Пригадуємо й застосовуємо
Чому молекула води є полярною? Поясни, скориставшись самостійно складеною схемою.
|
Молекула води |
|
|
Схема утворення ковалентних зв'язків |
Просторова будова |
 |
 |
Молекула води утворена двома атомами Гідрогену і атомом Оксигену, що тримаються разом завдяки ковалентному полярному зв'язку. Через те, що Оксиген має вищу електронегативність, спільна електронна пара зміщена в його бік. В утворенні молекули беруть участь 2р-електрони Оксигену, орбіталі яких розташовані під кутом 90°, а під час утворення молекули кут змінюється і дорівнює 104,5°, отже, молекула води має кутову форму. За такої будови та частина молекули, в якій зосереджено атоми Гідрогену, одержує частковий позитивний заряд і називається позитивним полюсом молекули, а в якій розташований атом Оксигену — частковий негативний заряд і називається негативним полюсом молекули. Молекула має два полюси, її називають диполь і говорять, що вона полярна.
Між молекулами яких речовин може виникати водневий зв’язок?
Водневий зв'язок утворюється не тільки між молекулами води, але і в інших сильно полярних молекулах, наприклад, у амоніаку, гідроген флуориду.
ОПРАЦЮЙ ЗРОЗУМІЙ ВИКОРИСТАЙ
Завдання 1
Напиши хімічні формули речовин із розглянутих прикладів.
Купрум (ІІ) сульфат CuSO4, натрій нітрат NaNO3, кальцій нітрат Ca(NO3)2, натрій гідроксид NaOH, калій гідроксид KOH, сульфатна кислота H2SO4.
ПЛІЧ–О–ПЛІЧ
1. План переглянутого відео.
1. Будова молекули води
2. Процес розчинення у воді кухонної солі.
3. Процес розчинення у воді цукру.
4. Теплові зміни, що супроводжують розчинення.
5. Схема «Етапи процесу розчинення».
2. Укладіть словник основних понять, використаних у відео.
Хімічний зв'язок, полярний ковалентний звязок, полярна молекула,полярний розчинник, водневий зв'язок, гідратація, гідратна оболонка, гідратовані йони, екзотермічний процес, ендотермічний процес.
3. Дайте відповіді на запитання:
3.1. Які хімічні зв’язки у кристалі натрій хлориду?
Натрій хлорид (кухонна сіль) утворена позитивно зарядженими йонами Натрію та негативно зарядженими йонами Хлору, що тримаються разом завдяки йонному зв'язку.
3.2. Як водневі зв’язки впливають на процес «оточення і взяття у полон» йонів Na+ та Cl– молекулами води?
Завдяки електромагнітним взаємодіям молекули води притягуються до йонів Натрію та Хлору і намагаються їх оточити з усіх боків. Відбувається гідратація – взаємодія частинок речовини з молекулами води. У певний момент, сила з якою молекули води притягуються до йонів речовини перевищує силу хімічного зв'язку між йонами, тоді кристалічні гратки кухонної солі руйнуються і молекули води мають змогу оточити йони з усіх боків.
3.3. Як у розчині розміщуються диполі води відносно структурних катіонів Натрію й аніонів Хлору?
До позитивно заряджених йонів Натрію вода притягується стороною з надлишковим негативним зарядом атомами Оксигену, а до негативно заряджених йонів Хлору – відповідно атомами Гідрогену з надлишковим позитивним зарядом. Формується гідратна оболонка – шар молекул води, який оточує частинку речовини.У нашому випадку йон, який називають гідратованим.
3.4. Завдяки якому явищу у процесі розчинення цукру у воді розчин стає однорідним?
Молекули сахарози тримаються разом завдяки водневим зв'язкам і саме вони руйнуються під впливом розчинення. Гідратовані молекули завдяки дифузії рівномірно розподіляються між молекулами води і розчин стає однорідним.
4. Складіть схему «Етапи процесу розчинення».
1. Гідратація (сольвація);
2. Руйнування міжмолекулярних та йонних зв'язків;
3. Формування гідратних оболонок;
4. Дифузія.
5. Схарактеризуйте обидва етапи розчинення речовини у воді, якщо температура розчину підвищилась.
Якщо кількість енергії, виділеної під час гідратації, значно перевищує енергію розриву зв'язків у розчиненій речовині, розчин може значно нагрітися.
