Хімія 11 клас

https://meet.google.com/yyy-szea-agg - посилання на онлайн-урок (за розкладом)

05.05.2022, 09.05.22, 12.05.22

Тема: Узагальнююче поторення. Розвязок розрахункових задач.

Розрахункові задачі з хімії розв’язують за допомогою готових формул, використовуючи метод пропорцій або методом алгебраїчних рівнянь з одним невідомим.

Для запису скороченої умови задачі слід дотримуватись певних умовних позначень:

A_r (E) –  відносна атомна маса елемента

M_r (AxBy) – відносна молекулярна маса речовини.

M (AxBy) – молярна маса речовини.

m – маса речовини.

ν – кількість речовини.

ω – масова частка.

φ – об’ємна частка.

η – вихід від теоретично можливого.

ρ – густина.

V – об’єм газу, рідини.

V_m – молярний об’єм газу (V_m = 22,4 л/моль)

D – відносна густина газу.

Q – тепловий ефект хімічної реакцї 

Обчисли масу солі, яка утворилась у результаті взаємодії 

6 моль літій гідроксиду з розчином, що містить 4 моль нітратної кислоти.

Розв'язок:

 

1. Рівняння реакції взаємодії літій гідроксиду з нітратною кислотою:

 

LiOH+HNO3=LiNO3+H2O.

 

2. Як видно з рівняння реакції 1 моль лугу взаємодіє з 1 моль кислоти, утворюючи 1 моль солі. Луг є у надлишку, обчислення будемо проводити за кількістю речовини кислоти. У результаті реакції з 4 моль кислоти утвориться 4 моль солі.

 

3. Визначимо масу 4 моль літій нітрату:

 

m(LiNO3)=ν(LiNO3)⋅M(LiNO3);

 

M(LiNO3)=7+14+3⋅16=69 г/моль.

  

m(LiNO3)=4⋅69=276 г.

 

Відповідь: маса літій нітрату, який утворюється в результаті реакції —  276 г.

Д.З. Повторити  основні класи неорганічних сполук, їх хімічні властивості; п.11, 29, підготуватись до контрольної роботи.

https://meet.google.com/yyy-szea-agg - посилання на онлайн-урок (за розкладом)

25.04.2022-28.04.22

Тема: Генетичний звязок між неорганічними речовинами. Практична робота №1 "Дослідження якісного складу солей"

https://www.youtube.com/watch?v=UoysnYCE5S4  - перегляньте відео

Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Ярошенко

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Практична робота 1. Дослідження якісного складу солей

Перший варіант (полегшений)

1. Експериментальним шляхом доведіть вміст у пробірці розчину:

• а) натрій силікату;
• б) натрій карбонату;
• в) цинк нітрату.

2. Проведіть досліди, за допомогою яких можна встановити:

• а) тимчасову жорсткість води;
• б) наявність домішок магній сульфату в порції натрій сульфату;
• в) що в розчині міститься ферум(ІІІ) хлорид, а не ферум(ІІ) хлорид.

3. Експериментальним шляхом установіть:

• а) яка з речовин — барій хлорид чи натрій карбонат — взаємодіє з нітратною кислотою;
• б) яка з речовин — амоній сульфат чи купрум(ІІ) сульфат — взаємодіє з лугом з виділенням газу;
• в) яка з речовин — натрій хлорид чи ферум(ІІ) хлорид — взаємодіє з лугом.

Результати спостережень, зроблені на їх основі висновки, молекулярні та йонні рівняння проведених реакцій запишіть у зошит для практичних робіт.

Д.З. на основі матеріалів підручника, відеоматеріалів виконати практичну роботу №1, підручник п.33 ст.178 перший варіант

https://meet.google.com/yyy-szea-agg - посилання на онлайн-урок (за розкладом)

18.04.2022-21.04.22

Тема: Якісні реакції на йони.

https://www.youtube.com/watch?v=GgP7LUnT6Hg

https://www.youtube.com/watch?v=tIqfNnfrQlo

перегляньте відеоматеріали

Повторити п. 30 - 32, п. 33 (підготуватись до практичної роботи №1 ст 178)

https://meet.google.com/yyy-szea-agg - посилання на онлайн-урок (за розкладом)

11.04.2022-14.04.22

Тема: Мінеральні добрива. Поняття про лужні і кислотні грунти.

Хімія та продовольча проблема. Нині однією з глобальних проблем людства є забезпеченість людини продовольством, оскільки їжа підтримує життєдіяльність організмів. Через постійне зростання населення планети виникло питання, чи зможе людство забезпечувати себе продуктами харчування в майбутньому. На думку вчених, проблему можна розв'язати, якщо виробництво харчових продуктів у світі зросте в 3-4 рази. Щоб досягти цього, необхідно модернізувати сільське господарство.

Зробити це неможливо без застосування хімічних і біологічних знань. Відомо, що для збереження здоров'я потрібно вживати їжу природного походження. Тобто насамперед треба сконцентрувати увагу на виробництві рослинної та тваринної їжі. Модернізація сільського господарства полягає у створенні таких умов, які сприяли б росту та розмноженню рослин. З'ясуємо роль хімії в розв'язанні цієї проблеми.

Завдання хімії з підвищення виробництва рослинної продукції полягає в забезпеченні сільського господарства мінеральними й органічними добривами, хімічними засобами захисту рослин і тварин, стимуляторами росту, штучними кормами й новими продуктами.

Виробництво мінеральних добрив. Для підвищення врожайності сільськогосподарських культур використовують мінеральні добрива — речовини, які містять найважливіші хімічні елементи, що впливають на ріст і розвиток рослин, збільшуючи їхню врожайність.

Передусім — це солі, що містять макро- й мікроелементи, які рослини поглинають у формі йонів. Вони утворюються внаслідок дисоціації солей, що містяться в ґрунтовому розчині. Рослини у великих кількостях використовують макроелементи, особливо Нітроген, Фосфор і Калій. Крім них, до макроелементів належать Оксиген, Карбон, Сульфур, Магній, Кальцій та Гідроген.

З'ясуємо, як Нітроген, Фосфор і Калій впливають на рослини.

Нітроген — елемент, що входить до складу молекул амінокислот і білків. Нестача його в ґрунті сповільнює утворення зеленої маси, що, відповідно, впливає на майбутній урожай. Вам відомо, що зелена маса рослин розвивається навесні. Якраз тоді потрібно вносити в ґрунт нітратні добрива — добрива, що містять Нітроген). Рослини, яким бракує Нітрогену, мають блідо-зелені, а іноді й жовті листки.

Фосфор — елемент, потрібний для росту та розвитку рослин, оскільки він є в нуклеїнових кислотах, а ті беруть участь в усіх окисно-відновних процесах рослин. Потрібний також під час цвітіння та плодоношення рослин, тобто для розвитку їхніх репродуктивних органів.

Калій — елемент, що стимулює процес фотосинтезу, а отже, сприяє утворенню глюкози, крохмалю, целюлози в клітинах рослин. Під час негоди злакові культури вилягають, що ускладнює їхній ріст і збір урожаю. Цей елемент зміцнює стебла злакових, сприяє накопиченню крохмалю в картоплі, сахарози в цукровому буряку.

Мікроелементи — елементи, яких рослини потребують мало, але вони впливають на засвоєння макроелементів. До них належать Ферум, Купрум, Цинк, Манган, Бор та ін. Наприклад, Бор і Манган сприяють кращому засвоєнню Нітрогену, Фосфору та Калію; Манган, Купрум і Цинк пришвидшують окисно-відновні процеси тощо.

Класифікацію мінеральних добрив зображено на схемі рис. 60.

Рис. 60. Схема класифікації мінеральних добрив

Кислотні та лужні ґрунти. На розвиток коріння та ріст рослин значною мірою впливає реакція середовища ґрунту, або його рН. Найчастіше рН ґрунтів вимірюють у діапазоні від 3 до 9. Залежно від цього показника, середовище ґрунтових розчинів може бути кислотним, нейтральним або лужним.

