Растворы. Растворители. 9-й класс
Цели:
- Организовать деятельность учащихся по восприятию, осмыслению таких понятий как: раствор, растворитель, полярный растворитель, неполярный растворитель. Усвоение закономерностей, которым подчиняются растворы.
- Развивать умения выделить главное, существенное в изучаемом материале.
- Обеспечить закрепление знаний и способов деятельности учащихся.
Ход урока
I. Организационный момент.
II. Подготовка учащихся к работе на основном этапе.
Четвёртый лишний. (Приложение. Слайд 1.)
- Морская вода.
- Клеточный сок.
- Минеральная вода “Аршан”.
- Дистиллированная вода.
Лишняя дистиллированная вода (т.к. всё остальное растворы).
Эпиграфом урока предлагаю взять слова академика Карпинского А.П (Cлайд 3):
“
“Растворы – это живая кровь, которая создает жизнь там, где ее не было”.
Рассмотрим биологическую роль растворов для живых организмов. (Cлайд 4 “видеофрагмент”.)
“Значение растворов в природе в возникновении и развитии жизни на земле трудно переоценить. Именно в первичном океане впервые развились живые организмы и из этого раствора они получили молекулы и ионы необходимые для их роста и жизни. С течением времени живые организмы развивались и изменялись, что позволило им покинуть водную среду, перейти на сушу и затем подняться в воздух. Они приобрели эту способность сохранив в своих организмах водный раствор в виде жидкости содержащих необходимый запас ионов и молекул. Внутри нас в каждой нашей клеточке воспоминание о первичном растворе в котором зародилась жизнь. Водные растворы обеспечивающие саму жизнь.” [1]
Вспоминаем понятие раствор (Слайд 5):
В трёх стаканах находятся (немаловажным, для детей видеть эти три стакана):
– песок и вода
– вода и медный купорос
– масло и вода
Где по вашему мнению находится раствор? Что такое раствор?
Растворы – однородная система, состоящая из двух и более компонентов (растворителя и растворённого вещества).
III. Усвоение новых знаний и способов действия.
Лабораторные опыты:
- В пробирку насыпать немного перманганата калия и добавить воды. Разделить пробирку на две пробирки. Во вторую пробирку добавить ещё воды. Одинаковы ли количества перманганата калия, содержащиеся в обоих растворах? А растворителя?
- Попытайтесь растворить очень небольшие количества серы, кристаллического
йода, поваренной соли и карбоната натрия в воде (полярный растворитель)
и в бензине (неполярный растворитель). Представьте результаты опыта в
виде таблицы.
| Вещество | Растворимость | |
| В воде | В бензине | |
| NaCl | ||
| Na2CO3 | ||
| S | ||
| I2 | ||
Можно ли найти универсальный растворитель – жидкость, в которой можно растворить любое вещество? (Слайд 8.)
Проанализируем результаты опыта и сделаем вывод:
Это правило было установлено ещё в средневековье, после длительных поисков универсального растворителя, “алькагеста”, сформулировали правило “Подобное растворяется в подобном”.
Проделанный нами эксперимент ещё раз показывает , что растворимость веществ зависит от природы растворителя. От чего ещё зависит растворимость? (Слайд 9.)
Растворимость зависит от температуры. При увеличении температуры растворимость веществ увеличивается. Но есть вещества, растворимость которых при нагревании раствора уменьшается. Вы обращали когда-нибудь внимание на то, как ведет себя вода в чайнике незадолго до того, как закипеть? Перед кипением, а иногда и раньше, с самого начала нагревания, на внутренних стенках чайника или кастрюли появляются пузырьки воздуха. Почему?
Проанализируйте рисунок со слайда 11 и сформулируйте вывод о физиологической потребности в кислороде у рыб.
IV. Закрепление.
Пополнилась ли ваша “копилка знаний” сегодня? Если да, то что вы узнали?
Какой растворитель можно использовать для растворения P, HCl, NaI, почему? (Слайд
12.)
V. Первичный контроль. (Cлайд 13.)
Совместите части:
Вариант 1.
| 1. Полярный растворитель | А. Вода |
| 2.Неполярный растворитель | Б. Сера |
| 3. Диполь | В. Соляная кислота |
Вариант 2.
| 1. Полярный растворитель | А. Йод |
| 2. Неполярный растворитель | Б. Вода |
| 3. Диполь | В. Поваренная соль |
VI. Рефлексия. (Слайд 14.)
– Выберите из ниже предложенных утверждений, соответствующее вашему мнению и настроению, и закончите фразу согласно вашему выбору.
Очередные 45 драгоценных минут моей не менее драгоценной жизни:
- потеряны безвозвратно, т.к…
- прошли с пользой, т.к…
VII . Домашнее задание. (Слайд 15.)
§6 Немного о растворителях.
“4” – с. 21 вопросы 1.
“5” – с. 21 вопрос 3.
Задание для учеников интересующихся химией: подготовить сообщение по теме: “Виды растворителей”
Творческий проект: “Какие растворы встречаются в организме человека и какова их роль?”
