Хімія. Повторне видання. 7 клас. Лашевська

§ 17. Речовини: багатоманітність — єдність, прості — складні, метали — неметали

Я ПРАГНУ

з’ясувати, скільки речовин навколо, чим вони подібні й різняться, як і для чого їх групують і класифікують.

ВИЗНАЧАЮ ПРОБЛЕМУ

Григір. Учора читав молодшій сестрі українську народну казку «Скільки зір у небі». Уявляєш, у ній ідеться про науковий метод і медіаграмотність.

Лейла. Та ну! Жартуєш? Коли цю казку складали, мабуть і слів таких ще не було.

Григір. Слів може й не було. Але головний герой закликав підтвердити чи спростувати своє твердження підрахунками й вимірюванням.

Лейла. Тобто запропонував експериментально перевірити висунуту ним гіпотезу?

Григір. Саме так! Зараз це, мабуть, сформулювали б трохи інакше. Уже уявляю клікбейт: «Факт чи фейк??? Британські науковці довели: зір на небі стільки само, скільки волосин у коня!»

Лейла. А що воно таке — клікбейт, фейк? І що не так із «британськими науковцями»?

Григір. Про це ти зможеш дізнатися з додаткових джерел інформації. Мене ж більше цікавить кількість речовин навколо! Чи підраховував хтось?

Лейла. А й справді! Нумо дізнаватися!

НАВЧАЮСЯ ДОСЛІДЖУЮЧИ

Завдання 1

Об’єднайтеся в групи. Роздивіться предмети й речовини, з яких вони складаються: олівець, мідний дріт, алюмінієва бляшанка, кристали або пігулки глюкози, шматочок крейди тощо. Учитель чи вчителька продемонструє вам зразки сірки, червоного фосфору, брому. Спробуйте згрупувати ці речовини. Поясніть, за якою ознакою чи ознаками ви помістили речовину в ту чи іншу групу. Оцініть стратегію, яку ви вибрали для виконання завдання.

Дослідіть блиск, пластичність, розчинність, електропровідність і стійкість до нагрівання графіту, алюмінію, міді, заліза, глюкози, крейди (мал. 17.1). Знайдіть у додаткових джерелах інформацію про властивості сірки, червоного фосфору, брому.

Поясніть, чи досить вам назви або зовнішнього вигляду речовини, щоб зрозуміти, до якої групи треба помістити її. Проаналізуйте тепер хімічні формули речовин — складників цих предметів — і згрупуйте їх ще раз. Порівняйте результати спроб групування речовин.

Мал. 17.1. 1. Графіт (С) у грифелі. 2. Мідний (Сu) дріт. 3. Алюмінієва (Аl) бляшанка. 4. Залізні (Fe) цвяхи. 5. Пігулки глюкози (С₆Н₁₂О₆). 6. Шматочки крейди (СаСО₃). 7. Порошок і грудки сірки (S₈). 8. Бром (Вr₂) — летка рідина. 9. Гранули червоного фосфору (Р)

ШУКАЮ ВІДПОВІДІ

Багатоманітність речовин

Авторитетним джерелом щодо кількості відомих речовин є CAS (англ. Chemical Abstracts Service). Хімічна реферативна служба CAS — підрозділ Американського хімічного товариства (American Chemical Society). CAS надає номер кожній речовині, згаданій у науковій літературі з початку 1800-х років.

Зрозуміло, що величезна кількість речовин потребує класифікації — розподілення за класами, групами, розрядами тощо. До однієї групи, класу, розряду потрапляють речовини, які мають одну чи кілька спільних ознак. Такими ознаками можуть бути якісний і кількісний склад, послідовність та взаємне розташування атомів. А ще — властивості (розчинність, термостійкість, електро- і теплопровідність), поширення в природі, застосування, шкідливість тощо.

У базі CAS, яку оновлюють щодня, наприкінці 2023 року вже було понад 204 мільйони речовин разом зі сплавами, мінералами, сумішами, полімерами.

