Хімія. Повторне видання. 7 клас. Попель

§ 21. Досліджуємо хімічні реакції

Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте

• Як досліджують хімічні перетворення речовин?
• Як підготуватися до експерименту з дослідження хімічної реакції?

Основними завданнями науки хімії є дослідження речовин (§ 7) і хімічних реакцій.

Хімічні перетворення відбуваються за різних умов. Одні речовини взаємодіють з іншими і в «чистому вигляді», і в розчині, інші — тільки в одному із цих станів. Чимало хімічних реакцій починається лише під час нагрівання, а деякі гази взаємодіють між собою за підвищеного тиску.

• Є речовини і суміші речовин, які вибухають унаслідок механічної дії на них (удару).

Науковий метод дослідження хімічної реакції передбачає такі етапи в діяльності науковця:

• висунення проблеми, мети дослідження, їх обґрунтування;
• пошук наукової інформації про реагенти, продукти реакції та їхні хімічні властивості;
• формулювання гіпотези про перетворення речовин і його особливості;
• обчислення мас і/або об’ємів реагентів, очікуваних мас і/або об’ємів продуктів реакції;
• спостереження за змінами речовин у процесі їх перетворення, виявлення зовнішніх ефектів хімічної реакції, оцінювання швидкості її перебігу, ступеня (повноти) перетворення речовин;
• установлення властивостей, складу, будови продуктів реакції, а також їхніх мас/об’ємів;
• оприлюднення результатів експерименту разом з висновками.

• Для якої речовини — твердої, рідкої, газуватої — ви використаєте певну масу для досліду, а для якої — певний об’єм? Свій вибір обґрунтуйте.

На виконання завдання з дослідження хімічної реакції спрямовані такі складники інженерного дизайну:

• вибір умов, за яких відбуватиметься реакція, необхідного посуду та обладнання;
• конструювання лабораторних установок для здійснення перетворення речовин, очищення продуктів реакції, розділення сумішей тощо;
• подання результатів хімічного дослідження у вигляді таблиць, графіків, схем, діаграм.

Молекулярний дизайн у дослідженні хімічної реакції полягає у створенні моделей хімічних змін речовин (варіантів взаємодії атомів, молекул, перегрупування атомів).

• Які відомості про реагенти і продукти потрібно знати для моделювання хімічної реакції?

• Створіть модель реакції горіння метану СН₄ із моделей молекул метану, кисню, вуглекислого газу і води на комп’ютері (або виготовте моделі з пластиліну). Використайте для атомів кожного елемента певний колір. Візьміть до уваги те, що в молекулі СН₄ атоми Гідрогену з’єднані лише з атомом Карбону. З’ясуйте, скільки потрібно зробити моделей молекул кисню, вуглекислого газу і води, якщо маєте модель молекули метану.

Лабораторне дослідження хімічної реакції може становити основу для розроблення нової промислової технології одержання речовин або вдосконалення існуючої.

Аналіз результатів низки досліджень часто зумовлює виявлення певної закономірності. На підставі закономірностей розробляють теорії. Сукупність теорій становить основу кожної науки.

Уявімо, що вам потрібно здійснити хімічну реакцію між двома речовинами. Зважте на те, що тверді речовини заздалегідь подрібнюють, щоб збільшити поверхню стикання реагентів. Якщо тверда речовина реагує з розчином іншої, то суміш бажано перемішувати. Тоді частинки речовин частіше контактуватимуть. Щоб відбулася реакція між двома розчиненими речовинами, достатньо додати до розчину однієї речовини розчин другої.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, сформулюйте в зошиті висновки про те, як досліджують хімічні реакції.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

Перевірте себе

156. Що визначають науковці, досліджуючи хімічну реакцію?

157. Назвіть ваші дії та їх послідовність в експерименті з дослідження хімічної реакції між двома твердими речовинами.

Аналізуйте

158. Учень записував спостереження під час хімічного експерименту не в зошиті, а на аркушах паперу, вилучених з нотатника. Учитель визнав це за недолік роботи учня. Як ви думаєте, чому?