Литература.
- Диск Кирилла и Мефодия . Биология 10–11 класс.
- Кузнецова Н.Е. и др. Химия: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений.– М.: Вентана-Граф, 2003. – 320 с.: ил.
- Кузнецова Н.Е., Шаталов М.А. Обучение химии на основе межпредметной интеграции: 8–9 классы: Учебно-методическое пособие.– М.: Вентана-Граф, 2004. – 352с.
- Зуева М.В., Гара Н.Н. Школьный практикум. Химия 8–9 кл. – М.: Дрофа, 1999.– 128 с.: ил.
Презентация по химии для 8 класса по теме «Растворение. Растворимость веществ в воде»
Урок химии в 8 классе
Выполнила: учитель химии – Гуня Марина Александровна, МБОУ Дубровская СОШ им.Н.П.Сергеенко
С чего начинается химия?
С оксидов, кислот, щелочей.
С пробирок, спиртовок и колбочек,
Стоящих на парте твоей.
А может она начинается
С простых и понятных веществ,
Их в жизни так много встречается
И нам их ребята не счесть.
Утром встал я спозаранку.
Чай налил, нашёл баранку.
Подмешал я сахарку,
Ложку, две и три – люблю.
Но здесь какой-то непорядок.
И на дне лежит осадок.
А, это третья ложка –
ну, подумайте немножко!
ТЕМА : Растворение. Растворимость веществ в воде.
Растворы играют важную роль в природе, науке и технике. Особую роль на нашей планете играет вода.
Главное доказательство зарождения жизни в воде – сходный химический состав морской воды и крови человека.
А знаете ли вы, что в 1м 3 морской воды растворено 0,01мг золота. Общее количество золота в морях и океанах огромно. Если бы его удалось извлечь, то на каждого жителя нашей планеты пришлось бы более 1 тонны золота.
Какие растворы Вам известны?
Растворы
- Лекарственные настойки
- Золотые украшения
Что же такое раствор?
Раствор – однородная система, состоящая из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.
Изучение свойств растворов занимает важное место в современной науке. В химии процессы растворения рассматриваются с позиций трёх теорий :
Признаки сравнения
Теория
физическая
Сторонники теории (авторы)
химическая
Определение растворения
Физико-химическая
Изучение свойств растворов занимает важное место в современной науке. В химии процессы растворения рассматриваются с позиций трёх теорий:
Признаки сравнения
Теория
физическая
Сторонники теории (авторы)
химическая
Вант-Гофф, Аррениус и Оствальд
Определение растворения
Физико-химическая
Д.И. Менделеев, В.И. Каблуков
Результат диффузии, т е. проникновения растворенного вещества в промежутки между молекулами воды
Д.И. Менделеев
Результатом химического взаимодействия растворенного вещества с молекулами воды
Результат диффузии и химического взаимодействия (учебник «Основы химии»)
Гидраты – соединения, образованные взаимодействием вещества с водой.
Кристаллогидраты – соли, в состав которых входит вода.
Какие признаки химических реакций Вы знаете?
Практическая часть
1опыт . Растворение сахара.
2 опыт . Растворение перманганата калия.
3 опыт . Растворение мела.
4 опыт . Растворение стекла
Оформление практической работы
Название вещества
Формула
1. сахар
Что наблюдаем
2 . перманганат калия
3. мел
4. стекло
От чего зависит растворимость веществ?
Растворимость веществ зависит от:
- Природы вещества
- Природы растворителя
- Температуры
Растворы (при данной температуре)
Ненасыщенные
Насыщенные
Перенасыщенные
Меньше растворяемого вещества, чем в насыщенном растворе
Вещество больше не растворяется
Больше растворяемого вещества, чем в насыщенном растворе
1 г на 100 г H 2 O Нерастворимые 0, 1 г на 100 г H 2 O Малорастворимые до 1 г на 100 г H 2 O «ВЕЩЕСТВА
Растворимые
1 г на 100 г H 2 O
Нерастворимые
0, 1 г на 100 г H 2 O
Малорастворимые
до 1 г на 100 г H 2 O
Решение задач
Задача 1. Запишите химическое уравнение взаимодействия серной кислоты с хлоридом бария и определите (пользуясь таблицей растворимости) образуется ли осадок.
Задача 2. Запишите химическое уравнение взаимодействия натрия с водой и определите растворимость продуктов реакции.
Задача 3. В растворе массой 50 грамм растворили хлорид натрия массой 15 грамм. Какова массовая доля соли в растворе?
Тест на закрепление
1. Растворимость веществ не зависит от:
А) природы растворителя Б) температуры В) давления Г)природы вещества
2. К нерастворимому основанию относится:
А) NaOH Б) Mg(OH) 2 В) KOH Г) Ba(OH) 2
3. Вещество больше не растворяется при данной температуре – это раствор:
А) насыщенный Б) ненасыщенный В) пересыщенный
Г) недосыщенный
4. Основоположник химической теории растворения:
А) Вант-Гофф Б) Оствальд В) Аррениус Г) Менделеев
5. Соединение, образованное взаимодействием вещества с водой – это:
А) гидрат Б) кристаллогидрат В) аллотропия Г) изотоп
ответы
1. В
2. Б
3. А
4. Г
5. А
Домашнее задание:
§34, упр. 1, 3, 5, 6
СПАСИБО ЗА УРОК!
