Хімія. Повторне видання. 7 клас. Попель

§ 20. Хімічні реакції

Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте

Чим різняться фізичні та хімічні явища?
Якими зовнішніми ефектами супроводжуються хімічні реакції?
Чим відрізняються хімічні властивості речовини від фізичних властивостей?

У природі відбуваються різні фізичні та хімічні явища.

Фізичні явища. Мабуть, немає людини, яка б не спостерігала за тим, як тане лід, кипить або замерзає вода. Лід, вода та пара складаються з одних і тих самих молекул; вони є однією речовиною, що перебуває в різних агрегатних станах.

Явища, під час яких речовини не перетворюються на інші, називають фізичними.

До фізичних явищ належать не лише зміни агрегатного стану речовин, а й світіння сильно нагрітого металу або каменю, проходження електричного струму в металах, поширення запаху речовин у повітрі, розчинення жиру в бензині, притягання заліза до магніту тощо. Такі явища досліджує наука фізика.

Хімічні явища (хімічні реакції). Одним із хімічних явищ є горіння. Розглянемо, як горить етиловий спирт (мал. 67). Цей процес відбувається за участю кисню, який міститься в повітрі. Спирт згоряє, його кількість постійно зменшується. Здається, що він переходить у газуватий стан подібно до того, як вода під час нагрівання перетворюється на пару. Проте це не так. Якщо газ, який утворився внаслідок згоряння спирту, охолодити, то частина його сконденсується в рідину, але не в спирт, а у воду. Решта газу залишиться. За допомогою спеціального досліду можна довести, що цей залишок є вуглекислим газом.

Мал. 67. Горіння етилового спирту

Явища, під час яких одні речовини перетворюються на інші, називають хімічними явищами, або хімічними реакціями.

Речовини, які взаємодіють у хімічній реакції, називають реагентами, а ті, що утворюються, — продуктами реакції.

Суть розглянутої хімічної реакції (горіння спирту) передає такий запис:

Реагенти і продукти цієї реакції складаються з молекул. Горіння речовини спричиняє високу температуру. За цих умов молекули реагентів розпадаються на атоми, які, сполучаючись, утворюють молекули нових речовин — продуктів¹. Отже, усі атоми під час хімічної реакції зберігаються.

¹ Відомі й інші варіанти взаємодії частинок реагентів.

• Молекула спирту складається з атомів трьох елементів. Назвіть ці елементи, проаналізувавши схему горіння спирту.

Підтвердимо зроблений висновок на прикладі іншої реакції, використавши моделі молекул речовин:

У цій реакції — два реагенти (водень і кисень) та один продукт (вода). Загальна назва таких хімічних перетворень — реакції сполучення. Іноді взаємодію водню і кисню з утворенням води називають синтезом води. Якщо замість моделей молекул записати відомі вам формули речовин, отримаємо запис, який називають хімічним рівнянням:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.¹

¹ Цифри перед формулами молекул — коефіцієнти (§ 17, с. 109).

За дуже високої температури або під дією постійного електричного струму відбувається протилежне перетворення — розкладання води на водень і кисень.

• Змоделюйте реакцію розкладання амоніаку ΝΗ₃на водень та азот за допомогою моделей молекул речовин². Скільки молекул амоніаку розкладеться в разі утворення однієї молекули азоту? Скільки молекул водню утвориться?

²У молекулі амоніаку атоми Гідрогену з'єднані лише з атомом Нітрогену.

Зовнішні ефекти, що супроводжують хімічні реакції. Спостерігаючи за перебігом хімічних реакцій, можна зафіксувати:

появу, зникнення чи зміну забарвлення (мал. 68, а);
виділення газу (мал. 68, б);
утворення в розчині нерозчинної речовини (мал. 68, в);
появу, зникнення чи зміну запаху;
виділення чи поглинання теплоти;
появу полум’я (мал. 67), іноді — світіння.

