Хімія. 7 клас. Мідак

§ 4. Вимірювання в хімії

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

про необхідність виконання вимірювань у науці та повсякденному житті;
як використовувати вимірювальні прилади;
як вимірювати масу та об’єм тіла.

Сьогодні я вирішила виміряти масу свого тіла. Знаю, що для цього мені потрібно зважитися. Якраз помітила в хімічній лабораторії ваги. Але як тільки хотіла зробити рішучий крок до них, друзі науковці й науковиці мене зупинили й пояснили, що межі вимірювання тих ваг до 500 г. А отже, я не зможу дізнатися своєї маси.

Але мене це не злякало. У нас є ще одна кімната, у якій є аналітичні ваги. Наші хіміки та хімікині кажуть, що ці ваги дуже точні. Як ви думаєте, я зможу дізнатися масу свого тіла, скориставшись аналітичними вагами?

• Що означає виміряти фізичну величину? Як правильно виконувати вимірювання?

Опрацьовуємо інформацію

• Розгадайте ребус.

Якими бувають вимірювання?

• Пригадайте, які вимірювання ви здійснювали в 5-6 класі? Які знання та обладнання треба мати для виконання вимірювань?

Одним із етапів хімічних досліджень є вимірювання. Точність і надійність вимірювань визначають правильність результатів досліджень. Саме завдяки точним вимірюванням величин хіміки та хімікині можуть вивчати та розуміти властивості речовин, створювати нові матеріали.

Розвиток нових методів вимірювань і створення нових приладів та інструментів дозволяє хімікам і хімікиням розробляти нові матеріали та вирішувати важливі проблеми сучасного світу.

• Які фізичні величини ви вже знаєте? Що означає виміряти фізичну величину? Що таке межі вимірювання?

Виміряти фізичну величину означає порівняти її з однорідною величиною, узятою за одиницю, тобто з еталоном.

Вимірювання величин здійснюють вимірювальними приладами.

Робота в групах

Підготуйте коротке повідомлення, які вимірювальні прилади ви використовували в 5-6 класах? Що ними вимірюють? Що є спільного в усіх вимірювальних приладів? А що відмінного?

Зважування речовин

• Пригадайте, що таке інертність. Наведіть приклади.

Маса — це фізична величина, яка є мірою інертності тіла.

Зважування речовин і чітке дотримання їх кількостей, указаних в інструкції, забезпечує точність результатів досліджень, економію ресурсів і безпеку дослідників. Неточності у зважуванні можуть зумовити неправильні висновки, а також ускладнити порівняння досліджень.

У хімічних лабораторіях використовують різноманітні прилади для зважування, які розрізняють за класами точності (мал. 4.1).

Мал. 4.1. Прилади для зважування

Робота в групах

Дослідіть ваги, які є в кабінеті хімії. Використовуючи додаткові джерела інформації, з’ясуйте, які в них межі вимірювань, а також межі вимірювань лабораторних терезів та аналітичних ваг. Обговоріть з однокласниками / однокласницями, у яких випадках доцільно використовувати аналітичні ваги.

Перейдіть на сайт за QR-кодом або за покликанням https://cutt.ly/5wOaSBcW та ознайомтеся з правилами зважування.

Вимірювання об’єму

Об’єм — це фізична величина, яка характеризує властивість тіл займати певну частину простору.

Для вимірювання об’ємів рідин, сипких нерозчинних речовин і твердих тіл використовують мірний циліндр.

Послідовність дій під час вимірювання об’ємів мірним циліндром:

Межу рідини в циліндрі слід розглядати на рівні очей, так, щоб лінія межі (меніск) знаходилася на одній лінії з вашим поглядом. (мал 4.2)

Мал. 4.2. Меніск рідин

Меніск — це дійсна межа рідини в мірному циліндрі. Він може бути вигнутий униз (А) або вгору (Б) порівняно з лінією рівня рідини. Якщо меніск вигнутий угору, то вимірювання проводять за верхнім меніском, якщо вигнутий униз — за нижнім.

Під час відмірювання рідин необхідно дотримувати таких правил:

відмірювання здійснюють за температури, за якої проведено градуювання приладів;
рівень безбарвної рідини визначають на рівні очей за нижнім меніском, а інтенсивно забарвленої — за верхнім;
вимірювання за різницею поділок заборонено.

