Кристаллизация ацетата натрия. Исследование кристаллов на приборе NanoEducator LE

 

Ацетат натрия CH₃COONa·3H₂O представляет собой бесцветные кристаллы, легко растворимые в воде. Как видно из формулы, соль образует кристаллогидрат с тремя молекулами воды. [15]

Для изучения ацетата натрия нами были выращены его кристаллы.

Методика работы:

Кристаллогидрат ацетата натрия осторожно нагреваем - он расплавляется¹. Но это плавление не совсем обычное - соль растворяется в собственной кристаллогидратной воде. При охлаждении такой раствор застывает, превращаясь в белую массу, похожую на лед - произойдет кристаллизация, которая к тому же сопровождается

значительным выделением тепла.

Подобным образом ведут себя и некоторые другие соли, например - хромокалиевые квасцы KCr(SO₄)₂·12H₂O. Для сравнения с кристаллами ацетата натрия также был выращен кристалл сульфата(III) хрома-калия. (более подробная информация по сравнению кристаллов приложена далее) Однако ацетат натрия склонен образовывать пересыщенные растворы - т.е. растворы, которые содержат вещества больше, чем может раствориться при данной температуре. Если твердый ацетат натрия (с небольшими добавками воды) нагреть на водяной бане в закрытой колбе, он постепенно расплавится, образуя насыщенный раствор. Насыщенный - при температуре горячей водяной бани.

 

_________________________________________________

1Перед плавлением в колбу с твердым ацетатом натрия нужно добавить немного воды. Если в растворе будет слишком мало воды, то при охлаждении раствор ацетата натрия начнет кристаллизоваться еще горячим (т.е. холодный пересыщенный раствор не образуется). В некоторых случаях наблюдается неполное плавление (растворение) соли: часть кристаллов останется, несмотря на нагревание. [1]

 

Теперь снимем колбу с водной бани и оставим охлаждаться. Раствор постепенно остынет до комнатной температуры, растворимость соли значительно понизится, но кристаллизации не произойдет - образуется пересыщенный раствор. В закрытой колбе пересыщенный раствор может храниться днями, неделями, месяцами и даже годами. Но когда мы вносим ранее приготовленную затравку - небольшой кристаллик ацетата натрия - и сразу же произойдет кристаллизация.

Итак, проведем эксперимент.

Ход работы:

Возьмем колбу на 200-300 мл и насыпаем в нее ацетат натрия CH₃COONa·3H₂O - приблизительно на 2/3 объема. Добавляем примерно 7-10 мл дистиллированной воды. При этом стараемся смыть вниз кристаллы, прилипшие к горлышку колбы. Колбу плотно закрываем резиновой или корковой пробкой и ставим на водяную баню. По мере того, как вода будет нагреваться, ацетат натрия начнет растворяться в собственной кристаллизационной воде. Аккуратно перемешиваем содержимое колбы. Необходимо добиться полного растворения соли - чтобы внутри колбы не осталось кристаллов. Если на поверхности раствора образуется пленка или в нем плавают кристаллы, которые не желают растворяться – тогда открываем колбу и добавляем немного воды (примерно 5-10 мл). После полного растворения соли снимите колбу с водяной бани и дайте ей остыть до комнатной температуры. Этот процесс можно ускорить, поставив

колбу под струю холодной воды.

В результате эксперимента мы приготовили перенасыщенный раствор ацетата натрия. Добавили затравки в раствор. В месте, где затравки попали на поверхность раствора, началась быстрая кристаллизация. Весь раствор в колбе за несколько секунд превратился в белую массу, похожую на лед. Затвердеет даже пленка раствора на стенках колбы - образуя подобие морозных узоров. Колбу можно перевернуть вверх дном - из нее не вытечет ни капли. За счет тепла кристаллизации колба нагреется, в чем могут убедиться все желающие. Это явление используют в "соляных грелках" (о которых упоминается далее). Иногда кристаллизация начинается в момент открытия колбы - к пробке могли прилипнуть кристаллики, которые при ее открытии падают в раствор. Роль затравки могут играть не только кристаллы ацетата натрия, но и пыль или другие посторонние частицы, при этом нужно содержать чистоту.

Результаты опыта мы видим на фотографии.

Исследование кристаллов на приборе NanoEducator LE

 

На изображении мы видим образование кристаллов ацетата натрия. В основу легла реакция взаимодействия карбоната натрия и уксусной кислоты. При реакции выделяется большое количество углекислого газа (на изображении черные круги).

 

Уравнение реакции: Na₂СO₃+ +2CH₃COOH→2CH₃COONa+H₂O+CO₂

Мы видим центры кристаллизации ацетата натрия. Затемнено, изображены кристаллы более многослойные.