Хімія. Повторне видання. 7 клас. Лашевська

§ 11. Зовнішні вияви, швидкість, зворотність, керованість фізичних і хімічних змін речовин

Я ПРАГНУ

з’ясувати й порівняти суть і характерні ознаки фізичних та хімічних змін речовин.

ВИЗНАЧАЮ ПРОБЛЕМУ

Петро. Як швидко пробігло літо, промайнула осінь і настала зима. Стільки змін сталося навколо!

Шерон. Отож самі зміни! Та ще й назва параграфа в підручнику хімії підказує, що сьогодні йтиметься про зміни — фізичні та хімічні. Ти знаєш, що це таке?

Петро. Так, дещо чув про це раніше, але не дуже розумію, у чому їх суть і відмінність.

Шерон. Нам потрібно більше інформації! Нумо шукати й опрацьовувати!

Петро. А я пропоную цього разу розпочати з дослідження. А вже потім, якщо треба, опрацюємо інформацію!

Шерон. Гаразд. До роботи!

НАВЧАЮСЯ ДОСЛІДЖУЮЧИ

Завдання 1

Пригадайте явища, які відбуваються протягом дня, відколи прокидаєтеся, дивитеся у вікно, умиваєтеся, готуєте сніданок, вирушаєте до школи, гуляєте в парку тощо. Розподіліть ці явища в три уявні наплічники (рюкзаки) «Фізичні явища», «Хімічні явища», «???». Порівняйте й обговоріть результати, здобуті в групах, з’ясуйте природу явищ, щодо яких мали сумніви. Поміркуйте, чому визначення природи деяких явищ виявилося для вас складним. Скористайтеся в разі потреби додатковими джерелами інформації. Оцініть вплив досліджених явищ на здоров’я і довкілля, розподіліть їх за цими ознаками в три уявні екоторбинки, одна з яких — «???».

Завдання 2

Ознайомтеся з інформацією на малюнку 11.1. Дослідіть, чи утворюються нові речовини під час користування цією продукцією. Сплануйте, виконайте, запротоколюйте дослідження. Обговоріть у групі й поділіться в класі спостереженнями і висновками. Запропонуйте дизайн досліду, який дасть змогу зібрати й продемонструвати нові речовини, якщо вони утворилися.

Мал. 11.1. 1. Паличковий аромадифузор. 2. Кулька для ванни. 3. Аромалампа

Завдання 3

Доберіть із-поміж досліджених у завданнях 1, 2 явищ по два (можна більше!) приклади швидких і повільних, незворотних і взаємозворотних змін. Запропонуйте спосіб графічного впорядкування цієї інформації.

ШУКАЮ ВІДПОВІДІ

Чим фізичні зміни речовин відрізняються від хімічних?

Фізичні зміни ти спостерігаєш щодня. Наприклад, перехід речовин з одного агрегатного стану в інший (мал. 11.2). Під час цих процесів її хімічний склад не змінюється. Плавлення металу та його механічне оброблення, здрібнення цукру на пудру, намагнічування заліза тощо — усе це фізичні зміни, адже нові речовини внаслідок цього не утворюються.

Мал. 11.2. 1. Чайник тим часом видзвонює кришкою, парує, як мініатюрний вулкан (Анатолій Дімаров). 2. Вікна запотіли, і на них можна було пальчиком намалювати що завгодно (Ігор Калинець)

Хімічні явища не менш поширені, ніж фізичні. Однак на відміну від них, пов’язані з утворенням нових речовин. Бродіння фруктових соків, підгоряння їжі, іржавіння заліза, перетравлювання їжі, процеси дихання, гниття, перетворення кисню на озон тощо — лише невелика частина розмаїття хімічних змін навколо і всередині нас.

Склавши, розрізавши чи зіжмакавши шматок паперу, ти не зміниш речовини — його складників. Зміна форми — це фізична зміна. Якщо ж папір підпалити, спостерігатимеш виділення світлової і теплової енергії, а замість гладенького білого аркуша залишиться купка сіро-чорного попелу. Також відчуєш появу нового характерного запаху паленого. Зміна кольору, поява запаху свідчать, що утворилися нові речовини з новими властивостями. Тобто згоряння паперу — приклад хімічної зміни (мал. 11.3). Проте поширення запаху паленого в повітрі — наслідок дифузії — фізичного процесу перенесення і перемішування молекул продуктів горіння з молекулами складників повітря.