Разработка урока «Вода — растворитель. Растворы. Значение воды» | Презентация к уроку по химии (8 класс) на тему:
Слайд 1
Вода –растворитель. Растворы. Значение водыСлайд 2
А, что мы знаем о воде……? 1.Формула воды – Н2О. 2.Относительная молекулярная масса воды равна 16 3.Большое поверхностное натяжение 4.Вода может существовать в трех агрегатных состояниях 5.Соль можно выделить из раствора фильтрованием. 6.Вода – хороший растворитель. 7.Чтобы выделить соль из раствора, его необходимо выпарить. 8.Вода – летучая жидкость 9.Вода имеет вкус и запах. 10.Вода не имеет вкуса и запаха.
Слайд 3
А, что мы знаем о воде……? 1. Формула воды – Н2О. 2. Относительная молекулярная масса воды равна 16 3. Большое поверхностное натяжение 4. Вода может существовать в трех агрегатных состояниях 5. Соль можно выделить из раствора фильтрованием. 6. Вода – хороший растворитель. 7. Чтобы выделить соль из раствора, его необходимо выпарить. 8. Вода – летучая жидкость 9. Вода имеет вкус и запах. 10. Вода не имеет вкуса и запаха.
Слайд 4
Вода Химическая формула: H 2 O Агрегатные состояния: Жидкость Газ Твёрдое вещество Поверхностное натяжение
Слайд 5
Вы когда -нибудь сдавали кровь на анализ? А знаете ли вы, что наша кровь по составу очень похожа на океанскую воду? О чём вам это говорит ? Жизнь зародилась в воде…….
Слайд 6
Распространение воды в природе Вода занимает 3/4 поверхности Земного шара В организме человека воды около 70 % В арбузе воды около 90%
Слайд 7
Р оль воды в жизни животных человека 09:48:33 — в организмах животных – воды 60 — 90% — состав плазмы крови очень близок к составу воды морей и океанов, — 6-недельный эмбрион – 97,6 % воды, — новорожденный организм – 70 – 83 % — взрослый организм – 75% — кровь – 81% — плотные ткани (мышцы) – 75% — кости – 20% Ежесуточно выделяется в виде: — слюны — 1500мл — желудочного сока – 2500мл — сок поджелудочной железы – 700мл — кишечные соки – 3000мл
Слайд 8
Роль воды в жизни растений растения на 50-90% состоят из воды минеральные вещества поступают в растение только в растворенном виде вода участвует в фотосинтезе обеспечивает объем и упругость клетки 09:48:33
Слайд 9
09:48:33 Роль воды в природе и жизни человека Составьте схему, отражающую роль воды в природе и жизни человека (можете дополнить) Внутренняя среда организмов Фотосинтез Растворител ь Среда обитания Почвенное питание растений Подумай…?
Слайд 10
Что такое раствор? Лабораторные опыты Оборудование и реактивы: пробирки, стеклянные палочки, вода (Н2О), мел (СаСО3 ), масло, хлорид натрия ( NaCl ) Цель работы : получить раствор вещества, описать внешний вид раствора
Слайд 11
Ход работы: Лабораторные опыты 1) В три пробирки налейте по 1/3 воды 2) В первую пробирку добавьте 2 ложки мела, перемешайте палочкой. Что наблюдаете? 3) Во вторую пробирку добавьте 5 капель масла, перемешайте палочкой. Что наблюдаете? 4) В третью пробирку добавьте 2 ложки соли, перемешайте. Что наблюдаете? что делал что наблюдал Смешал 1) вода+мел 2) вода+масло 3) вода+соль Мел не растворился в воде Масло не растворилось в воде Соль растворилась Отчет:
Слайд 12
Раствор — это однородная система, состоящая из молекул растворителя и частиц растворенного вещества, между которыми происходят физические и химические взаимодействия.
Слайд 13
Взвесь — это жидкость или газ, в которых относительно равномерно распределены мелкие частицы твердого вещества или капли другой жидкости. Взвеси Эмульсия Суспензия Это взвесь, в которой мелкие частицы твердого вещества равномерно распределены между молекулами жидкости Это взвесь, в которой мелкие капельки какой-либо жидкости равномерно распределены между молекулами другой жидкости
Слайд 14
Виды растворов Насыщенный раствор – раствор, в котором при данной температуре вещество больше не растворяется. Ненасыщенный раствор – раствор, в котором при данной температуре находится меньше растворяемого вещества, чем в его насыщенном растворе Пересыщенный раствор – раствор , в котором при данной температуре находится в растворенном состоянии больше вещества, чем в его насыщенном растворе при тех же условиях .
Слайд 15
Растворимость зависит от : — природы реагирующих веществ — температуры; — вида растворителя .
