулира,

като се променя разстоянието между металния пръстен и котлона.

Хавани (18) – Употребяват се за стриване или

хомогенизиране на твърди вещества. Състоят се от основно тяло и

пестик. Стриването става чрез натиск и въртеливи движения, а не

чрез удар. Хаванът се пълни до 1/3 от обема си. Изработват се

предимно от порцелан и по-редко от дебелостенно стъкло.

Порцеланови тигли (19) – Използват се за нагряване на

твърди вещества при висока температура в електрически пещи до

1200С. Тиглите могат да бъдат с капаче и без капаче, глазирани или

неглазирани.

2.3. Метални прибори (Фиг. 5)

Метални тигли – изработени са от желязо, никел или платина.

В платиновите тигли не трябва да се поставят вещества, от които те

биха кородирали като алкални хидроксиди, пероксиди и др.

17 18 19

Фиг. 4. Лабораторни съдове от порцелан

13

За закрепване на лабораторни прибори и за построяването на

апаратури се използват метални стативи (21) с допълнителни

метални прибори: метални пръстени, метални щипки.

Метален пръстен (22) – Върху него се поставят колби и

блюда.

Метални щипки (23) - Могат да бъдат с (23) или без (24)

муфа. Използват се за закрепване на хладници, колби, бюрети и др.

За хващане на нагорещени лабораторни съдове се използват

различни видове специални щипки (25).

Водна вакуумпомпа (26) - използва се за филтруване на

утайки под вакуум (1 до 1,3 кРа). Прикрепя се здраво към крана на

чешмата .

2.4. Прибори за измерване на температурата (Фиг. 6)

21

22

23

25

24

26

28 27

29

30

Фиг. 5. Метални прибори

14

За измерване на температурата се използват термометри.

Тяхното действие се основава на измененията в обема на някои

вещества при промяна на температурата. Най-често приложими са

течностните термометри (живачни, спиртни и др.)

Устройството на течностния термометър се вижда (27). Той

представлява капилярна тръбичка, заварена от единия край. На

другия край се намира резервоар, пълен с живак, спирт или толуол.

При някои дебелостенни термометри, градусите са нанесени на

самата тръбичка, а при други на млечнобяла скала, прикрепена зад

капилярната тръбичка. За химически цели най-често се използват

термометри от 20 до 360С.

Бекманови термометри (28). За измерване на малки

температурни разлики с точност 0.002С се използват бекманови

термометри. При тях скалата е разделена на 5-6 през 0.01С. Те имат

втори резервоар в горния край на капилярната тръба. Желаната

температурна област се избира, като част от живака от долния

резервоар се прехвърля предварително в горния. Тези термометри

намират приложение в криоскопията и ебулиоскопията.

Контактни термометри (29). Намират приложение за

регулиране на температурата на нагревателни прибори – термостати,

бани и сушилни. Използват се в комплект с реле. Необходимата

температура се поддържа чрез включване и изключване на релето.

Термоелектрически термометри (термодвойки) (30).

Състоят се от два проводника от различен метал (термодвойка),

запоени в двата края. Двата края на термодвойката се свързват към

галванометър (микроампермер). Когато двете спойки на

термодвойката се намират в среда с различна температура, между тях

възниква термоелектродвижеща сила и през галванометъра протича

ток със сила пропорционална на температурната разлика в двете

среди. Нормално едната спойка се поставя в термостат. По

отчетената стойност на електрическия ток се съди за температурата

на средата, в която се намира втората спойка. Най-използвани са

термодвойките Pt – Pt/Rh (0 - 1600C), Cu - константан (200 - 500С),

Fe - константан (-200 - 900С) и др. За температури до 2000С се

Фиг. 6. Прибори за измерване на температурата

15

използват кадмиеви термодвойки, а за още по-високи температури -

термодвойки от волфрам, молибден, тантал.

При работа с термометъра трябва да се имат предвид

следните правила :

- термометърът не бива да се държи дълго време при висока

температура, тъй като с течение на времето това води до

неверни резултати;

- термометърът не се поставя в среда, която има по-висока

температура от максималната, означена върху скалата. В

противен случай капилярката се пука;

- при определяне температурата на течност, резервоарът не

трябва да опира в стените на съда;

- бързото поставяне на термометъра в среда с висока

температура може да доведе до неговото спукване. Ето защо

той се поставя постепенно;

- След работа термометърът се почиства добре и се поставя в

калъфа.

16

3. ОСНОВНИ ХИМИЧЕСКИ ОПЕРАЦИИ

3.1. Изпарение и кристализация

Изпарението е процес, при който се получава твърда или

течна фаза от разтвор при отделяне на разтворителя.

Скоростта на процеса зависи от температурата, налягането и

от повърхността на разтвора. Kолкото е по-голяма повърхността,

толкова скоростта на изпарение е по- голяма. Понякога кристалните

вещества образуват върху повърхността на разтвора ципа от

кристали, която възпрепятства по-нататъшния процес на изпарение.

В тези случаи, за да продължи процеса, тя трябва да се разруши чрез

разбъркване на разтвора.

За лабораторното провеждане на процеса се използват

порцеланови или стъклени блюда, наречени кристализатори.

Разтворът в тях трябва да бъде на 2 - 3 cm от горния ръб на съда, за

да не може вече изпарения разтворител да кондензира по стените на

съда и да се върне обратно. Нагряването на разтвора в зависимост от

температурата му на кипене се извършва чрез пряк нагревател, на

водна или друга баня. При изпарение на етер, спирт, ацетон, бензен,

бензин и др. пожароопасни органични разтворители с ниски

температури на кипене, не трябва да се използва пряко нагряване, а

задължително изпарението се извършва на водна баня, като

периодично в нея се добавя вода. Обикновено при провеждане на

процеса изпарение не се улавят парите на разтворителя, но при

големи количества това е препоръчително, като за целта се използва

апаратура включваща прав хладник. В края на хладника се поставя

приемник свързан с вакуум (водна) помпа, която допринася за по-

бързото изпарение на разтворителя. В случаите, когато нагряването

до високи температури води до разлагане на веществата, то

изпарението се провежда при ниско налягане - вакуум изпарение.

Процесът на изпарение, главно на водни разтвори, може да се

проведе и в сушилен шкаф (сушилня). Не се препоръчва изпарение

на органични разтворители в сушилни. Парите на някои органични

вещества образуват с въздуха взривоопасни смеси. За всеки

органичен разтворител съществува горна граница на взривоопасна

концентрация във въздуха, която може да бъде намерена в

справочната литература.

17

Процес на кристализация възниква при охлаждане на

наситен при висока температура разтвор, при което започва да се

отделя кристална маса от разтвореното вещество. Колкото е по-ниска

температурата на охлаждане, толкова е по-голямо количеството на

падналите кристали. Течността, от която са отделени кристалите чрез

филтруване се нарича матерен разтвор. От него може да се получи

допълнително количество кристали от разтвореното вещество или

чрез охлаждане до по-ниска температура или чрез изпарението му.

Ако в разтвора се намира не едно, а няколко вещества, те могат да

бъдат разделени чрез процеса на кристализация. Тази възможност се

определя от различната разтворимост на веществата при различни

температури. При една определена температура разтворът е наситен

по отношение на едно от веществата, а ненаситен спрямо друго и при

охлаждане първото вещество изкристализира, а второто остава в

разтвора. На тази основа лежи прекристализацията, като метод за

пречистване нa неорганични съединения, подробно описан в гл. 5.1

За да се прекристализира дадено вещество, то се разтваря в

подходящ разтворител, нагрява се до получаване на наситен разтвор

за дадена температура. Ако разтворът съдържа механични примеси

или е мътен се филтрува и се оставя да кристализира. Процесът на

прекристализация трябва да се провежда така, че да се получат

кристали със среден размер. Големите кристали обикновено

включват матерен разтвор и съдържащите се в него примеси, а тези с

много малки размери затрудняват филтруването и не могат да бъдат

използвани при определяне на кристалната структура на

съединението. Размерите на отделните кристали зависят от скоростта

на охлаждане на разтвора. Ако то се провежда с малка скорост, то

кристалите растат бавно, постепенно и достигат големи размери.

Обратно, при бързо охлаждане се получава дребнокристална маса.

Обикновено неорганичните вещества при кристализация от водни

разтвори образуват добре оформени, големи кристали, докато

органичните съединения - дребнокристални утайки. Бързо

охлаждане на разтвора се постига като кристализатора се поставя в

съд със студена вода или лед. Ако при това бързо охлаждане не се

получат кристали, то може да се предизвика кристализация чрез

внасяне на малко количество чисто вещество, което служи като

зародишообразувател или чрез търкане на стъклена пръчка върху

стените на съда.

Образуваните при процеса на кристализация кристали се

отделят от матерния разтвор чрез филтруване под вакуум с помощта

на бюхнерова фуния и се промиват с неголеми количества охладен

18

чист разтворител. Матерният разтвор се изпарява до половината и

при охлаждане се получава нова кристална маса.

Филтруваното вещество се суши между филтърна хартия и

след това на въздуха, ако то не търпи промени в тази среда.

Сушенето може да се извърши и в ексикатор, но само ако веществото

не губи кристализационната си вода.

Когато прекристализацията се провежда с участието на

органичен разтворител, например спирт, бензен, етер, е необходимо

да се вземат мерки при нагряването на разтвора и филтруването да

не възникне пожар.

За по-пълно пречистване, прекристализацията се провежда

няколко пъти. Това води до намаляване на добива от пречистеното

вещество, но същевременно повишава чистотата на продукта.

3.2. Охлаждане

Процесът охлаждане е един от най-често използваните в

химичната практика и е неизменна част от много провеждани в

лабораторията операции. Обикновено се извършва на водна баня с

вода или лед. Понякога експериментът изисква достигането на

минусови температури. За тази цел се използват т. н. “охлаждащи

смеси”. Тяхното приложение се основава на факта, че процесът на

разтваряне на много от солите е свързан с поглъщане на значително

количество топлина. Съществува голям брой рецепти за тяхното

приготвяне. Най- разпространените и леснодостъпни охлаждащи

смеси са дадени в таблица 3.

Таблица 3. Охлаждащи смеси от една сол с вода или сняг

Сол А, g Охлаждане

t, °С В, g

Криохидратн

а точка, °С

СаС12 126.9 23.2 42.2 -55

КС1 30 12.6 30 -11.1

MgС12 - - 27.5 -33.6

NaCl 36 2.5 30.4 -21.2

NaNO3 75 18.5 59 -18.5

NH4C1 30 18.4 25 -15.8

NH4NO3 60 27.2 45 -17.3

Смес от А g сол и 100 g вода при 10 - 15°С дава понижение на

температурата t, °С. Смес от В g сол и 100 g лед или сняг дава

понижение на температурата до криохидратната точка.

19

20

Таблица 4. Охлаждащи смеси от две соли с вода или лед

Смес от две соли в 100 g вода при

15°С Охлаждане t,

°С

22 g NH4C1 + 51 g NaNO3 9.8

29 g NH4C1 + 18 g KN03 10.6

72 g NH4NO3 + 60 g NaNO3 17

31,2 g NH4C1 + 31,2 g KN03 27

100 g NH4NO3+100g Na2CO3 35

Смес с 100 g лед или сняг (при 0°С)

52 g NH4N03 + 55g NaNO3 25.8

38 g KNO3 + 13 g NH4C1 31

20 g NH4C1 + 40 g NaCl 30

13g NH4C1 + 37,5 g NaNO3 30.7

41,6 g NH4NO3 + 41 ,6 g NaCl 40

3.3. Сушене

Работейки с различни неорганични съединения в

лабораторната практика е необходимо да се отчита наличието на

вода в тях. Присъствието й в много случаи е нежелателно. Тя

затруднява химичния анализ, може да препятства извършването на

дадена реакция, да доведе до странични продукти и др. Поради

това,често се налага да се извършва операция за отстраняване на

водата от дадено съединение.

В някои случаи водата и вещество образуват механична

смес, а в други - химично съединение, което се нарича

кристалохидрат. Kристалохидратите са вещества, които съдържат в

структурата си вода, без да има фазова граница между нея и

безводната сол. Например, в кристалохидрата BaCl2·2H2O,

безводната сол е BaCl2, а кристализационната вода е 2H2O. Методите

за сушене могат да бъдат обединени по следния начин:

- сушене чрез абсорбционно поглъщане на водата;

- сушене чрез химическо свързване на водата;

- сушене чрез поглъщане на парите на водата от

хигроскопични вещества (вж. „Ексикатори”);

- сушене чрез нискотемпературно изпарение на водата;

- сушене чрез изпарение на водата при нагряване.

Първият метод се прилага при сушене на газове. Основан е

на избирателната абсорбция на абсорбентите спрямо парите на

водата.

21

Втората група методи са приложими при сушене на газове и

течности и се основават на това, че водата реагира с вещество, което

в химично отношение е инертно спрямо изсушаваното съединеие.

Като недостатък на метода може да се посочи възможността за

онечистване на сушеното съединение с продукта от реакцията.

Третата група методи произтичат от факта, че много

вещества имат способност да поглъщат вода или водни пари, като се

получават кристалохидрати. Ако над такова вещество в закрит съд се

постави съединение съдържащо вода, то първото вещество

постепенно поглъща водата от второто. Методът е основан на факта,

че над всяко съединение, съдържащо вода, съществува определено

налягане на водните пари, което зависи от свойствата на веществото

и от температурата. По този начин се сушат вещества в газово, течно

и твърдо състояние. При работа с течности хигроскопичното

вещество се внася директно. Някои соли, обаче, се свързват с

органични разтворители, като се получават съединения и те не могат

да бъдат изсушавани по този начин, например CaCl2 взаимодейства с

етилов алкохол. Поради тази причина за сушене могат да се

използват само тези хигроскопични вещества, които не

взаимодействат с изсушаваните съединения. Друго важно условие е

пълната неразтворимост на изсушаваното вещество в дадените

разтворители. След края на процеса течността се филтрува и се

дестилира.

Четвъртата група методи се използват за сушене на

нехигроскопични вещества, които са неустойчиви при нагряване.

Сушенето при тях се провежда или непосредствено на въздуха, или

под вакуум. Сушенето на въздух се провежда, като тънък слой от

веществото се поставя върху лист филтърна хартия, покрива се с

друг лист, който се сменя до пълно завършване на процеса.

Най-често използвания начин за сушене е нагряване на

веществото, обикновено до 105 - 110оC, когато характерът на

съединението го позволява.

Сушене на газове

Може да бъде проведено по два начина:

- чрез пропускане на газа над концентрирана сярна

киселина- така може да се суши въздух и всички газове,

които не взаимодействат с киселината.

- чрез пропускане на газа над твърди вещества, например

калциев дихлорид и други. Извършва се като твърдото вещество се

постави в тръби или колони и през него преминава газа. Така

22

например, амонякът се суши със смес от KOH и CaO. В таблица 5 са

представени вещества, подходящи за сушене на различни газове.

Таблица 5. Вещества за сушене на газове

Газ Сушител

СН4 H2SO4 (конц.), СаС12, Р2О5

С2Н4 H2SO4 (конц.)

СO H2SO4 (конц.), СаС12, Р2О5

СO2 , С12 H2SO4 (конц.), СаС12, Р2О5 СаС12

Н2 СаС12, Р2О5, H2SO4 (конц.)

