Хімія. Повторне видання. 7 клас. Лашевська
§ 12. Змішуємо й розділяємо
Я ПРАГНУ
з’ясувати, що відбувається внаслідок змішування речовин, чим дисперсна система відрізняється від механічної суміші, де трапляються і як використовують дисперсні системи.
ВИЗНАЧАЮ ПРОБЛЕМУ
Лейла. Сьогодні молодші брат і сестричка примудрилися розсипати на столі й перемішати крупи: гречану, рисову й манну!
Григір. Отакої! Не можна ні на хвильку малечу залишати без нагляду. І що ж ви зробили?
Лейла. Спробували разом розділити цю механічну суміш. Спочатку ситом відокремили зернятка гречки й рису від крупинок манки. Потім вручну розділили на дві купки рис і гречку. Та ще й третя купка утворилася — туди відкладали смітинки й полову, які були в гречаній крупі.
Григір. Цікава практика! А мені довелося бачити, як гречану крупу очищують від полови іншим способом. Уміщують у каструлю, доливають воду й добре перемішують. Полова спливає, тоді воду з нею зливають. Дуже швидко й ефективно!
Лейла. Справді швидко. Та чи завжди ефективно? Адже можуть трапитися смітинки, густина яких більша за густину води. Їх як відокремиш?
Григір. Так, переваги й недоліки є в кожного способу розділення суміші. Тому їх удосконалюють чи комбінують, щоб досягти найліпшого результату.
Лейла. Звісно, на екскурсії в історико-етнографічному музеї нам розповідали, що в давнину зерно відокремлювали від полови вручну або віялами. А зараз провіювання є однією з технологічних операцій зернозбирального комбайна.
Григір. Так, розділяти суміші не менш цікаво ніж створювати. Та чи будь-яку суміш можна розділити?
Лейла. Треба обміркувати те, що вже знаємо, пошукати й опрацювати нову інформацію.
Григір. Маєш рацію! Берімося до роботи. Адже здобуту інформацію теж треба фільтрувати, щоб відокремити факти від вигадок.
НАВЧАЮСЯ ДОСЛІДЖУЮЧИ
Завдання 1
Назвіть суміші, які трапляються вам у повсякденні — удома, дорогою до школи, у магазинах. Розподіліть ці суміші в три уявні наплічники (рюкзаки): «Механічні суміші», «Системи», «???». Порівняйте й обговоріть результати, здобуті в групах, з’ясуйте природу сумішей, щодо яких мали сумніви. Поміркуйте, чому сортування деяких сумішей виявилося для вас складним. Скористайтеся, у разі потреби, додатковими джерелами інформації. Оцініть вплив досліджених сумішей на здоров’я й довкілля, розподіліть їх за цими ознаками в три уявні екоторбинки, одна з яких — «???».
Завдання 2
Дослідіть, чи змінюється розмір желейних цукерок, якщо помістити їх у дистильовану воду або розчин кухонної солі, цукру, харчової соди, цитринової кислоти тощо з різним умістом розчиненої речовини. Подайте результати вимірювань як стовпчикову діаграму.
Завдання 3
Дослідіть (на вибір) утворення дисперсної системи і вплив різних чинників на її стійкість. Такими чинниками можуть бути природа, маси чи об’єми основних складників, використання додаткових компонентів (емульгатори, ароматизатори, барвники, смакові добавки тощо), швидкість й інтенсивність перемішування, температура складників, нагрівання чи заморожування продукту, струшування, натискання тощо. Поясніть, вплив скількох чинників треба досліджувати в одному експерименті — одного чи кількох.
Дисперсні системи, які можна дослідити: а) домашній майонез; б) кавова чи мильна піна, збиті вершки; в) суспензія ґрунту; г) драглі на желатині, агар-агарі, пектині; д) овочевий чи фруктовий сік із м’якоттю тощо. Поділіться результатами дослідження в класі.
Завдання 4
Змоделюйте дисперсну систему (зобразіть схематично, створіть 3D-модель), яку досліджували — емульсію, піну, суспензію чи драглі.
ШУКАЮ ВІДПОВІДІ
Які речовини називають чистими?
Будь-який реальний об’єкт навколо нас — це комбінація кількох (часто багатьох) речовин. Навіть речовина, яку на побутовому рівні зазвичай уважають чистою, містить домішки. Чиста речовина має сталі властивості, за сукупністю яких її можна впізнати й відрізнити від інших речовин.
Тобто вміст домішок у речовині, яку вважають чистою, такий малий, що не впливає на її властивості. Одним із найважливіших завдань сучасної хімії є виробництво надчистих речовин. Адже без них неможливий розвиток високих технологій, зокрема мікроелектроніки.
Прикладами відносно чистих речовин, які трапляються в повсякденному житті, є кухонна сіль «Екстра», цукор-рафінад, дистильована вода (мал. 12.1).