Мал. 11.3. 1. Насправді «оригамі» — це японське слово, яке означає мистецтво складання паперу (Джеремі Стронґ). 2. Я згорнув аркушик і штовхнув його назад через стіл. Пам’ятаю, ми тут якось у футбол паперовою кулькою грали (Джон Ґрін). 3. Згорів лиш папір, палкі слова залишилися... (Володимир В’ятрович)

Також тобі вже довелося спостерігати зміни, що відбувалися із запаленою свічкою, досліджувати її горіння на відкритому повітрі й у закритій посудині. Які фізичні зміни сталися тоді? Розплавлений парафін випаровувався — це фізична зміна. Так само фізичною зміною було тверднення патьоків розплавленого парафіну — адже складники парафіну не змінилися. Змінювалися лише швидкості руху їхніх молекул, відстані між ними. Унаслідок горіння парафін і кисень повітря перетворилися на інші речовини — водяну пару й вуглекислий газ. Звідки це відомо? Коли свічка згоряла в закритій посудині, скло запотівало, бо на ньому конденсувалася вода. Згодом, не догорівши, свічка згасала. Бо кисень у закритій посудині було витрачено на горіння. А вуглекислий газ, що утворився, горіння не підтримував.

Чи утворювалися нові речовини внаслідок випаровування в дифузорі? Ні, вони переходили з розчину в повітря. Коли ж у воду поклали кульку для ванни, яка містила харчову соду й цитринову кислоту, то спостерігали спінювання внаслідок виділення бульбашок вуглекислого газу.

Чи можна було зібрати вуглекислий газ, який виділився? У ванній кімнаті — навряд чи, а в лабораторному експерименті — легко! Адже з власних досліджень і параграфа 4 тобі вже відомі таємниці паляниці! Щодо процесів, які відбувалися, коли працювала аромалампа: поміж них були і фізичні, і хімічні. Назви їх.

За одними лише зовнішніми виявами — утворенням чи розчиненням осаду, виділенням газу, поширенням запаху, виділенням чи поглинанням енергії — однозначно ідентифікувати зміну як фізичну чи хімічну не завжди вдається. Під час кипіння з води виділяються бульбашки розчинених газів, це фізичне явище, бо нові речовини не утворюються. Натомість унаслідок дії цитринової кислоти на харчову соду виділяється вуглекислий газ — утворюється нова речовина.

Головний показник того, що відбулася хімічна зміна — перетворення одних речовин на інші, з новим унікальним набором властивостей.

І поміж фізичних, і поміж хімічних явищ трапляються взаємозворотні й незворотні. Випаровування і конденсування води — взаємозворотні фізичні зміни. Розбиту ж склянку не повернеш до її початкового стану.

У Японії розробили новий тип скла для смартфонів. Воно здатне самовідновлюватися в разі механічного пошкодження. Скло може «заліковувати» тріщини внаслідок стискання руками й не потребує використання високої температури для плавлення матеріалу.

Багато хімічних змін — незворотні: підгоряння їжі, згоряння палива. Однак за певних умов речовини, що утворилися, можуть знов перетворитися на ті, що були спочатку. Наприклад, із кисню в електричному розряді блискавки утворюється озон, який згодом перетворюється на кисень. Океан поглинає з атмосфери вуглекислий газ. Вуглекислий газ, сполучаючись із водою, утворює нестійку кислоту, здатну розкладатися знов на воду й вуглекислий газ. Ця сама кислота є і в газованих напоях. Коли відкорковуємо пляшку з газованою водою, бачимо швидке виділення бульбашок вуглекислого газу. Тож фізичні й хімічні зміни речовин досліджують, керують ними, щоб люди могли безпечно користуватися речовинами й матеріалами.

ЗАСТОСОВУЮ

Фізичні й хімічні зміни в природі відбуваються повсякчас. Вода, нагріта сонячним промінням, випаровується з водойм, поверхні Землі. Водяна пара з вологого повітря конденсується — утворюється роса, йдуть дощі. Або ж за нижчої температури крапельки сконденсованої пари перетворюються на кристалики паморозі чи випадають із хмар снігом. Вода просочується крізь ґрунт, шари гірських порід, потрапляє в підземні порожнини, згодом повертається до водойм. Тобто, змінюючи агрегатний стан, вода залишається водою. Отже, ідеться про її фізичні зміни (мал. 11.4).

Мал. 11.4. Колообіг води в природі

Випаровування і конденсація води — взаємозворотні процеси. Вони можуть відбуватися з різною швидкістю. Повільно випаровується вода з ґрунту, озера, річки тощо. Швидко — з каструлі з окропом. На швидкість випаровування можна впливати, підвищивши чи знизивши температуру, зменшивши чи збільшивши площу поверхні рідини, вологість навколишнього повітря, атмосферний тиск тощо. Тобто випаровуванням можна керувати. Часто в промисловості випаровують рідини за зниженого атмосферного тиску або у вакуумі. У харчовій промисловості це допомагає швидше концентрувати продукти, наприклад соки або молоко.

