Хімія. Рівень стандарту. 10 клас. Ярошенко

ДОРОГІ ДЕСЯТИКЛАСНИКИ І ДЕСЯТИКЛАСНИЦІ!

Цей підручник призначений для вивчення хімії на стандартному рівні. Як зазначено в навчальній програмі, мета навчання хімії на цьому рівні полягає в забезпеченні загальноосвітньої підготовки з предмета, що передбачає вміння пояснювати хімічні явища, робити обґрунтовані висновки про них, усвідомлювати вплив науки й технологій на зміну матеріального, інтелектуального й культурного середовищ.

Щоб сприяти вам у досягненні цієї мети, була обрана така структура підручника: інформаційна довідка — текст параграфа — сторінка природодослідника — сторінка ерудита — стисло про основне — знаємо, розуміємо — застосовуємо.

Навчальний матеріал, що узгоджується зі змістом програми для рівня стандарту, розкрито в основному тексті параграфів. Для кращого орієнтування параграфи поділено на окремі пункти. Правила, визначення, нові поняття й терміни виділено кольором.

Якщо для розуміння основного матеріалу параграфа необхідно отримати нові й пригадати попередньо засвоєні відомості, то тоді параграф розпочинається рубрикою «Інформаційна довідка», у якій стисло подано інформацію, вивчену вами в основній школі, а також матеріал, що не увійшов у програму, але без нього важко буде опанувати матеріал поточного параграфа.

Додаткову (не обов’язкову для опрацювання) інформацію, що розширює та доповнює основний навчальний матеріал, уміщено в рубриці «Сторінка ерудита». Ознайомлення з матеріалом цієї рубрики сприятиме розвитку вашого навчально-пізнавального інтересу до хімії.

Рубрика «Хімія — це життя: сторінка природодослідника» містить завдання, виконуючи які ви будете розвивати дослідницькі вміння, експериментальним шляхом здобувати й закріплювати нові знання.

«Біографічна довідка» містить короткі відомості про життя і наукову діяльність видатних учених-хіміків.

У рубриці «Стисло про основне» кількома реченнями узагальнено основний зміст параграфа.

У рубриці «Знаємо, розуміємо» вміщено запитання, складені з дотриманням державних вимог до очікуваних результатів вашої навчальної діяльності.

Запитання із зірочкою є необов’язковими й стосуються додаткового матеріалу рубрики «Сторінка ерудита».

У рубриці «Застосовуємо» запропоновано завдання для письмового виконання, що потребують практичного використання набутих знань у стандартних, змінених чи нових умовах, творчого підходу до їх застосування.

Завдання, що позначені зірочкою, не є обов’язковими й для їх розв’язання потрібно опрацювати додатковий матеріал зі «Сторінки ерудита» або довідкової літератури.

Успішному навчанню сприятимуть навички групової навчальної діяльності, які ви вдосконалюватимете на уроках. Для цього до тексту параграфів включено рубрику «Попрацюйте групами».

Ви завжди зможете самостійно здобути знання, скориставшись додатковими джерелами інформації, на які вас зорієнтує рубрика «Працюємо з медійними джерелами».

Для кращого сприймання та розуміння навчального матеріалу в текст параграфів уміщено малюнки, схеми, таблиці, використано шрифтові виділення.

Систематично працюючи з текстом підручника, виконуючи зазначені в ньому завдання і вправи, цікавлячись додатковою навчально-пізнавальною інформацією, ви неодмінно досягнете успіхів у вивченні органічних сполук. Задля збільшення ефективності вашої самостійної роботи в підручнику вміщено «Предметний покажчик».

У Додатках наведено відповіді до розрахункових задач та орієнтовні теми навчальних проектів, що становлять одну зі складових практичної частини програми з хімії для 10 класу. Ви можете обирати проекти із цього списку чи пропонувати й виконувати власні проекти або ті, про які йдеться в рубриках підручника.

Бажаю вам відмінних успіхів у вивченні хімії!

Авторка

Повторення початкових понять про органічні речовини

Інформаційна довідка

• Органічні речовини — це сполуки Карбону з елементами-органогенами (Гідрогеном, Оксигеном, Нітрогеном, галогенами та деякими іншими), наприклад: С₃Н₈, С₂Н₅ОН, C₆H₅NO₂, CH₃Cl. Виняток становить невелика кількість сполук Карбону, що виявляють властивості неорганічних речовин. Вам ці сполуки відомі: наприклад, вуглекислий газ СО₂, чадний газ CO, карбонатна кислота Н₂СО₃, її середні та кислі солі.

• Органічні речовини мають здебільшого молекулярну будову. Цим пояснюються такі фізичні властивості органічних речовин, як невисокі температури плавлення і кипіння.

• Ковалентний зв’язок — основний вид хімічного зв’язку в молекулах органічних сполук.