• Пригадайте легенду про Архімеда або прочитайте її, скориставшись додатковими джерелами інформації. Як Архімед виміряв об’єм корони?

Вимірювання об’єму твердих тіл

Тверде тіло правильної форми

Для твердих об’єктів правильної форми (наприклад, куба, паралелепіпеда, кулі, циліндра тощо) можна використовувати відомі геометричні формули для обчислення об’єму.

Тверде тіло неправильної форми

Метод виштовхування передбачає використання резервуара з відомим об’ємом рідини. Об’єм тіла обчислюють як різницю між об’ємом рідини з тілом і початковим об’ємом рідини без тіла.

Робота в групах

Уважно розгляньте малюнки. Визначте об’єми тіл, зображених на малюнках. Які методи ви використали? Чому?

Газометри

Об’єм газів вимірюють у газометрах. Для цього гази збирають у спеціальний об’ємний резервуар, де їх і зберігають. Такий процес використовують у різних галузях промисловості для вимірювання об’ємів газів і їх зберігання.

Мал. 4.3. Газометр для зберігання й використання газів у лабораторії: а — наповнення газометру газом методом витіснення води; б — використання зібраного газу

Використання газометра передбачає:

1. Збір газів із джерела в спеціальний контейнер або колектор. Цей контейнер може бути під’єднаний до системи, у якій утворюються гази.
2. Транспортування газів до газометра. Важливо забезпечити герметичність, щоб гази не потрапляли до атмосфери.
3. Вимірювання об’єму за допомогою пікали або приладу, який фіксує зміну рівня рідини (наприклад, води) у газометрі.
4. Зберігання газів у газометрі до подальшого використання або аналізу.
5. Дослідження газів для визначення їх складу, тиску, температури або інших параметрів.

Газометри можуть мати різні форми та конструкції залежно від їх застосування.

Досліджуємо

Для роботи нам потрібно: терези або електронні ваги, зразки вати, воску, пластиліну, металеві предмети (цвях, ключ, мідний дріт тощо); мірний циліндр, вода.

1. Зважування твердих тіл.

Дотримуючись правил зважування, зважте по 1 г зразків вати, воску, пластиліну. Порівняйте об’єми даних зразків. Зробіть висновки. Представте результати у вигляді діаграми.

2. Зважування рідин.

Виконайте експеримент за алгоритмом:

• Зважте невелику порожню посудину. Запишіть одержане значення маси посудини в зошит (m₁ = ____ г)

• Заповніть посудину (за допомогою мірного циліндра чи піпетки) 10 мл води. Запишіть отримане значення маси посудини з водою в зошит (m₂ = ____ г).

• Розрахуйте масу 10 мл води (m = m₂ - m₁).

Сформулюйте висновок, у якому вкажіть взаємозв’язок між масою та об’ємом води. Яку масу матиме 1 мл води?

3. Визначення густини.

Пригадайте, що таке густина. У разі потреби використайте додаткові джерела інформації.

Дослідіть густину металевих фізичних тіл (цвяха, ключа, мідного дроту тощо).

• Зважте досліджуване фізичне тіло. Запишіть його масу (m = ____ г).

• Визначте об’єм досліджуваних фізичних тіл (V = ____ см³).

• За формулою обчисліть густину:

Результати дослідження та розрахунків представте у вигляді таблиці. Використовуючи довідники, за отриманими значеннями густин, зробіть висновок, із яких металів можуть бути виготовлені досліджувані фізичні тіла.

Пояснюємо, творимо, використовуємо в житті

1. Закінчіть речення:

• Виміряти фізичну величину означає ...

• У хімічних лабораторіях використовують різноманітні прилади для зважування ...

• Для вимірювання об’ємів рідин, сипких твердих речовин і твердих тіл використовують ...

• Для збирання газів і вимірювання їх об’єму використовують ...

2. Дайте відповіді на запитання:

• Що таке маса? Якими приладами її вимірюють?

• Що таке об’єм?

• Які прилади для вимірювання об’єму є у вашому кабінеті хімії? Як їх використовувати?

• Як виміряти об’єм твердого тіла, рідини, газу?

3. Поясніть, що таке меніск рідини?

4. Обґрунтуйте, у яких випадках об’єм рідини визначають за нижнім меніском.