Кислотність ґрунту визначають надмірним вмістом у ґрунтовому розчині катіонів Гідрогену Н+, pH становить менше 7. У кислотних ґрунтах розрізняють актуальну та потенційну кислотність. Під час біохімічних процесів у ґрунті утворюються органічні кислоти й вуглекислий газ, а внаслідок його взаємодії з водою — карбонатна кислота. Наявні кислоти, дисоціюючи, утворюють йони Гідрогену, які підкислюють ґрунт. Під час гідролізу солей Алюмінію та Феруму теж утворюються кислоти, здатні дисоціювати на катіони Гідрогену.

Складіть самостійно рівняння реакції гідролізу алюміній хлориду й переконайтеся в утворенні хлоридної кислоти.

Висока кислотність ґрунту негативно впливає на рослини. Щоб її нейтралізувати, застосовують вапнування ґрунту — внесення вапняку, вапняного борошна, крейди, мергелю або гашеного вапна. Нині також поширені способи використання відходів. Зокрема, для зниження кислотності ґрунту використовують відходи виробництва цукру, які містять кальцій карбонат і попіл.

Для лужних ґрунтів характерною є надмірна кількість гідроксид-аніонів у ґрунтовому розчині, рН такого ґрунту становить 7,5-8,5. Дуже лужні ґрунти вкрай погано впливають на врожайність. Крім того, погіршуються його фізичні властивості та водний режим. Зменшення вмісту гідроксид-іонів досягають гіпсуванням, тобто внесенням у ґрунт гіпсу. Під час взаємодії кальцій сульфату з катіонами Натрію утворюється натрій сульфат — сіль, яка добре розчинна у воді та легко вимивається з ґрунту.

Найкраще середовище для розвитку рослин — нейтральне, коли рН вимірюється в межах 5,5-7,5.

Щоб підтримувати високу врожайність сільськогосподарської продукції, необхідно стежити за кислотністю ґрунтів на присадибній ділянці.

Пригадайте з курсу хімії 9 класу, як виміряти рН продуктів харчування та мінеральних вод.

Звичайно, для цього можна використати лакмусовий індикатор і зіставити його зі шкалою кислотності, що продається у формі кольорових рН-смужок. Однак такий спосіб визначення кислотності складний та не завжди точний. Він вимагає виготовлення ґрунтового розчину, незіпсованого індикатора та сприйняття кольору людиною.

Є біологічний спосіб визначення кислотності за допомогою рослин-індикаторів (рис. 61). Наприклад, на кислотних ґрунтах добре ростуть подорожник, хвощ польовий, калюжниця болотна, яглиця, щавель кінський; на нейтральних — пирій повзучий, конюшина, кропива, осот польовий, мати-й-мачуха; лужні ґрунти покриваються червоними маками, гірчицею, живокостом, молочаєм тощо. Знову ж таки, чекаючи, коли зацвітуть на ділянці ці рослини-бур'яни, можна втратити частину врожаю.

. Рослини-індикатори кислотності ґрунту: а — подорожник; б — хвощ польовий; в — калюжниця; г — щавель кінський; ґ — кропива; д — конюшина; е — мати-й-мачуха; є — осот польовий; и — мак; і — живокіст; ї — молочай

Нині є надійні засоби для вимірювання кислотності як у лабораторіях, так і для домашнього користування. Це рН-тестери, за допомогою яких швидко та професійно можна визначити кислотність ґрунту на присадибній ділянці чи грядці, штучно створеній на підвіконні.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Мінеральні добрива — це речовини, які містять найважливіші хімічні елементи, що впливають на ріст і розвиток рослин, збільшуючи їхню врожайність.

• Нітроген, Фосфор і Калій — макроелементи, які рослини використовують у великих кількостях.

• До мікроелементів належать елементи, які рослини використовують в малих дозах, але вони впливають на засвоєння рослиною макроелементів. Це Ферум, Купрум, Цинк, Манган, Бор та ін.

• Нітратні добрива, або селітри, містять у своєму складі Нітроген: NaNO3, KNO3, Ca(NO3)2, NH4NO3. Впливають на розвиток зеленої маси рослин.

• Фосфатні добрива містять елемент, необхідний під час росту та розвитку рослин. Це суперфосфати: подвійний Са(Н2РО4)2 і простий Са(Н2РО4)2 + СаSO4, особливо потрібний рослинам під час цвітіння та плодоносіння.

• Калійні добрива містять у своєму складі Калій, який стимулює процес фотосинтезу, сприяє накопиченню поживних речовин і забезпечує стійкість стебел до вилягання. Використовують калій хлорид KCl та калієву селітру KNO3.

• Комплексні добрива — такі, що містять декілька елементів: амофоска — NH4H2PO4 з домішкою (NH4)3PO4, (NH4)2HPO4, змішані з KNO3.

• На розвиток коріння та ріст рослин впливає рН ґрунтів. Залежно від цього показника, середовище ґрунтових розчинів може бути кислотним, нейтральним або лужним.

• Кислотність ґрунту визначають надмірним вмістом у ґрунтовому розчині катіонів Гідрогену Н+ унаслідок утворення органічних і неорганічних кислот і вуглекислого газу під час біохімічних процесів у ґрунті.

• Нейтралізують кислотні ґрунти вапняком, вапняним борошном, крейдою, мергелем, гашеним вапном, відходами виробництва цукру, попелом.

• Лужні ґрунти характеризує надмірна кількість гідроксид-аніонів у ґрунтовому розчині, pH становить 7,5-8,5. Нейтралізують гіпсуванням.

https://www.youtube.com/watch?v=q-p5oXe4oF4

Д.З. опрацювати відео і матеріал підручника п.30

https://meet.google.com/yyy-szea-agg - посилання на онлайн-урок (за розкладом)

04.04.2022-07.04.22

Тема: Солі, властивості солей

• Складні речовини із загальною формулою

належать до класу солей.

• Солі — це електроліти, що дисоціюють з утворенням катіонів металічного елемента й аніонів кислотного залишку, наприклад: К2СО3 = 2К+ + СО2-3.

• Усі солі мають твердий агрегатний стан, багато з них добре розчинні у воді, зокрема всі нітрати, усі солі Калію й Натрію.

• Кристалогідрати — солі, які містять кристалізаційну воду, наприклад мідний купорос, залізний купорос.

• Серед неорганічних сполук за поширеністю у природі солі займають друге місце після оксидів.

СЕРЕДНІ СОЛІ. Дотепер ви мали справу переважно з середніми солями. Так називають продукти повного заміщення Гідрогену в молекулі кислоти йонами металічного елемента, наприклад: K2SO4, K3PO4.

Середні солі — продукти повного заміщення атомів Гідрогену йонами металічного елемента в молекулі кислоти. Їхні кислотні залишки не містять атомів Гідрогену:

Як ви знаєте, за сучасною номенклатурою назви середніх солей утворюють з двох слів у називному відмінку: першим називають катіон металічного елемента, другим — аніон кислотного залишку, який є однокорінним із назвою відповідної кислоти, наприклад: СаСl2 — кальцій хлорид (хлоридна кислота), Na3PO4 — натрій ортофосфат (ортофосфатна кислота), KNO3 — калій нітрат (нітратна кислота). Відмінюється тільки друге слово, наприклад: кальцій хлоридом, калій нітрату.

КИСЛІ СОЛІ. Якщо катіони Гідрогену в кислоті неповністю заміщені катіонами металічного елемента, утворюються кислі солі.

Кислі солі — продукт неповного заміщення Гідрогену в кислоті катіонами металічного елемента, тому кислотні залишки таких солей містять Гідроген, наприклад KHSO4, KН2РО4, K2НРО4.

Назви кислотних залишків кислих солей складають так, щоб у них було відображено наявність Гідрогену. Так, кислотний залишок HSO-4 одновалентний і має назву гідрогенсульфат, а сіль KНSO4 — калій гідрогенсульфат. А яка валентність кислотного залишку калій гідрогенортофосфату К2НРО4? Міркуємо так: у молекулі ортофосфатної кислоти Н3РО4 відбулося заміщення двох атомів Гідрогену. Отже, залишок двовалентний. Саме тому у формулі після символу одновалентного Калію стоїть індекс 2.

