Φυσικές σταθερές των χημικών ουσιών 🌡️

Χημικές ενώσεις και χημικά στοιχεία: μια υπενθύμιση

Το νερό, όταν διασπάται, δίνει δύο αέρια: το υδρογόνο και το οξυγόνο. Το νερό είναι χημική ένωση, ενώ το υδρογόνο και το οξυγόνο, που δεν διασπώνται σε απλούστερες ουσίες, είναι χημικά στοιχεία.

Οι χημικές ενώσεις δεν είναι μείγματα χημικών στοιχείων. Είναι νέες ουσίες, με εντελώς διαφορετικές ιδιότητες από τις ιδιότητες των στοιχείων από τα οποία αποτελούνται. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους μπορούμε να διαπιστώσουμε αν ένα δείγμα υλικού αποτελείται από μία μόνο ουσία ή είναι μείγμα ουσιών.

Σημείο βρασμού καθαρού νερού και υδατικών διαλυμάτων

Σε δύο ποτήρια ζέσεως (Α και Β) των 100 mL βάζουμε: στο Α, 70 g απιονισμένο νερό· στο Β, 70 g νερό και 20 g μαγειρικό αλάτι. Στο ποτήρι Α τοποθετούμε έναν αισθητήρα θερμοκρασίας, συνδεδεμένο με υπολογιστή, ώστε να καταγράφουμε τη θερμοκρασία του νερού σε συνάρτηση με τον χρόνο, και θερμαίνουμε.

Παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού ανεβαίνει σταδιακά. Στους 100 °C, που είναι το σημείο ζέσεως του νερού, η θερμοκρασία σταθεροποιείται και το νερό βράζει, μέχρι να εξατμιστεί πλήρως.

Επαναλαμβάνουμε την ίδια διαδικασία με το ποτήρι Β (το αλατόνερο) και παρατηρούμε ότι το διάλυμα δεν βράζει σε μια σταθερή θερμοκρασία.

Από τα πειράματα αυτά διαπιστώνουμε ότι:

Το νερό, που είναι μία μόνο ουσία, έχει ορισμένο σημείο ζέσεως, το οποίο κατά τη διάρκεια του βρασμού παραμένει σταθερό.
Το αλατόνερο, που είναι μείγμα, δεν έχει σταθερό σημείο ζέσεως — αυτό εξαρτάται από την περιεκτικότητά του, η οποία μεταβάλλεται καθώς εξατμίζεται το νερό.

Το ίδιο συμβαίνει και με τα σημεία τήξεως. Γενικά, οι χημικές ουσίες έχουν σταθερά σημεία ζέσεως και τήξεως, ενώ τα μείγματα όχι. Αυτή η ιδιότητα των χημικών ουσιών χρησιμοποιείται για τη διάκριση των ουσιών και για τον έλεγχο της καθαρότητας των δειγμάτων τους.

Εφαρμογή: αναγνώριση ουσίας από το σημείο τήξεως

Μια στερεή ουσία θερμάνθηκε και έλιωσε. Αν πρόκειται για μία από τις τέσσερις ουσίες του παρακάτω πίνακα, ποια μπορεί να είναι, αν η θερμοκρασία στην οποία τήκεται είναι 42 °C;

Ουσία	Σημείο τήξεως
Φαινόλη	41 °C
Βενζοϊκός ανυδρίτης	42 °C
Χλωροφαινόλη	43 °C
Νιτροφαινόλη	45 °C

Απάντηση: Βάσει του σχεδιαγράμματος, η θερμοκρασία στην οποία τήκεται η ουσία είναι 42 °C. Επομένως, η ουσία αυτή πρέπει να είναι ο βενζοϊκός ανυδρίτης.

Το σημείο τήξεως λειτουργεί σαν «δακτυλικό αποτύπωμα»

Παρατήρησε στον πίνακα πόσο κοντά είναι τα σημεία τήξεως τεσσάρων διαφορετικών ουσιών (41-45 °C). Παρόλα αυτά, κάθε ουσία έχει το δικό της, μοναδικό και σταθερό σημείο τήξεως, που δεν αλλάζει ποτέ. Γι' αυτό οι χημικοί χρησιμοποιούν τις φυσικές σταθερές σαν ένα είδος «ταυτότητας» για να αναγνωρίζουν άγνωστες ουσίες.

Διαφορές μειγμάτων και χημικών ουσιών

	Μείγμα	Χημική ένωση	Χημικό στοιχείο
Ανάλυση	Διαχωρίζεται στα συστατικά του με απόσταξη, διήθηση κτλ.	Διασπάται σε στοιχεία.	Δεν διασπάται περαιτέρω.
Ιδιότητες	Τα συστατικά του διατηρούν πολλές από τις ιδιότητές τους.	Είναι τελείως διαφορετικές από αυτές των στοιχείων της.	Είναι καθορισμένες.
Ποσοτική σύσταση	Ποικίλλει ανάλογα με την παρασκευή του.	Είναι πάντα σταθερή.	Είναι πάντα σταθερή.
Φυσικές σταθερές	Εξαρτώνται από την ποσοτική σύστασή του.	Είναι πάντα ίδιες.	Είναι πάντα ίδιες.

Ουσία εναντίον μείγματος — το κλειδί είναι η σταθερότητα

Μην κρίνεις αν κάτι είναι χημική ουσία ή μείγμα μόνο από την εμφάνισή του. Το αλατόνερο μοιάζει διαφανές σαν το καθαρό νερό, αλλά η ουσιαστική διαφορά φαίνεται στη συμπεριφορά του: το καθαρό νερό βράζει σε σταθερή θερμοκρασία (100 °C), ενώ το αλατόνερο όχι, γιατί η περιεκτικότητά του σε αλάτι αλλάζει καθώς εξατμίζεται ο διαλύτης.

Η «διαμάχη του νερού»

Την περίοδο 1781-1784 επιστήμονες όπως ο Πρίστλυ, ο Βατ, ο Κάβεντις και ο Λαβουαζιέ ασχολούνταν με τη σύνθεση του νερού από τον «εύφλεκτο αέρα». Η καλύτερη πειραματική απόδειξη για τη σύνθεση του νερού δόθηκε από τον Cavendish, ενώ τη σωστή ερμηνεία πρότεινε πρώτος ο Λαβουαζιέ. Το όνομα «υδρογόνο» δόθηκε στο νέο σύστημα ονοματολογίας του de Morveau και σημαίνει «αυτό που δημιουργεί το νερό» (από τις λέξεις ύδωρ και γεννώ).