Мал. 68. Зовнішні ефекти під час хімічних реакцій: а — поява забарвлення; б — виділення газу; в — утворення нерозчинної речовини

Відомо багато реакцій, які супроводжуються одним зовнішнім ефектом, а деякі реакції спричиняють по кілька ефектів. Наприклад, під час взаємодії реагентів у розчині можуть водночас утворюватися нерозчинна речовина і газ.

СПОСТЕРІГАЄМО ЗА ХІМІЧНИМИ РЕАКЦІЯМИ

Помістіть у дві пробірки невелику кількість залізної стружки¹. Налийте в одну пробірку хлоридну кислоту, а в другу — розчин мідного купоросу. Перемішайте суміші. Що спостерігаєте?

Чи має запах газ, який виділяється з першої пробірки? Якого кольору набуває поверхня заліза внаслідок утворення на ній іншої речовини в другій пробірці? Чи змінюється забарвлення розчинів у пробірках?

Укажіть зовнішні ефекти, які спричиняє кожна реакція.

¹ Замість стружки можна взяти залізні кнопки, скріпки, маленькі цвяхи.

Виникнення полум’я є ознакою хімічної реакції. Інші зовнішні ефекти можна побачити й під час фізичних явищ. Наводимо кілька прикладів.

Приклад 1.

Порошок срібла, одержаний унаслідок хімічної реакції в розчині, має сірий колір (мал. 69, а). Якщо його розплавити, а потім охолодити, то отримаємо метал не сірого, а білого кольору з характерним блиском (мал. 69, б).

Мал. 69. Срібло — продукт реакції в розчині (а) і після переплавлення (б)

Приклад 2.

Під час нагрівання природної води з неї задовго до кипіння виділяються маленькі пухирці газу. Це — повітря, яке було розчинене у воді. Його розчинність, як і будь-якого газу, з підвищенням температури зменшується.

Приклад 3.

Неприємний запах у холодильнику із часом зникає, якщо в нього помістити гранули силікагелю — однієї зі складних речовин Силіцію. Силікагель вбирає молекули різних речовин без їх руйнування. Аналогічно діє активоване вугілля у протигазі.

Приклад 4.

У процесі перетворення води на пару теплота поглинається, а в процесі замерзання — виділяється.

Щоб визначити, яке явище відбувається — фізичне чи хімічне, потрібно уважно спостерігати за ним, а також ретельно дослідити речовини до і після їх можливих змін.

Про використання фізичних і хімічних явищ для виведення плям ви можете дізнатися за покликанням у QR-коді.

academia-book.club/pdf/pljama.pdf

Хімічні реакції в природі, побуті, промисловості. У довкіллі постійно відбувається безліч хімічних реакцій. Речовини, розчинені у річках, морях та океанах, взаємодіють між собою. Рослини вбирають з атмосфери вуглекислий газ, із ґрунту — воду з розчиненими в ній речовинами і переробляють їх на білки, жири, глюкозу, крохмаль, вітаміни, інші речовини, а також кисень, який надходить в атмосферу. Надзвичайно важливими є реакції за участю кисню, який потрапляє в живі організми під час дихання.

• Щороку в рослинах утворюється 150 млрд т органічних речовин.

Багато хімічних реакцій відбувається і в побуті — під час смаження м’яса, випікання хліба, скисання молока, бродіння плодових і ягідних соків, вибілювання тканин, горіння палива, тверднення цементу й алебастру, потемніння срібних прикрас тощо.

ПЕРЕТВОРЮЄМО ЦУКОР НА КАРАМЕЛЬ

Удома ви можете здійснити хімічне перетворення цукру. Наберіть у металеву ложку трохи цукру і почніть обережно нагрівати. Спочатку цукор розплавиться (температура плавлення +185 °С), потім розплав темнішає і з’являється характерний запах. Відбувається хімічна реакція — частина цукру перетворюється на забарвлені речовини, які мають специфічні аромат і смак. Вилийте розплав у ємність для випікання — там він застигне (мал. 70). Цей процес називають карамелізацією, а назва його продукту вам відома — карамель.