Слайд 16
Подведём итоги…. Что такое раствор? Из чего он состоит? Дайте определение растворимости. Перечислите признаки химического взаимодействия происходящие в растворе. Какие факторы влияют на растворимость? Как называется раствор если: при данной t ° вещество больше не растворяется, при данной t ° вещество ещё растворяется, раствор содержит избыток растворённого вещества.
«Кислород. Водород. Вода» урок химии в 8 классе | Презентация к уроку по химии (8 класс):
Слайд 2
Обобщающий урок по темам «Кислород. Водород. Вода» Урок химии 8 класс Учитель: Волохова И.В. в ысшая квалификационная категория
Слайд 3
Лаборатория теоретиков Оксиды Тепловой эффект химической реакции Экзотермическая реакция Термохимическое уравнение Эндотермическая реакция Катализатор Термохимическое уравнение Горение
Слайд 4
Группа I газа Н 2 Группа II газа О 2 Химический знак Ar ( )= Валентность Распространение в природе … Формула простого вещества М r ( )= г/моль Кем открыт Характеристика химического элемента
Слайд 5
Нахождение в природе
Слайд 6
Карл Шееле Джозеф Пристли Антуан Лавуазье
Слайд 7
Открытие кислорода Карл Шееле Джозеф Пристли Антуан Лавуазье
Слайд 8
Генри Кавендиш Антуан Лавуазье М.В. Ломоносов
Слайд 9
Открытие водорода Генри Кавендиш Антуан Лавуазье М.В. Ломоносов
Слайд 10
Лаборатория раскрытия тайн
Слайд 11
Физические свойства 1 Газ без цвета, без запаха 2 В 14,5 раза легче воздуха 6 Растворимость в воде очень мала 3 Относительно мало растворим в воде 5 Немного тяжелее воздуха 4 Сжижается при температуре -253°С 7 Сжижается при температуре — 183°С Н 2 О 2 8 Этот газ хорошо поддерживает горение . 9. Самый распространённый элемент космоса. 10. Входит в состав оксидов.
Слайд 12
Физические свойства 1 Газ без цвета, без запаха 2 В 14,5 раза легче воздуха 6 Растворимость в воде очень мала 3 Относительно мало растворим в воде 5 Немного тяжелее воздуха 4 Сжижается при температуре -253°С 7 Сжижается при температуре — 183°С Н 2 О 2 8 Этот газ хорошо поддерживает горение . 9. Самый распространённый элемент космоса. 10. Входит в состав оксидов. 1 Газ без цвета, без запаха
Слайд 13
Лаборатория формул ОКСИДЫ металлы неметаллы H 2 O Ca Cl Al 2 O 3 K 3 PO 4 N 2 O 5 S ZnO N Na
Слайд 14
Лаборатория формул ОКСИДЫ металлы неметаллы H 2 O Ca Cl Al 2 O 3 K 3 PO 4 N 2 O 5 S ZnO N Na
Слайд 15
1 Химические свойства кислорода 2 Химические свойства водорода 3 Химические свойства воды Лаборатория формул
Слайд 16
Применение кислорода О 2
Слайд 17
Применение водорода Н 2
Слайд 18
Лаборатория эрудитов
Слайд 19
Кислород – это … Водород – это … Оксиды – это … Вода- это…. Домашнее задание: Подготовиться к контрольной работе Билеты на выход
Слайд 20
Рефлексия Я Мы Урок Теоретик Активные Интересный Аналитик Внимательные Увлекательный Ученик Трудолюбивые Полезный Экспериментатор Любознательные Нужный Сотрудник Креативные Коллективный Химик Целеустремленные Творческий МБОУ «Обоянская СОШ №1»
Интегрированный урок математика-химия «Задачи на концентрацию»
Тема: «Задачи на концентрацию»
Интегрированный урок
Цель урока:
Рассмотрение алгоритма решения задач на растворы:
знакомство с приемами решения задач в математике и химии;
расширение знаний учащихся о значении растворов веществ в природе и деятельности человека.
Задачи урока:
- Совершенствовать умения и навыки решения задач на растворы по алгоритмам.
- Развивать практические умения решения задач.
- Развивать практические умения работы с химической посудой и веществами.
- Сформировать целостную картину о взаимосвязи предметов в школе.
- Рассмотреть биологическое значение воды, как универсального растворителя.
- Воспитывать у учащихся внимательность, умение слушать учителя.
- Учить учащихся самооценке
Тип урока:
- Интегрированный урок
- Комбинированный урок
Методы обучения: словесные, наглядные, практические, объяснительно-иллюстративный, репродуктивный метод, проблемное изложение изучаемого материала, частично-поисковый, методы контроля и самоконтроля за эффективностью учебно-познавательной деятельности
ТСО и наглядность: аппаратура для проявления информации, заложенной в аудиовизуальных средствах обучения, ПК, презентация уроку (слайды по математике и химии), стакан, вода, химические вещества, карточки задания, карточки для РЕФЛЕКСИИ, карточки с домашним заданием, слайды для устного счета, слайды о значимости воды, слайды по ТБ, весы, сахар,
Ход урока.