НВг СаВг2

SO2 H2SO4 (конц.), СаС12, P2O5

НСІ CaCl2

НІ CaI2

H2S CaCl2

N2, NH3 H2SO4 (конц.), СаС12, P2O5 CaO или смес КОН с СаО

NO Ca(NO3)2

O2 H2SO4 (конц.), СаС12, Р2О5

O3 CaCl2

Сушене на твърди вещества

Сушенето на твърди вещества може да се проведе:

- на открито, при стайна температура.

Процесът е бавен и се прилага само за вещества, които не

търпят промени на въздуха, т.е. не се окисляват от кислорода и не са

хигроскопични. Времето за сушене зависи от химичния характер на

веществото. Процесът продължава, докато налягането на водните

пари над веществото се изравни с парциалното налягане на водните

пари във въздуха.

- при нагряване и атмосферно налягане.

Този метод е най-разпространен и се провежда в

елекрически сушилни шкафове. Те осигуряват автоматично

регулиране на температурата. Веществото се поставя върху една от

скарите на шкафа на тънък слой върху часовниково стъкло или

порцеланово блюдо, като периодично се разбърква. Необходимо е

веществото да бъде разпределено в тънък слой и температурата да се

повишава плавно, защото в противен случай горния слой на

веществото се уплътнява и образува коричка, която възпрепятства

понататъшното равномерно сушене. Изискването за бързо и

ефективно провеждане на процеса на сушене е, малко количество

23

вещество, разпределено в тънък слой и плавно повишаване на

температурата.

Съществуват съединения, които са устойчиви при нагряване

до висока температура и поради това могат да се сушат чрез стапяне

или накаляване (процес на нагряване на веществото до постоянна

маса при определена температура). Например, NaCl се суши чрез

накаляване при температура 500 - 550С а K2Cr2O7 се суши чрез

стапяне.

- при ниски температури и ниско налягане ( под вакуум).

Прилага се за сушене на вещества, които се разлагат или търпят

промени (окисление) при нагряване до 100оС. За целта се използват

вакуумсушилни. Обикновено те са с цилиндрична форма, а на

вратичката има прозорец, през които се следи процеса. Снабдени са с

кран за свързване с вакуум помпа, термометър за определяне на

температурата вътре в сушилнята, и манометър за измерване на

вакуума.

Таблица 6. Най-използвани сушители

Изсушаващи вещества Температура, °С Количество водни пари

в 1 dm3 въздух, mg

Р2O5 +25 <0.000025

Mg(C1О4)2 (безводен) +25 0.0005

Силикагел +25 0.001

КОН (стопилка) +25 0.002

Mg(C1О4)2ЗН2О +25 0.002

H2SO4 (безводна) +25 0.003

CaSO40,5Н2О +25 0.004

MgO +25 0.008

СаВг2 - 72 0.012

СаВг2 - 21 0.019

СаВг2 +25 0.14

NaOH (стопилка) +25 0.16

СаО +25 0.2

СаС12 (гранули) +25 0.25

СаС12 (стопилка) +25 0.33

ZnCl2 +25 0.8

ZnBr2 +25 1.1

CuSO4 (безводен) +25 1.4

- Сушене в ексикатор. До този начин се прибягва, когато

трябва да бъдат изсушени силно хигроскопични вещества.

Ексикаторите могат да бъдат както обикновени, така и вакуум-

24

ексикатори. В зависимост от изсушаваното съединение, ексикаторът

може да съдържа калциев дихлорид, концентрирана сярна киселина,

дифосфорен пентаоксид и други. Най-прилаганите изсушаващи

вещества в лабораторната практика са дадени в таблица 6.

Подлаганите на сушене вещества се поставят в открит съд в

ексикатора над сушителя в продължение на няколко денонощия.

- Сушене в струя от инертен газ. Прилага се в случаите,

когато съединението се окислява или разлага при стоене на въздуха.

Сушене на течности

Отделянето на вода от органични съединения в течно

агрегатно състояние и от разтворители се извършва чрез обработка с

твърди вещества, които свързват водата по химичен път или се

получават кристалохидрати. Най-често използваният сушител е

калциевия дихлорид. Неговото количество се определя в зависимост

от съдържанието на водата в изсушаваната течност. Калциевият

дихлорид предварително се накалява, като в началото солта се стапя

в кристализационната вода, а впоследствие тя се изпарява. Така

накаленият сушител се поставя в съд с течността, плътно се затваря

и се разклаща. Оставя се да престои. Изсушената течност се отделя

чрез филтруване, декантиране или дестилация. Калциевия дихлорид

може да се използва отново, ако преди това се накали. Друга сол,

която се използва като сушител на органични течности е натриевият

сулфат, но той има по-слабо действие от калциевия дихлорид.

За сушене на алкохоли се използват CuSO4 и CaO.

Кристалохидратът CuSO4·5H2O има син цвят, а безводната сол

CuSO4 - бял със сивкав отенък. Последният поставен в алкохол,

съдържащ вода, се оцветява в синъо, което показва, че протича

процес на изсушаване. Етилов, метилов и n-пропилов алкохол могат

да бъдат обезводнени с помощта на магнезиев етилат - Mg(OC2H5)2.

Получените по тези начини изсушени (безводни) алкохоли трябва да

се съхраняват в добре затворени съдове, за да не поглъщат влага от

въздуха.

Известни са следните качествени реакции, за доказване на

отстъствието на вода в алкохоли:

- в абсолютен алкохол безводния CuSO4 не променя цвета си.

- безводният алкохол разтваря Ba(OH)2 като се оцветява в

жълт цвят.

- парафин, прибавен към безводен алкохол не предизвиква

потъмняването му.

25

В таблица 7 са посочени подходящите вещества за сушенето

на различни течни органични съединения.

Таблица 7. Вещества за обезводняване на течни и органични

съединения

Органично съединение Сушител

Алдехиди СаС12

Амини NaOH, КОН, К2СО3

Халогенопроизводни Хидразини СаС12, К2СО3

Кетони СаС12, К2СО3

Киселини Na2SO4,

Нитрили К2СО3

Нитросъединения СаС12, Na2SO4

Основи КОН, К2СО3, ВаО

Въглеводороди СаС12, Na

Феноли Na2SO4

Алкохоли К2СО3, CuSO4, CaO, Na2SO4

Известен е и друг метод за сушене на течности- чрез

фракционна дестилация. Той се прилага, когато течността има

значително по - висока температура на кипене от тази на водата (или

на азеотропната смес, ако течността образува такава с водата). Този

метод има някои недостатъци: свързан е със значителни загуби,

изисква много време и енергия.

3.4. Нагряване

Процесът нагряване може да се проведе директно на пламък,

посредством баня и с електронагревателни уреди.

Директно на пламък обикновено се нагряват платинови,

железни и други метални тигли и кварцови съдове. Не се препоръчва

нагряването по този начин на колби, чаши и др. При нагряване с

пламък се използват спиртни лампи и газови горелки. Спиртните

лампи се срещат в два варианта - стъклени и метални. Те служат за

загряване на малки обеми. Всяка лампа има резервоар, напълнен със

спирт за горене, фитил и капачка. Като правило спиртната лампа

задължително трябва да се запалва с кибрит, а не от друга лампа, тъй

като при накланянето спирта може да се разлее и да предизвика

пожар. Нагряването трябва да се извършва в горната част на

пламъка, където температурата е най-висока.

26

В повечето от случаите при нагряване се използва азбестова

мрежа, върху която се поставя съда, с цел по-равномерното му

нагряване.

В лабораторната практика се използват и газови горелки, но

по-рядко, поради ограничените количества на природен газ у нас. В

случаите, когато е необходимо нагряването да се извършва при

определена температура и продължително време се използват т. н.

бани. Те могат да бъдат водни, пясъчни, маслени (глицеринови,

парафинови, силиконови и др.). Обикновено това са големи съдове,

пълни със съответното вещество. В тях се поставя съдът, който се

нагрява. В зависимост от температурата, при която се извършва

нагряването се подбира и съответната баня. По-долу са дадени най-

често употребяваните бани и температурите, които те поддържат:

Водни 98оС, Глицеринови 220

оС,

Сярна киселина 250оС,

Силиконови 250

оС,

Нефтени масла 300оС, Парафинови 300

оС,

Въздушни 300оС, Пясъчни 400

оС,

Метални сплави 600оС.

Когато се използва водна баня трябва да се следи нивото на

водата в съда да бъде постоянно и да се добавя вода. При работа с

маслена и парафинова бани трябва да се предотврати прегряването

им, тъй като при това се получават вредни за здравето вещества.

Освен обикновените водни бани в лабораторната практика се

изполват и електрически водни бани. Това са метални съдове с

вграден електрически нагревател. Ако даден химичен процес

изисква продължително нагряване при точно определена

температура се използват електрически термостати. Те

представляват цилиндрични съдове, снабдени с бъркалка и

терморегулатор, подържащ необходимата температура с точност

0.1оС. Термостатите могат да работят, както с вода, така и с масло,

главно силиконово.

Много често в лабораторната практика се налага вещества да

се нагреят до постоянна маса при определена температура. Този

процес се нарича накаляване и се провежда в порцеланови,

шамотови, платинови или кварцови тигли. В платиновите тигли не

трябва да се накаляват алкални основи, натриев пероксид, оксиди и

хидроксиди на барий и литий, нитрати и цианиди, Fe2O3, FeO, PbSO4,

PbO2, SnO2, Bi2O3 и др. След работа, ако в тиглите има замърсявания

те могат да се изчистят с концентрирана азотна, солна киселина, при

нагряване, или с царска вода (1 об.ч. HNO3 и 3 об.ч. HCl).

27

Платиновите тигли се почистват с азотна киселина при нагряване

или при стапяне в тях на KHSO4 или NaHSO4. Кварцовите тигли са

много подходящи за накаляване, тъй като са индиферентни към

повечето вещества, не са чувствителни към резки температурни

промени и имат малък коефициент на термично разширение. В тях,

обаче, не трябва да се накаляват соли на алкални и алкалоземни

метали, тъй като те образуват с кварца стопилки.

3. 5. Филтруване

Филтруването е процес, към който се прибягва най-често, за

да се отдели твърда фаза от течна. То се основава на употребата на

порьозни материали, чиито пори са по-малки от частиците на

твърдата фаза. Такава система се нарича филтър. Течността,

преминала през филтъра и освободена от твърдите примеси, се

нарича филтрат. Най-често се използва филтърна хартия, която

представлява целулозни влакна, обработени по подходящ начин.

Големината на порите е различна. В зависимост от това филтрите

биват:

- черна и червена лента – едропорести, бързофилтруващи

филтри (диаметър на порите ~10m). Използват се за филтруване на

аморфни и гелобразни утайки.

- бяла лента – филтър със средна проницаемост (диаметър на

порите 3m ). Използват се за филтруване на кристални утайки.

- синя лента – плътен филтър, предназначен за филтруване

на дребнозърнести утайки (1 – 2.5m ).

- жълта лента - филтър с пори със средна големина,

предназначен за кристални утайки.

В аналитичната практика се използват специални целулозни

филтри, обработени със смес от киселини – количествени филтърни

хартии, при които е намалено пепелното съдържание. Изгарянето на

филтъра заедно с утайката е възможно само в случаите, когато

продуктите от процеса на изгаряне на филтърната хартия не влияят

на утайката, но тези филтри се атакуват от алкални разтвори и от

концентрирани разтвори на киселини (HNO3 и H2SO4). Затова в

такива случаи се прибягва до т. нар. шотови филтри.

Филтруването може да се извърши при атмосферно налягане

(при обикновена температура и на горещо) и под вакуум.

28

За филтруване при атмосферно налягане са необходими

обикновена стъклена фуния с

наклон на стените 60, филтърна

хартия, сгъната и изрязана по

подходящ начин, стъклена

пръчка и статив за филтруване.

В лабораториите обикновено се

работи с гладки и нагънати

филтри, направени от филтърна

хартия. Приготвянето им е

показано на фигура:

При изготвянето на

обикновен филтър квадратът от

филтърна хартия се прегъва на

две и втори път на две до

получаване на четири-пластов

квадрат (фиг. 7). Притиска се с

пръсти и внимателно с ножица

се изрязва по дъга. След това

филтърът се разгъва до четири

пласта, от едната страна остават

три пласта, а от другата – един

пласт. Получава се конус, който

поставен в стъклена фуния, след

омокряне с вода, трябва плътно да

прилепне до стените й. По този

начин се предотвратява

преминаването на въздух през

евентуално образувани каналчета,

което забавя филтруването.

Нагънатият филтър се

използва за бързо филтруване на

големи количества разтвори.

Приготвя се, като отначало се

прави обикновен филтър: дясната

и лявата четвъртина се прегъват

навътре една срещу друга и след

това в обратна посока – навън до

осмини. Филтърът се обръща на

другата страна и се прегъва още

един път, след което се разгъва.

Фиг. 8. Начин на

филтруване.

Фиг. 7. Приготвяне на гладък

филтър (а, б, в) и нагънат филтър

(г, д).

29

Размерите на филтъра трябва да са такива, че горният му

край да бъде на разстояние 3 – 5 mm под ръба на фунията, която се

закрепва към статив с помощта на пръстен, а долният и край трябва

да опира в стената на приемника. Течността се налива във фунията с

помощта на стъклена пръчка, чийто край е допрян до филтъра (фиг.

8). Нивото на течността трябва да достига най-много 10 mm под ръба

на филтъра. Познати са два начина на филтруване: обикновен –

когато течността се пре нася върху филтъра заедно с утайката, след

което се промива, и декантиране – когато след утаяване първо

бистрият слой от течността се излее върху филтъра и накрая се

прехвърли и утайката. Вторият начин се прилага за филтруване с

едновременно ефективно промиване на дребнозърнести утайки.

Пренасянето и промиването на утайките става с помощта на

пръскалка.

При промиване на утайката, намираща се върху филтъра,

новите проции вода не трябва да се прибавят преди филтратът да се

оттече напълно от в приемника.

Филтруване под вакуум се прилага, когато трябва да се

филтруват финодисперс-

ни кристални утайки.

Извършва се с помощта на

бюхнерова фуния, поста-

вена и уплътнена чрез

каучукова тапа в смука-

телна (бунзенова) колба.

Вакуумът се създава чрез

водна помпа. За предот-

вратяване на евентуално

засмукване на вода от

смукателната колба между

нея и водната помпа се

поставя предпазна вулфова

стъкленица (фиг. 9). При

филтруване под вакуум се

използва също филтър от филтърна хартия, изрязана като кръг с

диаметър, съответстващ на вътрешния диаметър на бюхнеровата

фуния. След намокряне той трябва да прилепне плътно към

перфорираното дъно на фунията. Пренасянето на утайката върху

филтъра става по същия начин, както при филтруване при

атмосферно налягане. За пълно извличане от матерния разтвор,

кристалите се разстилат равномерно върху цялата повърхност на

Фиг. 9. Филтруване под вакуум.

1- смукателна колба; 2-бюхнерова

фуния; 3 – предпазна стъкленица; 4-

водна помпа

30

филтъра, като последната от време на време се заглажда с помощта

на шпатула. При прекратяване на филтруването първо се нарушава

вакуумът, като каучуковият маркуч се изважда от страничната

тръбичка на смукателната колба, след което се спира помпата. Така

се предотвратява навлизането на вода в смукателната колба.

Отделянето на утайката от фунията става, като последната се поставя

в горната си част обърната върху филтърна хартия, улавя се тръбата

на фунията с лявата ръка и с дясната се удря енергично върху лявата.

Така филтърната хартия с утайката върху нея се отделя от фунията.

Следва отделянето на утайката.