Мал. 70. Застиглий розплав після хімічного перетворення цукру

Хімічні реакції є основою багатьох технологічних процесів — одержання металів, виробництва добрив, синтетичних волокон, медичних препаратів, інших важливих речовин (мал. 71). Спалюючи вугілля, газ, мазут, виробляють теплову та електричну енергію. За допомогою хімічних реакцій знешкоджують токсичні речовини, переробляють промислові та побутові відходи.

Мал. 71. Хімічні реактори в заводському цеху

Про використання явища виділення теплоти під час реакції в хімічних грілках ви можете дізнатися за покликанням у QR-коді.

academia-book.club/pdf/grilka.pdf

Перебіг деяких реакцій призводить до негативних наслідків. Іржавіння заліза скорочує термін роботи різних механізмів, обладнання, транспортних засобів, зумовлює великі втрати цього металу. Пожежі знищують житло, промислові та культурні об’єкти, історичні пам’ятки, лісові масиви. Більшість харчових продуктів псується внаслідок взаємодії їх компонентів з киснем повітря і водою. Речовини, що утворюються, мають неприємні запах і смак, є шкідливими для людини.

• Які негативні наслідки спалювання палива на підприємствах енергетичної галузі?

• Назвіть кілька харчових продуктів, непридатність яких до вживання можна встановити за запахом, кольором.

Хімічні властивості речовин. Кожній речовині притаманна сукупність різних властивостей.

• Які властивості речовин називають фізичними? Наведіть приклади.

Речовини також мають хімічні властивості. Серед них — здатність до участі в хімічних реакціях, інертність щодо певних речовин, термічна стійкість або здатність до розкладання внаслідок нагрівання (мал. 72, а). Наприклад, за стандартних умов та наявності повітря (кисню) вода повільно взаємодіє із залізом і метал іржавіє (мал. 72, б). Але вода не реагує з крейдою, піском.

Мал. 72. Результати хімічних перетворень: а — нерозчинної речовини Сu(ОН)₂ за нагрівання; б — заліза у вологому повітрі

1. Назвіть спільну хімічну властивість сумішей речовин — парафіну і бензину.
2. Чому, на вашу думку, майже всі лікарські засоби мають обмежений термін придатності?

Деякі речовини (наприклад, метали натрій, калій, неметали фтор, хлор) називають хімічно активними. Вони взаємодіють з багатьма речовинами. Відповідні реакції часто супроводжуються займанням або вибухом. Відомі й хімічно пасивні речовини. Золото, наприклад, за жодних умов не взаємодіє з водою, киснем, оцтом, розчинами харчової та кальцинованої соди, а газ гелій узагалі не бере участі в хімічних реакціях.

Хімічні властивості речовини залежать від її складу і будови.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, сформулюйте в зошиті висновки про хімічні реакції та хімічні властивості речовин.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

Перевірте себе

148. Мінерал малахіт має синьо-зелений колір, не розчиняється у воді, унаслідок нагрівання не плавиться, а перетворюється на чорну тверду речовину, вуглекислий газ і пару. Які властивості мінералу є фізичними, а яка властивість — хімічною?

Аналізуйте

149. Чому, на вашу думку, цукор, сіль можуть зберігатися протягом необмеженого часу, а сир, вершкове масло, молоко швидко псуються?

150. Увідповідніть явище та його тип (запишіть цифру, а після неї — літеру а або б):

Явище

1) вибух динаміту;
2) тверднення розплавленого
3) підгоряння їжі на сковороді;
4) вицвітання забарвленої тканини на сонці;
5) утворення солей під час випаровування морської води;
6) розшарування струшеної суміші води та олії.

Тип явища

а) фізичне явище;
б) хімічне явище, парафіну;

151. Укажіть слово або словосполучення для заповнення пропуску в реченні «Молекула — найменша частинка речовини, що зберігає її ... властивості»:

а) фізичні;
б) хімічні;
в) фізичні та хімічні.