6. Сформулюйте правило, як потрібно готувати водний розчин сульфатної кислоти.
До води обережно додавати концентрованої сульфатної кислоти, а не навпаки, і весь розчин при цьому охолоджувати, наприклад, за допомогою додаткової посудини з водою.
На чому ґрунтується створене правило? Обґрунтуйте створене правило, використовуючи наукову термінологію.
Створене правило ґрунтується на суті процесу розчинення. Якщо лити воду в кислоту, виділиться настільки багато енергії, що розчин може закипіти так, що почне розбризкуватися разом з кислотою, що загрожує не тільки опіками, але й потраплянням кислоти в очі.
7. Схарактеризуйте обидва етапи розчинення речовини у воді, якщо температура розчину знизилась.
Коли при розриві зв'язків поглинається більша енергія, ніж вивільняється під час гідратації, розчин може значно охолодитися.
НУМО ДОСЛІДЖУВАТИ
ТЕПЛОВІ ЯВИЩА, ЩО ВІДБУВАЮТЬСЯ ПІД ЧАС РОЗЧИНЕННЯ РЕЧОВИН У ВОДІ
Завдання 1
Експериментально встанови, як змінюється температура розчину кухонної солі порівняно з температурою розчинника.
Крок 1. Зважуємо кухонну сіль масою 20 г та поміщаємо її в посудину для подальшого виготовлення розчину.
Крок 2. Доливаємо 100 мл води, попередньо вимірявши її температуру. (22 °С)
Крок 3. Вміст посудини перемішуємо скляною паличкою.
Крок 4. Вимірюємо температуру виготовленого розчину. (22,5 °С)
Крок 5. Порівнюємо обидва температурні показники і з’ясовуємо, яка між ними відмінність.
Температура утвореного розчину майже не відрізняється від температури води, взятої для виготовлення розчину. (Збільшилася на 0,5 °С)
Поясни встановлений експериментально наслідок теплових явищ, що відбувалися під час розчинення натрій хлориду.
Температура розчину і температура розчинника, взятого для виготовлення, близькі за значенням.
Завдання 2
Експериментально встанови, як змінюється температура розчину кальцій хлориду порівняно з температурою розчинника.
2.1. Проведи уявний експеримент, скориставшись малюнком 12.
У 100 г води (за температури 20 °С) розчинимо 20 г цієї солі. Термометр зафіксує підвищення температури суміші до 30 °С.
2.2. Сформулюй та опиши кроки проведення дослідження.
Крок 1. Зважуємо кальцій хлорид масою 20 г та поміщаємо її в посудину для подальшого виготовлення розчину.
Крок 2. Доливаємо 100 мл води, попередньо вимірявши її температуру. (20 °С)
Крок 3. Вміст посудини перемішуємо скляною паличкою.
Крок 4. Вимірюємо температуру виготовленого розчину. (30 °С)
Крок 5. Порівнюємо обидва температурні показники і з’ясуємо, яка між ними відмінність.
Температура утвореного розчину значно вища від температури води, взятої для виготовлення розчину.(Збільшилася на 10 0С)
2.3. Поясни встановлений експериментально наслідок теплових явищ, що відбувалися під час розчинення кальцій хлориду.
Розчинення супроводжується виділенням теплоти в навколишнє середовище, і температура розчину порівняно з температурою розчинника, взятого для його виготовлення, є вищою.
Завдання 3
Експериментально встанови, як змінюється температура розчину амоній нітрату NН4NО3 (натрій нітрату чи іншої солі нітратної кислоти) порівняно з температурою розчинника.
3.2. Сформулюй та опиши кроки проведення дослідження.
Крок 1. Зважуємо амоній нітрату масою 20 г та поміщаємо її в посудину для подальшого виготовлення розчину.
Крок 2. Доливамо 100 мл води, попередньо вимірявши її температуру. (20 °С)
Крок 3. Вміст посудини перемішаємо скляною паличкою.
Крок 4. Виміряємо температуру виготовленого розчину. (10 °С)
Крок 5. Порівнюємо обидва температурні показники і з’ясуємо, яка між ними відмінність.
Температура утвореного розчину істотно нижча від температури води, взятої для виготовлення розчину.(Зменшилася на 10 0С)
3.3. Поясни встановлений експериментально наслідок теплових явищ, що відбувалися під час розчинення амоній нітрат.