Филтруването под вакуум се извършва и през шотови

стъклени филтри. Те могат да имат форма на фуния или тигел. В

първия случай закрепването им към смукателната колба става с

помощта на каучукова тапа, а при втория – с помощта на каучукови

пръстени уплътнители.

Седиментация. Ако дисперсната система от твърдо

вещество и течност (суспензия) се остави в покой, след време и под

действие на гравитацията твърдите частици се утаяват

(седиментират). Бистрата течност над утайката може да се отлее и

така да се постигне разделяне на твърдата и течната фаза

(декантиране). Следователно по пътя на седиментацията и

декантирането двете фази може да се отделят достатъчно пълно без

да се филтрува.

Седиментацията се дължи на това, че плътността на

твърдата фаза е обикновено по-голяма от плътността на течната.

Скоростта на седиментация, при еднакви други условия, зависи от

радиуса на утаяващите се частици като при по-голям радиус тя е по-

голяма (и обратно). Тъй като понякога седиментацията протича

бавно, тя би могла да се ускори, ако се постави суспензията под

действието на центробежна сила, която превишава многократно

(хилядократно и повече) земното притегляне. В този случай се

осъществява центрофугиране. За тази цел се използват апарати,

наречени центрофуги. В тях се поставят епруветките със

суспензията, която трябва да бъде разделена. Епруветките със

суспензията трябва непременно да бъдат еднакви по маса, защото в

противен случай въртящата се ос изпитва значително странично

налягане (различно в зависимост от броя на оборотите), което може

да доведе до изкривяване на оста. Бистрата течност, която се отделя,

се нарича центрофугат.

Разделяне на две несмесващи се течности. Течни дисперсни

системи (емулсии) се разделят с помощта на делителна фуния.

31

Емулсията се налива в делителната фуния при затворен кран, оставя

се да се разслои на два слоя течност с рязко очертана граница между

тях. Чрез отваряне на крана долният слой изтича в поставен под

делителната фуния приемник, докато граничната повърхност между

двете течности достигне до кранчето. В този момент то се затваря и

втората течност се събира в друг приемник. За удобство при работа

делителната фуния се монтира на статив с помощта на пръстен.

32

4. ОБРАБОТКА НА ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИТЕ

РЕЗУЛТАТИ

4.1. Грешка при измерванията. Видове грешки.

Резултатите от даден химичен експеримент могат да се

представят както с качествени (промяна на цвета, получаване на

утайка и т.н.), така и с количествени промени в реакционната

система. Количествените промени се състоят в изменение на

числените стойности на някое свойство на реакционната система,

изразено със съответната физикохимична величина. Всяка физична

(физикохимична) величина подлежи на измерване. Измерването на

дадена величина се състои в сравняване на получените данни за

величината с нейната единица мярка, т. е. нейната стойност е кратна

на единицата мярка. Измерването може да бъде пряко или косвено.

Пряко измерване е непосредствено сравняване на величината с

нейната мерна единица. При косвеното измерване величината не се

определя директно, а въз основа на данните от измерването на друга

величина, която е в определена зависимост от търсената.

При измерването на дадена величина, за постигането на

голяма точност на първо място се изисква получените резултати да

имат добра възпроизводимост. Тя отразява вероятността да се

получи един и същи резултат, без промяна на метода и условията на

измерването. Резултатите от измерванията, независимо от

прецизността на провеждане на експеримента, никога не дават

абсолютно точните стойности на дадена величина. Това означава, че

дадено измерване винаги се съпровожда с известно отклонение от

точността му, наречено грешка. В зависимост от причините, които ги

пораждат, се различават няколко вида грешки:

Систематични грешки – те се дължат на ограничената

точност на използваната апаратура или на използвания

експериментален метод, както и на пренебрегване влиянието на

някои външни фактори. Тези грешки се проявяват винаги само в една

посока, тъй като причините, които ги пораждат, се запазват

постоянни през цялата продължителност на експеримента.

Систематичните грешки могат да доведат до сериозни проблеми, тъй

като трудно се откриват; в рамките на едно изследване е възможно да

не се наблюдава съществена разлика в стойностите на дадена

величина, и въпреки това те значително да се отличават от

действителната стойност.

33

Случайни грешки – те се дължат на случайни причини,

като неволна промяна на условията на опита, неправилни

изчисления, лошо отчитане на данните (поради невнимание или

различна чувствителност на сетивните органи) и недостатъчни

умения на експериментатора за работа с необходимата апаратура. За

избягването на случайни грешки се препоръчва всяко измерване да

се проведе най-малко два пъти. Измерване, което рязко се отличава

по стойност от останалите, задължително трябва да се пренебрегне.

Един пример за случайна

грешка е т. нар. грешка на

паралакса, която се допуска при

отчитане на деление от скала.

Правилното отчитане на деление

се извършва като очите на

наблюдателя трябва да са

разположени перпендикулярно

към скалата (фиг. 10). Ако обаче

това отчитане се прави при

наблюдение под ъгъл, се

получават данни, по-големи или

по-малки от истинската стойност.

За оценка на допуснатите по време на експеримента случайни

грешки се използват широко методите на математическата

статистика. Преди обаче да бъдат описани, трябва да се дефинират

някои основни понятия от теорията на грешките:

Абсолютна грешка (E) – тя се дефинира като разликата

между приблизителната стойност X, получена от измерването и

истинската стойност Xt на дадена величина:

E = X – Xt

За n на брой измервания:

Ei = Хi – Xt (i = 1, 2 …, n)

Абсолютната грешка може да бъде положителна или

отрицателна величина, тъй като стойността, получена в резултат

на измерването може да бъде по-голяма или по-малка от

истинската стойност на величината. Отбелязва се със знак “”

след стойността на величината.

Относителна грешка – дефинира се като отношение на

абсолютната грешка към истинската стойност на измерването.

r

EE .100 , %

X

Фиг. 10. Грешка на паралакса

34

Въвеждането на относителна грешка се налага от

обстоятелството, че абсолютната грешка може да бъде много

малка, но относителната й част от стойността на измерваната

величина може да бъде значителна. Например, за теглене в

химическа лаборатория най-често се използват технически везни,

чиято точност е 0.1 g, т.е. това е абсолютната грешка на

измерването. При претегляне на 40 g от даден реактив, за

относителната грешка се получава

r

0.1E .100 0.25 %

40

.

Ако претегляме обаче 400 g, се получава друга стойност

на относителната грешка:

r

0.1E .100 0.025%

400

Вижда се, че във втория случай масата се определя с по-

голяма точност. Ако използваме аналитична везна с точност

0.0001 g, точността при претегляне на една и съща маса с такава

везна се повишава значително:

r

0.0001E .100 0.000025%

400

С други думи, за да бъде по-точно измерването, трябва да

се претеглят или по-големи количества от реактива, или да се

използват по-точни везни.

4.2. Статистическа обработка на експерименталните

резултати

Досега понятията абсолютна и относителна грешка бяха

сравнявани с истинската стойност на дадена величина. Тази

истинска стойност обаче често е неизвестна. Ето защо е въведено

понятието средноаритметична стойност от голям брой

измервания, за която е доказано, че се намира най-близко до

истинската. Средноаритметичната стойност ( X ) е също така най-

вероятната стойност от серия (n) измервания на дадена величина.

1 2 n

i

X X ... X 1X X

n n

Средноаритметичната стойност е толкова по-вероятна,

колкото броят на измерванията е по-голям. Така тази стойност се

влияе в най-малка степен от случайни фактори. Затова при

измерването на дадена величина се извършват голям брой отделни

35

измервания и най-вероятният резултат от тях ще бъде

средноаритметичната им стойност. Обикновено се препоръчва

броят на измерванията за определяне на средноаритметичната

стойност да бъде обикновено 10, но не по-малко от 5.

Средноаритметичната стойност, както беше отбелязано, е

само най-вероятната стойност на дадена величина. Това означава,

че между нея и истинската стойност съществува известна разлика

и тази разлика може да се оцени количествено въз основа на

теорията на грешките. Статистическата характеристика за оценка

на резултатите от измерванията се нарича стандартно откло-

нение на средноаритметичната стойност или средна квадра-

тична грешка на резултата от серия измервания и тя определя

доколко средноаритметичната стойност X се приближава до

истинската стойност Хt. С други думи стандартното отклонение на

средноаритметичната стойност характеризира степента на

разсейване (дисперсия) на измерванията спрямо Хt. Например, ако

резултатите от измерванията на една величина не са силно

разсеяни, т. е. те лежат в тесен интервал от числени стойности, то

стандартното отклонение от истинската стойност ще бъде малко.

Стандартното отклонение се дава със следния израз:

2

i

X

(X X )s

n(n 1)

където разликата i

(X X ) е т. нар. отклонение, а n – броят на

измерванията.

От горния израз се вижда, че когато броят на измерванията е

голям, X

s ще бъде малко, т.е. стойността на X ще бъде близка до

Xt. Когато i

(X X ) > X

3s грешката се счита за груба и тя

задължително се изключва от изчисленията.

Трябва да се отбележи, че не винаги е възможно да се

проведат голям брой измервания. Затова е необходимо да се

потърси интервал, където с най-голяма вероятност се намира

истинската стойност. Този интервал се нарича интервал на

доверие и се определя по следния израз:

t.sd X

n ,

където t e т. нар. фактор на Стюдънт, който се дава в таблици, X

s –

стандартното отклонение на средноаритметичната стойност, а n –

броят измервания. Колкото по-широк е интервалът на доверие,

36

толкова вероятността за попадане на истинската стойност в него е

по-голяма.

4.3. Записване и представяне на експерименталните

данни

Вече беше споменато, че при измерване на величините

получените стойности са приблизителни. Затова тези стойности се

изразяват с приближени числа. Начинът на записване на eдно

приближено число трябва да отразява точността на стойността на

измерената величина.

Записването на дадено приближено число, както беше

показано, може да стане чрез знака “” и следващите го цифри.

Много често, обаче, те се изпускат, а грешката на измерването,

която е в рамките на единица (0.5), се представя с последната

цифра на приближеното число. Всички цифри на приближеното

число, различни от нула, са значещи. Например числото 342 има

три значещи цифри. Предпоследната цифра на дадено

приближено число е достоверна, а последната – съмнителна.

Всяка цифра, която стои след съмнителната, се счита за невярна.

Неверните цифри обикновено се пренебрегват, а числото се

закръглява по следния начин:

ако първата пренебрегната цифра е по-голяма от 5,

предхождащата я цифра се увеличава с единица,

например 1.2738 1.274;

ако първата пренебрегната цифра е по-малка от 5,

предхождащата я цифра не се променя, например

1.2734 1.273;

ако първата пренебрегната цифра е 5, предхождащата я

цифра не се променя, ако е четна и се увеличава с

единица, ако е нечетна, например 1.2745 1.274 и

1.2735 1.274;

Нулата е значеща цифра, когато:

стои между различни от нея цифри - например

величината 4006 m има четири значещи цифри, а

5.07 m - три;

когато стои сама вдясно от десетичния знак - например

величината 5.0 g има две значещи цифри, а 5.00 g - три;

когато десетичното число завършва на нула - например

величината 0.0600 g има три значещи цифри.

37

Когато нулата стои вляво от първата отлична от нула

цифра, тя не е значеща. Например величината 0.34 g има две

значещи цифри, величините 0.04 g и 0.0004 g - една, а 0.060 g - две

значещи цифри.

Много големи и много малки числа се записват, като се

представят в степенна форма. Например, ако сме измерили даден

обем и получената стойност е 2.3 dm3, при представянето на обема

в cm3 се получава стойността 2300 cm

3. От така написаното число

може да се допусне, че стойността на величината е определена с

точност до 1 cm3, което не е вярно. За избягване на това

заблуждение, числото се представя в т. нар. нормален вид, т.е. като

произведение от два множителя - 2.3103. Първият множител има

само значещи цифри и се записва така, че първата цифра да

принадлежи към разреда на единиците, а вторият множител се

записва така, че степенния показател винаги да отразява

големината на числото, т.е. 2.3103

.

Таблично и графично представяне на опитните данни

Основна цел на експерименталните изследвания е

получаването на зависимост на дадена величина от някаква друга,

наречена независима променлива или аргумент. Много често в

експерименталната и технологична практики е необходимо

онагледяване на зависимостта на дадена величина от

независимата променлива. За тази цел се използват таблици и

графики.

Представянето на експерименталните данни в таблици се

използва най-широко, тъй като записването на данните става най-

удобно и лесно с помощта на таблици. Табличното представяне

също така позволява систематизиране на получените данни и

бързо и точно определяне на дадена стойност на желаната

величина. Най-общо правилата за съставяне на таблици могат да

бъдат обобщени както следва:

всички стойности на аргумента (независимата променлива)

се подреждат в колони или редове, във възходящ (съответно

низходящ) ред, но не произволно;

непосредствено до аргумента се записват съответните

стойности на функцията;

таблицата трябва винаги да бъде озаглавена;

колонките (или редовете) също трябва да бъдат озаглавени

или с името, или с означението на величината, като нейната

мерна единица също се записва;

38

таблицата се попълва само с числените стойности на

величината, като точността на числените стойности трябва

да бъде една и съща;

числата в таблицата се нанасят така, че цифрите им от

съответния порядък да лежат точно една под друга;

ако числата от дадена колонка имат общ множител 10n, той

се записва в заглавието на колонката (реда);

стойностите на величините, които не се изменят в хода на

експеримента (напр. температура, налягане и др.)

обикновено се записват в заглавието на таблицата;

Таблица 1. Зависимост на скоростта на взаимодействие на

Na2S2O3 със H2SO4 от температурата. № Температура, °С Време t, s усл = 1/t, s

-1

Посредством графичното представяне на

експерименталните данни, което представлява геометрично

изображение на изследваната зависимост, се постига илюстрация

на характера на тази зависимост. Графичното представяне не

винаги позволява точното определяне на стойностите на

величината, но за сметка на това позволява данните да се

представят с изключителна нагледност. За построяване на дадена

графична зависимост трябва да се съблюдават следните най-общи

изисквания:

1. Графичните зависимости (графиките) се представят обикновено в

правоъгълна координатна система, в повечето случаи с

равномерна скала. Когато скалата е равномерна, координатите на

точките са пропорционални на величините х и у. Неравномерна

скала може да се използва, когато координатите на точките са

пропорционални на някаква функция на величината (напр. lgy).

2. На абсцисната ос се нанасят стойностите на независимата

променлива (аргумента), а на ординатната ос се нанасят

стойностите на зависимата променлива (функцията ). В края на

координатните оси се написва символът (по-рядко

наименованието) на величината. Ако има общ множител 10n, той

се записва непосредствено след символа на величината.

3. Графиките се строят на милиметрова хартия, като не е

задължително стойностите на величините по координатните оси

39

да започват от 0. Препоръчва се площта, заключена между

координатните оси, да има приблизително квадратна форма.

4. Мащабите на осите трябва да бъдат избрани така, че отчитането

на координатите на всяка точка да става бързо и удобно.

5. Разстоянието между две съседни деления се нарича интервал на

скалата, а разликата между техните числени стойности - стъпка

на скалата. Мащабът трябва да бъде избран правилно, в про-

тивен случай може

да се стигне до

цялостна промяна

на характера на

изследваната зави-

симост (фиг. 11).