Обґрунтуйте свій вибір.

У команді

152. Об’єднайтеся у групи. З’ясуйте зовнішні ефекти, якими супроводжуються такі хімічні явища:

а) горіння сірника;
б) іржавіння заліза;
в) бродіння виноградного соку.

Формуйте словничок

153. Випишіть з тексту параграфа кілька ключових слів і словосполучень.

ВИЯВЛЯЄМО ЗОВНІШНІ ЕФЕКТИ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ УДОМА

Сподіваємося, що вам буде цікаво виконати досліди з використанням дезінфекційних засобів, які є в аптечці, — розчинів йоду і барвника брильянтовий зелений. Побутова назва першого розчину — йодна настоянка, а другого — зеленка.

Дослід 1. Налийте в маленьку склянку воду (до 1/3 об’єму) і додайте 2-3 краплі йодної настоянки. В отриману рідину помістіть 1/4 подрібненої пігулки вітаміну С (аскорбінової кислоти) і перемішайте суміш. Що спостерігаєте?

Дослід 2. Налийте в маленьку склянку воду (до половини об’єму), додайте 2-3 краплі зеленки і перемішайте суміш. Розподіліть рідину у дві склянки. У першу склянку додайте кристалики лимонної кислоти, у другу — кілька крапель нашатирного спирту. Чи змінюється забарвлення рідин у склянках? Якщо так, то як саме?

Якими зовнішніми ефектами супроводжувалися хімічні реакції в обох дослідах?

ВИЯВЛЯЄМО ЗОВНІШНІ ЕФЕКТИ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

Пригадайте правила роботи і безпеки в хімічному кабінеті/лабораторії (с. 19-20, 34). Їх необхідно дотримуватися під час виконання дослідів.

Вам видано кальциновану соду¹, її водний розчин, водно-спиртовий розчин фенолфталеїну², водні розчини оцтової кислоти, магній сульфату³, аміачної селітри⁴, алюміній хлориду⁵, а також штатив з пробірками, шпатель, скляні палички, пробіркотримач, спиртівку або сухе пальне, керамічну підставку.

Здійсніть хімічні реакції за участю кальцинованої соди, які супроводжуються виділенням газу (із запахом або без нього), утворенням нерозчинної речовини чи розчинної забарвленої речовини.

Перед виконанням дослідів запишіть у подану нижче таблицю назви реагентів, а спостереження занотовуйте під час кожного досліду. Нагадуємо, що у пробірку поміщають тверду речовину масою 0,5-1 г, а рідину наливають об’ємом 1-2 мл.

¹ Засіб для чищення.

² Або водний розчин речовини, назва якої — метилоранж.

³ Медичний засіб.

⁴Добриво; хімічна назва речовини — амоній нітрат.

⁵ Речовину використовують у хімічних лабораторіях.

Дослід 1. Помістіть у пробірку кальциновану соду (білий порошок) і долийте розчин оцтової кислоти. Що спостерігаєте? Чи має запах газ, який виділяється з пробірки?

Дослід 2. Налийте в пробірку розчин кальцинованої соди і додайте до нього кілька крапель розчину фенолфталеїну. Який зовнішній ефект взаємодії речовин?

Дослід 3. Налийте в пробірку розчин кальцинованої соди і додайте до нього розчин магній сульфату. Що спостерігаєте? Який колір і характер часточок нерозчинної речовини, що утворилася?

Дослід 4. До водного розчину кальцинованої соди додайте розчин алюміній хлориду. Які зміни відбуваються в пробірці?

Дослід 5. З’ясуйте, чи мають запах водні розчини кальцинованої соди та аміачної селітри. Налийте в пробірку розчин соди, додайте такий самий об’єм розчину аміачної селітри і перемішайте суміш. Через 1 хв перевірте, чи з’явився запах біля отвору пробірки. Якщо запаху немає, обережно нагрійте вміст пробірки майже до кипіння рідини. Зафіксуйте появу запаху.