Тема 1 Початкові хімічні поняття

– Пригадайте з курсу природознавства, що таке атоми, молекули.

Вам уже відомо, що кожна речовина складається з елементарних частинок — атомів і молекул. Чиста речовина містить частинки однакового складу, які відрізняються від частинок іншої речовини. Від того, які саме частинки входять до складу речовини, залежать її властивості. Розрізняють чисті речовини та їх суміші.

Чисті речовини — це ті, що складаються з частинок певного виду та мають сталі фізичні властивості.

Абсолютно чисті речовини в природі не зустрічаються. Учені їх добувають різними способами та вивчають їхні властивості для використання в технічних і виробничих умовах.

– Назвіть суміші, якими ви користуєтеся в повсякденному житті. Подумайте й висловіть свої судження, чим відрізняються чисті речовини від їх сумішей.

Суміші. Як уже зазначалося, у природі здебільшого зустрічаються суміші речовин. Наприклад, гірські породи, нафта, газ, руди, вугілля, повітря, ґрунт, молоко. До складу сумішей можуть входити рідини, гази й тверді речовини.

Характерною особливістю сумішей є те, що в них кожна речовина зберігає свої індивідуальні властивості. Тому властивості сумішей визначаються сукупністю властивостей їх складових.

Утворюючи суміші, речовини змішуються в довільних кількостях. Розділити суміші на окремі речовини можна фізичними методами.

– Пригадайте з курсу природознавства, як можна розділити суміш цукру із залізними ошурками. Назвіть уже відомі вам способи розділення сумішей.

За розміром частинок суміші поділяють па однорідні й неоднорідні (рис. 29).

Рис. 29. Класифікація сумішей

Однорідними сумішами є повітря, мінеральна вода, бензин, розчини цукру, солі, оцтової кислоти у воді (рис. 30). У них не можна виявити складових частинок речовин навіть за допомогою збільшувальних приладів.

Суміші, у яких частинки дуже дрібні й не можна виявити їх за допомогою мікроскопа, називають однорідними. Суміші, у яких частинки речовини можна побачити неозброєним оком або за допомогою мікроскопа, називають неоднорідними.

Неоднорідними сумішами є молоко, яке розділяється під час відстоювання (рис. 31); граніт, у якому можна неозброєним оком виявити кварц, польовий шпат, слюду; суміш крейди з водою.

Рис. 30. Розчин купрум(ІІ) сульфату у воді (однорідна суміш)

Рис. 31. Молоко (неоднорідна суміш)

– Охарактеризуйте відомі вам способи розділення сумішей: відстоювання, фільтрування, дія магніту, випаровування й кристалізація, дистиляція.

Розглянемо способи розділення сумішей детальніше.

Відстоювання. Таким способом розділяють тверді речовини, що не розчиняються у воді, або рідини, що відрізняються густиною. Наприклад, суміш залізних ошурків із порошком сірки можна розділити двома способами: за допомогою магніту (рис. 32 а) або доливши води до суміші, що міститься в скляному циліндрі (рис. 32 б).

Рис. 32. Розділення неоднорідної суміші залізних ошурків із порошком сірки

– Поясніть самостійно, які властивості речовин використано для розділення зазначеної суміші відстоюванням.

Для розділення сумішей рідин, що характеризуються різними густинами, використовують ділильну лійку. Суміш рідин — олії та води — наливають у ділильну лійку. Після відстоювання суміш розділяється на два шари: знизу збирається рідина з більшою густиною, зверху — з меншою. Відкривають кран, і рідина, що зібралася знизу, стікає. У лійці залишається та, що має меншу густину.

– Поясніть, котра з рідин — олія чи вода — збереться у верхньому шарі.

Фільтрування. Цей спосіб використовують для розділення сумішей розчинних і нерозчинних у воді речовин. Наприклад, суміші крохмалю з глюкозою або кухонної солі з піском. Якщо до такої суміші долити води, то одна речовина розчиниться, а інша — ні. Під час фільтрування розчинна речовина просочується крізь фільтр, а нерозчинна осідає на його поверхні. Розчин, що збирається в склянці (рис. 33 а, с. 42), називають фільтратом. Фільтром можуть бути фільтрувальний (промокальний) папір, вата, щільна тканина, шар піску чи ґрунту. На водоочисних станціях, де очищають великі об’єми води, найчастіше використовують товстий шар чистого піску.

– Поясніть, які із зазначених в описі речовин є розчинними й містяться у фільтраті.

Випаровування. Скориставшись отриманим від фільтрування фільтратом, з розчину можна виділити розчинену речовину способом випаровування. Для цього фільтрат поміщають у порцелянову чашку й нагрівають до кипіння рис. 33 б). Під час кипіння вода випаровується, а розчинена речовина залишається на дні чашки. За неповного випарювання води утворюється концентрований розчин, який, охолоджуючись, кристалізується.

Отже, для повного розділення суміші крохмалю з глюкозою або кухонної солі з піском необхідно використати послідовно два способи розділення сумішей: відстоювання та випаровування з подальшою кристалізацією.

