Поміркуйте
Польський алхімік-філософ Міхал Сендзівуй і шотландський хімік Джозеф Блек намагалися довести, що повітря є сумішшю газів. Висловіть гіпотезу, у який спосіб вони це могли зробити. Які відомі вам гази можуть бути складниками повітрі?
Проводячи досліди з прожарюванням хімічних сполук на повітрі в закритих посудинах і вивчаючи властивості добутих ними газів, прийшли до висновків, що в повітрі містяться кисень ("їжа життя") і вуглекислий газ ("зв'язане повітря").
Отже, повітря є сумішшю газів, окремими складниками якої є кисень і вуглекислий газ.
Поміркуйте
Рівень води в куполі піднявся саме на таку висоту, бо під час горіння фосфору весь кисень витрачається, який займає 1/5 частини повітря, а цей простір під скляним куполом займає вода.
Вправа 64
Знайдіть інформацію щодо досліджень М. Сендзівуя та Дж. Блека. Результати яких експериментів цих науковців мали б підтвердити висновок, що повітря є сумішшю газів? Чи підтвердилася ваша гіпотеза, яку ви сформулювали під час уроку?
Алхімік-філософ Міхал Сендзівуй, прожарюючи селітру на повітрі в закритій посудині, прийшов до висновку, що повітря містить кисень, який назвав "їжею життя".
Шотландський хімік Джозеф Блек вивчав вуглекислий газ, який називав "зв'язаним повітрям". Спостерігав, що свічка, що горить у закритій посудині зі звичайним повітрям, гасне, а повітря, що залишилось, вже не підтримує горіння. Але коли адсорбував вуглекислий газ з повітря концентрованим лугом, то зауважив, що повітря, що залишалось, також не підтримувало горіння, хоч у ньому вже не було вуглекислого газу. Залишався азот, який вважався на той час флогістованим повітрям, а не окремою речовиною.
Дослідження М.Сендзівуя та Дж. Блека доводило, що в повітрі містяться кисень і вуглекислий газ. Це підтверджує гіпотезу, що повітря є сумішшю різних газів, а не речовиною. Таким чином, гіпотеза про те, що повітря є сумішшю газів доведена.
Вправа 65
Підготуйте повідомлення про встановлення складу повітря Генрі Кавендишем.
Англійський науковець Генрі Кавендиш здійснив перші досліди зі встановлення складу повітря. Він спалював різні речовини в повітрі й зафіксував, що завжди витрачалася однакова частка повітря. Після ретельних вимірів вчений дійшов висновку, що «звичайне повітря складається з однієї частини повітря без флогістону (кисню) та чотирьох частин повітря з флогістоном (азоту)». У результаті дослідів встановив основний склад повітря як суміш азоту і кисню. Отримуючи однакові результати, відхилив думку про різний склад повітря, відібраного у різних місцях (у лісі, на горі, тощо).
Вправа 66
Загальновідомо, що кисень украй необхідний для дихання. Утім у медицині відомий небезпечний стан — киснева інтоксикація, або отруєння киснем. У додаткових джерелах дізнайтеся про токсичність кисню та за яких умов він може бути небезпечним. Презентуйте результати вашого інформаційного дослідження в класі.
Тривале вдихання повітря, збагаченого киснем, небезпечне для здоров'я людини.
Киснева інтоксикація — це стан отруєння, що виникає при надмірному вдиханні кисню (більше 60% кисню понад кілька діб).
Токсичність кисню пояснюється тим, що кисень в організмі в надмірній кількості зумовлює руйнування еритроцитів, що виконують роль транспортування кисню до органів та тканин та виведення з них вуглекислого газу. Порушується виведення вуглекислого газу, адже гемоглобін, що міститься в них, має переносити вуглекислий газ до легень, залишається “зайнятим” киснем.
Умови, за яких кисень може бути небезпечним:
— дихання за підвищеним тиском. Виникає у професійних водолазів, любителів підводного плавання (дайвінгу), котрі під час глибоководних занурень використовують акваланги з різними повітряними сумішами залежно від глибини занурення;
— вдихання сумішей з високим вмістом кисню (понад 60%) протягом тривалого часу при звичайному тиску. Виникає при неправильній роботі барокамер, вживанні кисневих коктейлів людям із серйозними захворюваннями легень чи серця.
Ранніми симптомами кисневого отруєння є сухість в горлі, кашель та печіння за грудиною, а більш пізніми — можливі головний біль, запаморочення, тремтіння губ, а у важких випадках — судоми та втрата свідомості.
Вправа 67
Ознаки, за якими можна класифікувати повітря:
— місце знаходження (міське, лісове, морське), бо змінюється концентрація компонентів повітря.
— вологість (вологе чи сухе), бо кількість водяної пари в повітрі — це природний фактор, що впливає на здоров’я людей.
— висота над рівнем моря, бо атмосферний тиск впливає на щільність кисню в повітрі.
Вправа 68
Використовувати термін «молекула повітря» не можна, адже повітря — це не чиста речовина, а суміш газів (азоту, кисню, аргону тощо).
Вправа 69
За описом дослідження на с. 64 дайте відповіді на запитання
• Яка властивість атмосфери зумовлює підіймання рівня води?
