Отримання знань
дистанційна підтримка освіти школярів
Урок підготувала Дреч Ніна Юліївна, вчитель СШ № 12 м. Вінниці
Фізико-хімічна суть процесу розчинення. Теплові явища, що супроводжують розчинення речовин. Поняття про кристалогідрати
Після цього уроку Вам потрібно:
- розуміти та пояснювати суть процесів розчинення, вплив різних чинників на розчинення;
- записувати формули кристалогідратів.
Існує дві теорії процесу розчинення: фізичний та хімічний.
1. Фізичний процес розчинення – який розглядає процес розчинення речовин як хаотичний розподіл частинок розчиненої речовини в розчиннику. Тобі не раз доводилось спостерігати, як кинувши шматок цукру в склянку з водою, він розпадається на дрібніші кристали, а потім його взагалі не видно, якщо ти будеш розмішувати його в воді. Або проведи такий дослід: кинь кілька кристалів калій перманганату (марганцівка) в склянку з водою.
 | мал. 1. Дифузія забарвлених йонів MnO4– у воді при розчиненні калій перманганату KMnO4 |
• Які явища супроводжують процес розчинення?
- Руйнування темно-сірих кристалів до молекул.
- Дифузія (рух молекул калій перманганату між молекулами води) – поступово колір розчину із прозорого стане світло-рожевим, а потім ще більш інтенсивнішим. Суть фізичного процесу полягає в тому, що під впливом полярних молекул розчинника структурні частинки розчиненої речовини – йони (якщо речовина йонної будови) переходять у розчин.
Процес розчинення, як фізичний процес, пояснили такі вчені: шведський хімік С.Арреніус та нідерландський вчений Вант-Гофф – перші із основоположників у теорії фізичної хімії.
Сванте Август Арреніус (1859-1927) — шведський фізик, хімік та астрофізик; професор університету, потім директор Нобелівського інституту в Стокгольмі; автор теорії електролітичної дисоціації; сформулював основні положення хімічної кінетики; висунув теорію виникнення життя на Землі (теорія панспермії); Нобелівська премія 1903.Професор Стокгольмського університету з 1895 р., член Стокгольмської АН. Лауреат Нобелівської премії з хімії 1903 р. Директор Нобелівського інституту (з 1905 р.).
Якоб Гендрік Вант-Гофф (1852 —1912) — голандський фізик і хімік, лауреат Нобелівської премії з хімії 1901 року «на знак визнання величезної важливості відкриття законів хімічної динаміки і осмотичного тиску в розчинах».
|
|
| Сванте Август Арреніус | Якоб Гендрік Вант-Гофф |
| мал. 2 | |
• Як прискорити процес розчинення?
- Якщо підігріємо розчин (відбувається прискорення руху молекул, що приведе до швидкого руйнування речовин);
- Перемішати (прискорюється дифузія, молекули розчинної речовини, відкривається доступ до наступних шарів речовини).
2. Хімічний процес розчинення, який розглядає процес розчинення як хімічну взаємодію між розчинюваною речовиною й розчинниками.
Вчені хіміки не раз спостерігали, що під час розчинення одних речовин виділяється теплота, а під час розчинення інших – поглинається теплота.
Розглянемо такі досліди:
Наливши в 2 склянки по 30 мл. води і зануривши в них термометри, помітимо, що температура буде відповідати кімнатній температурі. Розмістимо їх на фільтрувальний папір, змочений водою. В першу додамо 10 грамів амоній нітрату (NH4 NO3 ). В другу – 10 грамів концентрованої сульфатної кислоти, дотримуючись правил техніки безпеки, наливаємо кислоту у воду, а не навпаки.
Після перемішування речовин у склянках, піднімемо їх. У першому випадку фільтрований папір примерзне до склянки, в другому – ми не зможемо голіруч підняти склянку, тому що вона буде дуже гарячою.
мал. 3. Процес розчинення речовин: а) кристалів NH4NO3, б) концентрованої H2SO4
Вдома ти зможеш провести досліди, щоб власноруч переконатися у цьому.
Не забувай дотримуватися таких правил техніки безпеки.
1. Одному вдома чи без дозволу батьків досліди не проводити.
2. Речовини не повинні стикатись з незахищеною шкірою рук.
3. Бути обережними при розмішуванні та при використовуванні градусника, під час вимірювання температури.
4. Очі повинні бути захищеними.
Досліди:
Налий у дві тонкостінні склянки води, приблизно 2-3 см по їх висоті. Заміряй температуру води в склянках. Вона буде однаковою.
А тепер додай у першу склянку 2 г пероксиду гідрогену (він продається в аптеці) в другу склянку 2 г харчової солі (це пів чайної ложки).Ретельно розмішай склад розчинів. Заміряй температуру.