- Организационный момент.
- Учитель математики: Здравствуйте! Сегодня мы проводим необычный урок — урок на перекрестке наук математики и химии. Записать число в тетрадях по математике.
- Учитель химии: Здравствуйте, ребята! Мы с вами увидим, как математические методы решения задач помогают при решении задач по химии. Записать число в тетрадях по химии.
-
Организация внимания.
А чтобы сформулировать тему урока, давайте проделаем небольшой эксперимент.
2. Актуализация
Учитель химии (Наливаю в 2 хим. стакана воду, добавляю в оба одинаковое количество сульфата меди.) Что получилось? (Растворы). Из чего состоит раствор? (Из растворителя и растворённого вещества). А теперь добавим в один из стаканов ещё немного сульфата меди. Что стало с окраской раствора? (Он стал более насыщенным). Следовательно, чем отличаются эти растворы? (Массовой долей вещ-ва).
Учитель математики: А с математической точки зрения — разное процентное содержание вещества.
Итак, тема урока « Решение задач на растворы»
Цель урока: Рассмотреть алгоритм решения задач на растворы,
познакомить с приемами решения задач в математике и химии,
расширить знания о значении этих растворов в быту,
сформировать целостную картину о взаимосвязи предметов в школе.
Девиз:
«Только из союза двух работающих вместе и при помощи друг друга рождаются великие вещи» Антуан де Сент- Экзюпери
Учитель математики: Для урока необходимо повторить понятие процента
(устный счет)
— Что называют процентом? (1/100 часть числа.)
— Выразите в виде десятичной дроби 17%, 40%, 6%
— Выразите в виде обыкновенной дроби 25%, 30%, 7%
— Установите соответствие 40% 1/4
25% 0,04
80% 0,4
4% 4/5
Одним из основных действий с процентами – нахождение % от числа.
-Как найти % от числа? (% записать в виде дроби, умножить число на эту дробь.)
—Найти 10% от 30. (10%=0,1 30*0,1=3)
— Вычислите: 1) 20% от 70 2) 6% от 20 3) х% от 7
Учитель химии (устная работа)
– Что такое раствор? (Однородная система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.)
— Приведите примеры растворов, с которыми вы встречаетесь в повседневной жизни. (уксус, нашатырный спирт, раствор марганцовки, перекись водорода и др.)
– Какое вещество чаще всего используется в качестве растворителя? (Вода.)
Часто понятие “раствор” мы связываем, прежде всего, с водой, с водными растворами. Есть и другие растворы: например спиртовые раствор йода, одеколона, лекарственные настойки.
Хотя именно вода является самым распространённым соединением и “растворителем” в природе.
Информация о воде сопровождается картинками в РРТ
¾ поверхности Земли покрыто водой
Человек на 70% состоит из воды.
В сутки человек выделяет 3 литра воды и столько же нужно ввести в организм.
Овощи – 90% воды содержат (рекордсмены-огурцы -98%)
Рыба 80% (рекордсмен у животных – медуза 98%)
Хлеб – 40%
Молоко – 75%
– Что такое массовая доля растворенного вещества? (Отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора.)
– Вспомните формулу для вычисления массовой доли растворенного вещества и производные от нее (w = m (р.в.)/m (р-ра ) ; m (р.в.)= m (р-ра) ×w ; m (р-ра) = m (р.в.)/ w )
– По какой формуле можно рассчитать массу раствора? (m(р-ра) = m (р.в.) + m (р-ля)).
3. Решение задач.
Учитель химии предлагает решить учащимся задачу:
Задача №1 ( а) Перед посадкой семена томатов дезинфицируют 15%-ным раствором марганцовки. Сколько г марганцовки потребуется для приготовления 500 г такого раствора?
Дано: Решение:
ω%=15% m(в-ва)= m(р-ра) •ω
m(р-ра)=500г m(в-ва)=500 •0,15=75г
m(в-ва)=? Ответ: 75 г марганцовки
Учитель математики
– Давайте посмотрим на эту задачу с точки зрения математики. Какое правило на проценты вы применили при решении этой задачи?
(Правило нахождения процента от числа.)
Дано: ω%=15% m(р-ра)=500г m(в-ва)=?
Решение: Найти 15% от 500.
1) 15% = 0,15
2) 500*0,15=75(г)- марганцовки
Ответ: 75 г.
Задача 1 ( б) устно)
Сколько уксусной эссенции потребуется для приготовления 100гр 9%- го раствора столового уксуса? Ответ: 0,09 * 100 = 9(гр)
Учитель математики
– Как видите, задачи, которые вы встречаете на химии, можно решать на уроках математики без применения химических формул.
— Введем понятие «Математическая модель»
— Рассмотрим алгоритм решения задач
Задача 2 ( Слайд 20 ) Типовое задание огэ
В сосуд, содержащий 4 литра 12 — процентного раствора соли добавили 8 литров воды. Какова концентрация концентрация соли в полученном растворе?
