Как приготовить перенасыщенный раствор сульфата меди

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Как приготовить перенасыщенный раствор сульфата меди

Перенасыщенный раствор содержит больше растворенного вещества, чем обычно может раствориться в растворе. Вы можете создать этот тип раствора, добавив растворенное вещество в нагретую воду, что позволяет раствору удерживаться дольше, чем обычно.

Когда этот перенасыщенный раствор охлаждается, избыток растворенного вещества будет оставаться растворенным до тех пор, пока не произойдет нарушение, такое как добавление большего количества растворенного вещества. Таким образом можно создать перенасыщенный раствор сульфата меди (II).

Наденьте резиновые перчатки и защитные очки. Наполните химический стакан дистиллированной водой. Оставьте немного места вверху, чтобы раствор не переливался во время перемешивания.

Нагрейте стакан с водой на горячей плите. Любое повышение температуры приведет к увеличению количества сульфата меди (II), которое вы можете добавить в раствор. При 100 градусах Цельсия растворимость сульфата меди (II) составляет 736 граммов на килограмм воды. Вам не нужно так сильно нагревать воду; где-нибудь рядом с точкой кипения будет достаточно.

Следите за температурой воды с помощью термометра. Прекратите нагревать воду, как только она приблизится к температуре кипения 100 градусов по Цельсию.

Добавьте сульфат меди (II) и перемешивайте, пока нагретый раствор не станет насыщенным. Когда раствор станет насыщенным, сульфат меди (II) больше не будет растворяться.

Дайте раствору остыть. Когда раствор остынет, это будет перенасыщенный раствор сульфата меди (II). Убедитесь, что в раствор во время охлаждения не попадают частицы, которые могут вызвать осаждение избыточного сульфата меди (II).

Добавьте твердый сульфат меди (II) в перенасыщенный раствор или дайте раствору испариться, если вы хотите вызвать кристаллизацию.

Источник

Как приготовить перенасыщенный раствор сульфата меди

В позапрошлом номере мы уже рассказывали, как быстро вырастить кристаллы медного купороса [1]. Для этого нужно растворить медный купорос в горячей воде, охладить раствор, опустить в него нитку с затравкой (или просто нитку) и подождать несколько часов. На нитке вырастут кристаллы медного купороса размером до сантиметра, которые будут образовывать большие сростки, словно мидии.

Если вы хотите вырастить большой кристалл, придется поступить совсем по-другому. Сначала нужно приготовить насыщенный раствор соли, в нашем случае — медного купороса. Насыщенным называется раствор, который находится в равновесии с нерастворенным веществом (твердым, жидким или газообразным). Следовательно, насыщенный раствор содержит максимальное количество вещества, которое может раствориться при данной температуре. Чтобы приготовить насыщенный раствор медного купороса, сначала рассчитаем, сколько нужно взять соли.

Растворимость медного купороса при 20°С составляет 35.6 г в 100 г воды. Например, если вы взяли 200 мл воды, значит необходимо 35.6·200/100= 71.2 г CuSO₄ · 5H₂O. А как быть при других температурах? С ростом температуры растворимость сульфата меди сначала увеличивается, потом почти перестает зависеть от температуры [2]. Поэтому, чтобы исключить влияние колебаний температуры в лаборатории, точности взвешивания и других факторов возьмите количество медного купороса, раза в полтора большее расчетного. Например, в нашем случае это 71.2·1.5 ≈ 107 г. Залейте соль водой и оставьте примерно на сутки, время от времени перемешивая. Когда растворение медного купороса прекратится, и наступит равновесие, профильтруйте раствор через неплотную фильтровальную бумагу или вату. Избыток соли останется на фильтре — его можно снова высушить и использовать повторно. Налейте полученный раствор в стакан или банку. Теперь выберите крупный и хорошо сформированный кристаллик и привяжите его к нитке. Кристаллик послужит затравкой. Привяжите второй конец нитки к карандашу или стеклянной палочке и опустите затравку в раствор. Накройте стакан марлей — для защиты от пыли. Все, что остается — ждать. Через несколько дней рост кристалла будет виден визуально, за неделю может вырасти кристалл длинной в 1 см, за три-пять недель — 5 см. Если в стакане образуется осадок мелких кристалликов — перелейте раствор в чистый стакан и перенесите в него кристалл. В ходе нашего эксперимента такую процедуру пришлось проделать несколько раз. Со временем на нитке тоже образуются мелкие кристаллики, которые начинают расти. Избежать этого сложно, можно разве что поднять кристалл повыше, чтобы меньший отрезок нитки контактировал с раствором. Во время эксперимента возникла идея использовать вместо хлопчатобумажной нитки тонкую медную проволочку или капроновую нить, однако на них затравка росла значительно хуже. Эксперимент длится от нескольких недель до одного-двух месяцев.