6. За отчитане на

точността на експе-

рименталните и

изчислените данни,

на графиката се

отбелязват абсо-

лютните грешки

както на аргумента

(х), така и на функцията (y). Това става с построяване на

правоъгълничета, със страни хx и yy (фиг. 12). Не е

задължително графиката да минава през всички точки, но тя

задължително трябва да преминава през правоъгълничетата на

Фиг. 11. Неправилно (а) и правилно (б)

избиране на мащаб при построяване на графика

Фиг. 12. Графично изобразяване

на грешките

40

грешките. Най-често тези правоъгълничета не се изобразяват, а

само се имат предвид, за да не се усложнява построяването на

зависимостта.

7. Понякога на една фигура се строят няколко криви, които се

различават по условията на опита или се отнасят за различни

вещества. За да се различават точките на тези криви, се използват

различни символи: , , , , , и др.

Графичните зависимости позволяват да бъдат намерени

стойности на

величи-ните, които

не са определени

опитно (фиг. 13).

Това става чрез

проектиране на

дадена точка върху

координатните оси.

Ако стойността на

величината

(аргумента или

функцията) се

намира в интервала

от опитно

определени

стойности, то

начинът за

определянето й се

нарича графична

интерполация. Ако стойността на вели-чината е извън пределите

на този интервал, функцията се определя след продължаване на

зависимостта (кривата) извън интервала, като се приема, че

функционалната зависимост е една и съща, както вътре в

изследвания интервал, така и извън него. Тази операция се нарича

графична екстраполация.

Фиг. 13. Интерполация и екстраполация на

данни

- експериментални точки

- получени чрез интерполация

- получени чрез екстраполация

41

5. МЕТОДИ ЗА РАЗДЕЛЯНЕ И ПРЕЧИСТВАНЕ НА

ВЕЩЕСТВАТА

Общоизвестен е фактът, че „абсолютно чисто” вещество не

съществува, т. е. колкото и чисто да е едно вещество, то винаги

съдържа известно количество примеси. Независимо от това,

стремителното развитие на науката и технологиите поставя все по-

големи изисквания към чистотата на веществата, използвани като

материали в различни производства - микро- и оптоелектрониката,

фармацевтичната промишленост, биотехнологиите, квантовата

оптика и др. Представите за чисто вещество от недалечното минало

вече се различават значително от съвременните представи. До

средата на ХХ в. за „чисто” вещество се е смятало такова вещество, в

което общото съдържание на примесите е в границите 10-1

- 10-2

%.

Вещества с такава чистота се наричат още „химически чисти”.

Понастоящем обаче, поради нарастващите изисквания към

качеството на материалите, понятието „чисто вещество” се

разширява все повече и повече и в него вече се включват „особено

чистите” (съдържание на примеси 10-3

- 10-4

%) и „свръхчистите”

(съдържание на примеси 10-6

- 10-8

%) вещества.

Намаляването на примесите до 10-3

- 10-4

% обаче е

изключително трудна задача. Ако се приеме, че концентрацията на

примесите в изходната фаза е x1 и след пречистване е намаляла на x2,

то изменението на енергията на Гибс се дава с израза:

1

2

xΔG RT ln

x , (1)

От уравнение (1) следва, че когато x2 0, G . Това

показва, че за да се получи „абсолютно чисто” вещество е

необходимо да се изразходва безкрайно голяма енергия. Ако дори се

допусне, че в резултат на пречистване се е получило „абсолютно

чисто” вещество, в подобно състояние дадено вещество не може да

съществува дълго, тъй като ще започне спонтанен процес на

взаимодействие на това вещество със заобикалящите го частици,

което се съпровожда с нарастване на ентропията и намаляване на

енергията на Гибс (G = H–TS). Веществата, обаче не е нужно да

имат чистота, по-висока от необходимата за конкретните

изисквания.

В научноизследователската и производствената практики се

използват различни методи за пречистване на веществата, в

зависимост от изискването за степен на чистота. В настоящата глава

42

са разгледани преди всичко тези методи, които се използват широко

в лабораторната практика.

5.1. Прекристализация из разтвори

Прекристализацията е най-общоприложимият метод за

пречистване на кристални вещества. Основава се на различната

разтворимост (S) на веществата при различни температури. Приготвя

се наситен разтвор за дадена температура, който с промяна на

условията се пресища по отношение на основното вещество, но

остава ненаситен по отношение на примесите. Вследствие на

пресищането основното вещество изкристализира от матерния

разтвор, докато примесите остават разтворени в него.

За осъществяване на ефективно очистване чрез

прекристализация е много важен изборът на най-подходящият

прекристализационен метод:

- Политермична прекристализация - основава се на факта, че

разтворимостта на повечето твърди вещества намалява с

понижаване на температурата. Процесът се провежда чрез

охлаждане на наситен разтвор, приготвен при по-висока

температура и се прилага за вещества, чиято разтворимост

силно зависи от температурата;

- Изотермична прекристализация - провежда се чрез

изпаряване на разтворителя при постоянна температура и се

прилага най-често при пречистване на вещества, чиято

разтворимост слабо зависи от температурата;

- Фракционна прекристализация - ако в разтвора се съдържат не

едно, а няколко различни вещества, то те могат да бъдат

разделени на базата на тяхната различна разтворимост за

различни температури.

Когато кристализацията се провежда при бързо охлаждане

от силно преситен разтвор, в разтвора се образуват много кристални

зародиши. Скоростта на кристализацията е висока, вследствие на

което се образуват голям брой малки кристалчета, формиращи

дребнокристална утайка. Обратно, при бавно охлаждане, при

незначително пресищане, поради малкия брой зародиши, се

образуват едри кристали. При прекристализацията е важно да се

подберат оптимални условия за получаване на кристали със средни

размери, тъй като при тях степента на пречистване е най-добра.

Трябва да се има предвид, че посредством прекристализация

не могат да се получат вещества с висока чистота. Много често в

отделените от разтвора кристали се включва малка част от матерния

43

разтвор, който съдържа разтворени примеси. Освен това, в резултат

на адсорбция на йони или молекули върху повърхността на

получените кристали, а също така поради образуване на смесени

(изоморфни и изодиморфни) кристали, може да се стигне до

значително онечистване на желаното вещество.

За количествено описание на процеса прекристализация най-

голямо значение има определянето на коефициента на разпределение

на примесите, който се дава със следния израз:

K = 2

1

C

C,

където C1 е концентрацията на примесите в течната фаза, а С2 –

концентрацията на примесите в изкристализиралото вещество.

Вижда се, че стойността на K трябва да бъде по-голяма от единица.

Протичането на изброените процеси зависи от пресищането

на разтвора по отношение на основното вещество в даден момент на

кристализацията. Количествено пресищането се характеризира с

разликата С = С – С0, където С е концентрацията на разтвореното

вещество, а С0 – равновесната му концентрация при температурата

на кристализация. Равновесната концентрация се определя от

разтворимостта на солта при същата температура. Често се използват

и други две величини, наречени относително пресищане, което се

представя с израза = 0

0

C - C

C и коефициент на пресищане s =

0С

С

Посредством тези величини процесите на кристализация могат да се

разделят условно на равновесни и неравновесни. Когато стойността

на пресищането е малка (C 0) тогава процесът може да се приеме

за равновесен.

5.2. Утаяване от разтвори

Утаяването е широко прилаган метод за разделяне на

различни вещества. Той се състои в получаване на малкоразтворими

вещества, в резултат на химично взаимодействие между две или

повече добре разтворими вещества. Образуването на утайка в този

случай може да се извърши по два начина:

- Химична кристализация (утаяване). Този тип кристализация

се отнася за получаване на малкоразтворимо вещество,

вследствие на обмен на йони между други две добре

разтворими вещества. Например, при прибавяне на достатъчно

44

количество разрeдена сярна киселина към разтвор на бариев

дихлорид, се получава утайка от неразтворимия бариев сулфат.

- Изсолване – отделяне на дадено вещество от разтвор, чрез

внасяне на друго вещество, което се разтваря много по-добре в

дадения разтворител. По природа това вещество може да бъде

както неелектролит, например С2Н5ОН, така и електролит,

който има общ йон с разтвореното вещество.

При утаяването като метод за разделяне и пречистване на

вещества съществуват някои по-специални изисквания към

свойствата на получената утайка, особено когато тя трябва да се

отдели от разтвора. Затова получената утайка трябва да бъде по-

едрокристална; така тя няма да може да преминава през порите на

филтъра.

За тази цел утаяването трябва да се извършва в условията на

незначително пресищане по отношение на малкоразтворимото

съединение. При такива условия броят на кристалните зародиши е

сравнително малък, което води до нарастването на по-едри кристали.

Незначителното пресищане се благоприятства на първо място от

бавно прибавяне на реагента-утаител, а също така при работа със

силно разредени разтвори, при по-висока температура и енергично

разбъркване на разтвора, с цел да се избегнат локални пресищания.

Разбира се, дори и при най-прецизно проведеното утаяване,

винаги се образуват малки кристалчета. Ето защо утайката се оставя

да престои минимум няколко часа в разтвора, при което големите

кристали нарастват за сметка на малките. Този процес се нарича

“стареене” на утайката и има следния механизъм: малките

кристалчета имат по-голяма разтворимост от големите (поради по-

голямата повърхност на една и съща маса). С други думи, за дадена

температура разтворът е наситен по отношение на големите

кристали, но ненаситен по отношение на малките и затова те

започват да се разтварят. Така разтворът става преситен по

отношение на големите кристали и излишното разтворено

количество кристализира върху тях, като води до нарастването им.

5.3. Дестилация

Дестилацията е метод за пречистване на течности и

разделяне на течни смеси. Например, посредством дестилация може

да се пречиства вода от разтворени в нея соли и други нежелани

примеси. Методът се основава на различните температури на кипене

(Тк) на компонентите на сместа при дадено атмосферно налягане.

При кипене на течната смес, парите над нея имат състав, различен от

45

състава на течността и са по-богати на по-летливия компонент, т. е.

този, който има по-ниска Тк и по-високо налягане на наситените

пари. Чрез подходяща апаратура (фиг 14) парите над течната смес се

охлаждат и кондензират, в резултат на което се получава т.нар.

дестилат, който се обогатява с по-летливия компонент. Степента на

разделяне на компонентите при еднократна дестилация зависи от

разликата в Тк.

Познати са няколко вида дестилация:

а) дестилация при атмосферно налягане.

обикновена (еднократна) дестилация – прилага се най-често за

очистване на течности от примеси и се провежда с помощта на

посочената на фиг. 14

апаратура. Нагряването

на течната смес се

извършва посредством

различни нагреватели

(пламък, котлон или

водна/пясъчна баня), в

зависимост от при-

родата на сместа.

Наливането на течната

смес се извършва през

гърлото на колбата, с

обикновена фуния, като

се внимава течността да

не се стича по шията или

в пароотводната тръба на

колбата. Колбата се

пълни само до полови-

ната. Първоначално се

подава охлаждаща вода в

хладника и след това се включва нагревателят. При прегряване

сместа започва да кипи неравномерно и това се съпровожда с

образуване на големи газови мехури, които в определен момент

„избухват”. Това може да доведе до изпръскване на недестилирана

смес в пароотводната тръба и съответно до онечистване на

дестилата. Ето защо в сместа се поставят няколко късчета пемза (вид

порест минерал, съдържащ адсорбиран въздух) или стъклени

капилярки, посредством които се постига равномерно кипене.

Първата порция дестилат обикновено е онечистена и се

отделя от основния дестилат. Основната порция дестилат се събира в

Фиг. 14. Схема на апаратура за

дестилация

1- дестилационна колба на Вюрц;

2- термометър; 3 – прав хладник

(хладник на Либих); 4 – съд-приемник

за дестилата; 5 – сушилен агент

46

интервала от време, кога-

то температурата не се

променя. За оптимална

скорост на дестилация се

приема 1-2 капки дести-

лат в секунда. Дестила-

цията се прекратява, кога-

то 2/3 от сместа вече са

отдестилирани.

фракционна

дестилация (фиг. 15) –

метод за разделяне на

течни смеси с близки Тк

(но не по-малко от 5-

10С) на компонентите.

Извършва се в колона (дефлегматор), стояща между колбата и

хладника, където след неколкократен топлообмен между издигащите

се пари и стичащия се кондензат, течната смес се разделя на отделни

дестилати (фракции). В най-горната част на колонката се събира като

дестилат кипящата при най-ниска температура фракция, а в най-

долната част – кипящата при най-висока температура фракция на

сместа.

Някои течни смеси (например Н2О и С2Н5ОН) образуват при

определен състав на сместа т.нар. азеотропни смеси, за които

съставът на течната фаза е еднакъв с този на парите. Такива смеси се

отнасят като еднокомпонентни течни системи и затова не могат да се

разделят чрез дестилация.

б) дестилация под вакуум – прилага се за пречистване на

течности, които имат висока Тк при атмосферно налягане или такива,

които при Тк се разлагат. С понижаване на налягането се понижава и

Тк, като тя става по-ниска от температурата на разлагане.

в) дестилация с водна пара – прилага се за дестилация на

течност, която не се смесва с дадена друга (най-често вода). Такава

система кипи при по-ниска температура, в сравнение с

температурите на кипене на чистите компоненти. Например

системата бромбензол-вода кипи при 93.5С, докато бромбензолът

кипи при 153С. Най-общо този процес се извършва, като парите на

кипяща вода се прекарват през течността, подлежаща на дестилация.

Там тези пари се насищат с парите на дестилираната течност,

Фиг. 15. Апаратура за фракционна

дестилация

дефлегматор

47

кондензират в хладника и дестилатът се събира в подходящ

приемник.

5.4. Сублимация Някои твърди неорганични

(AlCl3, I2, S, NH4Cl) и редица

органични вещества (напр. антрацен)

имат свойството да се изпаряват при

нагряване, без да се стапят. При

охлаждане на парите на такива

вещества те преминават от

газообразно в твърдо състояние, без

да образуват течна фаза. Това

явление се нарича сублимация на

твърди вещества. На това свойство се

основава методът на пречистване

чрез сублимация. Схема на апарату-

рата за сублимация е представена на

фиг. 16.

5.5. Адсорбция

Адсорбцията е явление, при което се наблюдава промяна на

концентрацията на дадено вещество на границата между две фази

(твърда/течна, твърда/газова, течна/газова), в сравнение с концен-

трацията му в обема на фазата, от която то се адсорбира.

Веществото, върху което се извършва адсорбцията, се нарича

адсорбент, а веществото, което се адсорбира, се нарича адсорбат.

Количествена мярка за адсорбцията () е разликата в

концентрацията на адсорбата на граничната повърхност (С) и тази в

обема на фазата (С): = С С. Когато адсорбентът има дефинирана

повърхност, адсорбцията се отнася за единица повърхност (mol m-2

,

kg m-2

). В повечето случаи обаче адсорбентите са със силно развита

повърхност и точното й определяне е трудно и несигурно. В тези

случаи адсорбцията се определя за единица маса (mol kg-1

, kg kg-1

).

Адсорбцията се определя чрез разликата в концентрациите в

случаите, когато тя се извършва на фазовите граници твърда/течна и

течна/течна. При адсорбция от газова фаза (в системите твърда/газ и

течна/газ) тя може да бъде определена чрез изменението на

налягането: = P P, където P е парциалното налягане на газа на

повърхността на адсорбента, а Р – в обема на газовата фаза.

Фиг. 16. Схема на

апаратура за сублимация

1 - Бехерова чаша

2 - Колба със студена вода

48

Обикновено експериментално се снемат зависимостите (С) и (Р)

при постоянна температура, които се наричат адсорбционни

изотерми.