• Кількісний та якісний склад молекули відображає молекулярна (емпірична) формула.

• Електролітична дисоціація — це розпад речовин з йонним і ковалентним сильно полярним зв’язками на йони внаслідок впливу полярного розчинника (води) чи в розплаві.

• Неорганічні, а також органічні кислоти у воді дисоціюють на катіони Гідрогену Н⁺ й аніони кислотних залишків. Наявність катіонів Гідрогену (кислотного середовища) в розчині можна виявити індикаторами: лакмус і метиловий оранжевий набувають червоного кольору.

Цей параграф допоможе вам пригадати й актуалізувати збережені в довготривалій пам’яті початкові поняття про органічні речовини. Ваше ознайомлення з ними розпочалося в 9 класі з вуглеводнів. Це численна група речовин, молекули яких складаються з атомів двох хімічних елементів — Карбону й Гідрогену. Розрізняють насичені (наприклад, етан) та ненасичені (наприклад, етен, етин) вуглеводні.

Органічні речовини схожого складу, будови і властивостей об’єднують в один гомологічний ряд.

Гомологічний ряд — це ряд, у якому кожний наступний член відрізняється від попереднього на групу атомів СН₂, яку називають гомологічна різниця.

Пригадати назви та формули десяти членів гомологічного ряду насичених вуглеводнів (алканів) вам допоможе таблиця 1, що на сторінці 8.

Таблиця 1

Гомологічний ряд насичених вуглеводнів

У молекулах насичених вуглеводнів максимально використані валентні можливості атомів Карбону для сполучення з атомами Гідрогену, а між двома атомами Карбону існує лише один ковалентний зв'язок. Він утворений однією спільною парою електронів, наприклад:

У молекулах ненасичених вуглеводнів чотиривалентний стан атомів Карбону досягається завдяки тому, що між двома сусідніми атомами Карбону утворюється два або три зв'язки, як в етену:

чи етину:

Розглянута відмінність хімічних зв'язків атомів Карбону зумовлює різні хімічні властивості етану й етену як представників насичених і ненасичених вуглеводнів.

Пригадаймо, що насичені вуглеводні (алкани) не вступають у реакції приєднання, їм властиві реакції заміщення:

Для ненасичених вуглеводнів, навпаки, характерні реакції приєднання, наприклад:

Насичені й ненасичені вуглеводні мають спільну властивість — горіння, або повне окиснення. Продуктами горіння є вуглекислий газ і вода, а в навколишнє середовище виділяється значна кількість теплоти:

СН₄ + 2О₂ → CO₂↑ + 2Н₂О; ΔΗ = -802,6 кДж

2С₂Н₂ + 5О₂ → 4CO₂↑ + 2Н₂О; ΔΗ = -2600 кДж

Унаслідок повного окиснення (горіння) вуглеводнів утворюються вуглекислий газ, вода й виділяється значна кількість теплоти.

ОКСИГЕНОВМІСНІ ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ. Якщо в молекулі органічної речовини, крім атомів Карбону й Гідрогену, є один чи більше атомів Оксигену, то така речовина належить до оксигеновмісних органічних речовин.

Попрацюйте групами

1. Пригадайте відомі вам з 9 класу формули оксигеновмісних речовин. Накресліть у зошиті таблицю за зразком і заповніть її необхідною інформацією про метанол, етанол, гліцерол й етанову кислоту.

Назва речовини	Формули
	Молекулярна	Структурна	Напівструктурна

2. Пересвідчіться, що структурні формули всіх цих речовин містять гідроксильні групи —ОН.

Порівнюючи структурні формули метанолу, етанолу й гліцеролу зі складом відповідного насиченого вуглеводню, можна дійти висновку, що в метанолу й етанолу гідроксильна група —ОН заміщує один з атомів Гідрогену в молекулі відповідного алкану. У гліцеролу гідроксильних груп — три, тому й атомів Гідрогену на три менше, ніж у пропану.

Продовживши порівняння, виявимо відмінності у фізичних властивостях насичених вуглеводнів і спиртів. Метан, етан — гази без запаху й погано розчинні у воді. Метанол і етанол — рідини зі специфічним запахом, добре розчинні у воді. Уживання цих речовин навіть у невеликій кількості є небезпечним для здоров’я людини й згубно впливає на її організм. Пам’ятайте про це завжди й бережіть своє здоров’я!

Групу атомів —ОН називають характеристичною (функціональною) групою оксигеновмісних речовин — спиртів. Наявність цієї групи атомів у складі молекул метанолу, етанолу й гліцеролу свідчить про те, що ці речовини належать до класу спиртів.