У склянці, де розчиняли пероксид гідрогену (Н2О2), температура помітно буде знижена, де розчиняли сіль (NaCl) – трохи підвищується.
Чому в першому випадку енергія поглинається під час розчинення, а в другому – виділяється?
Розчинення речовин супроводжується утворенням сполук між молекулами розчиненої речовини й розчинника. Цей процес називається сольватацією, якщо розчинником є вода, то такий процес називають гідратацією, а утворенні сполуки називають сольватами (гідратами).
Хімічна реакція утворення гідратів супроводжується виділенням енергії, яка витрачається на руйнування кристалічних ґраток, дифузію та інші процеси, що супроводжують розчинення. Якщо енергії не вистачає, розчин витрачає зовнішню енергію, тому охолоджується ( в першому випадку - з амоній нітратом).
Якщо енергії більше, ніж необхідно для розчинення, то енергія виділяється (в другому випадку- з сульфатною кислотою). Розчин дуже розігрівається, навіть закипає. Це й пояснює необхідність дотримуватися правил техніки безпеки під час приготування розчинів кислот: додавати кислоту у воду маленькими порціями.
Отже, процес розчинення – це фізико-хімічний процес. Описав та пояснив процес розчинення як хімічний процес наш співвітчизник Д.І.Менделєєв.
Дмитро Іванович Менделєєв (1834 — 1907) — російський хімік, один з авторів періодичної таблиці хімічних елементів. У 1882 р. Лондонське королівське товариство присудило золоті медалі Деві з формулюванням «За відкриття періодичних співвідношень атомних ваг» спільно Менделєєву і німецькому хіміку Майєру.
мал. 4. Портрет Д.І. Менделєєва
Детальніше про кристалогідрати
Тверді речовини, які містять у своєму складі воду називають кристалогідратами, а вода що міститься в них називається кристалізаційною. Прикладом можуть бути речовини:
CuSO4 . 5H2 O - купрум (ІІ) сульфат пентагідрат (мідний купорос)
CuSO4 . 2H2 O – кальцій сульфат дигідрат (гіпс)
Na2 SO4 . 10 H2O - натрій сульфат декагідрат ( глауберова сіль)
FeSO4 . 7 H2O - ферум (ІІ) сульфат гептагідрат (залізний купорос)
Більшість гідратів є нестійкими сполуками, після випаровування води вони розпадаються, тому що руйнується електростатичне притягання між частинками розчиненої речовини і розчинника. Через деякий час вони знову можуть притягнутись, краще це відбувається в вологому місці.
 | мал. 5. Взаємоперетворення мідного купоросу CuSO4 · 5H2O і купрум (II) сульфату |
 | мал. 6. Деякі кристалогідрати і безводні солі: а) CuSO4 · 5H2O і безводний купрум (ІІ) сульфат; б) CoCl2 · 6H2O і безводний кобальт (ІІ) хлорид. |
Малюнок показує, що речовини можуть змінювати свій колір, утворюючи кристалогідрати. Завдяки яскравим забарвленням солей кристалогідратів, ми можемо довести наявність води, а отже, і Гідрогену в складі багатьох органічних сполуках, які згоряючи, утворюють воду.
Відносна молекулярна та молярна маси кристалогідратів обчислюються, як сума відносних атомних мас елементів, що входять до їх складу. Наприклад:
Mr (CaSO4 . 2 H2O) = Ar (Ca) + Ar (S) + 4Ar (O) + 2 . Mr (H2O) = Ar (Ca) + Ar (S) + 4 . Ar (O) + 2 . ( 2 . Ar (H) + Ar (O))= 40 + 32 + 4 . 16 + 2 (2. 1 + 16) = 136 + 2 . 18 = 136 + 36= 172 а.о.м.
3. Дифузія – це руйнування кристалів речовини на дрібніші частинки – молекули, йони.
4. Хімічний процес розглядає процес розчинення як хімічну взаємодію між розчинюваною речовиною і розчинником.
5. Коли розчиняють кислоти, то наливають воду в певну порцію кислоти.
6. Розчин дуже охолоджується, коли енергії не вистачає для процесу розчинення.
7. Процес утворення сполук між молекулами розчиненої речовини і водою називається гідратацією.
8. Хімічний процес розчинення обґрунтував Вант-Гофф.
9. Безводний купрум (ІІ) сульфат використовують для доведення наявності Гідрогену в метані (СН4).
10. Відносна молекулярна маса залізного купоросу 250.
11. На розчинення впливають чинники групи А.
Група А
1. Охолодження розчину.
2. Перемішування.
3. Добавлення нової порції води.
Група Б
1. Нагрівання розчину.
2. Перемішування.
3. Добавлення нової порції води.
12. Кристалогідрати можна вважати розчинником.
