Хімія. Повторне видання. 7 клас. Лашевська

Тема 2. Досліджуємо і моделюємо речовини, механічні суміші й системи речовин

§ 10. Фізичні властивості чистих речовин

Я ПРАГНУ

з’ясувати, які властивості речовин називають фізичними і як за ними впізнають та розрізняють речовини.

ВИЗНАЧАЮ ПРОБЛЕМУ

Валерій. Ми багато чого дізналися і дослідили в першому семестрі. Наприклад, як безпечно працювати в кабінеті хімії.

Катерина. Так, навички поводження з речовинами й матеріалами стали нам у пригоді! Особливо коли застосували апсайклінг для виготовлення найпростішого лабораторного приладдя!

Мустафа. Я, наприклад, ніколи не думав, що етикетки на побутових хімікатах, харчових продуктах, лікарських засобах такі інформативні! Головне — уважно читати їх, аналізувати й робити правильні висновки.

Валентина. А мені до вподоби, що наче в машині часу ми змогли перенестися в давнину й поринути у світ алхімії та практичної хімії минулих епох. А ще — перекинути звідти місток у сьогодення.

Валерій. Як колись алхіміки й алхімікині, ми здобували початкові уявлення про речовини, спираючись на те, що могли бачити, відчувати, торкатися або спостерігати. А ще намагалися систематизувати факти, аналізувати причини, пояснювати наслідки того, що відбувалося з речовинами. Й оцінювати ризики використання їх.

Катерина. Так, мене, наприклад, зацікавило, як дослідники й дослідниці розпізнають речовину з-поміж багатьох інших і розрізняють зовні подібні речовини. Що для цього треба знати й уміти? Яким приладдям можна й потрібно скористатися?

Мустафа. І мені цікаво! Рушаймо вперед! До науки!

НАВЧАЮСЯ ДОСЛІДЖУЮЧИ

Пригадайте прийоми правильного виконання лабораторних операцій, використання лабораторного обладнання, посуду тощо! Про них, зокрема, йшлося в параграфі 2.

Завдання 1

Розглянь речовини, зразки яких тобі видано. Це можуть бути мідні, сталеві скріпки або дротинки, шматочки алюмінієвих бляшанок, смужки поліетилену, крохмаль, подрібнені на порошок кальцій карбонат, натрій хлорид, сахароза, графіт, цитринова кислота, глюкоза, гліцерол тощо. Досліди, опиши й порівняй фізичні властивості двох речовин, наприклад, заліза й цукру, крейди й цитринової кислоти, алюмінію і поліетилену, води й гліцеролу, кухонної солі й графіту тощо. Добери потрібне для дослідження обладнання, сплануй послідовність дій. Виконай і запротоколюй дослідження. Скористайся для фіксування спостережень, якщо вважаєш за доцільне, наведеною нижче таблицею. Зміни (скороти чи доповни) її, зважаючи на те, які саме речовини досліджуєш. Або зафіксуй дослідження в інший спосіб.

Залізо — головний складник сталі;

кальцій карбонат — головний складник крейди;

натрій хлорид — головний складник кухонної солі;

сахароза — головний складник цукру.

Ознака порівняння			Речовини
Агрегатний стан (за атмосферного тиску, температури 20-25 °С)			Назва речовини 1	Назва речовини 2
Колір
Блиск
Твердість
Запах
Розчинність у воді
Теплопровідність	(визнач експериментально або знайди
Електропровідність	самотужки інформацію в доступних джерелах)
Здатність намагнічуватися
Температура, °С (знайди самотужки інформацію в доступних джерелах)		плавлення
		кипіння
Густина, г/см³ (обчисли або знайди самотужки інформацію в доступних джерелах)

Завдання 2

Розпізнай за фізичними властивостями вміст пронумерованих посудин із: а) водою і гліцеролом; б) крохмалем і цукровою пудрою; в) алюмінієвими й сталевими стружками (мал. 10.1).

Мал. 10.1. Розпізнай уміст посудин

ШУКАЮ ВІДПОВІДІ

Як упізнати речовину й відрізнити її від інших?