Кількість хімічних елементів порівняно невелика — трохи більше сотні. Чому ж так багато речовин? Насамперед тому, що атоми хімічних елементів сполучаються один з одним у найрізноманітніших поєднаннях і кількісних відношеннях (мал. 17.2).

Мал. 17.2. 1. Молекулу бакмінстерфулерену (С₆₀) можна змоделювати в різні способи. 2. На поштовій марці (Швейцарія), присвяченій Міжнародному року хімії, зображено модель молекули вітаміну С (аскорбінової кислоти С₆Н₈О₆). 3. Самородна сірка (S₈) та кварц (SiO₂) на поштових марках України. 4. Атоміум — національний бельгійський символ і визначна пам’ятка столиці цієї країни — Брюсселя. Споруда є величезною моделлю взаємного розташування атомів у залізі (Fe).

Молекула бакмінстерфулерену містить 60 атомів лише одного хімічного елемента — Карбону. Бакмінстерфулерен С₆₀ — проста речовина. Так само простою речовиною є найтвердіша речовина — алмаз С. Його кристали — системи атомів Карбону. Жовті крихкі кристали сірки не проводять електричного струму. Вони утворені восьмиатомними молекулами S₈. Тобто сірка — проста речовина, як і залізо Fe. Залізо — представник металів, а сірка — неметалів. Дізнавшись про ковкість металів, людина почала виготовляти з металевих самородків різні вироби, намагаючись підкреслити красу металу.

Письменник-фантаст і популяризатор науки Айзек Азімов зазначав, що першими металами, на які людина звернула увагу, були самородні мідь і золото. Блискучу червонувату мідь і жовтувате золото не можна було не помітити серед тьмяної сіро-коричневої породи.

Метали є простими речовинами металічних, а неметали — неметалічних елементів. Як із періодичної системи дізнатися, металічним чи неметалічним є хімічний елемент? Неметалічні елементи розташовані переважно в правій верхній частині періодичної таблиці. Вони становлять порівняно невелику частину від усіх відомих (мал. 17.3).

Молекула води Н₂О складається з атомів двох хімічних елементів — Гідрогену й Оксигену, а молекула аскорбінової кислоти С₆Н₈О₆— трьох: Карбону, Оксигену, Гідрогену. І вода, і аскорбінова кислота — складні речовини. Ще одну (але не єдину!) складну речовину — натрій хлорид NaCl — знайдеш на кухні.

Целюлоза є в картоні сірникової коробки й паличці сірника, крохмаль — у бульбі, сахароза — у цукрових буряках і тростині. Молекули цих речовин — вуглеводів — мають однаковий якісний склад: містять атоми Карбону, Гідрогену, Оксигену. У молекулах білків також є атоми цих хімічних елементів, а ще — Нітрогену й Сульфуру. Складники санітайзеру¹ — етанол С₂Н₅ОН і гліцерол С₃Н₅(ОН)₃. Усі ці й багато інших природних і синтетичних, тобто створених у хімічних лабораторіях, сполук Карбону є органічними речовинами, кількість яких вимірюють мільйонами.

¹ Дезінфікувальний засіб.

Неорганічних речовин менше ніж органічних, хоча їхній елементний склад багатший. Неорганічними речовинами є складники атмосфери — кисень О₂, озон О₃, азот Ν₂, вуглекислий СО₂і чадний CO гази. Пляжі встелені кристаликами кварцу SiO₂ — неорганічної речовини, поширеної в літосфері. Розчинені в океані солі — теж неорганічні сполуки, так само як і вода.

Як бачиш, ту саму речовину можна скласифікувати за різними ознаками. Проте будь-яка класифікація є штучною і не завжди досконалою. Наприклад, початкова класифікація простих речовин на метали й неметали із часом мала бути вдосконалена, адже деякі прості речовини виявляли властивості і металів, і неметалів.

ЗАСТОСОВУЮ

Опановане тобою вміння аналізувати якісний і кількісний склад речовин за хімічними формулами набуло нового змісту. Адже тепер ти зможеш скласифікувати речовини на прості та складні.