Наявність двох атомів Гідрогену в назві кислої солі передають приставкою «дигідроген», наприклад: KН2РО4 — калій дигідрогенортофосфат.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КИСЛИХ СОЛЕЙ. Кислі солі багато в чому повторюють хімічні властивості середніх солей, хоча мають певні особливості. Зупинимось на них.

1. Електролітична дисоціація

Кислі солі, утворені сильними кислотами, дисоціюють повністю і в одну стадію:

NaHSO4 = Na+ + Н+ + SO2-4.

Кислі солі, утворені слабкими кислотами, дисоціюють у дві стадії.

На першій — повністю:

NaHCO3 = Na+ + НСО-3,

на другій — частково й дисоціація є оборотною реакцією:

НСО-3 ⇄ Н+ + СО2-3.

2. Кислі солі більш сильної кислоти взаємодіють з кислими солями слабкіших кислот, утворюючи слабкішу кислоту й середню чи кислу сіль сильної кислоти:

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СЕРЕДНІХ СОЛЕЙ. Поєднання у складі солей катіонів металічних елементів й аніонів кислотних залишків обумовлює їхні хімічні властивості. Розглянемо хімічні властивості середніх солей.

Попрацюйте 

Завдання 1. Попрацюйте зі схемою задля відновлення знань про хімічні властивості солей та уміння складати відповідні рівняння реакцій.

Завдання 2. Проілюструйте схему прикладами молекулярних рівнянь реакцій, а для реакцій йонного обміну складіть також повні й скорочені йонні рівняння.

Завдання 3. Позначте рівняння реакцій, які належать до окисно-відновних.

ПОШИРЕННЯ СОЛЕЙ У ПРИРОДІ, ЗАСТОСУВАННЯ. Найбільше поширення у природі мають сульфати, карбонати, хлориди.

Природні сульфати — це гіпс CaSO4 · 2Н2О; глауберова сіль Na2SO4 · 10H2О; гірка сіль MgSO4 · 7H2О. Із наведених формул стає зрозуміло, що вони належать до кристалогідратів. Нагріванням гіпсу зменшують вміст у ньому кристалізаційної води й одержують алебастр 2СаSO4 · Н2О. Саме з алебастру накладають пов'язки при переломах кісток. Глауберову сіль Na2SO4 · 10H2О застосовують у виробництві скла, соди, фарб, у медицині. Гірку сіль MgSO4 · 7H2О використовують в обробці тканин, дубінні шкіри, виготовленні медичних препаратів.

КАРБОНАТИ В ПРИРОДІ. Карбонати існують у природі переважно у вигляді кальцій карбонату СаСО3. Крейда, мармур, вапняки, ракушняк — усе це кальцій карбонат з певним умістом некарбонатних домішок. Чистий кальцій карбонат трапляється в природі у вигляді мінералу кальциту (мал. 64, а). Ісландський шпат (кальцій карбонат високої чистоти) (мал. 64, б) застосовують в оптиці.

Мал. 64. Мінерали: а — кальцит; б — ісландський шпат

Серед карбонатів найбільше застосовується вапняк (мал. 65).

Мал. 65. Зразок вапняку

Вапняки різних родовищ відрізняються кількістю домішок, тому мають різне забарвлення — від білого або світло-жовтого до темного. Їх використовують у металургії, будівництві, виробництві скла, цементу, кальцій карбіду, негашеного та гашеного вапна тощо. Вапняками укріплюють дороги, вапнують кислотні ґрунти. Знамениті одеські катакомби — це колишні каменярні, у яких добували ракушняк — вапняк органічного походження (мал. 66).

Мал. 66. Ракушняк: а — зразок; б — природні поклади

До карбонатів органічного походження належить також кальцій карбонат, що входить до складу кісток людини і тварин.

Крейду використовують у паперовій і гумовій промисловості як наповнювач, у будівництві та під час ремонту приміщень для побілки. Звичайно ж вам відомо, що вона входить до складу зубного порошку, нею роблять записи на класній дошці. До українських традицій належить вибілювання хати крейдою (мал. 67). Завдяки чому вона має ошатний привабливий вигляд, а проживання в такому помешканні є безпечним.

Мал. 67. Музей-садиба Г. С. Сковороди у смт Чорнухи

Природні запаси мармуру (мал. 68, а) значно менші, аніж вапняку та крейди. Колір мармуру — білий, проте наявність різних домішок надає йому різного забарвлення. З мармуру виготовляють скульптури (мал. 68, б). У будівництві його використовують як облицювальний матеріал, наприклад станції метрополітену (мал. 68, в).

Мал. 68. Мармур: а — зразок; б — скульптура; в — облицьована мармуром станція метро

Крім карбонатів Кальцію, у природі трапляються карбонати інших металічних елементів: доломіт MgCO3 · CaCO3 (мал. 69, а), сидерит FeCO3 (мал. 69, б), малахіт Cu2(OH)2CO3 (мал. 69, в) та деякі інші.

Мал. 69. Зразки карбонатів: а — доломіт; б — сидерит; в — малахіт

ПОШИРЕННЯ ХЛОРИДІВ У ПРИРОДІ. Україна багата запасами кам'яної солі NaCl, або галіту (мал. 70, а). Ця незамінна харчова добавка та сповільнювач псування багатьох продуктів є у кожній домівці (мал. 70, б). Металічний елемент Калій утворює природні поклади калійної солі, сильвініту, польового шпату, ортоклазу.

Мал. 70. Кам'яна сіль: а — мінерал галіт; б — кухонна сіль

• З раніше вивченого на уроках географії та хімії пригадайте, де в Україні є поклади солей лужних, лужноземельних елементів, Магнію, Купруму, і складіть таблицю з такими колонками: «назва мінералу», «хімічна формула основної складової», «використання».

Світовий океан містить чи не найбільшу кількість солей на нашій планеті. Зважаючи на те, що Земля на 2/3 вкрита водою, вміст металічних елементів у гідросфері не менший, ніж у літосфері. Вода морів та океанів через вміст у ній різних солей солоногірка на смак. 100 г морської води в середньому містять 3,5 г солей, серед яких на натрій хлорид припадає майже 78 %. На схемі (мал. 71) подано окремі приклади застосування солей.

Мал. 71. Використання солей

ДОБУВАННЯ СЕРЕДНІХ СОЛЕЙ. У лабораторії солі можна добувати різними способами. Більшість із них вам відомі.

1. Взаємодія металу з кислотою.

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑

2. Взаємодія основного або амфотерного оксиду з кислотою.

ZnО + H2SO4 = ZnSO4 + H2О

3. Взаємодія основи з кислотою.

Са(ОН)2 + H2SO4 = СаSO4 + 2H2О

4. Взаємодія амфотерного гідроксиду з кислотою.

Zn(ОН)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2О

5. Взаємодія солі з кислотою.

Na2SiO3 + H2SO4 = H2SiO3↓ + Na2SO4

6. Взаємодія основного або амфотерного оксиду з кислотним оксидом.

Na2O + SO3 = Na2SO4; PbO + CO2 = PbCO3

7. Взаємодія металу з розчином солі іншого металічного елемента.

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

8. Взаємодія металу з неметалом (добувають солі безоксигенових кислот).

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

ДОБУВАННЯ КИСЛИХ СОЛЕЙ.

1. Взаємодія кислот з недостачею основи.

2. Взаємодія основи з надлишком кислотного оксиду.

https://www.youtube.com/watch?v=ZWmdMZLVV1M - перегляньте відео

Д.З. опрацюйте відеоматеріали, підручник п.27-28

10.02.2022

Тема: Карбон і його сполуки.

Особливості взаємодії нітратної кислоти з металами. Під час взаємодії з нітратною кислотою метали не витискають водень. З цією кислотою реагують активні метали й ті, що у витискувальному ряді металів стоять після водню. Залежно від концентрації кислоти, крім солей та води утворюються сполуки Нітрогену. Порівняємо, як відбувається взаємодія міді з концентрованою та розведеною нітратною кислотою (табл. 