Це можна зробити за унікальним набором характеристик — властивостей. За властивостями впізнають і порівнюють речовини, виявляючи подібність і відмінність між ними. Фізичні властивості речовини спостерігають чи вимірюють без зміни її складу. Ідеться про колір, температури плавлення і кипіння, в’язкість, густину, твердість, розчинність тощо. Порівняймо фізичні властивості деяких речовин, що часто трапляються в повсякденному житті. З’ясуймо, наприклад, чим подібні та відмінні зображені на малюнку 10.2 рідини. І вода, і етанол, і гліцерол — безбарвні. А ще — прозорі, тобто крізь них вільно проходять промені світла.

Порівняти їхні густини (ρ) за звичайної (20-25 °С) температури можна, скориставшись схемою на малюнку 10.2, 2.

Мал. 10.2. 1. Дистильована вода, етанол, гліцерол. 2. Між масою (m), об’ємом (V) і густиною (ρ) є взаємозалежність

Що відбувається, коли воду за нормального атмосферного тиску нагрівають до 100 °С? Вона закипає і починає випаровуватися. Як ми дізнаємося, що вода закипає? За бульбашками, що утворюються спочатку на дні посудини, а потім швидко поширюються по всьому об’єму рідини. Спочатку утворюються бульбашки розчинених у воді газів повітря — азоту, кисню, вуглекислого газу тощо. Бульбашки, які утворюються у воді, містять її пару. Наблизившись до поверхні рідини, бульбашки розширюються. Адже тут на них діє менший тиск, ніж у товщі води. Дані щодо температур кипіння води, етанолу, гліцеролу наведено на діаграмі (мал. 10.3).

Мал. 10.3. Температури кипіння води, етанолу, гліцеролу за нормального атмосферного тиску

Гелій потрібен людині не лише для кульок: у рідкому стані його використовують як охолоджувач магнітів у Великому адронному колайдері, у медицині тощо. А ще гелій потрібен для очищення ракетних двигунів. Також його застосовують у харчовій промисловості й металургії.

За малюнком 10.4 можна порівняти фізичні властивості вуглекислого газу й гелію. Пригадай, повітря, яке ти видихаєш, містить багато вуглекислого газу. Ти вже знаєш: вуглекислий газ утворюється внаслідок дії оцту чи іншого кислого розчину на харчову соду. А гелій досі масово бездумно використовують для наповнення святкових повітряних кульок. Адже не всі знають, що запаси цього газу на нашій планеті обмежені. Після використання гелій потрапляє в атмосферу, звідти — в космос і вже не повертається на Землю.

Мал. 10.4. Об’єми кульок, заповнених гелієм і вуглекислим газом, однакові, а маси газів у кульках різні

За якими фізичними властивостями можна розпізнати метали? Відповісти на це запитання ти зможеш, роздивившись малюнок 10.5. Зроби це.

Мал. 10.5. Маси однакових за розміром металевих кубиків однакові чи різні?

Ковкість, пластичність, здатність проводити електричний струм і тепло, розчинятися у воді, намагнічуватися і створювати власне магнітне поле тощо також є фізичними властивостями речовин (мал. 10.6).

Мал. 10.6. 1. Магніт притягує сталеві предмети, головним складником яких є залізо. 2. Мідь — золотаво-рожевий м’який пластичний метал, добре проводить тепло й електричний струм. 3. Кухонна сіль є в кожній оселі. Фізичні властивості натрій хлориду — її головного складника — відомі всім! А які знаєш ти?

Отже, підсумуймо. Речовини можуть різнитися кольором, твердістю, ковкістю, розчинністю, електро- і теплопровідністю, густиною, температурами плавлення та кипіння тощо. Барвник куркумін — яскраво-жовтого кольору, індиго — синього, хлорофіл — зеленого, бетанін — червоного.

Алмаз приблизно в 20 разів твердіший за графіт. Із м’якого й дуже пластичного золота виготовляють тонюсінькі майже прозорі пластинки — сухозлітне золото. Із золота масою 120 г можна виготовити від 1000 до 6000 золотих листків, таких тонких, що навіть подув вітру може зруйнувати їх. Гліцерол й етиловий спирт змішуються з водою і необмежено розчиняються в ній. Натомість розчинність у воді срібла й багатьох інших речовин мізерно мала.