Решение:
4 · 0,12 = 0,48 (л) соли в растворе
Ответ: 4%
Учитель математики
Задача №3. (Слайд 22 ) При смешивании 10%-го и 30%-го раствора марганцовки получают 200 г 16%-го раствора марганцовки. Сколько граммов каждого раствора взяли?
— Можно ли решить эту задачу так же быстро?
— О чем говорится в этой задаче? (о двух растворах.)
— Что происходит с растворами? (смешивают.)
Решение:
|
Раствор |
%-е содержание |
Масса раствора (г) |
Масса вещества (г) |
|
1 раствор 2 раствор |
10% = 0,1 30% = 0,3 |
х 200-х |
0,1х 0,3(200-х) |
|
Смесь |
16% = 0,16 |
200 |
0,16*200 |
0,1х + 0,3(200-х) = 0,16*200
0,1х + 60 – 0,3х = 32
-0,2х = -28
х = 140
140(г)- 10% раствора
200 – 140 = 60(г)-30% раствора.
(Учитель химии на доске рассматривает условие и систему уравнений )
у=60, х= 140
Ответ: 140 г (10% раствор) и 60 г (30% раствор)
— Сравните приемы решения и результаты задачи. Сделайте вывод
4. Экспериментальная задача
Учитель химии
— А сейчас мы решим экспериментальную задачу.
Задача № 4. (Слайд 24) Определить массовую долю сахара в растворе, полученном при растворении двух кусочков сахара в 200 г воды.
А) Экспериментальная часть ( Соблюдать правила техники безопасности).
1. Уравновесить весы.
2. Взвесить кусочек сахара
3. Отмерить мерным цилиндром воду.
4. Смешать воду и сахар в стакане.
Б) Расчётная часть
Дано:
m(в-ва)=? (взвесить) 2гр
m(воды) = 48г
ω%=?
Решение: ω% = m(в-ва) / m(р-ра) * 100%
m(р-ра) = m(в-ва) + m(воды)
Вычисления…………
Ответ: 4%
5. Проверочная работа ( работа в группах)
Учитель математики.
(Слайд 24 и 25 и раздаточный материал карточки с ФИ )
|
При смешивании 15%-го и 8% -го раствора кислоты получают 70 г 10%-го раствора кислоты. Сколько граммов каждого раствора взяли?
|
При смешивании 15%-го и 60% -го раствора соли получают 90 г 40%-го раствора соли. Сколько граммов каждого раствора взяли?
|
||||||||||||||||||||||||
0,15х + 0,08(70-х)=0,1*70 0,15х+ 5,6-0,08х =7 0,07х=7-5,6 0,07х=1,4 х= 1,4:0,07 х=20 20(г) — 15%-го раствора 70 — 20=50(г)-8% раствора Ответ: 20 гр., 50г. |
0,15х+0,6(90-х)=0,4*90 0,15х+54-0,6х=36 -0,45х=36-54 -0,45х =-18 х=18:0,45 х=40 40(г)-15% раствора. 90-40=50(г)-60% раствора. Ответ: 40 гр., 50г. |
||||||||||||||||||||||||
|
7х = 140 х = 20 15% раствора = 20гр 8% раствора = 70 – 20= 50гр
|
45у = 2250 У= 50 60% раствора – 50гр 15% раствора = 90 – 50 = 40гр |
учащиеся сравнивают с ответами на слайде ,
они сами должны поставить себе оценку:
- нет ошибок – «5»
- одна ошибка – «4»
- 2-3 ошибки – «3»
6. Подведение итогов урока (Рефлексия)
Учитель химии.
– Посмотрите на содержание всех решенных сегодня задач. Что их объединяет? (Задачи на растворы.)
– Действительно, во всех задачах фигурируют водные растворы; расчеты связаны с массовой долей растворенного вещества; и если вы обратили внимание, задачи касаются разных сторон нашего быта.
Учитель математики.
– Посмотрите на эти задачи с точки зрения математики. Что их объединяет?
(Задачи на проценты.)
При решении всех этих задач мы используем правило нахождения процента от числа.
Оценки за урок…
7. Домашнее задание. (Слайд 28)
Важное место в рационе питания человека, а особенно детей занимает молоко и молочные продукты. Решим такую задачу:
Задача №1. Какую массу молока 10%-й жирности и пломбира 30%-й жирности необходимо взять для приготовления 100г 20%-го новогоднего коктейля?
Решение:
|
|
%-е содержание |
Масса раствора (г) |
Масса вещества (г) |
|
Молоко Пломбир |
10%=0,1 30%=0,3 |
х 100-х |
0,1х 0,3(100-х) |
|
Коктейль |
20%=0,2 |
100 |
0,2*100 |
0,1х + 0,3(100-х) = 0,2*100
0,1х + 30 – 0,3х = 20
-0,2х = -10
х = 50
50(г) – молока
100 – 50 = 50(г) – пломбира.
Ответ:50г молока,50г пломбира.