Таблиця 

Взаємодія нітратної кислоти з міддю

Концентрована нітратна кислота реагує з усіма металами так само, як з міддю. Нітроген відновлюється до ступеня окиснення +4, тобто утворюється нітроген(ІV) оксид. Однак розведена й дуже розведена нітратна кислота по-різному реагує з активними й малоактивними металами. Нітроген відновлюється до різних ступенів окиснення: від -3 до +4 

 Схема взаємодії нітратної кислоти різної концентрації з металами

Проаналізувавши рис дійдемо висновку, що більшість металів реагують з нітратною кислотою. За жодних умов не вступають у хімічну взаємодію платина, золото, родій, тантал та іридій. За звичайних температур (16-25 °С) алюміній, хром і залізо пасивуються під час контакту з нітратною кислотою. Суть процесу пасивування полягає в утворенні на поверхні металів тонких, дуже щільних захисних плівок оксидів алюмінію, хром(ІІІ) і ферум(ІІІ) оксидів, які з холодною нітратною кислотою не реагують.

Складіть самостійно рівняння реакцій взаємодії срібла з концентрованою та розбавленою нітратною кислотою.

Особливості взаємодії сульфатної кислоти з металами. Вам уже відомо, що розведена сульфатна кислота проявляє загальні властивості кислот. Під час таких реакцій Гідроген відновлюється й виділяється як проста речовина водень. Взаємодія концентрованої сульфатної кислоти характеризується тим, що під час цих реакцій відновлюється Сульфур. Концентрована сульфатна кислота реагує з металами, що в ряді активності розташовані до водню, і з тими, що після водню, зокрема міддю, ртуттю та сріблом. З металами, що стоять до водню, залежно від умов, Сульфур відновлюється до ступенів окиснення +4, 0 або -2. Під час взаємодії з міддю, ртуттю та сріблом — тільки до +4

 Схема взаємодії концентрованої сульфатної кислоти з металами

Отже, нітратна й сульфатна кислоти під час взаємодії з металами проявляють специфічні властивості, вони є сильними окисниками. Під час взаємодії нітратної кислоти з металами Нітроген відновлюється до різних ступенів окиснення залежно від концентрації кислоти. Сульфур у концентрованій сульфатній кислоті відновлюється до різних ступенів окиснення залежно від активності металів.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Нітратна й концентрована сульфатна кислоти в реакціях з металами проявляють специфічні властивості: Нітроген і Сульфур, що входять до їхнього складу, є сильними окисниками.

• Концентрована нітратна кислота реагує з усіма металами, крім платини Pt, золота Au, родію Rh, танталу Ta й іридію Ir, відновлюючись до нітроген(IV) оксиду, у якому ступінь окиснення Нітрогену становить +4.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ: п.21 підручника

• . Поясніть, як нітратна кислота взаємодіє з металами: а) концентрована з усіма металами; б) розведена з активними й малоактивними металами; в) дуже розведена з активними металами.
• . Позначте, до якого ступеня окиснення відновиться Сульфур, і вкажіть формулу сполуки, якщо срібло прореагує з концентрованою сульфатною кислотою.
• ладіть Ск рівняння реакцій за схемою: N2 → NO → NO2 → HNO3 → Mg(NO3)2

07.02.2022

Тема: Карбон і його сполуки.

Карбон — хімічний елемент № 6. Він розташований у IVА групі Періодичної системи.

 

C6+6)2e−)4e−.

 

На зовнішньому шарі атома Карбону містяться чотири валентних електрони, і до його завершення не вистачає чотирьох електронів. Тому в сполуках з металами для Карбона характерна ступінь окиснення −4, а при взаємодії з більш електронегативними неметаллами він проявляє позитивні ступені окиснення: +2 або +4.

 

У природі Карбон зустрічається як у вигляді простих речовин, так і у вигляді сполук. У повітрі міститься вуглекислий газ CO2. У земній корі поширені карбонати(наприклад, CaCO3 утворює крейду, мармур, вапняк). Горючі копалини (вугілля, торф, нафта, природний газ) складаються з органічних сполук, головним елементом яких є Карбон. 

 

Карбон належить до життєво важливих елементів, оскільки входить до складу молекул усіх органічних речовин.

Прості речовини

Карбон утворює декілька алотропних видозмін, з яких найбільш відомими є алмаз і графіт.

Алмаз має атомну кристалічну ґратку. Кожен атом Карбону в алмазі зв'язаний чотирма міцними ковалентними зв'язками з сусідніми атомами, розташованими у вершинах тетраедра.

 

 

Завдяки такій будові алмаз — найтвердіша з усіх відомих природних речовин. Усі чотири валентних електрони кожного атома Карбону беруть участь в утворенні зв'язків, тому алмаз не проводить електричний струм. Це безбарвна прозора кристалічна речовина, добре заломлює світло.

 

 

Графіт теж має атомну кристалічну ґратку, але ґратка графіту є шаруватою. Кожен атом Карбону сполучений міцними ковалентними зв'язками з трьома сусідніми атомами. Утворюються плоскі шари з шестикутників, які між собою слабо зв'язані. Один валентний електрон у атома Карбону залишається вільним.

 

 

Графіт є темно-сірою речовиною з металічним блиском, жирний на дотик. На відміну від алмазу, графіт непрозорий, проводить електричний струм і залишає сірий слід на папері. Графіт має дуже високу температуру плавлення (3700 °С).

 

 

Алмаз і графіт можуть взаємоперетворюватися. При сильному нагріванні без доступу повітря алмаз чорніє і перетворюється на графіт. Графіт можна перетворити на алмаз при високій температурі і великому тиску.

З найдрібніших частинок графіту складаються сажа, деревне вугілля та кокс. Сажа утворюється при неповному згорянні палива. Деревне вугілля отримують при нагріванні деревини без доступу повітря, а кокс — переробкою кам'яного вугілля.

Деревне вугілля має пористу будову і має здатність поглинати гази і розчинені речовини. Така властивість називається адсорбцією.

  

Хімічні властивості

Алотропні модифікації Карбону в хімічних реакціях можуть проявляти і окисні, і відновні властивості. Окисні властивості Карбону виражені слабше, ніж у інших неметалів другого періоду (Нітрогену, Оксигену і Флуору).

• Взаємодія з металами.

Вуглець реагує з металами при високій температурі з утворенням карбідів:

 

У цій реакції вуглець виступає як окисник.

• Взаємодія з воднем.

Реакція відбувається при сильному нагріванні. Утворюється метан. Вуглець — окисник.

 

• Взаємодія з киснем.

Вуглець горить у кисні з утворенням вуглекислого газу і проявляє в цій реакції відновні властивості:

 

• Взаємодія з оксидами металів.

Вуглець здатний відновлювати метали з їх оксидів:

Застосування простих речовин

Алмаз застосовується:

• для обробки твердих поверхонь;
• для різання скла;
• для виготовлення бурів і свердел;
• для виготовлення ювелірних прикрас.

Графіт використовується:

• при виготовленні олівців;
• як тверде мастило в підшипниках;
• для виготовлення електродів;
• як сповільнювач нейтронів в ядерних реакторах;
• для отримання штучних алмазів.

Сажа:

• входить до складу друкарської фарби, крему для взуття;
• використовується як наповнювач для виробництва гуми.

Вугілля використовується:

• в протигазах, промислових і побутових фільтрах;
• для очищення цукрового сиропу, спирту, тощо;
• в медицині.

 

Кокс застосовується в металургійній промисловості.

https://www.youtube.com/watch?v=_MROdJkAWjs

Контрольні запитання

1. Схарактеризуйте валентні стани та можливі ступені окиснення Карбону.

2. Чому для атомів Карбону характерне утворення ковалентних зв'язків?

3. Схарактеризуйте поширеність у природі та біологічне значення Карбону.

4. Схарактеризуйте алотропні модифікаціїКарбону.

5. Яке вугілля називають активованим? Для чого його використовують?

6. Що таке адсорбція? Наведіть приклади цього явища і його застосування.