Теплопровідність — здатність речовини переносити теплову енергію, а електропровідність — проводити електричний струм. Срібло, мідь, алюміній — чемпіони поміж металів з електропровідності й теплопровідності. Цікаво, що теплопровідність алмазу — найтвердішої речовини — чи не вп’ятеро вища порівняно зі сріблом. Ртуть твердне за від’ємної (-38,8 °С) температури. А вольфрам розплавиться тоді, коли температура сягне 3422 °С. Тобто застосування речовин зумовлене й водночас обмежене їхніми властивостями (мал. 10.7).

Мал. 10.7. 1. «До 30-річчя незалежності України» — пам’ятна золота монета номіналом 250 гривень. 2. Сухозлітне харчове золото. 3. Алмаз чи не в 20 разів твердіший за графіт. 4. Дроти виготовляють із міді.

Графіт добре проводить електричний струм, на відміну від алмазу. Саме тому з графіту виготовляють ковзальні контакти для штанг тролейбусів.

ЗАСТОСОВУЮ

Знання про фізичні властивості речовин дають змогу добирати для виготовлення різних виробів найкращі матеріали, зважаючи на їхню міцність, гнучкість, теплопровідність, електропровідність тощо.

Наприклад, для виготовлення корпусу каструлі використовують матеріали з високою теплопровідністю (сталь, алюміній, мідь). Натомість ручки каструлі виготовляють із пластику, деревини, яким властива низька електропровідність. Пластикові ручки не повинні бути легкоплавкими. Для індукційних плит підходить не будь-яка каструля. Її рівне пласке дно має бути виготовлено з матеріалу, здатного сильно намагнічуватися в магнітному полі — чавуну, сталі (мал. 10.8).

Мал. 10. 8. Без знання фізичних властивостей речовин і матеріалів каші не звариш!

Знання фізичних властивостей стане в пригоді під час добирання матеріалів для імплантів і протезів у медицині, будівельних матеріалів, мастила, антифризу та охолоджувальної рідини для автомобіля, тканин й оздоблення для одягу, чохлів для меблів тощо. Не менш важливо розрізняти речовини за їхніми зовнішніми ознаками, як-от колір, запах, смак, блиск, прозорість.

Тобто знання про фізичні властивості речовин є основою для розроблення новітніх матеріалів, технологій, підвищення якості життя.

ТЕСТУЮ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

• Застосовую • Аргументую • Творю • Пояснюю

1. Дай відповіді на запитання.

1) Що називають властивостями речовини?
2) Які властивості речовин належать до фізичних? Наведи приклади.
3) Чому для ідентифікації (розпізнавання) речовини, досліджують не одну фізичну властивість, а кілька?
4) Чим зумовлене й водночас обмежене застосування речовин?
5) Які наукові методи пізнання тобі довелося використати, досліджуючи й розпізнаючи речовини?

2. Обчисли й порівняй за малюнками 10.2 (с. 93) і 10.4 (с. 94) числові значення густини:

1) дистильованої води, етанолу, гліцеролу (кг/л);
2) гелію й вуглекислого газу (г/л).

Зістав результати обчислень із наведеними в довідниках даними щодо густин цих рідин і газів. Знайди їх самотужки або скористайся цифровим додатком на сторінці 4.

3. Поясни за малюнками:

1) 10.4 (с. 94) — у якій кульці гелій, а в якій — вуглекислий газ;
2) 10.5 (с. 94) — якими ще властивостями, окрім кольору й густини, різняться, на твою думку, ці метали;
3) 10.9 — чому ваги зрівноважені, хоча об’єм мідного циліндра чи не вдвічі менший за об’єм алюмінієвого.

Мал. 10.9. Чому за однакової маси об’єми циліндрів різні?

4. Поміркуй і зроби висновок:

1) чому сплави на основі алюмінію і магнію використовують у літакобудуванні;
2) які властивості цитринової кислоти, натрій хлориду, сахарози, ваніліну зумовили їхнє застосування в повсякденному житті;
3) чому електричні дроти виготовляють із міді або алюмінію, а ізоляційну оболонку — з поліетилену;
4) яка властивість крейди зумовила її застосування як добавки до паперу.

5. Обчисли за малюнком 10.10 густину (г/см³) металу, з якого виготовлено брусок. Поясни, між якими металами на малюнку 10.4 (с. 94) треба його розмістити. Визнач назву матеріалу бруска за наведеними в цифровому додатку чи інших довідниках даними.