Задача №2
Для засола огурцов используют 7% водный раствор поваренной соли (хлорида натрия NaCl). Именно такой раствор в достаточной мере подавляет жизнедеятельность болезнетворных микроорганизмов и плесневого грибка, и в то же время не препятствует процессам молочнокислого брожения. Рассчитайте массу соли и массу воды для приготовления 1 кг такого раствора?
Наш урок подошел к концу. Сейчас каждый из вас оставит на парте тот смайлик, какое настроение вы приобрели на уроке. Спасибо за урок !!!!
Конспект урока химии: Тема: Растворение. Растворы. Свойства растворов электролитов. Тема урока: Вода как растворитель. Растворимость веществ в воде
Вода как растворитель. Растворимость веществ в воде.
План урока.
Что мы знаем о воде?
Раствор и растворимость
Экология природных вод Архангельской области.
Меры по преодолению возникших экологических проблем.
Организационный момент
Здравствуйте ребята. Сегодняшний урок мне хотелось бы начать со слов Антуана де Сент-Экзюпери:
Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха,
Тебя невозможно описать, тобой наслаждаются не ведая, что ты такое.
Нельзя сказать, что ты необходима для жизни:
Ты – сама жизнь.
Как вы думаете, о чем сегодня пойдет речь на уроке? Правильно, мы сегодня будем говорить о воде. Мы должны рассмотреть свойства воды, как природного растворителя, познакомиться с понятиями растворы, растворимость, коэффициент растворимости, а также рассмотрим экологические проблемы, связанные с водой.
Вы уже изучали воду в курсе природоведения, рассматривали нахождение воды в природе, на уроках географии изучали круговорот воды в природе, на уроках биологии содержание воды в растениях и живых организмах.
Актуализация опорных ЗУН.
Перед вами лежат рабочие листы (Приложение №1), в которых вы будете сегодня работать. Сейчас вам необходимо выполнить Задание №1. Какие сведения о воде были известны вам до сегодняшнего урока?
Изучение нового материала.
В природе, науке и технике растворы играют важную роль. Вода, столь широко распространенная в природе, всегда содержит растворенные вещества. В пресной воде рек и озер их мало, в то время как в морской воде содержится около 3,5% растворенных солей. В каждом живом организме бесконечно течет по сосудам – артериям, венам и капиллярам – волшебный раствор, составляющий основу крови, массовая доля солей в нем такая же, как в первичном океане – 0,9%. Сложные физико-химические процессы, происходящие в организмах человека и животных, также протекают в растворах. Многие технологические процессы в химической и других отраслях промышленности, например получение соды, удобрений, кислот, металлов, бумаги, протекают в растворах.
Так что же такое раствор?
Это однородная система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия (гидратов).
РАСТВОР= растворенное вещество+ растворитель + гидраты.
Все вещества растворяются. Нерастворимых веществ не существует, даже у самого плохо растворимого вещества, есть минимальная растворимость. Растворимость или коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 100 г растворителя.
По растворимости все вещества делятся на три группы:
Хорошо растворимые (больше 1 г вещества)
Малорастворимые (меньше 1 г вещества)
Практически нерастворимые (меньше 0,01 г).
Примеры веществ с различной растворимостью представлены в таблице растворимости, находящейся на форзаце учебника (работа с таблицей растворимости учебника).
Растворимость различных веществ зависит от:
Природы растворенного вещества и растворителя
Температуры
Давления
Зависимость растворимости твердых веществ от температуры представлена на рисунке 123 учебника (стр.189). При повышении температуры не у всех веществ растворимость повышается. Например, растворимость хлорида натрия, вообще практически не зависит от температуры.
Задание №2. Определите растворимость хлорида бария при 0, 40, 100 0С
На растворимость газов влияет давление, чем выше давление, тем выше растворимость газов.
Экология природных вод Архангельской области.
Послушайте рассказ о состоянии водных ресурсов в Архангельской области и определите основные источники загрязнений пресной воды и морей, запишите в рабочий лист (Задание №3).
С развитием промышленности и улучшением качества быта людей резко возрастает потребность в воде. Крайне неблагополучно обеспечение населения промышленных центров Архангельской области чистой питьевой водой. Малые мощности, несовершенство городских очистных сооружений, размещение водозаборов в зоне промышленных, хозяйственно-бытовых стоков стали причиной низкого качества питьевой воды.
Объем сточных вод Архангельска, Новодвинска, Северодвинска,
Коряжмы и Котласа многократно превышает способность Северной Двины к самоочищению.
Основными источниками загрязнения устьевого участка рек являются предприятия целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности Архангельска, Новодвинска и Коряжмы, предприятия жилищно-коммунального хозяйства, суда речного и морского флота.
Большую опасность в устье Северной Двины вызывает обилие «брошенных» судов частниками. Суда ржавеют, «захламляют» реку. В основном, они уже не пригодны к эксплуатации.
Высокий уровень загрязнения воды имеют также реки Кодино
(Онежский район), Пукса (Плесецкий район), Волошка (Коношский район). Причиной являются стоки целлюлозно-бумажных заводов № 1,
2, 5, АО «Соломбальский ЦБК».