7. Схарактеризуйте хімічні властивості вуглецю.

8. Порівняйте будову алмазу і графіту та їхні властивості (колір, блиск, розчинність, твердість, крихкість, електропровідність).

9. Визначте ступені окиснення елементів у сполуках: CH4, CaC2, CO, HCOOH.

 

03.02.2022

Тема: Оксиди неметалічних елементів,їх вміст в атмосфері

Оксиди неметалічних елементів. Неметалічні елементи утворюють з Оксигеном бінарні сполуки — оксиди неметалічних елементів, або кислотні оксиди. Найважливіші з них — оксиди Карбону, Силіцію, Нітрогену, Фосфору, Сульфуру та Хлору. За нормальних умов вони перебувають у різних агрегатних станах: твердому, рідкому або газоподібному (табл. 10).

Таблиця

Агрегатний стан оксидів неметалічних елементів

Агрегатний стан	Назви оксидів за систематичною номенклатурою	Формули
Газоподібний	Карбон(ІІ) і карбон(IV) оксиди	СО, СО2
	Сульфур(IV) оксид, нітроген(IV) оксид	SO2, NO2
Твердий	Силіцій(IV) оксид, фосфор(V) оксид, нітроген(V) оксид	SiO2, P2O5, N2O5
Рідкий	Гідроген оксид, сульфур(VI) оксид	Н2О, SO3

Фізичні властивості. Оксиди неметалічних елементів — це молекулярні сполуки з молекулярними кристалічними ґратками (крім SiO2, що має атомні кристалічні ґратки). Від структури й залежать їхні властивості. Оксиди молекулярної будови — гази, без запаху (СО, NO, СО2) або з різким запахом (SO2, NO2). Карбон(IV) і сульфур(IV) оксиди за певних температур переходять в інший агрегатний стан: перший утворює тверду речовину (сухий лід), другий — безбарвну рідину, яку зберігають у сталевих цистернах. Випаровуючись, обидва оксиди спричиняють охолодження.

Нітроген з Оксигеном утворює п'ять оксидів. Докладнішу інформацію про їхні назви, молекулярні формули та фізичні властивості ви дізнаєтеся, розглянувши рис. 37.

Рис.  Схема класифікації оксидів Нітрогену

Силіцій(IV) оксид — тверда кристалічна речовина. Його температура плавлення дуже висока — 1728 °С порівняно з карбон(IV) оксидом, температура плавлення якого становить 56,6 °С. Така відмінність зумовлена різною будовою кристалічних ґраток цих оксидів.

Фосфор(V) оксид — пухкий порошок, білого кольору, з густиною 2,3 г/см3, гігроскопічний (поглинає вологу), легкоплавкий, з різким запахом. Типовий кислотний оксид.

Антропогенні та природні причини появи в атмосфері оксидів неметалічних елементів. Джерелами викидів в атмосферу оксидів неметалічних елементів є численні підприємства, які не мають потрібних очисних споруд, теплоелектростанції, транспортні засоби, населені пункти, неякісне технічне обладнання.

Унаслідок виробничих процесів різних галузей промисловості та сільського господарства відбуваються колосальні зміни в атмосфері планети. Промислові виробництва всієї Землі, автомобільний транспорт викидають в атмосферу величезні обсяги карбон(IV) оксиду (вуглекислого газу), сульфур(ІV) оксиду, гідроген сульфіду, нітроген(ІІ) і нітроген(IV) оксидів. Це призводить до зменшення товщини озонового шару, який захищає поверхню Землі від ультрафіолетового випромінювання, випадання кислотних дощів, виникнення парникового ефекту. Учені зазначають, що протягом останніх 30 років концентрація озону в атмосфері зменшилася в десятки разів. Це може бути причиною утворення чорних дір в атмосфері. Велика кількість вуглекислого газу в атмосфері зумовлює глобальне потепління на планеті.

Застосування оксидів неметалічних елементів

Оксид	Формула	Застосування
Карбон(IV) оксид	СО2	У хімічній промисловості для добування солей карбонатної кислоти; для газування води, приготування газованих напоїв; як холодоагент для збереження м'ясних продуктів, риби, морозива, овочів та інших продуктів; під час виробництва вин і пива; у вогнегасниках; для прискорення достигання овочів у теплицях. Регулює тепловий баланс планети; бере участь у процесі фотосинтезу.
Карбон(II) оксид	СО	Як паливо в суміші з воднем; для синтезу метанолу.
Сульфур(IV) оксид	SO2	Сировина для виробництва сульфатної кислоти та її солей; для знезараження зерно- й овочесховищ від шкідників і мікроорганізмів; відбілювання соломи, шовкових і вовняних тканин; дезінфекції ємкостей на винних і пивних заводах.
Сульфур(VI) оксид	SO3	Виробництво сульфатної кислоти та її солей; як водовідбірний засіб.
Силіцій(IV) оксид	SіО2	У будівельній справі для виробництва бетону, цегли, стекол, кераміки, шліфувальних матеріалів; у фармацевтиці як сорбент (аерогель, селікагель); для виробництва пористих матеріалів; в оптичній та парфумерній промисловостях; як теплоізолятор; кварц — у ювелірній справі, для виробництва кварцового термостійкого скла.
Нітроген(ІV) оксид	NO2	Як окисник у ракетному паливі; у виробництві нітратної кислоти, нітратів, мінеральних добрив.
Фосфор(V) оксид	Р2О5	Добування ортофосфатної кислоти; в органічному синтезі, для осушення газів.

Фізіологічна дія. Багато оксидів неметалічних елементів проявляють токсичну дію на організм людини. Дуже отруйною речовиною є карбон(ІІ) оксид, або чадний газ. Його молекули сполучаються з гемоглобіном крові значно міцніше за молекули кисню, унаслідок чого припиняється перенесення кисню до клітин організму. Вуглекислий газ хоча й не токсичний, але за надмірної кількості в людини виникає задуха або зупинка дихання. Оксиди Сульфуру й Нітрогену уражають слизові оболонки дихальних шляхів, спричиняють опіки шкіри. Пари оксидів Нітрогену призводять до збільшення розмірів печінки й селезінки, розладу психіки.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Оксиди неметалічних елементів перебувають у трьох агрегатних станах. Це переважно речовини молекулярної будови. Атомні кристалічні ґратки властиві силіцій(IV) оксиду.

• Оксиди неметалічних елементів — це кислотні оксиди. Вони вступають у хімічну взаємодію з водою, основними оксидами й лугами.

• Поява в атмосфері оксидів неметалічних елементів зумовлена викидами численних підприємств, теплоелектростанцій, роботою транспортних засобів, функціонуванням населених пунктів, недоброякісним технічним обладнанням.

• Основними забруднювачами атмосфери є карбон(IV) оксид, сульфур(IV) і сульфур(VI) оксиди, нітроген(ІІ) і нітроген(IV) оксиди.

• Процес утворення кислотних дощів за участю сульфур(IV), нітроген(ІІ) і нітроген(IV) оксидів відбувається за такими ланцюгами перетворень:

• Кислотні дощі негативно впливають на рослинність, знижують родючість ґрунтів, а оксиди Сульфуру та Нітрогену спричиняють у людей захворювання органів дихання.

• Оксиди неметалічних елементів набули широкого застосування в господарстві України.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

• 1. Назвіть неметали, які набули широкого застосування в господарстві України.
• 2. Охарактеризуйте сфери застосування: а) водню; б) кисню та озону; в) сірки; г) фосфору; ґ) вуглецю.
• 3. Назвіть причини антропогенного та природного забруднення атмосфери оксидами неметалічних елементів.
• 4. Складіть рівняння реакцій, що відбуваються за схемами:

а) S → SO2 → SO3 → H2SO4 → Na2SO4 → BaSO4;

б) N2 → NO → NO2 → HNO3 → Ca(NO3)2.