Усе просто: у формулі простої речовини є символ лише одного хімічного елемента. Натомість у формулі складної речовини символів хімічних елементів декілька. Визначивши, є речовина простою чи складною, можна спрогнозувати, чи можна її розкласти. Наприклад, кисень чи мідь розкласти не можна, бо ці речовини прості. Воду розкладають електричним струмом на кисень і водень. Це є підтвердженням того, що вода — складна речовина.

Класифікація речовин на токсичні, вибухонебезпечні, їдкі тощо дає змогу вбезпечити людей і довкілля від негативного впливу (мал. 17.4, с. 164).

Знаючи, до якого класу сполук належить речовина, можна передбачити її властивості. І навпаки, дослідивши властивості речовини, можна визначити її належність до певного класу. Наприклад, жовті водорозчинні синтетичні барвники, які використовують у харчовій промисловості, подібні хімічним складом: тартразин C₁₆H₉N₄Na₃O₉S₂ (харчова добавка Е 102), «сонячний захід» C₁₆H₁₀N₂Na₂O₇S₂ (харчова добавка Е 110).

ТЕСТУЮ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

• Пояснюю • Застосовую • Аргументую • Творю

1. Дай відповіді на запитання.

1) Що таке класифікація?
2) За якими ознаками класифікують речовини?
3) Які речовини називають простими? Складними? Наведіть кілька прикладів.
4) Чи легко відрізнити метал від неметалу? Чому?
5) Які хімічні елементи називають металічними? Неметалічними?
6) Де в періодичній системі розташовані неметалічні елементи?

2. Поясни причини багатоманітності речовин.

3. Скласифікуй: а) речовини, формули яких С₂Н₂, Не, Н₂, Н₂О₂, О₃, CuSO₄, СаО, на прості та складні; б) хімічні елементи, символи яких Cl, Zn, N, Ag, Au, Pt, на металічні й неметалічні.

4. Склади узагальнювальну схему «Класифікація речовин».

5. Назви загальні й особливі властивості металів, описані в цитатах із літературних творів:

а) «Відгуло, відпалало нестерпно,

Тільки золото сонцем сія...» (Борис Мозолевський);

б) «Золота твердість, піддай лиш вогню, обертається плином.

Тане крижинкою в полум’ї мідна дзеркальна платівка.

Сріблом тепло пробиватися може й пронизливий холод...» (Тіт Лукрецій Кар);

в) «Тут небо миється в воді густій і срібній, наче ртуть» (Богдан-Ігор Антонич);

г) «Коваль бере смугу заліза і кладе її в горн. Залізо розжарюється, червоніє, потім біліє і стає м’яким. Коваль бере залізо з горна великими кліщами, кладе його на залізне ковадло і починає кувати важким молотом, що кому потрібно: підкову, гвіздок, сокиру, залізну вісь...» (Костянтин Ушинський);

д) «...зачепив срібним порожнім казаном по залізній штабі на стулках воріт. Так задзвеніло срібло, мов би хто у великий срібний дзвін загатив добрим билом» (Юрій Логвин).

6. Збери інформацію про фізичні властивості речовин. Запиши й вимов їхні хімічні формули. Визнач, яка із цих речовин складна. Запропонуй якомога більше способів розпізнати ці речовини, не змінюючи їхнього хімічного складу. Поясни, чому в Каліфорнії (США) в 1840-х роках охочі до швидкого збагачення часто потрапляли в халепу, пов’язану із цими речовинами.

7. Долучися до дискусії та обґрунтуй свою думку.

Петро. Класифікувати речовини немає сенсу, все одно трапиться така сполука, що не належить до жодного з відомих класів.

Ашанті. Класифікувати речовини потрібно, так легше ...

8. Створи лепбук за опрацьованою темою.

9. Візьми участь у виконанні проєктів (на вибір): «Поводження з відходами органічних і неорганічних речовин»; «Створюємо інтерактивну карту “Прості та складні речовини в корисних копалинах мого краю / України / світу”»; «План розміщення речовин у шафах у лаборантській кабінету хімії»; «Хімічна ревізія: прості і складні, органічні й неорганічні речовини в повсякденні».

Підсумуй

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

Зміст