Природничі науки. 8 клас. Інтегрований курс. Мандренко

Розділ 5. Розчини

Кава, бензин, дощова вода — все це приклади розчинів, які ми зустрічаємо щодня. Але розчини є не тільки навколо нас, а й у нас самих. Наша кров містить водний розчин, відомий як плазма крові, в якому розчинені частинки їжі, вуглекислий газ та формені елементи. Плазма крові має важливе значення у забезпеченні організму необхідними речовинами та виведенні відходів обміну речовин.

У цьому розділі ви дізнаєтеся:

про склад та значення розчинів;
про концентрацію розчину та способи її вираження;
як розчинність різних речовин змінюється залежно від температури та тиску.

У цьому розділі ви навчитеся:

класифікувати та порівнювати розчини;
оцінювати чинники, які впливають на розчинність речовин;
вирощувати кристали солей;
визначати розчинність речовин, скориставшись кривою розчинності.

rnk.com.ua/108786

Тема 1. Розчин і його компоненти

rnk.com.ua/108787

Будете навчатися:

описувати поняття концентрації розчину;
розрізняти концентровані та розведені розчини;
розуміти різницю між насиченими та ненасиченими розчинами.

Розчини

Розчин є однорідною сумішшю двох або більше розчинених речовин та розчинника.

Природними розчинами є:

води річок, озер, морів, океанів, підземні води;
соки рослин, рідини живих організмів (цитоплазма, міжклітинна рідина тощо);
мінерали (тверді розчини).

Основними компонентами розчину є розчинена речовина (речовини) і розчинник, тобто середовище, у якому молекули або інші частинки цієї речовини рівномірно розподілені. Розчинник — це компонент розчину, агрегатний стан якого під час утворення розчину не змінюється. Наприклад, якщо для приготування розчину кухонної солі використано 30 г натрій хлориду і 100 г води (рис. 5.1), тоді розчин рідкий, тому розчинником буде вода. Якщо змішуються речовини, які перебувають в одному агрегатному стані, — рідина з рідиною, тверда речовина із твердою, — розчинником уважають той компонент, маса якого є більшою. Якщо одним з компонентів суміші є вода, то, зазвичай, її вважають розчинником.

Рис. 5.1. Приготування розчину солі

Вам відомо, що деякі речовини практично не розчиняються в розчиннику. Наприклад, крейда не розчиняється у воді (рис. 5.2). Для того, щоб речовина була розчинною, сили притягання, які утворюються між розчиненою речовиною та розчинником, повинні бути більшими порівняно зі зв'язками, розірваними в розчиненій речовині та в розчиннику.

Рис. 5.2. Крейда не розчиняється у воді

Попрактикуйтеся

1. Газована вода містить бульбашки вуглекислого газу. Зазначте розчинник та розчинену речовину в цьому розчині.

2. Оксана знімає лак з нігтів ацетоном. Поміркуйте, чому лак для нігтів не розчиняється у воді.

Розчинення

Під час розчинення молекули (або йони) розчиненої речовини в розчині відриваються одна від одної. Вони змішуються з розчинником, заповнюючи проміжки між молекулами розчинника. Рис. 5.3 — це модель, яка демонструє процес розчинення.

Рис. 5.3. Модель процесу розчинення

Під час розчинення відбувається подрібнення речовини. Розчинення не є фізичним процесом, тому що супроводжується тепловим ефектом. Під час розчинення руйнуються одні хімічні зв'язки й утворюються інші, але не відбувається утворення нових речовин. Тому розчинення є фізико-хімічним процесом.

Протилежним процесом до розчинення є кристалізація — процес вилучення речовини з розчину, розплаву або пари у вигляді кристалів. Кристалізація може бути зумовлена зниженням температури або випаровуванням розчинника. Наприклад, якщо після приготування розчину, зображеного на рис. 5.1, залишити його на деякий час при кімнатній температурі, частина води випарується, і надлишок кухонної солі почне осідати у вигляді кристалів на дні ємності.

Концентрація розчину

Важливою властивістю розчину є його склад, який можна охарактеризувати як з якісного, так і з кількісного боку. За вмістом розчиненої речовини розчини поділяють на розведені й концентровані (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Різниця між концентрованим і розведеним розчином

Розведений розчин містить невелику кількість частинок (молекул, йонів) розчиненої речовини у великому об'ємі розчинника. Концентрований розчин містить велику кількість частинок розчиненої речовини у невеликому об'ємі розчинника.

Наприклад, можна приготувати розчин барвника, розчинивши порошок у воді. Чим більше порошку додати, тим більш концентрованим буде розчин (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Додавання більшої кількості порошку збільшує концентрацію розчину

Кількісно склад розчинів виражають через безрозмірні відносні величини — частки (масову, об'ємну, мольну) і розмірні величини — концентрації (молярну, молярну концентрацію еквівалента). Зазвичай розчини з масовою часткою розчиненої речовини менш ніж 5 % уважають розведеними, масова частка розчиненої речовини у концентрованому розчині перевищує 20-30 %.

Кожна речовина характеризується власною мірою розчинності у певному розчиннику при певній температурі. Ця характеристика впливає на класифікацію розчинів: насичений, ненасичений, пересичений. У ненасиченому розчині розчинена речовина ще може розчинятися за певної температури. Насичений розчин — розчин, у якому розчинена речовина більше не розчиняється за певної температури. Пересичений розчин — це розчин, у якому розчиненої речовини більше, ніж потрібно для отримання насиченого розчину. Точка насичення — це максимальна маса розчиненої речовини, яка здатна розчинитися в 100 см³ води.