Мал. 12.1. 1. Уміст домішок у цукрі-рафінаді не перевищує 0,1 %. У жовтому неочищеному цукрі є цукрова патока, яка містить близько 200 різних речовин. 2. Ступінь чистоти дистильованої води перевищує 99 %
Що таке суміші?
Чим різняться пісок і граніт? Ти вже знаєш з курсу географії, що пісок — це осадова гірська порода, суміш дрібних зерен різних мінералів. Найпоширенішим мінералом у піску є кварц, який дуже стійкий до вивітрювання. Окрім кварцу й інших мінералів, у піску трапляються раковини молюсків або скам’янілості тварин і рослин (уламки). Тобто пісок є механічною сумішшю, склад якої залежить від місця добування й умов утворення.
Крупинки складників у піску не набувають нових властивостей. Їх можна виокремити із суміші різними способами, наприклад, просіюванням крізь сита з отворами різного діаметра. Деякі мінерали, наприклад магнетит, можна вилучити магнітом. Так само магнітом вилучають із піску частинки заліза, які потрапили туди внаслідок діяльності людини.
Граніт (від лат. granum — «зерно») теж містить зерна різних мінералів — кварцу, польового шпату, слюди. Їхні частинки видно оком. Найбільше в граніті червонуватих або сірих зерняток польового шпату. Напівпрозорі, білуваті чи жовтуваті частинки, схожі на шматочки каламутного скла — кварц. Блискучі пластинчасті вкраплення — слюда. Проте фізичними методами видалити ці мінерали з граніту, не зруйнувавши його, неможливо. Адже в умовах формування граніту під дією високого тиску й температури ці складники «проростають» один в одного, утворюючи цілісну структуру, систему. Ця система зруйнується, якщо видалити хоча б один її компонент.
Системами також є водні розчини кухонної солі й цитринової кислоти. Кристали кухонної солі не проводять електричний струм, а її водний розчин електропровідний. Солона вода замерзає за нижчої та кипить за вищої температури порівняно з дистильованою. Тобто система, якою є водний розчин солі, має фізичні властивості, відмінні від властивостей її складників. Отже, у розчинах частинки розчиненої речовини взаємодіють із молекулами води. Що відбудеться, якщо цю систему зруйнувати? Наприклад, випарити водний розчин кухонної солі, а воду сконденсувати. Суха сіль, так само як і до розчинення, не проводитиме електричний струм. А сконденсована вода кипітиме й замерзатиме за температур, властивих їй як чистій речовині.
Дисперсні системи — світ, у якому ми живемо. Чому? Більша частина речовини Всесвіту перебуває у вигляді пилу. Космічний простір, гідросфера й атмосфера, земна кора й надра містять речовини в роздрібненому, тобто дисперсному, стані. Це твердження також стосується ґрунтів, організмів, харчових продуктів, лікарських засобів тощо.
Чим подібні й чим різняться дисперсні системи?
У розчинах розміри структурних частинок цукру, кухонної солі, цитринової кислоти, гліцеролу тощо сумірні1 з розмірами молекул води, рівномірно розподілені між ними. Тверді речовини відокремлюють від рідин фільтруванням, із розчинів — випарюванням розчинника. Суміші рідин із різними температурами кипіння розділяють дистилюванням.
1 Такі, що можна виміряти однаковою із чимсь міркою.
Мал. 12.2. 1. Відстоювання. Суспензія ґрунту із часом розшаровується. 2. Декантування. Воду обережно зливають, осад залишається
У суспензіях частинки нерозчинної твердої речовини значно більші від молекул води. Тому суспензії із часом розшаровуються, тверді частинки осідають, як-от пісок чи глина в скаламученій воді (мал. 12.2, 1). Назва цього способу розділення суміші — відстоювання. З осаду воду можна обережно злити — декантувати (мал. 12.2, 2).
Піна утворена пухирцями газу, розподіленого в рідині чи твердій речовині. Прикладами є мильна піна, збиті вершки, хліб, пінопласт (мал. 12.3).
Мал. 12.3. Піни: поролонова, мильна, морська; хліб, збиті вершки
Емульсії, наприклад, добре збовтана суміш олії з водою, також із часом розшаровуються. В емульсії дрібні кульки рідкого жиру рівномірно розподілені між молекулами води. Однак із часом олія, густина якої менша порівняно з водою, спливає на поверхню. Зі зниженням температури зменшується швидкість руху частинок жиру й води, розшаровування уповільнюється.
Емульгатори використовують у виробництві харчових продуктів. Їхні назви часто траплялися тобі на етикетках. Лецитин (Е 322) широко використовують у шоколадних виробах. Пектин (Е 440) міститься в яблуках і грушах.