В неорганичната лабораторна практика най-често се прилага

адсорбция на разтворени вещества от водни или други разтвори

върху твърд адсорбент. Важно условие е адсорбентите да са

неразтворими в пречиствания разтвор, да бъдат химически

устойчиви и чисти.

Най-често използваните адсорбенти са силикагелът и

активният въглен. В някои случаи се използват и оксиди на някои

метали (Al2O3).

За намирането на подходящ адсорбент важи правилото

“подобни се разтварят в подобни”, което важи и за адсорбцията.

Например полярните молекули на водата се адсорбират по-добре

върху силикагел, а по-трудно върху въглен, поради което

силикагелът не се използва за пречистване на водни разтвори. С него

се пречистват неполярни течности – халогениди, напр. SiCl4 и др.

Изключения се наблюдават при специално модифицирана

повърхност на адсорбента.

Предимствата на активния въглен като адсорбент са, че той

е изключително химически устойчив, запазва обема си, позволява

работа при високи температури и лесно се регенерира. Активният

въглен е много добър адсорбент на неполярни и слабополярни

молекули като бромни и йодни пари, халогеноводороди. От водни

разтвори активният въглен адсорбира органични молекули. Метални

йони се адсорбират след превръщането им в стабилни,

малкоразтворими комплекси с органични лиганди. Адсорбцията

може да се проведе в статични или динамични условия. При

последния вариант разтворът преминава през колонка, запълнена с

активен въглен, като по този начин се пречистват цинкови и

кадмиеви соли от примеси на Fe, Cu, Ni, Co, Pb и др. За свързване на

тези примеси в комплекси се използва диметилглиоксим или -

нитрозо--нафтол. Разтвори на соли на алкални и алкалоземни

метали се пречистват от йони на Fe, Cu, Ni, Co, Pb, Sb, Zn и Sn, като

за целта се използва калиев етилксантогенат, свързан с активния

въглен.

Модифицирана форма на активния въглен е окисленият

активен въглен, който съдържа на повърхността си карбоксилни

групи. Последните благоприятстват адсорбцията на катиони.

Експериментално е определено, че катионите се подреждат в

49

следния ред, съгласно способността им да се адсорбират:

NH4+<Na

+<Rb

+<Mg

2+<Ca

2+<Ba

2+<Zn

2+~Cd

2+~Ni

2+<Pb

2+<Al

3+<La

3+<

<Cu2+

<Fe3+

Важно за практиката е, че с окислен активен въглен се

пречистват амониевите соли и тези на алкалните метали от всички

останали поливалентни йони, както личи от дадения по-горе ред.

Солите на алкалоземните метали могат да се пречистват по този

начин от йони на преходни двувалентни метали, от Pb2+

и т.н.

5.6. Хроматография

Хроматографията е метод за анализ на газови и течни смеси

чрез разделянето им. Нейните теоретични основи са дадени от

руския учен М. Цвет (1906 г.). Разделянето се провежда в т.нар.

хроматографска колона. В нея се намира адсорбентът (например

фино диспергиран Al2O3). Сместа за разделяне предварително се

разтваря в подходящ разтворител. Разтворът се пропуска от горната

част на колоната. В тази част върху адсорбента се адсорбира това

вещество от сместа, което има най-голяма адсорбционна способност.

В хода на стичането на разтвора по височината на колоната,

веществата се адсорбират последователно в реда на намаляване на

тяхната адсорбционна способност. За по-отчетливо разделяне на

веществата, т. е. на слоеве, достатъчно отдалечени един от друг, в

колоната се добавя чист разтворител. Разделянето на

индивидуалните компоненти става най-често чрез елюиране –

промивка на отделните слоеве чрез пропускане на подходящи

разтворители през колоната.

5.7. Йонообмен

Йонообменните методи за пречистване на веществата се

основават на способността на някои природни или изкуствено

получени високомолекулни съединения да обменят йони с йони от

даден разтвор.

Йонообменът е установен за първи път върху зеолитите. Те

представляват сложни алумосиликати, в които катион е Na+. Този

катион може да бъде заместен с други катиони. Типичен пример за

обмен на катиони е процесът на омекотяване (отстраняване на Са2+

и

Mg2+

) на твърдата вода. Процесът може да се илюстрира така:

2(ZNa

+) + Ca

2+ = (Z

)2Ca

2+ + 2Na

+

С природните зеолити обаче могат да се обменят само

катиони. През последните години бяха разработени синтетични

йонообменни смоли, които могат да обменят водородни йони или

50

хидроксидни групи (напр. RSO3H, ROH). Съставът на смолите

определя вида на йона, който се обменя:

nRSO3H + Mn+

= (RSO3)nM + nH+ (катионобменна смола)

nROH + An–

= (R)nA + nOH–

(анионобменна смола)

Тези смоли имат много по-голям адсорбционен капацитет от

зеолитите и освен за пречистване на вода се прилагат също за

разделяне на смеси от йони (например йони на редкоземните

елементи).

5.8. Екстракция

Извличането на разтворимо вещество от твърдофазна смес с

помощта на разтворител или отделянето на един или повече

компоненти от течна смес при използване на разтворител, в който

останалите компоненти на сместа са почти или напълно

неразтворими, се нарича екстракция.

Течностна екстракция е процесът на извличане на

веществата от водни в органични несмесващи се с водата разтвори,

независимо от условията на провеждане на процеса, природата на

използваните вещества и характера на образуващите се съединения.

В химията на екстракционните процеси се използват

следните по-важни понятия:

- Течност-течностно разпределение - процес на пренос на

разтвореното вещество от една течна фаза в друга несмесваща се с

нея течна фаза.

- Екстрагент - активната съставка на течната фаза

обикновено органична, която се използва за извличане на

веществото от другата течна фаза обикновено водна.

- Екстракт - отделената фаза обикновено органична, която

съдържа веществото екстрахирано от водната фаза.

- Разтворител - инертно органично вещество, използвано за

подобряване на физическите плътност, вискозитет или

екстракционни свойства например избирателност на екстрагента.

- Коефициент на разпредeление (D) - отношение на общата

аналитична концентрация на веществото в органичната фаза към

неговата аналитична концентрация във водната фаза.

- Разпределителна константа (КD) - отношение на

концентрацията на веществото в една определена форма в

органичната фаза към неговата концентрация в същата форма във

водната фаза при равновесие .

51

- Екстракционна константа (Кех) - равновесна константа на

реакцията на разпределение.

- Реекстракция – означава обратното извличане на

екстрахираното вещество от органичния екстракт при разклащане с

водна фаза с определена стойност на рН.

При осъществяването на синтези чийто синтезираното

съединение е примесено със странични продукти на реакцията или с

нереагирали изходни вещества. Изолирането на съединението в

редица случаи се осъществява посредством екстракция.

При екстракция от водна среда интересуващият ни елемент

се превръща в комплексно или друго подходящо съединение, което

след това се извлича от водната фаза със съответно органично

съединение. В едни случаи то играе ролята само на разтворител, а в

други в органичната фаза може да се извършват и определени

химични реакции. При екстракция от твърдо вещество съответният

компонент се разтваря в подходящ органичен разтворител и по този

начин се извлича от него.

Екстракцията се отличава с голяма избирателност и дава

възможност да се работи както с макро-, така и с микроколичества от

веществата (не изисква специална и трудна за работа апаратура).

52

6. ХИМИЧНА КИНЕТИКА И КАТАЛИЗА

Химичната кинетика изучава скоростта на химичните реакции,

механизма на тяхното протичане и факторите, от които тя зависи .

6. 1. Скорост на химичната реакция Скоростта на реакциите, протичащи в хомогенни системи

при постоянен обем, се определя чрез промяната на моларната

концентрация (С) на кое и да е от участващите в реакцията вещества

за единица време.

Средната скорост на реакцията за интервала време от t1 до t2

се представя с израза:

ср = 12

12

tt

CC

=

t

C

Ако интервалът е малък (t 0), скоростта се нарича

моментна

= dt

dC.

Моментната скорост () на реакцията е числено равна на

тангенса на ъгъла, който допирателната на кинетичната крива

сключва с абсцисната ос

(фиг. 17).

Скоростта на хи-

мичната реакция се измерва

в mol dm-3

s-1

.

Скоростта винаги е

положителна величина. В

случаите когато тя се

изразява чрез изменението

на концентрацията на някое

от реагиращите вещества,

се поставя знак (-), тъй като

неговата концентрация с

времето намалява. В

случаите, когато скоростта

се изразява чрез някой от

продуктите, се поставя

знак (+), поради нарастване

на концентрацията му.

Фиг. 17. Изменение на

концентрацията на изходното

вещество в хода на реакцията.

53

Скоростта на химичните реакции зависи от концентрацията

на реагиращите вещества, температурата, природата на реагиращите

вещества, агрегатното състояние и присъствието на катализатор.

6. 2. Влияние на концентрацията

Влиянието на концентрацията на реагиращите вещества

върху скоростта на химичните реакции се дава със закона за

действие на масите (Закон на Гулдберг и Вааге), според който

скоростта на елементарната химична реакция е пропорционална на

произведението от моментните концентрации на реагиращите

вещества, повдигнати на степени, равни на стехиометричните им

коефициенти. За реакцията:

1А1 + 2А2 + 3А3 ... 1В1 + 2В2 + 3В3...

където i са стехиометричните коефициенти на реагиращите

вещества (Аi), скоростта се определя с израза:

= k.C 1

1

А.С 2

2

А.С 3

3

А....

Коефициентът на пропорционалност k се нарича скоростна

константа. Нейната стойност зависи от температурата и природата

на реагиращите вещества, но не зависи от тяхната концентрация.

Химичните реакции се характеризират с молекулност и

порядък.

Молекулността се определя от броя на молекулите,

участващи в елементарния акт на процеса. Според това реакциите са

мономолекулни, бимолекулни и тримолекулни.

Мономолекулни – това са обикновено реакции на разпадане на

молекулите, например

I2 = 2I

Бимолекулни – това са най-често наблюдаваните реакции, например

2HI = H2 + I2

Тримолекулни – срещат се по-рядко, тъй като вероятността за

ефективен удар между три молекули, е много малка. По тази причина

четиримолекулни реакции не съществуват. Пример за тримолекулна

реакция е следното взаимодействие

2NO + O2 = 2NO2

Скоростта на химичните реакции се описва със закона за

действие на масите, само в случаите, когато реакцията протича по

механизъм, съответстващ на стехиометричното уравнение. В

повечето случаи обаче, химичните реакции протичат по сложен

механизъм чрез поредица от няколко последователни или успоредни

етапа. Всеки един от тези етапи е сравнително прост и най-бавният

54

от тях определя скоростта на процеса. Той се нарича

скоростоопределящ или лимитиращ. Закона за действие на масите се

прилага, именно за него.

Порядъкът на реакцията (n) се определя от кинетичното

уравнение получено по експериментален път, като в закона за

действие на масите стехиометричните коефициенти се заменят с

опитно установени степенни показатели.

= k.C

'

1

1

α

А .С

'2

2

α

А ….

Сумата от опитно установените степенни показатели

определя общият порядък на реакцията: n = 1

α + 2

α + …

Химичните реакции могат да бъдат от нулев, първи, втори,

трети и дробен порядък. Дробен порядък се получава, когато в

многостадийния процес се оказва, че има няколко

скоростоопределящи етапа, протичащи със съизмерима скорост и

всяка от тях има различен порядък. Нулевият порядък означава, че

скоростта на реакцията не зависи от концентрацията.

6. 3. Влияние на температурата Скоростта на химичните реакции силно зависи от

температурата. Вант Хоф за първи път предлага емпирично правило,

според което при повишаване на температурата с 10° скоростта на

реакцията се увеличава от 2 до 4 пъти. Това правило е валидно за

тесен температурен интервал при хомогенни реакции.

Количествената зависимост на скоростта (респ. скоростната

константа) на реакцията от температурата, се дава с уравнението на

Арениус:

k = Аe RT

E *

, (1)

където А е предекспоненциален фактор, Е* - активиращата енергия

(kJ mol-1

), R - универсалната газова константа, а Т – температурата

(К). Уравн. (1) показва, че скоростната константа силно зависи от

температурата.

Физическият смисъл на понятието активираща енергия се

обяснява с теорията на ударите и теорията за преходното състояние

(активния комплекс).

Ако уравн. (1) се представи в логаритмичен вид:

lg k = -R

E

303.2

*.T

1 + lg A (2)

55

може да се определи Е*, т.к. зависимостта на lg k от T

1 е линейна.

Активиращата енергия се пресмята по тангеса на ъгъла спрямо

наклона на правата. Това е енергията, която притежават молекулите

над средната енергия, за да могат да участват в химичното

взаимодействие.

tg = -R

E

303.2

* (3)

Активиращата енергия е важна кинетична характеристика на

химичните процеси, като нейната стойност зависи от природата на

реагиращите вещества. Реакциите между вещества със здрави

ковалентни връзки имат високи стойности на активиращата енергия

и протичат с малка скорост. Йонните реакции протичат със

сравнително голяма скорост, тъй като Е* 0 (при тях не е

необходима енергия за разкъсване на химичните връзки).

6. 4. Влияние на катализаторите

Катализаторите са вещества, които не участват в

стехиометричното уравнение на реакцията, но променят скоростта на

химичната реакция, като в края на процеса остават непроменени.

Самият процес се нарича катализа. Според фазите, в които се

намират реагиращите вещества и катализатора, катализата е

хомогенна или хетерогенна. При хомогенната катализа, реагиращите

вещества и катализатора са в една фаза, а при хетерогенната са в

различни. При хетерогенната катализа, реакцията протича само на

отделни места от повърхността на катализатора, наречени активни

центрове. Активните центрове заемат малка част от общата

повърхност на катализатора, поради което обикновено използваните

катализатори имат голяма специфична повърхност. Когато един от

крайните продукти проявява каталитично действие, процесът се

нарича автокатализа. При нея в началото скоростта на реакцията е

малка, но с времето бързо нараства, тъй като нараства количеството

на каталитично действащия продукт.

Катализаторите повишават скоростта на химичната реакция,

а веществата, които я забавят се наричат инхибитори. Универсални

катализатори няма. Някои катализатори (Pt, H+, OH

- и др.)

катализират сравнително голям брой реакции, а други (ензими,

ферменти) имат строго специфично действие. Ако в една реакционна

смес е възможно протичането на няколко различни реакции, чрез

подбор на съответния катализатор може да се катализира само една

56

от тях. Необходимо е да се отбележи, че в хода на процеса, с времето

активността на катализатора намалява. Уставено е, че наличието на

някои примеси в минимални количества допълнително засилват

действието на катализаторите, докато други го блокират. Първите се

наричат промотори или активатори, а вторите - каталитични

отрови. Каталитичните отрови блокират активните центрове, като

образуват с тях стабилни съединения. Отравянето на катализатора

може да бъде обратимо и необратимо.

Механизмът на действие на катализаторите може да бъде

обяснен с промяната на стойността на скоростната константа като

резултат от изменението на активиращата енергия и предекспонен-

циалния фактор в уравнението на Арениус.

Необходимо е да се отбележи, че катализаторите променят

активиращата енергия (височината на потенциалната бариера), но не

променят топлинния ефект на реакцията. Те променят едновременно

скоростта както на правата, така и на обратната реакция, но не

влияят на химичното равновесие. Катализаторите не могат да

предизвикат протичането на процеси, невъзможни от термодинамич-

на гледна точка.