Так само можна керувати й іншими фізичними змінами, зокрема кристалізацією кухонної солі з розчину. Морську сіль добувають із солоних водойм, де в природних умовах вода випаровується, а сіль кристалізується (мал. 11.5). Процес пришвидшують, виварюючи сіль за нагрівання. Або ж виварюють її у вакуумі.

«Солевиварювальний Дрогобицький завод» — найстаріше підприємство в Україні з виробництва солі. Тут 2022 року збільшили виробництво солі у 2,2 раза — до 500 тонн. Ще донедавна вакуумною виварною сіллю Україну забезпечувало підприємство в місті Слов’янську на Донеччині.

Мал. 11.5. 1. Сіль видобувають із морської води. 2. Сіль харчова виварна вакуумна. 3. Пам’ятна монета Національного банку України «Місто Слов’янськ»

Форму шматка міді можна багаторазово змінювати ковкою, прокатуванням тощо, проте мідь залишатиметься міддю в будь-якому виробі (мал. 11.6). Поява на міді зеленкуватого нашарування свідчить про утворення нової речовини. Або ж кількох нових речовин із властивостями, відмінними від властивостей міді.

Патина — зеленкувате нашарування, що виникає із часом на мідних виробах під дією кисню, вуглекислого газу, водяної пари тощо. Щільний шар патини захищає мідь від подальшого руйнування.

Мал. 11.6. 1. Мідні вироби: форма різна, речовина та сама. 2. Зелене нашарування — патина

Хімічні зміни води відбуваються під час фотосинтезу. У листках рослин за участю зеленого пігменту хлорофілу з вуглекислого газу й води утворюються глюкоза і кисень. Для фотосинтезу потрібна сонячна енергія (мал. 11.7). Процес, протилежний до фотосинтезу, відбувається в організмі людини. Глюкоза в організмі людини під дією кисню перетворюється на вуглекислий газ і воду, унаслідок цього вивільняється енергія.

Чи можна керувати фотосинтезом? Так, його ефективність залежить, зокрема, від освітленості, концентрації вуглекислого газу, температури тощо. Ба більше, у наукових лабораторіях уже досліджують фотосинтез, у якому до вуглекислого газу й води додають деякі інші речовини. Наслідком є те, що замість глюкози утворюються сполуки, якими згодом можна буде замінити викопне паливо.

Мал. 11.7. Фотосинтез: із води й вуглекислого газу рослини синтезують глюкозу й кисень

Восени листя на деревах із зеленого стає жовтим і червоним, осипається. Чи може воно знов позеленіти? Повсякденний досвід свідчить, що ні. Цей процес незворотний. Коли дні коротшають, хлорофіл у листках руйнується. Саме тоді ми можемо бачити помаранчеві й жовті пігменти, до того замасковані хлорофілом. Червоні й навіть фіолетові кольори осіннього листя зумовлені хімічними змінами. Адже листки холодної пори синтезують нові пігменти — антоціани. Також ці барвники надають інтенсивного синього, фіолетового чи червоного відтінку овочам, квітам, фруктам (мал. 11.8). А ще антоціани (Е 163) використовують у харчовій і косметичній промисловості.

Мал. 11.8. 1. Барви осені. 2. Антоціани на нашому столі

Розкладання води електричним струмом на кисень і водень — ще один приклад хімічної зміни (мал. 11.9, 1). Унаслідок спалювання водню в кисні у воднево-кисневому пальнику утворюється вода. Вода також утворюється, якщо суміш водню і кисню вибухає.

Чи можна керувати цими процесами? Так. На швидкість розкладання води впливає сила струму. Водень із киснем утворює вибухонебезпечні суміші. Однак горіння в спеціальних воднево-кисневих пальниках безпечне. Високотемпературним полум’ям, що утворюється, ріжуть і зварюють метали. Автомобілі на водневому пальному не викидають у повітря вуглекислий газ, який зумовлює парниковий ефект.

Мал. 11.9. 1. Утворення водню й кисню внаслідок розкладання води електричним струмом. 2. Так ШІ зобразив автомобіль майбутнього на водневому пальному. Замість вихлопних газів — водяна пара

ТЕСТУЮ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

• Пояснюю • Застосовую • Аргументую • Творю

1. Дай відповіді на запитання.

1) У чому суттєва відмінність хімічних змін від фізичних?
2) Чи завжди за зовнішніми ефектами, які супроводжують явище, можна дійти правильного висновку щодо його природи?
3) Чи можна керувати фізичними й хімічними змінами?
4) Для чого досліджують фізичні й хімічні зміни речовин?

2. Опрацюй оповідання, заповни таблицю прикладами фізичних і хімічних явищ, поясни свій вибір.