К сожалению, на воздухе кристаллы медного купороса теряют часть своей воды, при этом происходит их выветривание (разрушение). Чтобы кристаллы медного купороса сохранились дольше, поместите их в плотно закрытую банку и храните в прохладном помещении.

Если в начальной стадии эксперимента у вас растворилась затравка, значит, раствор не был насыщенным. Причин может быть несколько. Во-первых, исходный раствор мог недостаточно долго контактировать с кристаллами и не успел стать насыщенным. Во-вторых, растворимость медного купороса растет с температурой. Если вы приготовите насыщенный раствор и опустите в него кристаллик, а потом в комнате потеплеет, растворимость возрастет, и затравка может раствориться. В любом случае, добавьте в раствор еще несколько ложек купороса, перемешайте его, и дайте постоять (а потом снова профильтруйте).

Выращивание кристаллов требует труда и много терпения, но результат может очень приятно вас удивить.

__________________________________________________
1 См.статью Как быстро вырастить кристаллы медного купороса. Химия и Химики № 2 (2010) [ссылка]

2 Растворимость безводного сульфата меди при разных температурах составляет (г/100 г воды): 14.3 (0°С), 17.2 (10°С), 20.5 (20°С), 22.3 (25 °С), 39.5 (60 °С), 77.0 (100°С) — Б.Н. Никольский (ред.) Справочник химика, т.3, С. 194 [ссылка]

Источник

Химик.ПРО – решение задач по химии бесплатно

Вычислить массу медного купороса (CuSO₄ ∙ 5H₂O) и воды (H₂O), необходимых для приготовления 640 грамм раствора с массовой долей сульфата меди (II) (CuSO₄) 10%.

Найдем, какая масса сульфата меди (II) содержится в 640 г 10-процентного раствора по формуле:

Если раствор 10-процентный, то массовая доля сульфата меди (II) (CuSO₄) в нем 0,1.

m (CuSO₄) = 640 ∙ 0,1 = 64 (г).

Рассчитаем молярные массы сульфата меди (II) (CuSO₄) и медного купороса (CuSO₄ ∙ 5H₂O):

M (CuSO₄ ∙ 5H₂O) = 160 + 5 ∙ 18 = 250 (г/моль).

Учитывая, что в 1 моль медного купороса (CuSO₄ ∙ 5H₂O) содержится 1 моль сульфата меди (II) (CuSO₄)и что молярные массы медного купороса (CuSO₄ ∙ 5H₂O) и сульфата меди (II) (CuSO₄) соответственно равны 250 и 160 г/моль, вычислим массы данных веществ по формуле, устанавливающей связь между массой и химическим количеством вещества:

Найдем, какое количество (в г) кристаллогидрата (медного купороса (CuSO₄ ∙ 5H₂O)) содержит 64 г сульфата меди (II) (CuSO₄). Составим пропорцию:

в 250 г CuSO₄ ∙ 5H₂O содержится 160 г

в г CuSO₄ ∙ 5H₂O содержится 64 г CuSO₄

Таким образом, масса медного купороса (CuSO₄ ∙ 5H₂O), которую необходимо взять для приготовления заданного раствора, равна 100 г.

Вычислим массу воды, которую нужно взять для приготовления заданного раствора, по формуле:

m (H₂O) = 640 – 100 = 540 (г).

Ответ: масса медного купороса равна 100 грамм, масса воды равна 540 грамм.

Источник

Выращиваем кристалл медного купороса (быстрый способ)

Кристалл… От этого слова прямо-таки веет магией. Не знаю как насчет магических свойств кристаллов, а вот разнообразными полезными физическими свойствами они точно обладают. Кристаллы широко применяются в современной электронике, оптике и других областях техники. Ну и, конечно же, кристаллы просто красивы. Они притягивают взор своей правильной формой и природной симметрией. Причем это касается не только драгоценных кристаллов, но и кристаллов, выращенных из подручных средств.

Мы уже кое-что знаем о кристаллическом состоянии вещества из статьи о кристаллах. Настало время перейти к практическим занятиям 🙂

Эксперимент по выращиванию кристаллов имеет ряд особенностей. Одной из таких особенностей является длительность проведения опыта. Дело все в том, что хороший и красивый, а, главное, большой кристалл нельзя вырастить быстро. На это нужно время. Именно поэтому опыт по выращиванию кристаллов в течение девяти дней развивался в рубрике Живой эксперимент, где вы могли наблюдать за ходом процесса и, даже может быть, вести параллельно свой эксперимент. Эта статья является обобщением полученных в ходе опыта сведений. Итак, инструкция для тех, кто хочет сам вырастить кристалл.