Значението на катализата е разнообразно и изключително

голямо. Почти всички химични и биохимични процеси протичат под

едно или друго каталитично въздействие. Най-важните съвременни

производства, като свързването на атмосферния азот, производство-

то на сярна киселина, синтетичен бензин, пластмаси, синтетичен

каучук, хидрирането на мазнините и др., се основават на каталитич-

ни процеси.

57

7. ХИМИЧНО РАВНОВЕСИЕ

Химични процеси, протичащи едновременно в две

противоположни посоки се означават като обратими. Теоретичнo

всички химични реакции са обратими, когато крайните продукти

взаимодействат помежду си с измерима скорост и се получават

изходните вещества. В системата се извършват едновременно две

противоположни реакции: -права, която протича между изходните

вещества (от ляво на дясно) и обратна - реакцията между крайните

продукти (от дясно на ляво). Ако не се създадат условия за

практичното извършване на процесите в двете посоки, тогава се

говори за необратими реакции.

Химично равновесие е състояние, при което скоростта на

правата реакция е равна на скоростта на обратната, а концентрацията

на всички участващи в реакцията вещества, при дадените условия, се

запазва постоянна с течение на времето.

Химичното равновесие не е статично състояние, има динамичен

характер. То е подвижно, с промяна на условията равновесието се

нарушава, процесът протича с по-голяма скорост в едната посока,

докато се установи ново равновесие.

Химичното равновесие зависи от условията, при които се

намира системата, но не и от пътя, по който е достигнато.

Скоростта на една обратима реакция, дадена с общото

уравнение:

А + В АВ

може да се означи, съгласно закона за действие на масите, в двете

посоки така:

)()(11.

BACCKV

)(22 ABCKV

Когато в една хомогенна система се установи химично

равновесие, скоростите на двете противоположни реакции се

изравняват.

21VV

)()(1.

BACCK

)(2 ABCK

Равновесното състояние на дадена химична реакция се

характеризира чрез равновесната константа c

K , и се изразява със

зависимостта:

58

)()(

)(

2

1

.BA

AB

c

CC

C

K

KK

Равновесната константа Кс е постоянна величина за

определена температура и не зависи от концентрацията на

участващите в равновесието вещества и присъствието на

катализатори.

В хетерогенни системи (например: твърди вещества и

газове) за всяка хомогенна част съществува отделна равновесна

константа, в която не се включват концентрациите на веществата от

другите хомогенни части.

При термичното разлагане на калциев карбонат се

установява химично равновесие в хетерогенна система:

CaCO3 CaO + CO2

В този случай 2СОС

СК т.е. концентрациите на твърдите

вещества не се включват в израза за равновесната константа.

За слаби електролити в израза за равновесната константа

участват концентрациите на получените йони и на недисоцииралите

се цели молекули.

За йонните реакции равновесната константа се нарича

дисоциационна константа.

Условията, които влияят на химичното равновесие са

концентрация, температура, налягане и природа на участващите в

него вещества.

Съгласно принципа на Льо Шателие-Браун, ако върху една

равновесна система се упражни външно въздействие, равновесието

се измества в посока на процеса, който води до намаляване на

външното въздействие. Този принцип дава възможност да се

предвидят промените, които стават в равновесната система под

влияние на външните фактори и посочва пътя, по който може да се

влияе на всяка равновесна система.

При нарастване на концентрацията на което и да е от

изходните вещества, както и при намаляване на концентрацията на

получените продукти, равновесието се измества надясно.

При повишаване на температурата равновесието се измества

в посока на ендотермичната реакция и, обратно - при понижаване на

температурата то се измества в посока на екзотермичната реакция.

Промяната в налягането влияе само върху равновесни

процеси, които протичат с промяна на обема на системата. С

нарастване на налягането равновесието се измества в посока на

намаляване на обема на системата.

59

8. РАЗТВОРИ. РАЗТВОРИМОСТ НА ВЕЩЕСТВАТА

8. 1. Разтвори

В практиката веществата много рядко се срещат и се

използват в чисто състояние. Повечето от тях са смеси от две или

повече химични съединения .

Системи, при които едно вещество под формата на малки

частици е разпръснато в среда от друго вещество, се наричат

дисперсни (от disperser – раздробявам). Раздробеното на малки

частици вещество се нарича дисперсна фаза, а това, в което е

разпределена фазата – дисперсна среда. Ако дисперсната фаза и

дисперсната среда са в едно и също агрегатно състояние за

дисперсна среда се приема веществото, което е в по-голямо

количество.

Според размера на дисперсната фаза се различават грубо

дисперсни (размер на частиците над 100 nm), колоидно дисперсни

(1 - 100 nm) и молекулно (йонно) дисперсни системи, истински

разтвори (под 1 nm).

В зависимост от агрегатното състояние разтворите са:

газообразни (газови смеси), течни (течност-течност, твърда фаза-

течност, газ-течност) и твърди разтвори, а в зависимост от характера

на частиците на разтвореното вещество, те се делят на разтвори на

неелектролити и разтвори на електролити.

Разтворите заемат средно положение между химичните

съединения и механичните смеси. По своята хомогеност, топлина на

образуване, промяна на обема, цвета и други свойства те се

доближават до химичните съединения, но нямат определен и

постоянен състав и в тях могат да се наблюдават и някои от

свойствата на съставящите ги компоненти, което е характерно за

механичните смеси.

Когато се разглежда процесът на разтваряне, винаги трябва

да се имат предвид химичната природа на разтворителя и условията,

при които се извършва самият процес. За да се разтвори едно

вещество е необходимо да се преодолеят както силите на привличане

между неговите градивните частици, така и силите, действащи

между молекулите на разтворителя.

Процесът на разтваряне на кристални вещества е свързан с

извършване на работа за разрушаване на кристалната им решетка,

което води до поглъщане на енергия – топлина. Експерименталните

данни показват, че разтварянето на голям брой твърди вещества,

60

като NaNO3, NH4Cl и др., е съпроводено с ендотермичен ефект. В

други случаи разтварянето на вещества като NaOH, Yb2(SO4)3 и др. е

съпроводено с отделяне на топлина. Това показва, че между

частиците на разтворителя и разтвореното вещество се осъществяват

екзотермични процеси, при които отделената топлина не само е

достатъчна за разтварянето на веществото, но е и в излишък.

Топлинният ефект, който съпровожда разтварянето на 1 mol

вещество в даден разтворител, се нарича топлина на разтваряне. Тя

зависи от природата на разтворителя и разтварящото се вещество,

концентрацията на получения разтвор и температурата.

Интересни явления се наблюдават при разтварянето на

течност в течност. Така например при смесване на етилов алкохол с

вода, крайният обем на разтвора е по-малък от изходните обеми на

двете течности. Наблюдава се явлението контракция. Точно обратно

явление се наблюдава при системата бензен – циклохексан, при която

обемът на разтвора е по-голям от сумата от изходните разтвори.

Наблюдава се явлението дилатация. Сравнително по-редки са

случаите, в които обемът на разтвора е равен на сумата от обемите на

компонентите.

Ясно е, че за да се разкъсат връзките между градивните

частици на разтварящото се вещество и между частиците на

разтворителя (т.е. да се извърши разтваряне), необходимо е те да

бъдат от един и същ вид и да имат приблизително еднаква енергия.

Затова полярните вещества са добър разтворител за полярни и йонни

съединения, а неполярните – за съединения с неполярни връзки

(“подобни се разтварят в подобни”).

Съставът на разтворите може да бъде изразен чрез частта

(масова, обемна и моларна), концентрацията (моларна и масова) и

молалността на разтвореното вещество в разтвора.

61

9. ОКИСЛИТЕЛНО-РЕДУКЦИОННИ ПРОЦЕСИ

9.1 Същност

Окислително-редукционни процеси се наричат такива

процеси, при които се осъществява пренос на електрони от един вид

атоми или йони към друг вид атоми или йони.

Атомите, молекулите или йоните, които при химичните

реакции отдават електрони, се наричат редуктори, а тези, които

приемат електрони - окислители.

Окислението е процес на отдаване на електрони от атомите на

редуктора, а редукцията - на приемане на електрони от окислителя.

Окислителните и редукционните реакции винаги са свързани и

представляват единен окислително-редукционен процес, тъй като

едното вещество се окислява, а другото се редуцира.

Окислително-редукционни процеси могат да се предизвикат

от всички фактори, които водят до пренос на електрони. Типични в

това отношение са процесите, които протичат върху електродите при

електролиза: върху катода се извършва редукция и обратно-върху

анода протича окисление. От значение за посоката, в която протича

един окислително-редукционен процес, са йонизационният

потенциал и електронното сродство.

Според окислително-редукционните си свойства, атомите на

елементите в различните вещества могат да бъдат разделени на три

групи:

Само редуктори - тук се отнасят атомите на металите в

свободно състояние, например К, Na, Al, Pb, Zn, Fe и др.; елементите,

чиито атоми са в най-низшата си степен на окисление, например:

Само окислители - тук се отнасят халогените и кислорода в свободно

състояние; елементите, чиито атоми са в най-висшата си степен на

окисление, например:

Някои атоми на химичните елементи могат да се проявяват като

окислители или като редуктори в зависимост от веществата, с които

реагират. Тук се отнасят атомите на елементите в междинните

степени на окисление, например:

62

9.2 Видове окислително-редукционните реакции

Междумолекулни окислително-редукционни реакции. Тези

реакции се характеризират с това, че окислителят и редукторът са в

различни молекули.

Вътрешномолекулни окислително-редукционни реакции.

Това са обикновено реакциите на термично разлагане. В този случай

окислителят и редукторът са два различни атома, но в една и съща

молекула на съединението.

Реакции на диспропорциониране (дисмутация). При тези

реакции окислителят и редукторът са атоми на един и същ елемент.

При тяхното протичане се извършва едновременно намаление и

увеличение на степените на окисление на тези атоми.

63

Окислително-редукционните процеси са от основно

значение за живота и за химичните технологии. Окислителни

процеси са дишането, изгарянето на веществата, ферментацията,

корозията, експлозиите от всякакъв вид и т.н. Редукционните

процеси се използват широко за получаване на метали от техните

оксиди при т. нар. карботермични процеси, процесите във високите

пещи, металотермичните процеси - алуминотермията, електрохи-

мичните процеси при електролитното получаване на натрия, калия,

калция, алуминия и др.; в органичната химия при процесите на

хидрогениране и др. Сложна верига от окислително-редукционни и

междинни процеси, регулирани от ензими, осигуряват на организма

възможност да получава енергия равномерно и регулируемо.

64

10. КОМПЛЕКСНИ СЪЕДИНЕНИЯ

10. 1. Състав на комплексните съединения

Съединенията, които имат в молекулите си сложно

съчетание от йони или молекули, способни на самостоятелно

съществуване, както в кристално състояние така и в разтвори, се

наричат комплексни съединения. Съгласно класическата теория на

Вернер в молекулите на комплексните съединения около един

централен атом или йон (комплексообразувател, М) са координирани

противоположно заредени йони или полярни молекули (лиганди, L),

свьрзани с централния атом по донорно-акцепторен механизьм.

Броят на координираните молекули e по-голям от валентността на

комплексообразувателя. Йоните или молекулите, свьрзани директно

с централния атом, съдьржат донорни атоми. Броят на донорните

атоми определя дентатността на лигандите. Те се делят на моно- ди-

и полидентатни. Произведението от броя на лигандите и тяхната

дентатност показва координационното число на

комплексообразувателя.

Комплексообразувателят заедно с координираните около

него лиганди образуват стабилна структурна и кинетична единица,

наречена вътрешна координационна сфера. Тя има заряд равен на

алгебричната сума от зарядите на комплексообразувателя и

лигандите. В случаите, когато този заряд е различен от нула,

вьтрешната координационна сфера (MLn) е комплексен йон, а

комплексните съединения съдържат и външна координационна

сфера. Връзката между вътрешната и външната координационна

сфера е йонна и се осъществява въз основа на електростатични сили

на привличане.

10. 2. Устойчивост на комплексните съединения. Двойни

соли

Във водни разтвори комплексните съединения се дисоциират

на степени, например:

[Аg(NНЗ)2]Сl [Аg(NНЗ)2]+ + Сl

-

[Аg(NНЗ)2]+ Ag

+ + 2NН3

Стабилността на комплексните сьединения в разтвори

количествено може да се изрази с равновесната константа,

характеризираща обратимото разлагане на комплексния йон наречена

константа на неустойчивост или с реципрочната й стойност -

стабилитетна константа:

65

])NH(Ag[

]NH][Ag[K

23

2

3

неуст

неу ст

стаб

K

1K

Според степента си на електролитна дисоциация

комплексните съединения се отнасят като силни електролити по

първа степен на дисоциация и като слаби електролити по втора

степен на дисоциация. Ето защо с помощта на качествени реакции

обикновено се идентифицират само йоните от външната

координационна сфера.

Колкото стабилитетната константа на едно съединение е по-

голяма (а константата на неустойчивост по-малка), толкова дадено

комплексно съединение е по-стабилно. Съединения, чиито

стабилитетни константи имат малки стойности, се наричат двойни

соли. Във водни разтвори тези съединения се дисоциират главно на

прости йони. Двойните соли съдържат различни метали от първа,

втора и трета степен на окисление с общ анион. Особено място сред

двойните соли заемат стипците, чиито състав може да се изрази със

следната обща формула: М+М

3+(SO4)2·12H2O, където М = Na

+, К

+,

4NH , Rb

+, Cs

+, а М

3+ = Cr

3+, Аl

3+, Fe

3+ и др.

10. 3. Методи за получаване на двойни соли и

комплексни съединения

Двойните соли се получават чрез смесване на разтвори

(наситени при високи температури) на соли на едновалентни метали

със соли на дву- или тривалентни метали с еднакви аниони. Методът

се основава на по-малката разтворимост на двойните соли в

сравнение с тази на индивидуалните вещества.

Комплексните съединения могат да се получат при

кристализация от разтвори, както и като се използват твърдофазни

процеси или реакции в газова фаза.

Основните методи за получаване на комплексни съединения

от разтвори се свеждат до следните процеси:

Присъединителни реакции

По този метод се получават ацидокомплексите (с лиганди -

киселинни остатъци), хидроксо солите (с лиганди - хидроксидни

аниони) и амониакатите (с лиганди - амонячни молекули):

66

АuС13 + КСl = К[АuСl4]

Zn(OH)2 + 2КОН = K2[Zn(OH)4]

СrСl3 + 6NН3 = [Сr(NНЗ)6]Сl3

3аместителни реакции

Методът се свежда до изместване на молекули на

разтворителя (или други молекули и йони) от вътрешната

координационна сфера:

[Ni(Н2O)6]Вr2 + 6NН3 = [Ni(NНЗ)6]Вr2 + 6Н2О

Окислително - редукционни реакции

Методът се прилага главно за получаване на комплексни

съединения на Со (ІІІ). Като изходни съединения се използват соли

на Со (ІІ), а окислението се извършва с кислород от въздуха или

Н2О2:

4СоСl2 + 4NН4Cl + 20NН3 + O2 = 4[Со(NНЗ)6]Сl3 + 2Н2О

67

11. МЕТОДИ ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА НЕОРГАНИЧНИ

ВЕЩЕСТВА

11. 1. Получаване на метали и неметали

Повечето руди и минерали в природата са под формата на

оксиди и сулфиди. Един от методите за получаване на метали е чрез

редукцията на съединенията им.

Металотермия. Редукцията се осъществява от метали при

висока температура.

Алуминотермия – редукция на оксиди с алуминий.