Для підвищення стійкості емульсій використовують емульгатори. Вони запобігають злипанню частинок жиру. Майонез довго не розшаровується, а з шоколаду можна формувати шоколадні плитки саме завдяки емульгаторам. Як діє емульгатор, схематично зображено на малюнку 12.4.
Мал. 12.4. Як діє емульгатор. 1. Олія. 2. Емульгатор. 3. Вода. 4. Частинка емульгатора споріднена до жиру (а) й до води (б). 5. Емульсія. 6. Крапелька олії (в) в оточенні частинок емульгатора, які запобігають злипанню крапельок й утворенню суцільного шару жиру
Дрібні тверді або рідкі частинки, завислі в газуватому середовищі, зокрема в повітрі, утворюють аерозолі. Наприклад, у смогу чи димі тверді частинки зависли в газі. Мряка утворена краплинками води, розподіленими в повітрі. Через свої малі розміри тверді чи рідкі частинки мають невелику швидкість осідання. Тож аерозолі порівняно стійкі системи.
Драглі — дисперсна система, якій властивий особливий напіврідкий-напівтвердий стан. Чим він зумовлений? Дуже довгі молекули білків у драглях із м’ясного чи рибного бульйону утворюють своєрідний каркас в усьому об’ємі рідини. Подібний каркас із довгих молекул пектину є і в мармеладі. Структура драглів може зруйнуватися внаслідок заморожування чи нагрівання, натискання, сильного струшування тощо.
ЗАСТОСОВУЮ
Чому важливо знати й розуміти особливості утворення механічних сумішей і дисперсних систем? Де застосовують уміння виокремлювати з них потрібні складники чи, навпаки, робити дисперсні системи стійкішими?
Морську воду знесолюють (опріснюють) дистилюванням. Відстоювання є одним із кроків багатоступеневого процесу очищення каналізаційних стоків і підготовки питної води до споживання. Багато лікарських засобів виготовляють у формі розчинів, емульсій, суспензій, піни, аерозолів. Більше прикладів використання дисперсних систем — на малюнку 12.5.
Мал. 12.5. 1. Аерозольна фарба. 2. Ставки-відстійники виробничих стоків на підприємстві. 3. Світлове шоу на тлі туману
ТЕСТУЮ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ
• Пояснюю • Застосовую • Аргументую • Творю
1. Дай відповіді на запитання.
- 1) За якими властивостями можна впізнати чисту речовину?
- 2) Які види дисперсних систем описано в параграфі?
- 3) Як діють емульгатори і як вони впливають на стабільність емульсій?
- 4) Чому навіть ті речовини, які зазвичай вважаються чистими, містять домішки?
- 5) Чому надчисті речовини важливі для розвитку високих технологій?
2. Назви методи розділення сумішей, які описані в рядках художніх творів та зображені на картині Костянтина Трутовського «Літо на селі» (до 1893 р.). Поясни фізичну суть цих методів.
1) Я бачив, як пшеницю мили:
То щонайкращеє зерно
У воду тільки плись, якраз пішло на дно,
Полова ж, навісна, пливе собі по хвилі (Євген Гребінка);
3) ... випарювали сіль у морських затоках та з чималим зиском продавали чумакам (Володимир Малик);
4) Сава знайшов солонці, на які його навели ласки. Лишалося набрати сірувато-жовтої землі, промити її і випарити сіль (Галина Пагутяк);
5) ... у кавоварці поруділий намоклий фільтр із розквашеним до багнистої консистенції хвусом — іще теплим (Оксана Забужко);
6) Проте і крокодил не відпускав здобичі, невблаганно відступаючи у воду, спінену, ніби збиті вершки, ударами могутнього хвоста (Редьярд Кіплінг);
7) Однак Анжела, схопивши на кухні хліб і мармелад, зникла (Агата Крісті);
8) Тут навіть мряка м’яка, як дитяча долоня (Мар’яна Савка).
3. Назви дисперсні системи, про які йшлося в попередніх параграфах і які досліджували раніше. Склади узагальнювальну таблицю, наприклад таку.
|
Назва дисперсної системи |
Властивості |
Чинники, що впливають на стійкість |
Способи виокремлення складників |
4. Долучися до дискусії та обґрунтуй свою думку.
Валерій. Я вважаю, що емульгатори й піноутворювачі в харчових продуктах шкідливі.
Ашанті. Я вважаю, що без емульгаторів і піноутворювачів у сучасному житті не обійтися.
5. Створи лепбук «Дисперсні системи в довкіллі, у моєму холодильнику, у нашому сімейному господарстві».
6. Створи й разом з однокласниками й однокласницями втіль у життя сценарій руханки, яка моделює дію емульгатора.
Підсумуй
Чого корисного вдалося навчитися, опрацювавши матеріал і виконавши завдання? Долучи здобуток, оформивши його на власний розсуд, до особистого портфоліо досягнень.
