Пригадайте
Які суміші ви пам’ятаєте?
Емульсія, суспензія, аерозолі — неоднорідні суміші і однорідні суміші.
Чим суміші різняться?
Розміром частинок, які розподілені в однорідних сумішах — рівномірно, а в неоднорідних — нерівномірно.
Як відрізнити однорідні суміші від неоднорідних?
Якщо окремі компоненти суміші не можна побачити неозброєним оком або за допомогою мікроскопа, то такі суміші називають однорідними, в іншому випадку суміші є неоднорідними.
Поміркуйте
Зважаючи на відмінності властивостей істинних розчинів від колоїдних і зависей, запропонуйте спосіб, яким можна відрізнити ці дисперсні системи.
Перший спосіб.
Ці дисперсні системи можна відрізнити за оптичними властивостями: візуально зависі, бо вони непрозорі, мутні, а істинні і колоїдні розчини, незважаючи на їх зовнішню прозорість, — за здатністю розсіювати світло, бо усі колоїдні розчини розсіюють світло.
Другий спосіб.
Ці дисперсні системи можна відрізнити за стійкістю частинок до осідання: колоїдні розчини і зависі є нестійкими дисперсними системами, тому з часом частинки осідають на дно або спливають на поверхню, на відміну від істинних розчинів, що можуть існувати нескінченно довго, якщо не випариться розчинник.
Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо
Використовуючи лазерну указку, дослідіть рідини, які трапляються вам у щоденному житті, та визначте: є вони істинними розчинами чи колоїдними.
Промінь лазерної указки, що проходить крізь склянки з розчинами негазованої і газованої мінеральних вод, проходить без будь-яких перешкод, тому не розсіюється, його побачити неможливо. Отже, ці розчини є істинними.
Промінь лазерної указки, що проходить крізь склянки з розчинами рідких мийних засобів, розведеного яєчного білка, майонезу, кетчупу, розсіюється, тому добре помітний. Отже, ці розчини є колоїдними.
Поміркуйте
Запропонуйте гіпотезу щодо фізичних явищ, які відбуваються під час розчинення речовин у воді.
Під час розчинення відбуваються фізичні явища: руйнування структури (подрібнення) кристалів твердих речовин до частинок і дифузія цих частинок по всьому об’єму розчинника.
Поміркуйте
Сформулюйте гіпотезу, чи відбувається охолодження або розігрівання під час розчинення речовин.
Розчинення речовин у воді може супроводжуватися тепловими явищами, які мають різні наслідки, що призводить до значного чи незначного розігрівання або охолодження розчину.
Як можна довести або спростувати вашу гіпотезу?
Під час розчинення деяких речовин може відбуватися як розігрівання розчину, причому він може навіть закипіти, так і його охолодження, що поверхня склянки, покрита крапельками води, може примерзнути до столу. Але в більшості випадків температура розчину якщо підвищується або знижується, то лише на декілька градусів, що важко помітити без термометра, тому треба вимірювати температуру розчинника до початку розчинення та температуру отриманого розчину після повного розчинення речовини, а потім порівняти отримані результати.
Робота з інформацією
Вправа 28
Латиною gelare означає «мерзнути, застигати», а gelato — «морозиво». Припустіть, яке значення мають терміни «желе», «гель» і «желатин».
«Желе» — це застигла рідина у вигляді драглистої консистенції.
«Гель» — це колоїдна система, яка внаслідок структурування втратила текучість і стала пружною, подібною до твердого тіла.
«Желатин» — це речовина тваринного походження, яка при розчиненні у воді та наступному охолодженні перетворює розчин на застиглу масу.
Вправа 29
Грецькою aero означає «повітря», hydro — «вода», а латиною solvere — «розчиняти», suspensio — «підвішування». Що, на вашу думку, означають назви колоїдних систем «золі», «гідрозолі», «аерозолі» та «суспензії»?
«Золі» — це рідкі колоїдні розчини, у яких частинки розподілені в розчиннику.
«Гідрозолі» — це колоїдні розчини, у яких розчинником є вода.
«Аерозолі» — це дисперсні системи, у яких частинки твердої або рідкої речовини перебувають у повітрі у завислому стані.
«Суспензії» — це неоднорідні суміші, де тверді частинки «підвішені» у рідкому середовищі та з часом осідають під дією сили тяжіння.
Вправа 30
Порівняйте розчини з механічними сумішами, наприклад, солі й піску, склавши для них діаграму Венна.
|
Діаграма Венна |
||
|
Відмінне |
Спільне
|
Відмінне |
|
Розчини |
Механічні суміші |
|
|
Однорідні суміші, частинки компонентів розміщені рівномірно, компоненти не видно візуально, існують взаємодії між частинками розчинника і розчиненою речовиною. |
не мають сталого складу, можна розділити на індивідуальні речовини
|
Неоднорідні суміші, частинки компонентів розміщені нерівномірно, компоненти видно візуально.
|
Вправа 31
Чому під час розчинення речовин поглинається або виділяється теплота? Від чого це залежить?
Розчинення речовин у воді є фізико-хімічним процесом. Фізичний етап цього процесу полягає в руйнуванні структури твердої розчиненої речовини під впливом полярних молекул розчинника на окремі йони чи молекули і супроводжується поглинанням теплоти. Хімічний етап, який називається сольватацією (для води — гідратацією), полягає у взаємодії йонів і молекул з молекулами води й супроводжується виділенням теплоти. Робимо висновок, що від суми теплового ефекту фізичного та хімічного етапів процесу розчинення залежить тепловий ефект розчинення цих речовин.
