Хімія. 7 клас. Савчин

§ 13. Фізичні та хімічні явища. Хімічні реакції та явища, що їх супроводжують

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• розуміти суть фізичних і хімічних явищ, розрізняти їх;
• наводити приклади хімічних явищ, що відбуваються в природі й побуті;
• спостерігати перебіг хімічних реакцій за певними зовнішніми ознаками;
• проводити самостійно лабораторні досліди, характеризувати їх перебіг, описувати спостереження, робити висновки;
• формувати навички й набувати досвід в експериментальному дослідженні речовин і їх властивостей.

Пригадайте з курсу природознавства, що називають явищами. Перелічіть відомі вам групи явищ.

Фізичні та хімічні явища (перетворення). У світі, що нас оточує, відбуваються постійні зміни. Як вам уже відомо, їх називають явищами.

Вивчення в курсі природознавства теми «Світ явищ, у якому живе людина» дало вам можливість ширше ознайомитися з фізичними явищами — механічними, звуковими, тепловими, світловими (рис. 48), магнітними й електричними — і деякими їх характеристиками.

Рис. 48. Фізичні явища: а — веселка; б — блискавка

Наведіть приклади перелічених вище фізичних явищ.

Поміркуйте й дайте відповідь на запитання: чи відбувається під час цих явищ руйнування одних речовин і утворення інших?

Очевидно, що ні. Отже, поява інею на деревах у холодну пору, зменшення вмісту води у водоймах у бездощову погоду та випадання дощу — усе це явища, що пов’язані зі зміною агрегатного стану води внаслідок змін температурних умов у природі.

Чи можна такі зміни з перетворенням води спостерігати в побуті? Як їх здійснити?

Ви вже знаєте, що іній, водяна пара, вода — це одна й та сама речовина, складу молекули якої відповідає хімічна формула Н₂О.

За кімнатної температури йод — тверда, кристалічна, темно-фіолетового кольору зі слабким блиском речовина. У разі нагрівання кристали йоду одразу ж перетворюються на пару насиченого фіолетового кольору, а охолоджуючись, пара знову кристалізується (минаючи рідкий стан). Ці перетворення теж не пов’язані зі зміною складу речовини: і у твердому, і в газоподібному стані молекули йоду складаються з двох атомів, що відповідає формулі І₂.

Назвіть відомі вам з побуту скляні вироби.

Виробництво скляних виробів базується на наданні їм різної форми. Склад скла залишається незмінним. Здатність деяких речовин розширюватися або стискатися зі зміною температур — це також фізичні зміни.

Пригадайте, які ознаки є проявом фізичних властивостей речовин.

Отже, до фізичних властивостей, завдяки яким ми можемо спостерігати фізичні явища, належать: колір, запах, смак, блиск, густина, електро- й теплопровідність, температури плавлення й кипіння, пластичність тощо. Наявність цих ознак не змінює склад речовини.

Однак хімія вивчає хімічні явища, під час яких руйнуються одні речовини й утворюються інші, як-то відоме вам із побуту явище горіння природного газу, що складається переважно з молекул органічної речовини метану СН₄ (рис. 49). Цей процес відбувається за наявності газу кисню.

Рис. 49. Горіння природного газу

Дослідимо експериментально, що ж утворюється внаслідок згоряння метану. Для цього проведемо демонстраційні досліди.

Дослід 1. Потримаємо кілька секунд над полум’ям холодний предмет. На ньому конденсуються краплі води. Це означає, що в процесі згоряння метану утворюється водяна пара.

Дослід 2. Змочимо пробірку вапняною водою (розчин вапна у воді) і потримаємо її деякий час над полум’ям згораючого метану. Стінки пробірки швидко мутніють. Це ознака наявності в продуктах горіння вуглекислого газу.

Отже, унаслідок взаємодії метану з киснем утворилися дві речовини: вода й вуглекислий газ. Інакше кажучи, зруйнувалися молекули метану й кисню та утворилися молекули води й вуглекислого газу (рис. 50).

Рис. 50. Схема перетворень під час горіння метану: а — молекула метану; б — дві молекули кисню; в — атом Карбону; г — чотири атоми Гідрогену; ґ — чотири атоми Оксигену; д — молекула вуглекислого газу; е — дві молекули води

За нагрівання порошку заліза із сіркою утворюється складна кристалічна речовина — ферум(ІІ) сульфід, що проявляє зовсім інші властивості, ніж вихідні речовини (рис. 51).

Рис. 51. Схема утворення ферум(ІІ) сульфіду: а — сірка; б — залізо; в — ферум(ІІ) сульфід

Перетворення, під час яких відбувається руйнування одних речовин і утворення інших, називають хімічними явищами, або хімічними реакціями.

Для будівельних потреб використовують вапно (хімічна назва кальцій гідроксид, формула — Са(ОН)₂). Щоб його отримати, треба провести дві реакції: 1) розклад вапняку СаСО₃ (кальцій карбонат) з метою добування негашеного вапна СаО (кальцій оксид); 2) сполучення кальцій оксиду з водою (як кажуть, «погасити вапно»).

Отже, ми бачимо, що під час перебігу хімічних реакцій завжди є речовини, що вступають у реакцію, і речовини, що утворюються після реакції.

Речовини, що вступають у реакцію, називають вихідними речовинами, або реагентами, а ті речовини, що утворюються після реакції, — продуктами реакції, або кінцевими речовинами.