ЮХИМОВА ПРОГУЛЯНКА

У сьомому класі однієї зі шкіл навчався непосидючий хлопчик Юхим. Виконувати письмові вправи на уроці йому не дуже хотілося, а читати підручник і поготів. Тож у неділю Юхим віддав перевагу прогулянці, а не виконанню домашнього завдання з хімії. Небо затягли хмари, накрапав холодний дощ. Дрібні крапельки осідали на одязі і взутті, тож невдовзі Юхимова куртка з коричневої стала майже чорною. Автомобіль чмихнув йому в обличчя хмаринкою кіптяви й на душі стало ще незатишніше.

Натрапивши на невеличку кав’ярню, Юхим рішуче прочинив двері й увійшов. Ще з порога ніздрі залоскотав приємний запах кави та свіжої випічки з ваніллю і корицею. Булочки й пиріжечки з рум’яною скоринкою були такі апетитні! Розрахувавшись за смаколики, хлопчик поклав до кишені кілька монет решти. Поміж них він помітив одну, напевно старовинну, бо була вона із зеленкуватими плямами.

Після теплої кави й смачних пиріжків життя заграло новими барвами. Юхим згадав про однокласницю Василинку й вирушив до неї на гостину. Дівчинка теж була непосидючою, усе навколо її цікавило, вона завжди ставила безліч запитань і щось досліджувала. З нею не занудьгуєш!

Василинка зустріла Юхима на порозі у своєму незмінному фартуху, захисних окулярах і рукавичках. Усе зрозуміло: пригоди тільки розпочинаються. Спочатку Василинка показала Юхимові кристали, які виростила з розчину цукру. А потім розповіла, що сьогодні варитиме мило й чиститиме оцтом чайник від накипу. Юхим спочатку із цікавістю спостерігав за вправними діями юної хімікині, а тоді пішов дивитися телевізор.

У науково-популярній програмі йшлося про виробництво скла та виготовлення з нього пляшок і банок, а потім — про використання нафти у виробництві ґуми. Сутеніло і Юхим вирішив, що час додому. Там мама, мабуть, уже насмажила картоплі й приготувала яблучно-морквяний сік. А бабуся привезла із села смачний домашній сир і квашені овочі. Куртка в теплій квартирі висохла й набула свого звичного кольору, а на черевиках проступили засохлі плями бруду.

Вже на порозі, прощаючись, Юхим попросив Василинку розповісти йому завтра про фізичні й хімічні зміни речовин. Дівчинка погодилася, адже вони дружать. Проте трохи здивувалася:

— Невже ти не помітив сьогодні ці зміни? І фізичні, і хімічні — вони повсюдно!

Юхим ішов вечірнім містом, задивлявся на вітрини магазинів, різнокольорові вогники вивісок. Його зацікавило запитання Василинки...

(За В. Федусенко)

Явища
фізичні	хімічні

3. Визнач й обґрунтуй природу змін, зображених на світлинах (мал. 11.10). Створи власну колекцію світлин «Явища», розподіли їх за рубриками.

Мал. 11.10. Назви природу змін

4. Досліди природу явищ, що відбуваються:

внаслідок дії оцту на яєчну шкаралупу, свіже молоко, сік червоного винограду або червоноголової капусти;
під час випікання хліба;
нарізання цибулі для борщу;
скисання фруктового соку;
танення морозива;
згіркнення вершкового масла.

5. Пригадай і проаналізуй зміни речовин, які відбувалися під час: а) виготовлення саморобного парфумерно-косметичного засобу; б) утворення «фараонових зміїв» із таблетки кальцій глюконату. Визнач природу цих змін.

6. Оціни ризики використання аромадифузора, кульки для ванн, аромалампи й доповни інструкції до них. Поділися своїм доробком у класі.

7. Долучися до дискусій та обґрунтуй свою думку.

Андрій. Я вважаю, що хімічні явища завдають шкоди довкіллю, наприклад, викиди з автомобілів чи заводів забруднюють повітря та воду. Отже, усі хімічні явища шкідливі.

Катерина. Я вважаю, що фізичні явища, такі як вітер чи дощ, корисні, бо можуть очищати повітря від шкідливих викидів і змивати забруднення з поверхні землі. Отже, усі фізичні явища корисні.

Мустафа. Я вважаю, що напис zero waste на етикетці паличкового дифузора — це просто вдалий рекламний прийом.

Шерон. Не можу з тобою погодитися. Як на мене — це спроба підвищити культуру споживання і привернути увагу до подолання сміттєвої кризи на Землі.

8. Створи лепбук «Фізичні й хімічні явища в повсякденні».

Підсумуй

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

Зміст