159. Науковцю не вдалося одержати певну речовину. Він вирішив повторити дослід за таких самих умов. Його колега запропонував змінити умови експерименту. Поясніть намір першого науковця і пораду другого.

Формуйте словничок

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

НОБЕЛІВСЬКИЙ ЛАВРЕАТ РОДОМ З УКРАЇНИ

Дослідження хімічних реакцій — дуже важливий напрям у науці. За розробку теорії в цій галузі в 1981 р. було присуджено Нобелівську премію з хімії американському науковцю Роалду Хоффманну (мал. 73).

Мал. 73. Роалд Хоффманн

Роалд Хоффманн народився у 1938 р. в м. Золочів (нині — Львівщина). Під час окупації опинився з родиною в нацистському таборі для євреїв. Згодом його сім’ї вдалося втекти з табору, а в 1949 р. — переїхати до США.

Професор Р. Хоффманн багато років співпрацює з українськими науковцями. Він кілька разів відвідував Україну. З нагоди свого 80-річчя записав відеозвернення до українців. У ньому є такі слова: «Шлях до безпеки, до вільної демократичної України довгий, але він досяжний для вас».

У 2017 р. Пошта України на відзначення заслуг Р. Хоффманна випустила поштову марку з його портретом (мал. 74).

Мал. 74. Поштова марка на честь Р. Хоффманна

ДОСЛІДЖУЄМО ХІМІЧНІ РЕАКЦІЇ

Під час виконання експериментів дотримуйтеся правил роботи і безпеки в хімічному кабінеті/лабораторії (с. 19-20, 34).

Вам видано водні розчини мідного та залізного купоросів¹, кальцинованої соди², нашатирний спирт³, а також штатив з пробірками, скляні палички, піпетку.

Дослідіть хімічні реакції, які відбуватимуться.

Підготуйте таблицю, у яку занотуйте результати експериментів. Нагадуємо, що рідину наливають у пробірку зазвичай об’ємом 1-2 мл.

¹ Обидві речовини є засобами захисту рослин від хвороб.

² Засіб для чищення.

³ Медичний засіб.

Дослід 1. Налийте в пробірку розчин мідного купоросу, додайте до нього розчин кальцинованої соди і перемішайте суміш. Що спостерігаєте? Швидко чи повільно взаємодіють реагенти? Чи змінилося забарвлення розчину над нерозчинною речовиною, яка утворилася? Якщо змінилося, то чому?

Дослід 2. Налийте в пробірку розчин мідного купоросу і за допомогою піпетки додайте кілька крапель нашатирного спирту. Перемішайте вміст пробірки. Який зовнішній ефект супроводжує реакцію між речовинами в розчині? Швидко чи повільно взаємодіють реагенти? Чи змінилося забарвлення розчину над нерозчинною речовиною, яка утворилася? Якщо змінилося, то чому?

Додайте до суміші нашатирний спирт об’ємом 2-3 мл і перемішайте вміст пробірки. Що спостерігаєте? Швидкою чи повільною є друга реакція?

Дослід 3. Налийте в пробірку розчин залізного купоросу, додайте нашатирний спирт і перемішайте суміш. Чи відбулися зміни в пробірці? Швидко чи повільно взаємодіють реагенти? Якого кольору нерозчинна речовина, що утворилася?

Періодично перемішуйте суміш і спостерігайте за кольором нерозчинної речовини. Який зовнішній ефект супроводжує другу реакцію¹? Швидко чи повільно взаємодіють реагенти?

¹ У ній беруть участь, крім нерозчинної речовини, кисень повітря і вода.

ПОРІВНЮЄМО, АНАЛІЗУЄМО

161. Яка реакція і в якому досліді відбувається з найменшою швидкістю?

162. У який спосіб можна встановити, чи повністю мідний купорос перетворився на продукти реакцій у дослідах 1 і 2?