Розчинення супроводжується поглинанням теплоти, і температура розчину порівняно з температурою розчинника, взятого для його виготовлення, є нижчою.
Завдання 4
Поясни встановлені експериментально зміни температур розчинів, що відбувалися під час розчинення досліджуваних речовин.
У першому досліді кількість теплоти, що витрачалася на руйнування кристалів, і кількість теплоти, що виділялася внаслідок гідратації, були приблизно однаковими, тому температура розчину кухонної солі відрізнялася від температури води незначно.
У другому досліді відбулося сильне розігрівання розчину, оскільки енергетичні затрати на розрив хімічного зв'язку виявилися значно меншими, аніж теплота, що виділилася внаслідок подальшої гідратації утворених йонів.
У третьому досліді відбулося сильне охолодження розчину, оскільки енергетичні затрати на розрив хімічного зв'язку виявилися значно більшими, аніж теплота, що виділилася внаслідок подальшої гідратації утворених йонів.
Завдання 5
На підставі результатів проведених досліджень сформулюй висновки про те, як і чому температура розчину може відрізнятися від температури розчинника.
Від суми теплового ефекту фізичного та хімічного явищ у проведених дослідах з розчинення речовин залежав тепловий ефект розчинення цих речовин.
У першому досліді практично однакова температура розчину порівняно із чистим розчинником свідчить про урівноваження фізичного процесу та хімічного.
У другому досліді підвищення температури розчину порівняно із чистим розчинником свідчить про переважання хімічного процесу над фізичним.
У третьому досліді зниження температури розчину порівняно із чистим розчинником свідчить про переважання фізичного процесу над хімічним.
МЕДІАПОШУК
Завдання
Розчин мідного купоросу використовують у догляді за садом, для очищення води у басейнах. З’ясуй, які властивості цієї речовини роблять її корисною в обох випадках і чому з нею необхідно поводитися обережно.
ТОБІ ДО СНАГИ
Вправа 1
Чому розчинення речовин у воді називають фізико–хімічним явищем?
Бо під час розчинення речовини відбуваються як фізичні явища (руйнування кристалів, дифузія), так і хімічні явища (гідратація).
Вправа 2
Наведи приклади зниження та підвищення температури розчину порівняно з температурою розчинника під час розчинення речовин у воді. Прокоментуй кожний тепловий наслідок.
Температура розчину знижується при розчиненні солей кальцій нітрату Ca(NO3)2, калій нітрату KNO3, амоній нітрату NH4NO3 у воді. Розчинення супроводжується поглинанням теплоти, і температура розчину порівняно з температурою розчинника, взятого для його виготовлення, є нижчою.
Температура розчину підвищується при розчиненні натрій гідроксиду NaOH, калій гідроксиду KOH, сірчаної кислоти H2SO4, кальцій хлориду у воді. Розчинення супроводжується виділенням теплоти в навколишнє середовище, і температура розчину порівняно з температурою розчинника, взятого для його виготовлення, є вищою.
Вправа 3
Укажи речовину, яку можна використати для приготування охолоджувальної суміші з водою.
А калій гідроксид
Б сульфатна кислота
В кальцій хлорид
Г амоній нітрат
Вправа 4
Проаналізуй твердження, зазнач, чи є серед них правильні.
Твердження І. Зниження температури розчину порівняно із температурою чистого розчинника свідчить про переважання фізичного явища над хімічним. Правильне твердження
Твердження ІІ. Руйнування структури (кристалічних ґраток) для твердих розчинених речовин є фізичним явищем. Правильне твердження
Вправа 5
Якщо на етапі хімічної взаємодії частинок розчиненої речовини і розчинника теплоти виділяється менше, ніж під час фізичного етапу, то температура розчину
А підвищується
Б знижується
В залишається без змін
Г спершу знижується, а потім підвищується
Вправа 6
Закінчи речення:
6.1. «Температура розчину порівняно з температурою розчинника знизиться, якщо фізичний процес переважає над хімічним».
6.2. «Розчинення не має помітних теплових наслідків у тих випадках, коли кількість теплоти в обох явищах приблизно однакова».
Вправа 7
Тверду кристалічну речовину синього кольору кобальт (ІІ) хлорид розчинили у воді й одержали рожевий розчин. Вислови припущення, чому так сталося.
Катіони кристалогідрату синього кольору під час розчинення у воді перетворюються на гідратовані йони, що мають рожевий колір, тому й одержали рожевий розчин.