Для этого нам понадобятся:

• Вода
• Емкость, в которой будет расти кристалл. Лучше всего, если емкость будет прозрачной, например, стеклянная банка. В этом случае будет удобно наблюдать за течением процесса.
• Небольшой кусочек картона, чтобы вырезать крышечку для емкости
• Воронка
• Фильтровальная бумага или любой материал, с помощью которого можно будет профильтровать раствор. Можно использовать салфетку.
• Нитка. Лучше взять нитку потоньше и более гладкую, например, шелковую.
• Ну и, конечно же, то вещество, из которого мы будем выращивать кристалл. В опыте используется медный купорос. Кристалл из него должен получиться красивого голубого цвета. К тому же достать медный купорос довольно просто – обычно он продается в любом садово-огородном магазине. Если же вам не удалось найти медный купорос или просто лень идти в магазин, то можно использовать любое кристаллическое вещество, например, обычную поваренную соль или сахар.

Перед началом опыта я вас должен предупредить на случай, если вы захотите повторить его, о мерах личной безопасности. Вы будете работать с химическими веществами, которые могут принести вам вред. Не используйте для своего опыта пищевые емкости, пользуйтесь защитными средствами (перчатки, очки), тщательно мойте свою лабораторную посуду. При попадании химических веществ на кожу или в глаза, тщательно промойте их водой. При попадании внутрь – обратитесь к врачу.

Ну вот, с формальностями покончено, приступим.

Как я уже говорил, выращивание кристаллов – это процедура, имеющая некоторые особенности. Еще одна особенность этого опыта помимо длительности – это необходимость выращивания так называемой затравки, т.е. небольшого кристаллика, на основе которого будет расти большой кристалл. Можно обойтись и без затравки, но в таком случае сложно вырастить красивый монокристалл. Поэтому лучше все-таки затравку вырастить, тем более, что в этом нет ничего сложного.

Приготовим насыщенный раствор.

Насыпем в стеклянную емкость немного медного купороса (здесь и далее я буду говорить о медном купоросе, поскольку именно он участвует в опыте, вы же используйте то вещество, которое удалось найти).

Заливаем соль (а медный купорос является серно-медной солью) небольшим количеством горячей воды. Использование горячей воды обязательно, т.к. при повышенной температуре увеличивается растворимость солей.

Лучше поместить емкость на водяную баню, чтобы раствор не охлаждался раньше времени.

Размешиваем соль до растворения, а затем добавляем еще соли и снова размешиваем. Так повторяем до тех пор, пока соль не перестанет растворяться в воде.

Таким образом, мы получили насыщенный раствор соли.

Теперь полученный раствор нужно профильтровать. Сделать это нужно для того, чтобы в растворе не осталось посторонних частиц, например, пыли или примесей. Посторонние частицы могут служить дополнительными центрами кристаллизации, т.е. вокруг них начнут образовываться другие кристаллики, а нам этого не нужно. На данной стадии эксперимента это не очень критично, но позднее чистота раствора будет очень важна.

После того как профильтровали, в раствор нужно кинуть несколько кристалликов соли – на них и начнут образовываться затравки.

Теперь емкость нужно поместить в такое место, где будет обеспечен более-менее постоянный температурный режим (подоконник для этого замечательно подходит), и чем-нибудь прикрыть, чтобы не допустить попадания посторонних примесей.

Раствор начнет охлаждаться и пересыщаться, т.е. соли начнет становиться в растворе больше, чем она может раствориться при данной температуре. Соль начнет кристаллизоваться, а центрами кристаллизации станут те крупинки соли, которые мы добавили в насыщенный раствор. Ждать нужно будет дня 2-3. После этого приступим к следующей стадии эксперимента.

Видно, что на дне сосуда стали образовываться кристаллики.

Кристаллики подросли. В принципе, их размера достаточно для использования в качестве затравки, но я попробую выдержать их еще один день.

Ну что ж, прошло уже достаточно времени, и у нас сформировался неплохой материал для затравки. Осталось выбрать подходящего кандидата.

Уже довольно красиво, не правда ли? Но мы на достигнутом останавливаться не будем и продолжим наш эксперимент.

На вид кажется, что образовавшаяся масса кристалликов представляет собой монолит, но на самом деле разделить кристаллики не представляет особого труда.

Постарайтесь выбрать кристаллик наиболее правильной формы. Я выбрал далеко не самый большой из имеющихся, но его форма мне понравилась больше всего. Чем правильнее будет форма затравки, тем правильнее в дальнейшем будет форма кристалла. Чтобы были более понятны размеры затравки, я рядышком положил спичку.

Теперь нужно к затравке привязать нитку. Как я писал в начале статьи, лучше взять нитку менее ворсистую, чтобы на ее торчащих ворсинках не образовывались побочные кристаллы. Не используйте в качестве подвеса проволоку.