• 5. Складіть рівняння реакцій між: а) азотом і киснем; б) фосфором і киснем; в) вуглецем і сіркою; г) воднем і сіркою. Складіть електронний баланс, укажіть окисник і відновник.
• 6. Під час грози атмосферний азот об'ємом 134,4 л (н. у.) перетворився на оксид, який сполучився з дощовою водою з утворенням кислоти. Обчисліть масу кислоти, що випала з дощем на землю.
• 7. Сульфур(IV) оксид масою 19,2 г окиснили та піддали дії води. Обчисліть масу й кількість речовини утвореного продукту. Назвіть утворену речовину.

  31.01.2022

Тема: Силіцій. Сучасні силікатні матеріали.

Високі будинки й глибокі тунелі, мости через ріки й багато інших споруд зведено з використанням цементу, бетону, цегли. Красивий і практичний посуд, сучасні телевізори й медична апаратура, вікна будинків, салони автомобілів, літаків, потягів тощо виготовляють із використанням скла. У побуті використовують різні керамічні вироби.

Цемент, бетон, цегла, кераміка, скло — продукція силікатної промисловості. Назва підказує, що до їх виробництва причетний Силіцій, а точніше його сполуки.

ПОНЯТТЯ ПРО СКЛО. Археологічні знахідки доводять, що цей матеріал відомий людям понад 5-6 тис. років. Перше його застосування було пов'язане з виготовленням жіночих прикрас. Нині скло широко використовують у різних галузях промисловості й сільського господарства 

  Знадобився час, щоб люди навчилися виготовляти різноманітні види скла та формувати вироби з нього — видувати скляні ємності, прокатувати скло в тонкі пластини, витягувати в нитки. Виготовлення скляних виробів можливе лише з гарячої розплавленої маси, а розм'якшуватися скло починає за температури 900 °С, рідким скло стає за температури 1500 °С.

Виготовляють (варять) звичайне віконне скло із соди Na2CO3, вапняку CaCO3 та кварцового піску SiO2 за температури 1500 °С у спеціальних печах безперервної дії. За добу з однієї печі одержують до 300 т продукції. Про розміри такої печі, свідчить її варильний басейн довжиною у 40 м, шириною у 10 м і висотою у 1,5 м.

Хімізм виготовлення скла ґрунтується на властивостях карбонатів розкладатися під час нагрівання та властивостях основних і кислотних оксидів взаємодіяти між собою:

CaCO3= СаО + CO2↑;

СаО + SiO2 = CaSiO3;

Na2CO3 + SiO2= Na2SiO3 + CO2↑;

CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2↑.

Сировину беруть у співвідношенні, що забезпечує утворення скла з приблизно таким складом: Na2O · CaO · 6SiO2.

Скло звичайне (з нього виготовляють віконні шибки, скляні банки і пляшки) — прозорий аморфний сплав суміші натрій силікату з кальцій силікатом і кварцовим піском.      

    Одним із досягнень хімічної науки ХХ ст. стало створення склониток і скловолокна (мал. 80). Відтепер склонитки використовують як світловоди для передавання зображень і звуків. Без цього не існувало б кабельного телебачення, телефонного зв'язку, не було б приладів, що діагностують стан внутрішніх органів людини.

Мал. 80. Скловолокно

Кришталеве скло виготовляють з калій карбонату, плюмбум(ІІ) оксиду, уміст якого дорівнює майже 24 %, і кварцового піску. Це скло має високий коефіцієнт заломлення світла, тому його використовують в оптиці (виготовлення лінз і призм). Оскільки кришталеве скло має яскравий блиск, його гранують, щоб виготовити красиві вази й столовий посуд.

Емальований посуд вам добре відомий. Емаль — це матеріал, виготовлений із звичайної скломаси шляхом додавання до неї станум(IV) оксиду. Кольоровою емаллю оздоблюють прикраси (мал. 81, а), картини (мал. 81, б), вази (мал. 81, в) тощо.

Мал. 81. Оздоблення емаллю

За певних умов аморфну скломасу піддають частковій перекристалізації з утворенням білого, непрозорого, термостійкого й міцного матеріалу, що називається ситал.

З нього виготовляють побутовий вогнетривкий кухонний посуд: каструлі, форми для запікання, жаровні, сковорідки тощо (мал. 82).

Мал. 82. Вогнетривкий кухонний посуд із ситалу

ЦЕМЕНТ. Споруди високої міцності й тривалого призначення (будинки, тунелі, мости) будують з обов'язковим використанням цементу (за винятком дерев'яних будиночків і невеликих містків місцевого значення). Цей матеріал має рідкісну властивість — з роками його твердість збільшується.

Є різні сорти цементу, серед найуживаніших — портландцемент. Як сировину для виробництва цементу використовують вапняк і глину, рідше мергель — природну суміш цих двох речовин. Формулу вапняку ви знаєте, склад глини передають записом Al2O3 · 2SiO2 · 2Н2О.

На будівництві цемент змішують з піском і водою. Утворену суміш називають цементним або будівельним розчином, з часом він стає кам'янистим. Цементний розчин є незамінним зв'язувальним матеріалом для цегли, будівельних блоків тощо. Затвердіння відбувається внаслідок того, що складові речовини цементу з водою утворюють відповідні кристалогідрати. Давній Київ наші предки будували з використанням в'яжучої маси на зразок цементу, яку виготовляли з вапняку і випаленої глини «цем'янки». Перші цементні заводи України були збудовані на Донеччині і Рівненщині наприкінці ХІХ ст. Архітектор В. Городецький в 1903 р. використав вітчизняний цемент для виготовлення оздоблення однієї з найкрасивіших будівель ХХ ст., яка й донині прикрашає Київ (мал. 83).

Мал. 83. Будинок з химерами архітектора В. Городецького

Суміш щебеню (подрібненої гірської породи гранітного походження), піску і цементу називається бетон, без якого неможливе зведення мостів, будинків, гребель. Бетон, підсилений залізним каркасом, називається залізобетоном.

Силікатна промисловість включає також керамічне виробництво. До керамічних виробів належать будівельна цегла (мал. 84, а) (її виробляють найбільше), кахлі, облицювальні плитки, раковини умивальників, посуд із порцеляни і фаянсу тощо (мал. 84, б).

Мал. 84. Вироби з кераміки

Особливістю керамічного виробництва є те, що вироби після формування випалюють. З однорідної суміші глини, піску і води формують цеглини, а потім їх висушують у призначених для цього печах. Глина, змочена водою, стає схожою на пластилін і їй можна надати різної форми. На цій властивості глини ґрунтується гончарство. Амфори, глечики, миски — ці та інші гончарні вироби знаходять археологи під час розкопок давніх поселень (мал. 84, в). І нині, незважаючи на велику різноманітність матеріалів, люди не відмовилися від створення гончарних виробів (мал. 84, г). Україна славиться такими виробами, їх виробництвом займаються гончарі в різних регіонах. Одним з найбільших осередків виробництва гончарної кераміки в Україні є селище міського типу Опішня Полтавської області. З доби неоліту на території, де зараз розташоване селище, люди виготовляли керамічний посуд. Сучасні опішнянські гончарі зберігають традиції цього виробництва, додають до них багато нових і сучасних форм (мал. 85).

Мал. 85. Опішнянська кераміка

Ще в давньому Китаї володіли технологією виробництва порцеляни, з якої виготовляли красивий порцеляновий посуд (чашки, блюдця, миски, художні вироби) (мал. 86), проте рецепт тримали у великому секреті. У Європі її навчилися виготовляти лише у ХVІ ст. Як основну сировину для виготовлення порцеляни використовують білу глину каолін Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O, у меншій кількості беруть польовий шпат K2O · Al2O3 · 6SiO2 і кварцовий пісок SiO2. Готові вироби прикрашають малюнками.

У техніці застосовують електроізоляційні властивості порцеляни, її хімічну стійкість. З менш очищеної сировини, ніж та, з якої виробляють порцеляну, одержують грубіший матеріал — фаянс, що використовують так само, як порцеляну.

Як бачимо, різні галузі господарства використовують у великій кількості продукцію силікатної промисловості.