Значителното сродство на алуминия към кислорода определя

приложимостта му в металургията като основен редуктор при

редукцията на редица оксиди на преходните метали. Металотермията

с алуминий се използва в тези от случаите, когато не е необходима

голяма чистота на получавания метал. Методът е приложим за

получаването на метали, които не дават сплави с алуминий – хром,

манган, ниобий:

3Mn3O4 + 8Al 9Mn + 4Al2O3 Cr2O3 + 2 Al 2Cr + Al2O3

Ca, Sr и Ba обикновено се получават по химичен път:

2Al + 4MO MO.Al2O3 + 3M 3BaO + 2Al 3Ba + Al2O3

Редукция на оксиди с алкални или алкалоземни метали:

V2O5 + 5Ca 2V + 5CaO

Бор с чистота 95% се получава чрез редукция на B2O3 с Na

или Mg:

Na2B4O7·10H2O рр

HCl

H3BO3 o

tB2O3

)(o

tMgB

Редукция на оксиди с въглерод. Методът е приложим за

метали, които не дават карбиди, например Cu, Zn, Cd.

PbO + C Pb + CO SiO2 + 2C Si + 2CO

SnO2 + 2C Sn + 2CO P4O10 + 10C P4 + 10CO

Използва се с успех и при получаването на желязо въпреки

формирането на стабилни карбиди. Образуването на карбиди в този

случай не е недопустимо, тъй като те придават някои допълнителни

полезни свойства на получената желязовъглеродна сплав (чугун).

Намаляването на съдържанието на въглерода се реализира при

допълнителна обработка на чугуна, което довежда до получаването

на стомана: Fe3O4 + 4C 3Fe + 4CO

68

Редукция на метални оксиди с водород. Така се получават

например молибден и волфрам при третиране на оксидите им с

водород над 1000С:

MoO3 + 3H2 Mo + 3H2O GeO2 + 2H2 Ge + 2H2O

Получаване на метали чрез редукция на техни соли. Рубидий и цезий се получават по реакциите:

Ca + 2RbCl 2Rb + CaCl2 3Mg + Rb2CO3 2Rb + C + 3MgO

CaC2 + 2CsCl 2C + 2Cs + CaCl2

При редукция на NH4ReO4 или KReO4 се получава Re:

2NH4ReO4 + 4H2 2Re + N2 +8H2O

Металите от групата на Ti се получават също чрез редукция:

TiCl4 + 2Mg 2MgCl2 + Ti K2ZrF6 + 4Na 4NaF + 2KF + Zr

Силицият и германият за технически цели се получават чрез

редукция на SiO2 или GeO2 също с въглерод, а с висока чистота –

чрез редукция на SiCl4, SiHCl3, GeO2 с водород.

Чист кристален бор може да бъде получен чрез редукция на

борни халогениди, BX3, с H2 при 1100-1300С.

Редукция на сулфиди с желязо: Sb2S3 + 3Fe 2Sb + 3FeS

Hg(CH3)2 може да реагира с Li, Na, Mg и Аl с отделяне на

Hg.

Термично разлагане. Получаване на метали и неметали

може да стане и при термично разлагане на халогениди и други

съединения:

FeAsS FeS + As FeS2 FeS + S

Чист титан, цирконий, хафний и ванадий, се получават при

термично разлагане на техните йодиди:

ZrI4 Zr + 2I2 TiI4 Ti + 2I2

За получаване на малки количества Ca и Ba се използва

термичното разлагане на техни хидриди: MH2 M +H2

Сравнително лесно протича разлагането на метални

карбонили:

Fe(CO)5 Fe + 5CO Ni(CO)4 Ni + 4CO

Сребро и живак могат да се получат при разлагане на AgCN

и Hg(CN)2 при 400С: 2AgCN 2Ag + (CN)2

Азот в лабораторни условия азот може да да се получи при

термично разлагане на NaN3 или NH4NO2:

NH4NO2 N2 + 2H2O 2NaN3 3N2 + 2Na

Кислородът се получава в лабораторни условия чрез

термично разлагане на кислородсъдържащи съединения:

69

2KClO3 2KCl + 3O2 (MnO2) 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2

При термично разлагане на AuCl3 се получава хлор: 2AuCl3

2Au + 3Cl2. Тъй като AuCl3 се получава лесно при директното

взаимодействие на злато с хлор, златото може да се използва

многократно.

Получаване на метали чрез електролиза на разтвори или

стопилки. Извличането на метали като Ag, Cu, Au, Sn, Bi по този

начин не представлява никаква трудност. При използване на водни

разтвори, като се спазват определени изисквания, се получават и Zn,

Cd, Ga, In, Tl, Pb, Sb, Ni, Co, Fe, Mn и Cr, а от цитратни разтвори

могат да се получат Eu, Mo, W, Nd и Ta.

Литият и натрият се получават главно чрез електролиза на

стопилка от съответния хлорид (LiCl, NaCl) и CaCl2, който образува

евтектична смес с алкалния хлорид. Това води до понижение на

температурата на топене. Натрият се получава и при електролиза на

стопилка от NaOH.

Металите от алкалоземната група се получават чрез

електролиза на стопилка на съответния хлорид с прибавка към него

на CaF2 или KCl, за понижаване на температурата на топене..

Циментация. Атомите на всеки метал могат да редуцират

само йоните на стоящи след него метали в реда на относителната

активност, т.е. даден метал може да измества от разтвори на техни

съединения само йоните на метали, които стоят след него в този ред

например:

Cu + 2AgNO3 Cu(NO3)2 + 2Ag Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu

Zn + 2AgNO3 Zn(NO3)2 +2Ag

Други методи. Калий се отделя и при редукция на KCl с Al

във вакуум:

2Al + 6KCl + 4CaO 6K + 3CaCl2 + CaO.Al2O3

Калият обикновено се получава по реакциите:

Na + KCl K + NaCl Na + KOH K + NaOH (T<700C)

При тях прави впечатление, че по-малко активният метал

(Na) измества по-активния – калия, от неговите съединения. Това е

възможно, тъй като енергията на кристалната решетка на

еднотипните съединения на натрия е по-голяма от тази на калиевите.

Освен това калият е по-летлив от натрия.

70

Получаването на сяра най-често се свежда до

разработването на нейните самородни находища и до пречистването

и от скалните примеси. Извличането на самородна сяра от земните

недра става чрез стапянето и под земята, а след това стопилката се

изтласква с горещ въздух по метода на Фраш. Получаването на сяра в

страните, които нямат природни, самородни находища на този

елемент, става по т. нар. процес на Клаус: 2H2S + SO2 2H2O + 3S,

който дава възможност и за използването на някои отпадъчни газове.

Най-разпространеният метод за получаване на хлор е чрез

хлоралкална електролиза. В този случай на електролиза се подлага

концентриран воден разтвор на NaCl (300g dm-3

). Процесът се

провежда при температура 60 - 90С. Катодът е стоманен, а анодът –

графитен. На електродите протичат процесите:

Катод: Na+ + H

+ +e

− Na

+ + ½ H2

Анод: Cl− + OH

− - e

− OH

− + 1/2Cl2

Така в разтвора се натрупва NaOH, а на електродите се

отделят водород и хлор. Катодното и анодното пространство са

разделени с полупропусклива преграда, за да се избегнат възможните

взаимодействие на хлора с NaOH, а именно:

2NaOH + Cl2 NaCl + NaClO + H2O

NaOH + 3Cl2 5NaCl + NaClO3 + 3H2O

Лабораторно хлор се получава по реакцията:

4HCl + MnO2 Cl2 + MnCl2 + 2H2O

Бромът и йодът се получават чрез окисление на бромиди,

респективно йодиди:

2NaX + MnO2 + 2H2SO4 X2 + MnSO4 + Na2SO4 + 2H2O

За получаването на йод и бром се използва разликата в

редоксипотенциалите на трите елемента. Хлорът е по-силен

окислител от останалите два халогенни елемента. При обработка на

разтвори на бромиди и йодиди с хлор се отделя бром, съответно йод:

2KBr + Cl2 2KCl + Br2 2HBr + Cl2 2HCl + Br2

71

12. НОМЕНКЛАТУРА НА НЕОРГАНИЧНИТЕ

СЪЕДИНЕНИЯ

12.1. Групови наименования на химичните елементи

Утвърдени са следните групови наименования:

алкални метали – I главна група на периодичната система

алкалоземни метали – Са, Sr, Ва, Ra от II А група

халкогенни елементи – VI главна група

халогенни елементи – VII А група

благородни газове - VIIIА група

преходни метали – елементи, в атомите на които се запълва

d-поднивото

лантаноиди - металите с поредни номера 57 - 71 (La - Lu)

актиноиди - елементите с поредни номера 89 - 103 (Ас - Lr)

12.2. Бинарни и псевдобинарни съединения

Бинарни съединения

Състоят се от два химични елемента, нeзависимо от броят на

атомите, с които всеки от тях участва в съединението. В химичните

формули на първо място се поставя елемента с метален характер

(MgO, K2S). При съединения, съставени от елементи с неметален

характер на първо място се поставя символът на този неметал, които

е с по-малка електроотрицателност (H2S, N2О3). Изключение от това

правило се наблюдава при NН3 и N2H4.

Наименованията на бинарните съединения се образуват, като

към българското название на по-електроположителния елемент се

прибавят наставките за прилагателни форми -ен, -ов, -ев Nа+

-

натриев; Zn2+

- цинков; Сu2+

- меден), а към корена на латинското

наименование на по-електроотрицателния елемент се добавя

наставката -ид (Сl- - хлорид; I

- - йодид; O

2- - оксид; S

2- - сулфид; N

3- -

нитрид; P3-

- фосфид и т.н.).

Броят на атомите се указва с числови представки на гръцки

език. Представките от 1 до 12 са: "моно - ", "ди - ", "три - ", "тетра - ",

"пента - ", "хекса - ", "хепта - ", "окта - ", "нона - ", "дека - ", "ундека -

", "додека - " . В случаите, когато електроположителният елемент

проявява постоянна степен на окисление, представките може да

бъдат пропуснати:

СО2 - въглероден диоксид АlСl3 - алуминиев (три)хлорид

Na2S - (ди)натриев сулфид Р2О5 - дифосфорен пентаоксид

SF6 - серен хексафлуорид

72

Названията на бинарниmе водородни съединения се

образуват, като към катионната съставна част се прибави латинското

наименование на водорода (hidride) с наставка -ид: NaH - натриев

хидрид; СаН2 - калциев (ди)хидрид. Използват се и опростени

наименования на хидридите, като за елементите от III, IV и VI главни

групи към корена на латинското наименование на елемента се

прибави наставката -ан, а за тези от V главна група -ин: ВН3 - боран,

SiH4 - силан, РН3 - фосфин.

Някои от водородните съединения запазват тривиалните си

наименования: Н2О - вода; NН3 - амоняк; N2H4 - хидразин. За други,

освен наименованията образувани по систематичните правила: HF -

водороден флуорид; HCl - водороден хлорид; H2S - диводороден

сулфид, е разрешено и използването на следните названия: HF -

флуороводород; HCl - хлороводород; H2S - сероводород. Водните

разтвори на последните съединения запазват горепосочения корен,

към който се прибавя думата "киселина", например:

флуороводородна киселина, сероводородна киселина и т.н.

Псевдобинарни съединения

Това са съединения, съдържащи многоатомни аниони, чиито

наименования също завършват на -ид: Ва(ОН)2 - бариев хидроксид;

KCN калиев цианид; NaNH2 - натриев амид.

12.3. Съединения, съдържащи хетерополиатомни

(многокомпонентни) аниони

Систематични наименования

В неорганичната номенклатура съединенията, съдържащи

многокомпонентни аниони като 2

4SO ,

3

4PO ,

4ClO се разглеждат

като комплексни. В тях атомите S, Р и Cl се явяват централни, а

останалите атоми се разглеждат като присъединени лиганди.

Наименованието на аниона се образува от корена на латинското

название на централния атом с окончание -ат, независимо от

степента му на окисление, броя и природата на лигандите: сулфат

(2

4SO ,

2

3SO ); нитрат (

3NO ,

2NO ) и т.н.

Систематичните наименования на съединенията със сложен

анион могат да се образуват по един от следните начини: в скоба се

поставя степента на окисление на централния атом означена с

римска цифра (число на Щок) или степента на окисление на аниона с

арабска цифра (число на Ивънс - Басет). В някои случаи може да се

73

използва и цифрова представка пред катиона. Наименованието на

Н2MnО4 се представя така:

Водороден тетраоксоманганат(VI) - по Щок

Водороден тетраоксоманганат (2-) - по Ивънс - Басет

Диводороден тетраоксоманганат - с числова представка

Примери за систематични наименования на киселини и соли

образувани с помощта на числото на Щок и Ивънс - Басет:

H2SO4 - водороден тетраоксосулфат(VI); водороден

тетраоксосулфат(2-)

Н2SO3 - водороден триоксосулфат(IV); водороден

триоксосулфат(2-)

Nа2SO3 - натриев триоксосулфат(IV); натриев

триоксосулфат(2-)

К2MnО4 - калиев тетраоксоманганат(VI); калиев

тетраоксоманганат(2-)

КMnО4 - калиев тетраоксоманганат(VII); калиев

тетраоксоманганат(1-)

Ако степента на окисление на катионната съставна част е

непостоянна, тя също се поставя в скоби: FeSO4 - железен(II)

тетраоксосулфат(VI); Fе2(SО4)3 - железен(III) тетраоксосулфат(VI);

CuSO4 - меден(II) тетраоскосулфат(VI). Допуска се и следното

означаване: железен(2+) сулфат; железен(3

+) сулфат и меден(2

+)

сулфат.

При образуване на наименованията на оксокиселините е

възможно и използването на т.нар. "киселинна номенклатура". В този

случай имената се състоят от две думи, като втората е киселина:

H2SO4 - тетраоксосярна киселина

НСlO2 - диоксохлорна киселина

Традиционни и полусистематични наименования

Освен според изискванията на IUPАС за някои оксокиселини

и техните соли се допуска и използването на традиционните им

наименования, поместени в табл. 10.

73

Таблица 10. Традиционни наименования на някои киселини и представители на техни соли.