Теперь нитку с затравкой нужно продеть через крышку емкости и закрепить на обратной стороне. Закрепить нужно так, чтобы в любой момент была возможность отрегулировать высоту подвеса. К примеру, можно с обратной стороны намотать излишек нитки на спичку или закрепить нитку скрепкой.

Теперь нам нужно приготовить свежий раствор соли. Делается он таким же способом как и для затравки: растворение в горячей воде соли, пока она не перестанет растворяться, фильтрация раствора. В этот свежий раствор мы и помещаем нашу затравку. Проследите, чтобы затравка не касалась дна и стенок емкости, иначе кристалл начнет расти неправильной формы.

И вот теперь у нас есть два пути. Первый — более сложный. Он требует больше внимания и усилий. Дело в том, что наиболее красивые и правильные по форме кристаллы получаются, когда процесс кристаллизации идет медленно. Следовательно, нам нужно обеспечить плавное охлаждение раствора соли. Для этого нужно нашу емкость с затравкой помещать в термососуды, постоянно контролировать температуру раствора. Говоря простым языком, возни довольно много. Но и награда за такие усилия стоящая — кристалл получится максимально чистый и правильной формы.

Второй путь гораздо проще. Вы поместили затравку в горячий раствор и можете на какое-то время про него забыть, предоставив процесс кристаллизации на волю случая. При этом способе растущий кристалл может не быть идеальной формы, но процесс роста будет быстрее.

Я выбрал второй путь. В конце-концов, пройдя по более простому пути и получив некоторый опыт, я всегда могу проделать и более сложный вариант эксперимента. К тому же нужно иметь ввиду, что быстрый вариант опыта – это вовсе не означает, что его можно провести за пару часов. Даже при ускоренном опыте кристалл будет расти несколько дней. В случае же длительного варианта эксперимент может растянуться на 1 – 2 месяца.

Но и в том и другом случает нужно следить за ростом кристалла. Лишний раз доставать кристалл и трогать его не нужно — это может сказаться на его форме. Если на кристалле или нитке стали образовываться побочные кристаллики, их нужно аккуратно снимать, чтобы они также не портили форму основного кристалла.

И еще один момент. Если вы опустили в раствор затравку, а она не стала увеличиваться, а совсем наоборот, растворяется, то это означает, что вы приготовили ненасыщенный раствор. Процедуру приготовления раствора придется повторить.

Итак продолжаем следить за ростом кристалла. Если у вас возникли вопросы, можете обратиться ко мне в комментариях или через форму обратной связи.

За сутки кристалл значительно вырос. На фото кристалл в сравнении со спичкой и кристалликом — дублером затравки, который я вчера оставил на всякий случай.

Однако, как видите, форма кристалла не идеальна, имеется множество дефектов. Это результат быстрого роста кристалла. Но он мне все равно нравится 🙂

Я обновил раствор так, как это делал раньше, и снова опустил туда кристалл. Так как размеры кристалла значительно увеличились по сравнению с предыдущим днем, потребовалась корректировка высоты подвеса затравки. Эксперимент продолжается.

Кристалл подрос. Снова обновил раствор медного купороса.

Кристалл уже еле влезает в мой стакан! Не забываем очищать нить от наростающих маленьких кристалликов.

Ну, вот и наступил, я считаю, последний день эксперимента. Последний не потому, что далее кристалл расти не сможет, а потому, что в моей лабораторной посуде ему стало тесновато. Достаем кристалл, обрезаем ему под самый корень ниточку и промакиваем салфетками. От любования своим произведением искусства нас отделяет один шаг. Дело в том, что если оставить кристалл как есть, он довольно скоро разрушится. Чтобы этого не произошло, его нужно «одеть» в защитную оболочку. Самый лучший вариант, это покрыть его прозрачным лаком. Можно и поместить его в герметично закрывающуюся посуду, например, в банку. Но мне кажется, что наилучший вариант — это все же покрыть его лаком. Это придаст ему дополнительный блеск, да и наблюдать его можно будет, что называется, вживую, а не через стекло.

А вот теперь можно и хорошенько рассмотреть кристалл. Конечно, его форма не получилась идеальной. Но я нарочно выбрал быстрый путь роста кристалла вместо качественного. В любом случае, я остался доволен полученным результатом. За девять дней кристалл вырос более чем на семь сантиметров в длину — довольно неплохой результат!

Я даже захотел дать ему название. Дают же крупным и уникальным драгоценным камням имена. Например, как знаменитому бриллианту дали название «Граф Орлов». Мой кристалл, конечно, далеко не бриллиант, но мне он по-своему дорог 🙂 Поэтому не без доли юмора, я решил назвать получившийся семисантиметровый камушек Малышом.

На этом эксперимент можно считать оконченным. А в завершении — несколько фоток Малыша.

Источник