5. Уважно прочитайте та проаналізуйте подані нижче твердження. Укажіть усі правильні твердження щодо зважування на лабораторних терезах:

а) Сипкі та рідкі речовини для зважування вміщують у заздалегідь зважену посудину.
б) Зважувальний предмет кладуть на праву шальку терезів, гирьки — на ліву.
в) Класти гирьки й об’єкт на шальки можливо тільки в неробочому стані терезів.
г) Сипкі речовини можна набирати безпосередньо на шальки терезів.

6. Пригадайте, чи застосовували ви ваги в повсякденному житті? Які ваги ви використовували та що зважували?

7. Визначте ціну поділки мірного циліндра. Укажіть об’єм рідини в циліндрах, зображених на малюнках.

8. Поміркуйте та обговоріть з однокласниками/однокласницями, чи можливо здійснити абсолютно точне вимірювання.

9. Поміркуйте, як можна виміряти маси атома, активних речовин у лікарських засобах, курячого яйця, вантажного автомобіля, астероїда. За потреби скористайтеся додатковими джерелами інформації.

10. Важливим компонентом сучасного літакобудування є металеві конструкції та деталі. Протягом багатьох років, обираючи матеріали для літаків, конструктори враховували багато чинників. Але головним завданням у літакобудуванні стало зменшення маси літака. Перший апарат, який піднявся в повітря в 1903 році, літак братів Райт, був дуже легким: з дерева, тканини та сталевого дроту. Пізніше, у 1925 році, американець Генрі Форд сконструював повітряне судно Ford Trimotor, використавши дуже легкий та одночасно міцний метал. Деталі з цього металу становлять до 80% маси сучасного літака.

1) Проаналізуйте діаграму густин металів і встановіть, який метал використав для свого літака Генрі Форд.

2) Сьогодні в літакобудуванні використовують переважно високоміцні сплави цього металу з іншими металами. Відомо, що густина одного з них у 3,3 рази більша за густину цього металу. Що є компонентом такого сплаву?

3) Ще одним компонентом сплавів, з яких виготовляли деталі українського надважкого транспортного літака «Мрія», є метал, злиток якого об’ємом 30 см³ має масу 213 г. Який це метал?

4) Використовуючи додаткові джерела, відшукайте інформацію про сучасні матеріали, які використовують у літакобудуванні, та обговоріть її з однокласниками/однокласницями в класі.

11. Пригадайте, що таке Міжнародна система одиниць SI. Складіть кросворд «Одиниці вимірювання фізичних величин».

Перевірте себе

1. Перейдіть на сайт за QR-кодом або за поданим покликанням https://learningapps.org/watch?v=phcqfmkrk23 і виконайте вправу.

2. Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є в даних твердженнях:

1) У хімічних лабораторіях використовують різноманітні прилади для зважування, які відрізняються межами вимірювань.

2) Для вимірювання об’ємів рідин, сипких твердих речовин і твердих тіл використовують хімічну склянку.

Шкода! Так і не дізналася свою масу. Але я не втрачаю надії. Іду шукати інші ваги з потрібними мені межами вимірювання.

А поки що запишемо нові слова:

measurement — вимірювання;

mass — маса;

volume — об’єм.

Чи все вам сьогодні вдалося? Внесіть інформацію про ваші досягнення в карту успіху.

А чи знаєте ви...

Віденські газометри були збудовані в 1896-1899 роках для забезпечення міста коксовим газом. На той момент ці газометри були найбільшими в Європі. Об’єм кожного з них приблизно дорівнює 90 000 м³. Кожний із газометрів має висоту 70 метрів і діаметр 60 метрів. Коли мешканці Відня почали використовувати природний газ замість коксового, газометри закрили, перебудували й перетворили на багатофункціональні комплекси зі своїми мешканцями — своєрідне місто в місті.

Віденські газометри є прикладом нового використання територій і будівель. Перебудова промислових територій (ревіталізація) стає популярною і в Україні. Сьогодні є чимало територій і будівель, що отримали друге життя, наприклад, артзавод «Платформа» (Київ), «Промприлад. Реновація» (Івано-Франківськ).

Дізнайтеся, чи є у вашому населеному пункті будівлі, що одержали нове життя. Презентуйте результати свого дослідження в класі.

Зміст