Вправа 32
У додаткових джерелах дізнайтеся, чому в косметиці та фармації використовують як водні, так і неводні розчинники. Наведіть приклади косметичних засобів, у яких знання про розчинність має ключове значення (креми, емульсії, парфуми).
У косметиці та фармації використовують як водні, так і неводні розчинники, бо в цих засобах поєднуються речовини, які зазвичай не змішуються. У кремах знання про розчинність дозволяє поєднувати воду та жирову основу в однорідну емульсію за допомогою емульгаторів. У парфумах спирт виступає неводним розчинником, який повністю розчиняє концентровані запашні олії та забезпечує їх поступове випаровування.
Розуміння явищ природи (робота в групах)
Вправа 33
Зважаючи на механізм розчинення, поясніть, до яких процесів — фізичних, хімічних, фізико-хімічних — належить процес розчинення.
Процес розчинення належить до фізико-хімічних процесів, бо під час розчинення відбуваються як фізичні явища (руйнування структури твердих розчинених речовин (подрібнення), дифузія ), так і хімічні явища (сольватація).
Вправа 34
Як ви вважаєте, чи відрізняються механізми розчинення молекулярних і йонних речовин? Речовини з яким типом зв’язку краще розчиняються у воді? Відповідь обґрунтуйте.
Механізми розчинення молекулярних і йонних речовин відрізняються. У йонних речовинах під впливом дипольних молекул води руйнується кристалічна гратка й утворюються окремі гідратовані йони, а в молекулярних речовинах розривається водневий зв'язок між молекулами речовини й утворюються окремі гідратовані молекули. Найкраще у воді розчиняються речовини з йонним та ковалентним полярним типом зв’язку, що пояснюється подібністю полярних молекул води до заряджених йонів або полярних груп за твердженням «подібне розчиняється в подібному».
Вправа 35
Зважаючи на особливості утворення й існування істинних розчинів, поясніть, чи можна суміш двох газів називати розчином.
На відміну від механічних сумішей, у розчинах існують певні взаємодії між частинками розчинника й розчиненої речовини, тому зважаючи на це, суміші двох газуватих речовин розчинами називати не можна.
Вправа 36
Обговоріть процес розчинення вуглекислого газу під час виготовлення газованої води. Які ознаки фізичних і хімічних явищ можна спостерігати в цьому разі? Аргументуйте свою думку.
Під час розчинення вуглекислого газу у воді, в процесі виготовлення газованої води, відбуваються як фізичні, так і хімічні явища. Ознакою фізичного явища є дифузія молекул вуглекислого газу в об’ємі води під тиском. Ознакою хімічного явища є взаємодія частини розчиненого вуглекислого газу з водою, внаслідок чого утворюється нова речовина — карбонатна кислота, що надає газованій воді дещо кислуватий присмак.
Вправа 37
Висловіть гіпотезу, до якого типу дисперсних систем належать: збиті яєчні білки (меренга), майонез, кетчуп, сметана, вершки, вершкове масло, бульйон, хліб, томатний сік. У який спосіб можна довести або спростувати вашу гіпотезу?
Збиті яєчні білки, майонез, сметана, вершки, вершкове масло і хліб належать до зависей, акетчуп, томатний сік і бульйон — до колоїдних розчинів. Довести або спростувати цю гіпотезу можна за допомогою оптичних властивостей дисперсних систем: зависі — непрозорі, мутні, а колоїдні розчини — прозорі, але розсіюють світло (ефект Тіндаля).
Вправа 38
Зважаючи на механізм розчинення, поясніть вплив на швидкість розчинення таких чинників: ступінь подрібнення розчинюваної речовини, перемішування під час розчинення та температура розчинника. На яку стадію процесу розчинення впливає кожний чинник?
Ступінь подрібнення збільшує площу поверхні зіткнення між речовиною та розчинником, що пришвидшує стадію руйнування структури речовини та стадію сольватації (для води — гідратації). Під час перемішування вже гідратовані частинки не скупчуються навколо кристала, а віддаляються від нього, звільняючи місце для ще не сполучених молекул розчинника, що прискорює стадію дифузії. За підвищення температури молекули або йони в кристалічних ґратках коливаються швидше, і це полегшує руйнування кристалічних ґраток речовини, й додатково в гарячому розчиннику швидкість дифузії значно більша.
Вправа 39
У якому разі відбувається швидше розчинення: під час використання кристалічного цукру чи цукрової пудри? Відповідь поясніть.
Швидше розчиняється цукрова пудра. Це пояснюється тим, що площа поверхні зіткнення з молекулами розчинника цукрової пудри більша, ніж кристалічного цукру, що дозволяє більшій кількості молекул води одночасно взаємодіяти з частинками та руйнувати їхні зв’язки.
Вправа 40
Поясніть зображене на світлинах, зважаючи на ефект Тіндаля.
На світлинах зображено колоїдні розчини і зависі, бо мають здатність розсіювати світло, яке називають ефектом Тіндаля. Дрібні краплі води (в тумані та хмарах) або частинки пилу (в приміщенні) відбивають і розсіюють світло, яке проходить крізь ці дисперсні системи.