Підіймання рівня води зумовлює існування атмосферного тиску. Оскільки частина повітря (а саме кисень) сполучилася з металом, то в колбі кількість (маса) газу зменшилася й, відповідно, тиск газу зменшився й атмосферний тиск "заповнив" водою звільнений простір. • Складіть хімічне рівняння горіння фосфору. 4P + 5O2 = 2P2O5
• Фосфор (V) оксид — тверда речовина. Яке явище під час досліду свідчить про це?
Поява "білого диму" — найдрібніших частинок твердого фосфор (V) оксиду, що утворюються під час згоряння фосфору.
• Якби продуктом згоряння фосфору була газувата речовина, то чи фіксували б ми такі самі результати?
Ні, не фіксували би. Беручи до уваги закон збереження маси речовин у хімічних реакціях, маса утвореного газу була б більшою, ніж маса кисню, що вступив в хімічну реакцію, тобто маса газу збільшилася б, тому збільшився б тиск газу в колбі й вода не заповнила б колбу.
• У порцеляновій чаші після припинення горіння ще залишився фосфор. Чи залишиться за цих умов кисень під куполом?
Горіння припинилося, значить весь кисень витратився, адже кисень — єдиний газ в складі повітря, що підримує горіння. За цих умов кисень під куполом не залишиться.
• Чи змогли б ви зробити такий самий висновок, якщо б фосфор згорів повністю?
Не змогли б, адже тільки в умовах надлишку фосфору можна говорити, що в реакцію вступив повністю весь кисень.
• Як впливає зміна температури газової суміші під час згоряння на рівень води під куполом?
Під час згоряння фосфору температура газової суміші підвищується, унаслідок чого газ розширюється, і його тиск збільшується, що перешкоджає підійманню рівня води. Після того, як горіння припиниться і під куполом газова суміш охолоне, тиск газу зменшиться й рівень води під куполом почне підійматися.
Вправа 70
Для експерименту зі встановлення складу повітря Генрі Кавендиш змішав азот, виділений із повітря, з киснем. Через цю суміш він тривалий час пропускав електричний струм, а продукти реакції розчиняв у воді. Як би він не повторював дослід, усе одно над водою залишалася бульбашка газу об'ємом близько 1/120 від початкового об'єму азоту. Лише через 100 років було встановлено, що це за газ. Як ви вважаєте, який саме газ одержав Кавендиш? Генрі Кавендиш одержав інертний газ — аргон, що є в складі повітря і займає 0,9% об'єму повітря. Як інертний газ — не реагує з іншими речовинами, тому в досліді залишався у вигляді бульбашки.
Вправа 71
Уміст яких компонентів повітря помітно відрізнятиметься від зазначеного в параграфі залежно від місця перебування:
а) поблизу вугільної ТЕС; Вуглекислого газу (СО2) і оксидів Сульфуру в повітрі більше внаслідок роботи ТЕС.
б) у лісі; Кисню (O2) в повітрі більше завдяки фотосинтезу рослин.
в) у великому місті; Вуглекислого газу (CO2), чадного газу (CO), оксидів Нітрогену більше внаслідок роботи транспорту і промисловості.
г) у відкритому океані; Водяної пари (H2O) більше внаслідок випаровування води з океану.
д) на болоті; Метану (CH4), сірководню (H2S) в повітрі більше унаслідок гниття.
е) на сміттєзвалищі? Метану (CH4), сірководню (H2S) в повітрі більше унаслідок розкладання та гниття.
Вправа 72
Проаналізуйте графік і дайте відповіді на запитання.
• Зазвичай людина відчуває нестачу кисню, якщо його тиск становить менше 14 кПа. До якої висоти може піднятися людина, щоб не відчувати нестачі кисню? За графіком тиск 14 кПа відповідає висоті 3500 м. Щоб не відчувати нестачі кисню людина може піднятися на висоту не вище 3500 м.
• Чи відчуватиме людина нестачу кисню на вершині Говерли?
Висота Говерли 2061 м. На графіку такій висоті відповідає тиск більший за 14кПа. За таких умов людина не відчуватиме нестачу кисню.
• За тиску кисню менше 12 кПа у фізично нетренованої людини можуть виявлятися симптоми гіпоксії (нестачі кисню): задишка, утома, запаморочення тощо. Висота, на якій курсують пасажирські літаки (крейсерська висота), становить близько 10 км. Чи зможуть пасажири вільно дихати, якщо на цій висоті станеться розгерметизація салону літака? До якої максимальної висоти командир повітряного судна має знизити літак, щоб пасажири не знепритомніли?
За графіком висоті 10 км відповідає тиск 10 кПа, що значно нижчий від 12 кПа, тому при розгерметизації салону літака пасажири не зможуть вільно дихати.
Щоб пасажири не знепритомніли, тиск кисню має бути не менше 12 кПа, що на графіку відповідає висоті близько 4500 метрів. Отже, командир повітряного судна має знизити літак до максимальної висоти 4500 м.
• За тиску кисню менше 10 кПа для підтримування багаття треба вживати додаткових заходів. Як ви вважаєте, чи можна розвести багаття на вершині Евересту?
Висота Евересту 8848 метрів. За графіком цій висоті відповідає тиск близько 7 кПа, що є значно меншим, ніж 10 кПа, коли для горіння багаття потрібно вживати додаткових заходів. Тому розвести багаття на вершині Евересту без додаткового кисню не можна.