химичен елемент степен на

окисление

формула на

киселината

наименование

на киселината

наименование на

аниона на

киселината

формула на

сол на

киселината

наименование на солта на

киселината

1 2 3 4 5 6 7

натриев 1 НСlO хипохлориста хипохлоритен NaClO

хипохлорит

3 НСlO2 хлориста хлоритен NaClO2 натриев хлорит

5 НСlO3 хлорна хлоратен Ва(СlO3)2 бариев хлорат

Cl

7 НСlO4 перхлорна перхлоратен КСlO4 калиев перхлорат

1 H2N2O2 хипоазотиста хипонитритен - -

3 НNO2 азотиста нитритен NaNO2 натриев нитрит N

5 НNО3 азотна нитратен NН4NО3 амониев нитрат

4 Н2SО3 сериста сулфитен Nа2SO3 натриев сулфит

6 H2SO4 сярна сулфатен BaSO4 бариев сулфат

6 Н2S2О3 тиосярна тиосулфатен Nа2S2O3 натриев тиосулфат

6 H2S2O7 дисярна дисулфатен Na2S2O7 натриев дисулфат S

6 H2SO5 пероксо

моносярна

пероксо моно

сулфатен Na2SO5

натриев пероксо

моносулфат

1 Н3РО2 хипо-

фосфориста хипо- фосфитен

3 Н3РО3

фосфориста фосфитен

5 Н3РО4 (орто)-

фосфорна фосфатен К3РО4 калиев фосфат

5 (НРО3)n полимета-

фосфорна

полимета-

фосфатен Nа3Р3О9

натриев триполимета

фосфат

P

5 Н4Р2О7 дифосфорна дифосфатен Na4P2O7 натриев дифосфат

74

1 2 3 4 5 6 7

4 Н2СО3 въглеродна карбонатен СаСО3 калциев карбонат

С 4 H2CS3

тио -

въглеродна тиокарбонатен Nа2СSз натриев тиокарбонат

1 HBrO хипобромиста хипобромитен NaBrO натриев хипобромит Br

5 НВrОз бромна броматен КВrОз калиев бромат

1 НIO хипойодиста хипойодитен NaIO натриев хипойодит

5 НIO3 йодна йодатен КIO3 калиев йодат I

7 Н5IO6 ортоперйодна ортоперйодатен Ba5(IO6)2 бариев ортоперйодат

4 Н4SiO4 ортосилициева ортосиликатен - -

Si 4 (Н2SiO3)n

полимета-

силициева

полимета-

силикатен Na2SiO3 натриев метасиликат

3 Н3АsО3 арсениста арсенитен Nа3АsО3 натриев арсенит As

5 H3AsO4 арсенова арсенатен Nа3АsО4 натриев арсенат

3 Н3ВО3 (орто)борна ортоборатен Мg3(ВО3)2 магнезиев ортоборат

В 3 (HBO2)n

полимета-

борна метаборатен Nа3В3О6 натриев метаборат

Мn 6 H2МnO4 манганова манганатен Na2МnO4 натриев манганат

7 HМnO4 перманганова перманганатен КМnО4 калиев перманганат

6 H2CrO4 хромена хроматен Na2CrO4 натриев хромат Cr 6 H2Cr2O7 дихромена дихроматен K2Cr2O7 калиев дихромат

75

Оксокиселини

Когато даден химичен елемент образува две оксокиселини с

различна степен на окисление на централния атом, то киселината с

по-нисша степен на окисление получава окончание -иста, а тази с

по-висша -на. Представката хuпо- се използва, за да се означи най-

нисшата, а представката пер- за най-висшата степен на окисление,

ако степените на окисление на киселинообразуващия елемент са

повече от две.

Представките орто- и мета- се използват, за да се означи

различно съдържание на вода в тях. Замяната на кислород със сяра се

означава с представка тио- (Н2S2О3 -тиосярна; Н2СS3 -

тиовъглеродна), а наличието на повече от един атом на

киселинообразуващия елемент с числова представка ди-, три- и т.н.

(H2S2O7 - дисярна; Н4Р2O7 - дифосфорна; H2Cr2O7 - дихромена)

Соли

Прости соли

Наименованията на простите соли се образуват от

названията на съставящите ги йони, съобразени с имената на

анионите поместени в табл.1: К3РО4 - калиев фосфат; NaClO -

натриев хипохлорит; КIО3 - калиев йодат.

Солите на оксокиселините на S, N и С, за които

наименованието на химичния елемент на български език (сяра, азот и

въглерод) не съвпадат с корена на латинското име Sulfur - сулф,

Nitrogeпium - нитр и Carboпeum- карбон (Табл. 11), се наричат

сулфати, нитрати и карбонати.

Таблица 11. Химични елементи, за които българското и латинското

наименование не съвпадат.

Химичен

знак №

Българско

наименование

Латинско

наименование

Корен от латинското

наименование

Ag 47 Сребро Argentum аргент

Аu 79 Злато Аurum аур

С 6 Въглерод Саrbоnеum карб; карбон

Си 29 Мед Cuprum купр

Fe 26 Желязо Ferrum фер

Н 1 Водород Hydrogenium хидр

Hg 80 Живак Mercurum меркур

N 7 Азот Nitrogenium нитр

О 8 Кислород Oxygenium окс

S 16 Сяра Sulfur сулф

Sn 50 Калай Stannum стан

76

Хидроген соли

Тези соли съдържат водород в киселинният си остатък.

Наименованията им се образуват с представка хидроген в анионната

част на солта, а при необходимост се използва и числова пред ставка,

указваща броя на водородните атоми:

NаНСО3 - натриев хидрогенкарбонат

КН2РО4 - калиев дихидрогенфосфат

Названията на анионите им се образуват по аналогичен начин:

4HSO - хидрогенсулфатен анион:

2

4HPO - хидрогенфосфатен анион

42POH - дихидрогенфосфатен анион

Основни соли

Основните соли съдържат ОН-

- група в молекулите си.

Названията им се образуват по правилата за наименования на соли с

няколко аниона:

Mg(OH)Cl - магнезиев хидроксидхлорид

Сu2(ОН)2СО3 - димеден дихидроксидкарбонат

Двойни соли

Представляват съединения с два различни катиона с общ

анион. Наименованията им се образуват, като се изреждат имената на

катионите в прилагателна форма по азбучен ред, след което се

означава аниона с наставка -ат. Ако степента на окисление на някой

от катионите е непостоянна, тя се указва с римска цифра. Наличието

на кристализационна вода се означава с хидрат:

NаТl(NО3)2 - натриев талиев (I) нитрат

(NH4)2Zn(SO4)2·6H2O - диамониев цинков сулфат

хексахидрат

12. 4. Комплексни съединения

Формули на комплексните съединения

Комплексният йон се огражда със средни скоби, като в него

от ляво надясно се записват комплексообразувателят (М), а след това

знаците на лигандите (L), като с n се указва техния брой. Йоните от

външната координационна сфера (ако има такива) се записват отляво,

ако са катиони (Men+

) и отдясно, когато са аниони (Х-):

[MLn]; Ме+[МLn]

-; [MLn]

+X

-

77

При наличие на няколко лиганди на първо място се пишат

електроотрицателните, след тях неутралните и накрая

електроположителните. Когато лигандите са с еднакъв заряд,

подреждането им става по азбучен ред, без да се взимат предвид

числовите представки.

Наименования на лигандите

Имената на катионните и неутралните лиганди не се

променят, докато анионните получават окончание -о:

формула анион лиганд

2

3CO карбонат карбонато

2

4SO сулфат сулфато

2

42OC оксалат оксалато

Лигандите, чиито аниони завършват на -ид имат видоизменени

названия:

Формула Анион лиганд

CN- цианид циано

F- флуорид флуоро

Cl- хлорид хлоро

Br- бромид бромо

I- йодид йодо

OH- хидроксид хидроксо

2NO нитрит нитро

H- хидрид хидро

O2-

оксид оксо

Някои неутрални лиганди имат специални наименования:

Н2О - аква; NН3 - амин; СО - карбонил; NO - нитрозил.

Наименования на комплекснитe съединения

Съединения с комплексни катиони (катионни комплекси)

Систематичните им наименования се образуват като първо

се изброяват в следния ред анионните, неутралните и катионните

лиганди със съответните числови представки. Следва българското

название на комплексообразувателя с окончание -ов, -ев, -ен. При

необходимост степента на окисление на комплексообразувателя се

означава с римска цифра в скоби след наименованието му, или се

посочва заряда на комплексния йон. Накрая се посочват анионите от

78

външната координационна сфера:

[Аg(NН3)2]Сl - диаминсребърен(І) хлорид (наименование по

Щок); диаминсребърен (1+) хлорид (наименование по Ивънс

- Басет).

[Zn(H2O)4](ОН)2 - тетрааквацинков хидроксид

[СrCl2(H2O)4]Cl - дихлоротетрааквахромен(III) хлорид;

дихлоротетрааквахромен(1+) хлорид

Съединения с комплексни аниони (анионни комплекси)

Най-напред се посочват катионите от външната

координационна сфера на български език с наставки за прилагателни

имена -ов, -ев, -ен. След това се изброяват лигандите с числовите им

представки и накрая комплексообразувателя. Наименованието на

последният е образувано от корена на латинското название на

елемента и наставката -ат:

K2[Cu(CN)4] - калиев тетрацианокупрат(II), (по Щок); калиев

тетрацианокупрат (2-), (по Ивънс - Басет).

K4[Fe(CN)6] - калиев хексацианоферат(II); калиев

хексацианоферат(4-)

Na2[PtCl(OH)5] - натриев хлоропентахидроксоплатинат(IV);

натриев хлоропентахидроксоплатинат(2-)

K[Ag(CN)2] - калиев дицианоаргентат

Съединения без външна координационна сфера

(неутрални комплекси)

Отначало се изброяват лигандите с числовите им

представки, а след това се указва комплексообразувателя с

българското му наименование (без наставка или окончание).

Степента на окисление на последия се посочва чрез числото на Щок:

[Cr(C6H6)2] - дибензенхром(0)

[Co Cl3(NH3)3] - трихлоротриаминкобалт(III)

[Fе(СO)5] - пентакарбонилжелязо(0)

79

Използвани литературни източници:

1. Георгиев, Г., З. Кирчева-Василева, И. Дуков, М. Захариева, Н.

Иванова, Р. Шопова, Р. Пройнова-Механджиева, С. Ангелов,

Ръководство за лабораторни упражнения по обща и

неорганична химия, Нови знания, София (2001).

2. Останкевич, Н. А., Практикум по неорганической химии

(1987).

3. Манев, Ст., В. Димитрова, Ръководство за упражнения по

обща химия, Висш педагогически институт, Благоевград

(1990).

4. Манолов, К., А. Кожухарова, Б. Ангелов, Н. Мотеков,

Ръководство за стехиометрични изчисления и лабораторни

упражнения по неорганична химия, Техника, София (1977).

5. Яцимирский, К. Б., Кинетические методы анализа, Химия,

Москва (1967).

6. Воробьева, О. И., Е. А. Ипполитова, О. Г. Немкова, К. М.

Дунаева, Н. С. Тамм, Практикум по неорганической химии,

Изд. Моск. Унив., Москва (1976).

7. Воскресенский, П. И., Техника лабораторхых работ,

Госхимиздат, Москва (1947).

8. Баларев, Д., Н. Х. Коларов, Ръководство за лабораторни

упражнения по неорганична химия, Техника, София (1972).

9. Киркова, Е., Вещества с висока чистота, Унив. Изд. “Св.

Климент Охридски”, София (1994).

10. Табакова, В., Г. Димитров, Ръководство за лабораторни

упражнения по химия, Наука и изкуство, София (1989).

11. Оганесян, Э. Т., Руководство по химии, Высшая школа,

Москва (1987).

12. Генов, Л., М. Манева-Петрова, Неорганична химия I част,

Наука и изкуство, София (1990).

13. Лидин Р., Л. Андреева, В. Молочко, Справочник по

неорганической химии, Химия, Москва (1987).

14. Карякин, Л., И. Ангелов, Чистые химические реактивы,

Госхимиздат, Москва (1955).

15. Пенчев, Н., Б. Загорчев, Курс по аналитична химия, Наука и

изкуство, София (1952).

16. Райчева С., И. Ненов, Е. Соколова, Л. Андреева, Ж. Георгиев,

Ръководство за упражнения по физикохимия, Техника, София

(1978).

80

17. Дафинова Р., В. Пелова, Е. Радков, Л. Григоров, Неорганична

химия в упражнения и задачи, Университетско издателство

“Св. Климент Охридски”, София (1995).

18. Йорданова С., Р. Виденова, Д. Чолакова, Ръководство за

упражнения по химия, Техника, София (1984).

19. Димитрова В., М. Митов, Ст. Манев, Практикум по

неорганична химия, Печатна база при ВПИ “Неофит Рилски”

Благоевград (1991).

20. Манолов К., А. Кожухарова, Н. Дириманова, Н. Мотеков, Б.

Ангелов, Н. Кирова, Ръководство за стехиометрични

изчисления и лабораторни упражнения по неорганична

химия, Наука и изкуство, София (1990).

21. Глинка Н .Л., Задачи и упражнения по общей химии, Химия,

Ленинград (1988).

22. Скопенко В. В., В. В. Григорьева, Координационная химия.

Практикум., Вища школа, Киев (1984).

23. Васильева З. Г., А. А. Грановская, А. А. Тапарова,

Лабораторные работы по общей и неорганической химии,

Химия, Ленинград (1986).

24. Гольбрайх З.Е., Сборник задач и упражнений по химии,

Высшая школа, Москва (1976).

25. Кульба Ф. Я., Руководство к лабораторным работам по общей

и неорганической химии, Химия, Ленинград (1976).

26. Ключников Н.Г., Неорганический синтез, Просвещение,

Москва (1988).

27. Бокий Г. Б., Н. А. Голубкова, Введение в номенклатуру

ИЮПАК, Наука, Москва (1989).

28. Shriver D. F., P. W. Atkins, Inorganic chemistry, University press,

Oxford (2004).

29. Иванова М. А., М. А. Кононова, Химический

демонстрационный эксперимент, Высшая школа Москва

(1984).

30. Върбанова С., Ст. Червенков, Д. Данаилов, Ръководство за

упражнения по обща и органична химия, Земиздат, София

(1988).

31. Дамянова Л., Ал. Алексиев, Б. Чемишев, М. Щерева, Е.

Балтова, Ръководство за практически упражнения по химия,

Наука и изкуство София (1981).

32. Близнаков, Г., Л. Боянова, Р. Манева, К. Николов, Химия и

опазване на оклоната среда, 11 клас профилирана подготовка,

Просвета, София (2002).

81

33. Лазаров, Д., Обща и неорганична химия, Наука и изкуство,

София (1988).

34. Лазаров, Д., Неорганична химия, Унив. Издат. “Св. Кл.

Охридски”, София (1999).

35. Дуков, И. Химични изчисления, Нови знания, София (2000).

36. Угай, Я. А., Неорганическая химия, Высшая школа, Москва

(1989).

37. Дафинова, Р., Е. Радков, С. Манев, В. Пелова, Лабораторни

упражнения и задачи по неорганична химия, “св. Кл.

Охридски”, София (2000).

38. Rydberg, J., M. Cox, C. Musikas, G. Choppin, Solvent extraction

principles and practice, Marcel Dekker, New York (2004).

39. Якимов, М. А., Основы неорганического синтеза,

Ленинградского университета, Ленинград (1978).

40. Ключников, Н. Г., Руководство по неорганическому синтезу,

Химия, Москва (1965).

41. Новиков Г.И., Лабораторный практикум по общей и

неорганической химии, Вышэйшая школа, Минск (1989).

42. Хомченко Г.П., Практикум по общей химии и качественному

анализу, Изд. Московского университета (1961).

43. Семишин В.И., Практикум по общей химии, Химия, Москва

(1967).

44. Ковачев Ц., Неорганична химия, Наука и изкуство, София

(1992).

45. Високов Г., М. Панайотова, Обща и неорганична химия, МГУ

“Св. И. Рилски”, София (2001).

46. Воскресенский, П. И., Техника лабораторных работ, Химия,

Москва (1967).

47. Ронков Б., Обща химия, Земиздат, София (1976).

48. Кратка химическа енциклопедия I и II том, Изд. Техника,

София (1981).

49. Зайцев И. Д., Г. Г. Асеев, Физикохимические свойства

бинарных и многокомпонентных растворов неорганических

веществ.

50. Балезин С. А., Б. В. Ерофеев, Н. И. Подобаев, Основы

физической и колоидной химии, Просвещение, Москва

(1975).

51. Еленкова Н., Д. Бойкова, Е. Митрополитска, А. Алексиева,

Примери и задачи от теорията и практиката на аналитичната

химия, Техника, София, 1970.