Мал. 86. Вироби з порцеляни

Сторінка ерудита

Як стало вам відомо з тексту параграфа, для виготовлення кожного з будівельних матеріалів потрібні сполуки Силіцію. Хімічний елемент Силіцій посідає 2-ге місце за поширенням у природі після Оксигену. Якщо Карбон — елемент однієї з ним підгрупи — є головним елементом живої природи, то Силіцій — основний елемент неживої природи. Його сполуки становлять близько 75 % маси земної кори. Проста речовина силіцій (кремній) має твердий агрегатний стан, сталевий колір, схожу з алмазом будову кристалів. Кремній наділений напівпровідниковими властивостями, що з успіхом використовується у фотоелементах, сонячних батареях тощо.

Силікати — така загальна назва солей силікатних кислот. Ви вже ознайомилися з деякими з них. У воді розчиняються лише силікати лужних металічних елементів. Їх називають розчинним склом. Розчинні силікати вступають у реакції йонного обміну з кислотами та розчинними солями інших металічних елементів, якщо продуктом реакції буде силікатна кислота або нерозчинна сіль. Силікатна кислота настільки слабкий електроліт, що силікати реагують навіть з карбонатною кислотою. Ця взаємодія трапляється в природі. Так, польовий шпат К2О · Аl2О3 · 6SiO2, що входить до складу гірської породи граніту, під впливом дощу та снігу, за участю вуглекислого газу, що завжди присутній в атмосфері, повільно руйнується, перетворюючись на глину й пісок.

Знаємо, розуміємо

• 1. Назвіть відомі вам будівельні матеріали, наведіть приклади.
• 2. Як різні добавки впливають на властивості скла?
• 3. Поясніть, на яких властивостях скла, цементу, бетону ґрунтується їх використання.
• 4. Для чого використовують силікатні матеріали?

Застосовуємо

• 1. З'ясуйте, що у вашому домашньому господарстві виготовлено зі скла, цементу, бетону, кераміки, порцеляни, фаянсу. Скільки назв налічує їх перелік? Зробіть висновок про значення цих матеріалів у вашому житті.
• 2. Один із сортів скла, з якого виробляють столовий посуд, має такий склад: SiO2 — 75 %, СаО — 12 %, Na2O — 13 %. Яка кількість речовини натрій оксиду та силіцій(IV) оксиду припадає в цьому сорті скла на 1 моль кальцій оксиду? Передайте склад такого скла формулами оксидів.
• 3. Поцікавтесь, виробництво яких силікатних матеріалів здійснюють у вашому регіоні, які там умови роботи та оплата праці, фахівці яких професій обслуговують виробництво. За можливості здійсніть екскурсію до них.

              https://www.youtube.com/watch?v=Jsl81sgaKls

  04.11.2021

Тема: Металічний зв'язок, кристалічний та аморфний стан речовин.

Поняття про металічний зв'язок

Дослідження за допомогою рентгенівського випромінювання довели, що метали у твердому стані існують у вигляді кристалів. Ці кристали складаються з атомів та позитивно заряджених йонів металічних елементів, які утримуються разом у певних положеннях кристалічних ґраток «електронним газом», що може вільно пересуватися 

 У металах у вузлах кристалічних ґраток розташовані катіони металічних елементів, навколо яких вільно пересуваються електрони

• Хімічний зв'язок, що реалізується через електростатичне притягання позитивних йонів у ґратках вільними електронами, називають металічним.

Металічний зв'язок:

• у вузлах кристалічних ґраток розташовані катіони металічних елементів;

• вільні електрони («електронний газ») утримують разом катіони;

• характерний для металів та їхніх сплавів

В утворенні металічного зв'язку беруть участь електрони зовнішнього енергетичного рівня. Атоми металічних елементів їх утрачають, унаслідок чого ці електрони стають «вільними». Ці електрони вже не належать певному атому, вони делокалізовані, тобто розподілені між усіма позитивними йонами металічних елементів. Електрони не розташовуються електронними парами між сусідніми йонами, а можуть вільно пересуватися по всьому кристалу.

Делокалізовані електрони фактично є «цементом», що утримує разом позитивно заряджені йони, інакше кристалічні ґратки розпалися б через відштовхування йонів. Разом із тим, такі електрони утримуються металічними катіонами в межах кристалічних ґраток і не можуть залишити металічний кристал.

У металічному зв'язку кожний атом металічного елемента надає у спільне користування щонайменше один електрон. Отже, атоми s-елементів першої групи в металах перебувають у вигляді йонів з електронною конфігурацією атомів найближчого інертного елемента, оскільки віддають свій єдиний електрон зовнішнього рівня. Атоми металічних елементів інших груп можуть віддавати у спільне користування один чи більше електронів. А у вузлах кристалічних ґраток, відповідно, будуть наявні йони із зарядом +1, менша кількість двозарядних йонів і ще менша тризарядних. Наприклад, в алюмінію серед усіх йонів тільки 27 % двозарядних і частки відсотка тризарядних.

Порівняння металічного зв'язку з йонним та ковалентним

Металічний зв'язок має спільні риси як із ковалентним, так і з йонним зв'язком.

Подібно до ковалентного, металічний зв'язок утворюється за рахунок усуспільнення електронів. Але в ковалентному зв'язку спільною є тільки пара електронів, і вона належить лише двом атомам, а в металічному зв'язку всі електрони є спільними для всіх йонів металічного кристала.

Подібно до йонного зв'язку, металічний утворюється завдяки електростатичному притяганню протилежно заряджених частинок. Але в речовинах із йонним зв'язком у вузлах кристалічних ґраток розташовані і позитивно, і негативно заряджені йони, що утримуються разом. А в речовинах із металічним зв'язком у вузлах кристалічних ґраток розташовані тільки позитивно заряджені йони, що утримуються разом за рахунок електростатичного притягання до «електронного газу».

Речовини з металічним зв'язком

Металічний зв'язок утворюється атомами металічних елементів. Він існує в усіх простих речовинах-металах, а також у їхніх сплавах. Дослідження довели, що в деяких нітридах Титану (сполуках Титану з Нітрогеном) та деяких інших сполуках також наявний металічний зв'язок. Існування металічного зв'язку, тобто «електронного газу», здатного вільно пересуватися, зумовлює низку фізичних властивостей речовин із таким зв'язком: електропровідність (мал.), гнучкість (ковкість або пластичність) (мал), металічний блиск, теплопровідність тощо.

Мал.  Наявність вільних електронів, що можуть пересуватися в певному напрямку, зумовлює електропровідність речовин із металічним зв'язком

Мал.  Вільні електрони, неначе тісто, скріплюють катіони металічних елементів незалежно від просторової форми металевого виробу, що зумовлює можливість надання будь-якої форми металічним кристалам

Ключова ідея

Металічний зв'язок, незважаючи на певні особливості, має спільні риси і з ковалентним, і з йонним зв'язком.

        Д.З.                     Контрольні запитання

1. Дайте визначення металічного зв'язку.

2. У чому полягають спільні та відмінні риси металічного зв'язку з ковалентним і йонним?

3. У яких сполуках існує металічний зв'язок?

4. Які спільні фізичні властивості металів та сплавів зумовлені наявністю в них металічного зв'язку?

Завдання з розвитку критичного мислення

1. Як ви вважаєте, чому кількість багатозарядних йонів у металічних кристалах значно менша за кількість однозарядних?

2. Доведіть або спростуйте твердження: йони металічних елементів у металічному кристалі утримуються разом «електронним газом», як родзинки утримуються тістом у кексі.

3. Чому, незважаючи на велику кількість заряджених частинок у металах, металічний кристал у цілому не має електричного заряду?

4. На вашу думку, чому вільні електрони в металічному кристалі називають «електронним газом»?

 01.11.2021

Тема: Водневий зв'язок

 Водневий зв'язок

Пригадайте: донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв'язку

Механізм утворення водневого зв'язку

У багатьох речовинах існує особливий тип хімічного зв'язку — водневий. У 9 класі ви вивчали, що водневий зв'язок є міжмолекулярним, тобто утворюється між молекулами (або між частинами однієї молекули).