У двох вищеописаних реакціях, які мають велике практичне значення для людини, вихідними речовинами були: кальцій карбонат — у першій, кальцій оксид і вода — у другій. Продукти реакцій — це кальцій оксид і вуглекислий газ — у першій, кальцій гідроксид — у другій. Знаючи хімічні формули вихідних речовин і продуктів, перебіг реакції можна зобразити схемами:

Стрілка вгору означає, що під час реакції відбувається виділення газу.

Як ви думаєте, фізичні явища й хімічні реакції відбуваються одночасно чи взаємопов’язано?

Явища, що супроводжують хімічні реакції. Наукою доведено, що кожна хімічна реакція супроводжується одним або декількома зовнішніми проявами. Це дає змогу робити висновки про перебіг реакцій. Розглянемо основні з них за допомогою демонстраційних дослідів.

• Зміна забарвлення речовин

Дослід 1. Для виявлення розчинів лугів застосовують індикатор фенолфталеїн — речовину, що змінює забарвлення в лужному середовищі. Якщо до розчину натрій гідроксиду долити розчину фенолфталеїну, останній змінить своє забарвлення на малинове. Додавши до цієї суміші хлоридної кислоти, спостерігатимемо знебарвлення. Це означає, що кислота нейтралізувала луг. Перебіг реакції взаємодії лугу з кислотою можна записати так:

NaOH + НСl → NaCl + Н₂О (3)

Фенолфталеїн був індикатором для виявлення перебігу реакції.

Дослід 2. Зміна забарвлення спостерігається під час прожарювання мідної пластини в полум’ї (рис. 52). Мідь, яка зазвичай має червоний колір, укривається чорним нальотом. Цей наліт — новоутворена речовина купрум(ІІ) оксид CuО.

Рис. 52. Прожарювання мідної пластини

Схема реакції матиме такий вигляд:

• Випадання осаду або його розчинення

Дослід 3. Наллємо в хімічну склянку розчин ферум(ІІІ) хлориду. Цей розчин має жовте забарвлення. До нього додамо декілька крапель розчину натрій гідроксиду (лугу). Спостерігатимемо одночасно два явища — уміст склянки стає бурим (отже, змінилося забарвлення), а згодом бура речовина осідає на дно — утворився осад (рис. 53). Бура речовина — це новоутворений ферум(ІІІ) гідроксид. Схема реакції:

Стрілка донизу вказує на те, що під час реакції випадає осад.

Рис. 53. Утворення осаду ферум(ІІІ) гідроксиду

Дослід 4. Якщо до свіжодобутого осаду ферум(ІІІ) гідроксиду доллємо хлоридної кислоти, то осад розчиняється з утворенням розчинної у воді речовини жовтого кольору — ферум(ІІІ) хлориду:

Яке ще явище проявляється під час розчинення осаду?

• Виділення газу

Деякі хімічні перетворення супроводжуються утворенням (виділенням) газу.

Рис. 54. Утворення пухирців водню на цинковій пластинці

Дослід 5. У пробірку, до якої вміщено цинкову пластинку, доллємо хлоридну кислоту НСl. Спочатку на пластинці утворюються маленькі пухирці (рис. 54), які згодом відриваються від поверхні цинку й виділяються назовні. Це газ водень. Схема реакції:

Zn + НСl → ZnCl₂ + Н₂↑ (7)

Аби переконатися в тому, що під час реакції виділився водень, обережно запалимо газ. Він загоряється на повітрі й горить блакитним полум’ям. Відбувається реакція, подана схемою:

Н₂ + О₂ → Н₂О (8)

• Виділення тепла й світла

Реакції, під час перебігу яких відбувається виділення тепла й світла, відомі людству з прадавніх часів. Це горіння дров та інших видів палива. Вони дали поштовх до використання обігріву приміщень, виготовлення смолоскипів для освітлення споруд, вулиць тощо.

Пригадайте й назвіть речовини, що вступають у реакції горіння.

Дослід 6. Запалимо сірник або суху скіпку й будемо спостерігати, що при цьому відбувається.

Поясніть самостійно, якими явищами супроводжується ця реакція.

Найпростішою схемою реакції горіння є горіння вуглецю:

С + О₂ → СО₂ (9)

Тепло і світло виділяються не тільки під час згоряння простих речовин вуглецю, фосфору, магнію, а й складних, наприклад, природного газу, спирту.

• Поглинання теплоти

Цим явищем супроводжуються всі реакції, що відбуваються під час нагрівання (реакція міді з киснем). Наочним прикладом поглинання теплоти з навколишнього середовища є розчинення амоній хлориду NH₄Cl у воді.

Дослід 7. Склянку з амоній хлоридом поставимо на мокру підкладку й доллємо невелику кількість води, помішуючи вміст скляною паличкою. Під час розчинення амоній хлорид поглинає стільки теплоти, що склянка примерзає до підставки (рис. 55).

Рис. 55. Розчинення амоній хлориду у воді

• Поява запаху

Це явище асоціюється з утворенням запашних сполук. Наприклад, поява своєрідного запаху свіжості після грози пояснюється утворенням у повітрі молекул озону О₃. Реакція полягає в перегрупуванні молекул кисню в молекули озону за високих температур під дією електричних розрядів. Схематично реакцію можна записати так:

О₂ → О₃ (10)

Дослід 8 (виконують під тягою). Насипте на дно пробірки суху сіль — амоній хлорид і долийте до неї розчин натрій гідроксиду об’ємом 2-3 мл. Чи спостерігаються зміни? Якими явищами супроводжується реакція?

Ураховуючи сказане вище, доходимо висновку, що хімічні перетворення супроводжуються певними явищами; вони дають можливість спостерігати зовнішні прояви перебігу хімічних реакцій.