ЕТАНОВА КИСЛОТА. Невипадково друге слово в назві цієї органічної оксигеновмісної речовини, що дістала назву від етану (у її молекулі теж два атоми Карбону), — «кислота». Подібно до неорганічних кислот у водному розчині вона дисоціює на катіон Гідрогену й аніон кислотного залишку. Особливість полягає в тому, що за наявності в молекулі етанової кислоти чотирьох атомів Гідрогену внаслідок електролітичної дисоціації утворюється лише один катіон Гідрогену Н⁺. Це відбувається за такою схемою:

CH₃COOH ⇄ CH₃COO^- + H⁺

Порівняйте з електролітичною дисоціацією нітратної кислоти:

HNO₃ ⇄ Н⁺ + NO^-₃

Дисоціація етанової кислоти з утворенням катіонів Гідрогену — одна зі спільних її властивостей з неорганічними кислотами.

За ступенем електролітичної дисоціації етанова кислота належить до слабких електролітів, вступає в реакцію з активними металами, оксидами металічних елементів, лугами, солями тих кислот, ступінь електролітичної дисоціації яких менший, ніж у неї.

Попрацюйте групами

1. Повторіть властивості етанової кислоти і складіть молекулярні рівняння реакцій між етановою кислотою й: а) магнієм; б) кальцій оксидом; в) калій гідроксидом; г) натрій карбонатом.

2. Складіть повні й скорочені йонні рівняння реакцій в) і г).

НІТРОГЕНОВМІСНІ ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ. У цю групу об’єднують органічні речовини, молекули яких містять атоми Нітрогену. Життєво важливими нітрогеновмісними речовинами є амінокислоти — без них неможливе існування білкових молекул. Наведена структурна формула аміноетанової кислоти

допоможе вам пригадати особливості складу її молекули. На відміну від спиртів чи етанової кислоти, ця речовина має дві характеристичні групи — карбоксильну —СООН й аміногрупу —NH₂.

ЗАСТОСУВАННЯ ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН. Величезна кількість видів організмів, а ще в рази більше представників кожного виду тварин населяють нашу планету. Живляться вони білками, жирами, вуглеводами, їхні тіла складаються з органічних речовин. Це є свідченням ролі й призначення органічних речовин у природі. Корисні копалини — природний газ, нафта, кам’яне вугілля — містять у своєму складі органічні речовини. Їх застосовують як сировину для виробництва інших речовин, а також теплової та світлової енергії.

Пригадайте з 9 класу й наведіть приклади застосування органічних речовин.

Людство не обмежується використанням органічних речовин, що є в природі. Наукова спільнота працює над створенням речовин, відсутніх у природі, і досягає в цьому напрямі великих успіхів. Наприклад, в Інституті хімії високомолекулярних сполук у 1965 р. під керівництвом Т. Е. Ліпатової розпочались дослідження з виробництва та вивчення властивостей полімерів медичного призначення. Завдяки досягненням української наукової спільноти лікарі допомагають багатьом пацієнтам одужувати.

Попрацюйте групами

До наступного уроку підготуйте від кожної малої навчальної групи коротку презентацію про застосування речовин, що належать до однієї з груп органічних речовин.

Знаємо, розуміємо

• 1. Назвіть відомі вам вуглеводні, оксигеновмісні, нітрогеновмісні речовини та їхні формули.
• 2. Наведіть якомога більше прикладів використання відомих вам органічних речовин.
• 3. У чому полягає основна відмінність хімічних властивостей насичених вуглеводнів від ненасичених?
• 4. Опишіть хімічні властивості етанової кислоти.
• 5. Обґрунтуйте роль органічних сполук у живій природі.
• 6. Схарактеризуйте вплив метанолу й етанолу на здоров’я людини.

Застосовуємо

1. У переліку формул: С₃Н₈, С₃Н₅(ОН)₃, С₂Н₅ОН, С₂Н₆, CH₃NH₂, NH₂CH₂COOH...

• А найменше формул вуглеводнів
• Б найменше формул нітрогеновмісних речовин
• В формул нітрогеновмісних й оксигеновмісних речовин порівну
• Г формули оксигеновмісних речовин відсутні

2. Установіть відповідність між формулою речовини та групою органічних сполук.

Формула

• 1 С₂Н₄
• 2 С₂Н₆
• 3 СН₃СООН
• 4 NH₂CH₂COOH

Група органічних сполук

• А карбонова кислота
• Б насичений вуглеводень
• В амінокислота
• Г ненасичений вуглеводень
• Д високомолекулярна сполука

3. З’ясуйте, за якою ознакою укладені ряди а), б), в) і додайте до кожного з них власний приклад:

• а) метан, пропан, пентан, ...
• б) метанол, гліцерол, етанова кислота, ...
• в) амоніак, гемоглобін, аміноетанова кислота, ...

4*. Застосовуючи закон об’ємних відношень газів, розв’яжіть усно задачу: «Який об’єм водню знадобиться для перетворення етину об’ємом 100 л на насичений вуглеводень?». (Якщо всі виміри зроблено за однакових умов.)