Розглянемо утворення водневого зв'язку на прикладі молекул води. У молекулі води між атомами Оксигену та Гідрогену зв'язок ковалентний. Через значну різницю електронегативностей (ΔΕΗ = 3,44 - 2,20 = 1,24) цей зв'язок дуже полярний. Унаслідок цього на атомах Гідрогену наявний позитивний заряд і дефіцит електронної густини, а в атома Оксигену заряд негативний і є дві неподілені електронні пари:

Неподіленими електронними парами атом Оксигену притягується до атомів Гідрогену інших молекул води, і між молекулами води виникає додаткова взаємодія — водневий зв'язок, який позначають крапками:

Водневий зв'язок має частково електростатичний характер, а частково — донорно-акцепторний:

Отже, молекула певної речовини утворює водневий зв'язок за наявності неподілених електронних пар на одному з атомів та за наявності дуже полярного зв'язку з одним із атомів Гідрогену.

• Водневий зв'язок — це взаємодія атома Гідрогену однієї молекули (або її частини), сполученого з дуже електронегативним атомом, із неподіленою електронною парою дуже електронегативного атома іншої молекули (або її частини).

Водневий зв'язок утворюється атомами Гідрогену переважно з атомами Оксигену, Флуору та Нітрогену. Атоми цих елементів мають велику електронегативність і невеликі розміри. Водневий зв'язок атомів Гідрогену з атомами більшого розміру, як, наприклад, з атомами Хлору або Сульфуру, значно слабший, хоча за електронегативністю ці елементи близькі до Нітрогену.

Водневі зв'язки в різних речовинах

Водневі зв'язки утворюються не тільки між молекулами води, а й між молекулами інших речовин. Відрізнити такі речовини можна за їхньою хімічною формулою. Якщо в молекулі речовини є групи —ОН або —NH2, то з великою ймовірністю такі молекули утворюють водневі зв'язки. Так, молекули спиртів та карбонових кислот, у яких наявна група —ОН, утворюють водневі зв'язки між собою, а також із молекулами води (мал.1,).

Мал. 7.2. Водневі зв'язки в саліциловій кислоті (а), білку (б) та нуклеїновій кислоті (в)

Водневий зв'язок може існувати не тільки між молекулами, а й усередині однієї молекули між різними її частинами. Наприклад, у молекулі саліцилової кислоти (з якої синтезують аспірин) водневий зв'язок утворюється між гідроксильною та карбоксильною групами однієї молекули (мал. 7.2, а). Також наявність водневих зв'язків характерна для білків та нуклеїнових кислот. Завдяки утворенню водневих зв'язків стабілізується вторинна структура білків (мал..2, б) та реалізується можливість існування молекул ДНК у вигляді подвійної спіралі (мал. 2, в).

Вплив водневого зв'язку на властивості речовин

Водневий зв'язок не такий міцний, як ковалентний. Якщо енергія одинарного ковалентного зв'язку становить близько 250-400 кДж/моль, то енергія водневого зв'язку — 10-30 кДж/моль.

Водневий зв'язок:

• є міжмолекулярним і значно посилює притягання молекул;

• зумовлює підвищення температури кипіння;

• зумовлює підвищення розчинності речовин у воді

Але, незважаючи на невелику енергію водневих зв'язків, вони суттєво впливають на фізичні властивості речовин. Можливістю утворення водневого зв'язку з молекулами інших речовин, які також спроможні їх утворювати, пояснюється велика розчинність багатьох речовин у воді: спирту, цукру, ацетону, етанової кислоти тощо. Речовини, у яких існує водневий зв'язок між молекулами, мають температуру кипіння набагато вищу, ніж речовини з молекулярними кристалічними ґратками і близькими значеннями молярної маси, але без водневих зв'язків (мал. 7.3).

Мал. 7.3. Температури кипіння речовин із приблизно однаковою молярною масою

Утворення водневих зв'язків у напрямку неподіленої електронної пари зумовлює чітку структуру молекул води у твердому агрегатному стані (мал. 7.4). У рідкій воді водневі зв'язки частково руйнуються, тому під час плавлення вода дещо стискається, бо густина рідкої води трохи більша за густину льоду (мал. 7.5).

Мал. 7.4. Кристалічні ґратки твердої води: кожна молекула утворює по чотири водневі зв'язки із сусідніми молекулами

Мал. 7.5. У рідкій воді молекули води розташовані невпорядковано та близько одна до одної; у льоду молекули розташовані впорядковано й на більшій відстані, тому лід легший за воду (а). Під час замерзання вода розширюється, внаслідок чого закрита скляна пляшка з водою в морозилці тріскається (б)

Наявність водневих зв'язків зумовлює сильний поверхневий натяг води, завдяки чому багато комах здатні переміщатися по воді (мал. 7.6, с. 39). Наявність додаткового зв'язування молекул водневими зв'язками також зумовлює аномально високу теплоємність води: щоб пришвидшити тепловий рух, молекулам необхідно надати значно більше теплоти. Така особливість води має велике значення для формування клімату на Землі. Поблизу морів та океанів клімат м'якший, ніж у центрі континентів.

Мал. 7.6. Комахи ходять по воді завдяки її поверхневому натягу, що зумовлений міцними водневими зв'язками між молекулами води

Завдяки утворенню водневих зв'язків між різними надмолекулярними комплексами можливі процеси реплікації нуклеїнових кислот та синтез білків у рибосомах.

Ключова ідея

Водневий зв'язок — особливий тип міжмолекулярної взаємодії. Він має надзвичайне значення для появи й існування життя на землі та для існування біологічно важливих речовин.

Контрольні запитання

- Дайте визначення водневому зв'язку. Завдяки чому він утворюється?

- Як впливає наявність водневого зв'язку у воді та спиртах на їхні фізичні властивості?

- Схарактеризуйте, як можливість утворення водневого зв'язку впливає на: а) розчинність речовин у воді; б) теплоємність речовин; в) поверхневий натяг води?

- Назвіть основні властивості водневого зв'язку.

Завдання для засвоєння матеріалу

- Порівняйте фізичні властивості речовин, зазначених на малюнку . Який факт свідчить про наявність водневого зв'язку між молекулами води?

- Зобразіть утворення водневого зв'язку між молекулами: а) води та амоніаку; б) етанолу та води; в) етанової кислоти та води; г) етанолу та етанової кислоти.

-Використовуючи знання про фізичні властивості органічних речовин, проілюструйте вплив на них водневого зв'язку на прикладі: а) етану й етанолу; б) етанолу й гліцеролу; в) етанолу й етаналю.

Завдання з розвитку критичного мислення

- Оцініть можливість утворення водневих зв'язків між молекулами: а) спирту та альдегіду; б) спирту та карбонової кислоти; в) альдегіду та карбонової кислоти; г) спирту та естеру; д) спирту та амоніаку.

- Проаналізуйте діаграми та схарактеризуйте вплив водневих зв'язків на фізичні властивості речовин. Поясніть, що спільного й відмінного між речовинами на кожній діаграмі. Зобразіть утворення водневих зв'язків молекулами цих сполук (між собою та з молекулами води).

           Домашнє завдання:   Міні-проекти

1. У додаткових джерелах інформації знайдіть відомості щодо впливу водневого зв'язку на фізичні властивості речовин та його роль у біологічних системах.

2. Виконайте експеримент для дослідження поверхневої плівки води. Наповніть склянку водою майже до країв і акуратно покладіть на водну поверхню фільтрувальний папір із голкою. Як тільки папір намокне, він потоне, а голка має залишитися на поверхні. Голка не тоне, бо поверхня води вкрита плівкою, що не проривається завдяки малій вазі голки. Під час прання ця водна плівка перешкоджає видаленню бруду й жиру. Якщо поряд із голкою, що плаває на воді, насипати трохи прального порошку або долити мильну воду (акуратно!), голка незабаром потоне. А якщо дослід із голкою й папером провести у воді, до якої попередньо був доданий пральний порошок, то голка й зовсім не утримається на поверхні води. Це відбувається тому, що поверхнева плівка води руйнується під дією мийних засобів.