Мал. 10.10. На дисплеї цифрових ваг відображено масу (г) металевого бруска

6. Уяви, що колекціонуєш монети, випущені Національним банком України, і тобі запропонували монету номіналом дві копійки. Залежно від року карбування й серії такі монети було виготовлено з алюмінію, міді, срібла, магнітної сталі, немагнітної сталі, сталі цих видів, укритих зверху шаром міді. Запропонуй якомога більше способів

1) розпізнавання за фізичними властивостями матеріалу, з якого виготовлено монету;
2) розрізнення двох-трьох таких монет із різних матеріалів.

7. Поясни, як можна розпізнати, лише спостерігаючи, однакові калюжки гліцеролу й води на блюдцях. Перевір своє припущення експериментально.

8. У пронумерованих пляшках без написів містяться розчини харчових барвників. В одній — спиртовий розчин хлорофілу (Е 140), у другій — водний розчин бетаніну (Е 162). Деякі люди не розрізняють зелений і червоний кольори. Поясни, як їм без сторонньої допомоги розпізнати, у якій із посудин міститься той чи той барвник. Дізнайся, чи схвалено для використання ці харчові добавки в Україні та Європейському Союзі й поділися цією інформацією в класі.

9. Поміркуй, чи можна впевнено стверджувати, що на малюнку 10.6 зображено сталеві шурупи, мідний дріт, кухонну сіль. Які властивості алмазу можуть бути використані для того, щоб відрізнити діамант (огранений алмаз) від підробки? Поміркуй, чи можна дійти правильного висновку, протестувавши лише одну характерну для алмазу властивість. Дізнайся більше про це й поділися зібраною інформацією в класі.

Чому так сильно різняться фізичні властивості алмазу й графіту попри те, що ці речовини утворені тими самими атомами (мал. 10.11).

Мал. 10.11. Атоми ті самі, а властивості алмазу (а) й графіту (б) різні. Чому?

10. Долучися до обговорення, вислови й поясни свою думку.

Григір. Святкував день народження. Запустили в небо 15 наповнених гелієм кульок. Так красиво! Коли святкуватиму своє сторіччя, запущу 101 кульку!

Лейла. А про птахів та інших мешканців планети ти подумав? І чи не закінчиться гелій на Землі на той час, як святкуватимеш ювілей? Треба відповідальніше ставитися до природи й ресурсів!

11. Оціни правильність міркувань однолітків, вислови й поясни свою думку.

Валерій. Пропоную прибрати пришкільну ділянку від дрібного металевого сміття. Прив’яжемо до довгої палиці магніт, «прочешемо» територію, і до магніту прилипне вся металева дрібнота. Зберемо її в контейнер для металевих відходів. І ділянку очистимо, і металобрухт для перероблення матимемо.

Катерина. Чудова ідея! Аж раптом хтось із перехожих на ділянці загубив золоту чи срібну сережку або обручку. Вона прилипне до магніта, і ми зможемо повернути її власнику чи власниці.

Валерій. І як ми тих власників чи власниць відшукаємо? Пропоную залишити цінні знахідки собі як винагороду за прибирання.

12. Об’єднайтеся в групу й винайдіть велосипед майбутнього (мал. 10.12). Розподіліть між собою складники велосипеда. Виберіть із поданого переліку властивості, на які, на вашу думку, треба зважити, добираючи матеріал для відповідного складника. Упорядкуйте ці властивості за зростанням значущості. Поясніть свій вибір. Порівняйте результати роботи й виберіть дві властивості з найвищим рейтингом. Запропонуйте: а) способи апсайклінгу велосипеда майбутнього, який відслужив своє. Назвіть фізичні властивості матеріалів, які зумовили ваш вибір варіанту апсайклінгу; б) креативну ідею і план пізнавально-розважального благодійного заходу «Велосипед майбутнього».

Мал. 10.12. Так ШІ зобразив велосипед майбутнього. А на якому ровері вирушиш у майбутнє ти?

13. Створи лепбук «Фізичні властивості речовин».

14. Підготуй і презентуй у класі повідомлення «Із префіксом най-» про властивості речовин, як-от: найсолодша, найміцніша, найтвердіша тощо.

Підсумуй

Чого корисного вдалося навчитися, опрацювавши матеріал і виконавши завдання? Долучи здобуток, оформивши його на власний розсуд, до особистого портфоліо досягнень.

Зміст