Рис. 33. Способи розділення сумішей: а — фільтрування; б — випаровування

Рис. 34. Прилад для дистиляції:

1 — колба; 2 — термометр; З — вихід нагрітої води; 4 — внутрішня трубка холодильника; 5 — холодильник; 6 — подавання холодно» води; 7 — склянка- збірник

Дистиляція. Цим способом розділяють рідини, що розчинені одна в одній, наприклад розчин спирту у воді. Спосіб грунтується на використанні різних температур їх кипіння. Суміш наливають у колбу та нагрівають до температури кипіння (рис. 34). Спирт переходить у пару за температури 78 °С, що можна визначити за допомогою вставленого в колбу термометра. Пара надходить у внутрішню трубку холодильника, конденсується й збирається в приймачі. Дистиляцію ще називають перегонкою. Цей спосіб має велике промислове значення.

– Визначте за довідником температуру кипіння оцтової кислоти й поясніть, чи можна виділити її в чистому вигляді.

У курсі природознавства ви вже ознайомилися зі способом очищення забрудненої кухонної солі. Під час випаровування фільтрату набули вмінь розділяти однорідні суміші. Вивчаючи курс хімії, ви навчитеся розділяти неоднорідні суміші. Для них характерно те, що частинки речовин, які утворюють цю суміш, є значно більшими та проявляють різні фізичні властивості. Використовуючи знання про фізичні властивості їхніх компонентів, пропонуємо виконати практичну роботу. Під час її виконання ви застосуєте різні способи розділення неоднорідних сумішей та набудете відповідних практичних павичок.

Розділення неоднорідної суміші

– Пригадайте правила безпеки під час роботи з речовинами.

Завдання. Для проведення практичної роботи можна взяти такі неоднорідні суміші: а) залізні ошурки, натрій хлорид, подрібнене деревне вугілля; 6) цукор, порошок магнію, тирса; в) мідні ошурки, пісок, натрій хлорид; г) порошок міді, цукор, подрібнене деревне вугілля.

Сформулюйте мету, опишіть обладнання та складіть план виконання дослідів.

Дії з дослідження та спостереження запишіть у зошит у вигляді таблиці.

Зробіть висновок про те, яких практичних умінь ви набули та яке їх значення.

• Існують чисті речовини й суміші речовин. У природі в чистому вигляді речовини майже не зустрічаються.

• Чисті речовини — це ті, що складаються з частинок певного виду й мають сталі фізичні властивості.

• У сумішах речовини зберігають свої властивості, тому кожну з них із сумішей можна виокремити. Суміші поділяють на однорідні й неоднорідні.

• Для розділення сумішей використовують такі способи: для неоднорідних сумішей — відстоювання, фільтрування, дію магнітом; для однорідних сумішей — випаровування, кристалізацію, дистиляцію.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

1. Назвіть суміші, що найчастіше трапляються в повсякденному житті, виходячи з власного досвіду.

2. Сформулюйте ваше розуміння чистих речовин і сумішей.

3. Наведіть приклади чистих речовин і їх сумішей, обґрунтуйте практичне значення.

4. Охарактеризуйте способи розділення сумішей:

а) однорідних; б) неоднорідних.

5. Поясніть, як розділити такі суміші:

а) олія та вода; б) порошки заліза й сірки; в) вода та спирт; г) порошки заліза й магнію; ґ) порошки заліза, міді та сірки; д) пісок, цукор і порошок заліза.

6. Обґрунтуйте й оцініть значення сумішей у житті людини та для вас особисто.

7. Доведіть важливість чистих речовин.

2. Однорідні суміші

Суміші можуть відрізнятися між собою не лише за складом, але і за зовнішнім виглядом. Відповідно до того, як виглядає ця суміш і якими властивостями вона володіє, її можна віднести або до однорідних (гомогенних), або до неоднорідних (гетерогенних) сумішей.

Однорідними називають такі суміші, в яких навіть за допомогою мікроскопу неможливо виявити частинки інших речовин .

Склад і фізичні властивості в усіх частинах такої суміші однакові, оскільки між окремими її складовими частинами відсутні поверхні розділу.

• азот (його об’ємна частка в чистому повітрі становить \(78\) % )
• кисень (\(21\) % )
• благородні гази — аргон та інші (\(0,96\) % )
• вуглекислий газ (\(0,04\) % ).

Газоподібної сумішшю є природний і нафтовий газ . Основними складовими частинами цих сумішей є газоподібні вуглеводні: метан, етан, пропан і бутан.

Газоподібною сумішшю є і такий поновлюваний ресурс, як біогаз , що утворюється при переробці бактеріями органічних залишків на звалищах, в ємностях очисних споруд і в спеціальних установках. Головна складова частина біогазу — метан , який містить домішки вуглекислого газу, сірководню та цілого ряду інших газоподібних речовин.

Cуміші газів: повітря і біогаз. Повітря використовується усіма живими організмами для дихання, а біогаз, отриманий із зеленої маси в спеціальних ємностях, використовувати як паливо.

Зазвичай так називають рідкі суміші речовин , хоча цей термін в науці має ширше значення: розчином прийнято називати будь-яку (в тому числі газоподібну і тверду) однорідну суміш речовин.

Важливим розчином, який трапляється в природі, є нафта . Рідкі продукти, які одержують при її переробці: бензин , газ , дизельне паливо , мазут , мастила — також представляють собою суміш різних вуглеводнів.

Щоб приготувати розчин, потрібно газоподібну, рідку або тверду речовину змішати з розчинником (водою, спиртом, ацетоном та ін.).

Нашатирний спирт отримують, розчиняючи у воді газ амоніак. У свою чергу, для приготування розчину йоду, кристалічний йод розчиняють в етиловому спирті.

Сплав (твердий розчин) може бути отриманий на основі будь-якого металу, і в його склад може входити безліч різних речовин.