Попрактикуйтеся

3. Андрій зварив чашку чорної кави. Він вирішив, що приготована кава занадто міцна, тому додав трохи води.

а) Як змінився колір кави, коли Андрій додав більше води?
б) Чому це відбулося?

4. Поміркуйте, що станеться, якщо перенасичений розчин залишити охолоджуватися при кімнатній температурі.

5. Приготуйте три розчини цукру такого складу:

1) 5 г цукру, 100 см³ води;
2) 20 г цукру, 200 см³ води;
3) 25 г цукру, 50 см³ води.

а) Який розчин є найбільш концентрованим?

б) Який розчин є найбільш розведеним?

6. Використовуючи рис. 5.4, поясніть, чому розчинені речовини мають точку насичення.

7. Запропонуйте метод, за допомогою якого можна визначити точку насичення кухонної солі (натрій хлориду) у холодній воді. Здійсніть цей експеримент.

8. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся про перші спроби отримання штучних кристалів.

Наука в дії. Застосування розчинів в українському побуті

Українська народна медицина і традиційні технології зберегли численні знання про процеси розчинення і кристалізації, які широко застосовувалися для створення лікувальних настоянок, відварів і харчових продуктів. Наприклад, під час виготовлення настоянок на основі рослинної сировини (трав, коренів, ягід), важливим є процес екстракції активних речовин, де спирт або вода є розчинником. Концентрація активних компонентів у таких розчинах визначає їхні фармакологічні властивості.

Українські ремісники використовували знання про кристалізацію солей для виробництва розчинів, що застосовувалися в процесах консервації продуктів харчування. Розчини для консервації готувалися на основі насичених розчинів, де досягнення точки насичення NaCl у воді було ключовим для забезпечення довготривалого збереження харчових продуктів без утрати їхніх властивостей.

Завдання 5.1. Вирощування кристалів солей

Проблемне питання. Як виростити кристал солі?

Перший етап вирощування кристалів — приготування насиченого розчину, який потрібно обережно перелити в окрему ємність.

Дуже зручно вирощувати кристали у одноразовій пластиковій ємності, бо вона має оптимальні розміри і площу поверхні випаровування розчину. А матеріал, з якого виготовлена ємність, не реагує з розчиненою речовиною. Після фільтрування розчину потрібно обрати кристал для подальшого вирощування.

Рис. 5.6. Використовуйте рукавички, працюючи з розчинами

Обраний кристал необхідно прив'язати на тонку нитку і підвісити у ємності з насиченим розчином так, щоб він не торкався стінок чи дна і не розміщувався дуже близько до поверхні. Вода з розчину буде поступово випаровуватися, а розчинена речовина формуватиме кристал. Один раз в 1-2 дні потрібно перевіряти стан кристалу. Коли кристал досягне бажаного розміру, його можна дістати з ємності, відрізати від нитки і покрити шаром прозорого косметичного лаку, щоб уберегти його від поступового руйнування внаслідок несприятливого впливу зовнішнього середовища.

План експерименту

1. Об'єднайтеся в групи з метою виготовлення експонатів для участі у виставці саморобних кристалів. Розподіліть ролі в групі.

2. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся детальніше особливості вирощування кристалів.

3. Виростіть кристали кухонної солі. Налийте в ємність воду і поступово нагрійте. Насипайте сіль доти, доки не утвориться перенасичений розчин (доки натрій хлорид не припинить розчинятися і не почне осідати на дні ємності). Профільтруйте отриманий перенасичений розчин. Підвісьте великий кристалик кухонної солі з розчину як затравку, щоб він не торкався стінок ємності. Спостерігайте за змінами. Вже за кілька днів ви можете помітити значне збільшення кристала, він буде рости щодня.

4. Виростіть кристали мідного купоросу (купрум(ІІ) сульфату пентагідрату) (рис. 5.7). Мідний купорос використовується у сільському господарстві для боротьби з хворобами рослин. Приготуйте насичений розчин цієї речовини. Насичений розчин перелийте в іншу ємність. Вибраний кристал підвісьте так, щоб він був повністю покритий розчином і не торкався стінок посудини. Спостерігайте за змінами. За тиждень у ємність можна знову долити насичений розчин мідного купоросу, щоб виростити кристали більшого розміру.

Рис. 5.7. Вирощування кристалів мідного купоросу

5. Презентуйте результати дослідження вашої групи. З-поміж вирощених вами кристалів оберіть експонати для виставки. Візьміть участь у виставці саморобних кристалів.

6. Під час виставки ознайомтеся з експонатами інших груп.

Підсумки

• Розчинена речовина розчиняється в розчиннику, утворюючи розчин.

• Розчинення є фізико-хімічним процесом.

• Концентрація розчину свідчить, скільки частинок розчиненої речовини міститься у певному об'ємі розчинника.

• У розведеному розчині невелика кількість частинок розчиненої речовини розчинена у великому об'ємі розчинника.

• У концентрованому розчині велика кількість частинок розчиненої речовини розчинена у невеликому об'ємі розчинника.

• Насиченість розчину визначається за розчинністю, що є певною масою речовини, яка здатна повністю розчинитися у 100 г розчинника при певній температурі.

Ключові поняття

Нерозчинна речовина, розчинена речовина, розчинна речовина, розчин, розчинник, розчинення, кристалізація, концентрація розчину, концентрований розчин, розведений розчин, об'єм розчину, насичений розчин, ненасичений розчин, перенасичений розчин.

Оцініть свої досягнення

• Я можу пояснювати суть процесу розчинення.

• Я можу класифікувати розчини.

• Я можу визначати точку насичення розчиненої речовини.

• Я можу вирощувати кристали солей.