Локальные очаги загрязнения встречаются вокруг животноводческих
комплексов и крупных птицефабрик. Постоянно существует проблема утилизации отходов, которые представляют угрозу бактериального загрязнения близлежащих водоёмов. Нарушения ландшафтов на ограниченных территориях имеют место при разработке месторождений полезных ископаемых. Изменению подвергается не только почвенно-растительный компонент ландшафтов, но и литогенная основа,
не способная к самовосстановлению.
Промышленные и коммунально-бытовые стоки вместе с речной водой выносятся в Белое море. В условиях приливных течений и определённой замкнутости моря отходы производства растворяются в воде, накапливаются в донных отложениях и живых организмах. В последние годы прослеживается сокращение площади, занятой водорослями, уменьшается количественный и видовой состав рыб, отмечаются случаи гибели морских животных.
Главную опасность для арктических морей представляют нефть и ее углеводороды, а также ионы тяжелых металлов. По данным химических лабораторий содержание тяжелых металлов в водах Архангельской области составляет в среднем – Cu – 18 мкг/г, Zn – 31 мкг/г, Pb – 6,3 мкг/г.
Накопление ядерных материалов на Севере ведет к повышению радиационной опасности в регионе. Отходы производств судостроительных предприятий в Северодвинске и Мурманской области, захороняемые в северных морях, а также деятельность ядерного полигона на Новой Земле представляют химическую и радиационную опасность для морских экосистем.
На территории Архангельской области располагается действующий космодром «Плесецк», деятельность которого также отрицательно влияет на состояние морей Архангельской области.
Меры по преодолению возникших экологических проблем.
Послушайте доклад ученика о защите пресной воды и запишите в рабочий лист основные меры защиты воды. Задание №4.
4. Подведение итогов урока
Сдаем рабочие листы на проверку.
Сегодняшний урок был посвящен удивительнейшему веществу – воде. И я предлагаю вам заполнить схему «Что нового вы узнали сегодня о воде?» Задание №5.
Вода – одно из главных природных богатств человечества. От нее зависит не просто благополучие, но и само существование целых народов. Не случайно с давних пор люди селились по берегам крупных и малых рек, озер и морей.
5.Сообщение домашнего задания.
Человек,
запомни навсегда!
Символ
жизни на Земле – вода!
Экономь
ее и береги –
Мы
ведь на планете не одни!
В связи с этим я предлагаю вам следующее домашнее задание.
Разработайте проект-схему «Способы экономии воды».
Спасибо за урок! До свидания.
Конспект урока «Опыты с жирами»
Проектно-исследовательская работа
«Домашняя лаборатория. Опыты с жирами»
СОДЕРЖАНИЕ
Эксперименты:
1. «Обнаружение жиров в продуктах питания»,
2. «Растворимость жиров в различных растворителях»,
3. «Удаление жировых пятен с одежды»,
4. «Омыление жиров»,
5. «Доказательство непредельного характера растительных масел».
Эксперимент №1 «Обнаружение жиров в продуктах питания»
Методика исследования:
Жиры можно обнаружить по жирному пятну на фильтровальной бумаге, которое оставляет исследуемый продукт. Для этого его помещают между слоями фильтровальной бумаги и раздавливают. Эфирные масла дают сходный след, но, в отличие от жировых пятен, они исчезают после высыхания.
Наблюдения:
Для получения более четких пятен лучше использовать не стандартную фильтровальную бумагу, применяемую в кабинетах химии, а тонкие бумажные платочки.
Результат:
Жиры содержатся практически во всех продуктах рациона человека, за исключением таких групп продуктов: овощи, фрукты, ягоды и зелень, сахар, мед, соки, алкоголь.
Пищевые продукты с содержанием жиров (в расчете на 100 г продукта)
Продукт
Количество жиров, г
Масло (растительное, топленое, сливочное), маргарины, жиры кулинарные, шпик свиной
более 80
Сметана 20%-ной (и выше) жирности, сыр, свинина, утки, гуси, колбасы полукопченые и вареные, пирожные, халва и шоколад
от 20 до 40
Творог жирный, сливочное мороженое, сливки, баранина, говядина и куры 1-й категории, яйца, сардельки говяжьи, колбаса чайная, семга, осетр, сайра, сельдь жирная, икра
от 10 до 19
Молоко, кефир жирный, творог полужирный, молочное мороженое, баранина, говядина и куры 2-й категории, горбуша, скумбрия, ставрида, сдоба, конфеты
от 3 до 9
Творог и кефир обезжиренные, судак, треска, щука, хек, крупы, хлеб
менее 2
Вывод:
Жиры хорошо впитываются волокнистыми материалами, именно на этом свойстве основано использование бумажных и полотняных салфеток при приеме пищи.
Аналогичным способом можно обнаружить масла в семенах растений, где они накапливаются как запасные питательные вещества. Данная методика описана в учебниках ботаники. Нами были обнаружены масла в семенах подсолнечника, в грецких и кедровых орехах.
Обнаружение жиров в семенах растений методом экстракции.
Материалы и оборудование:
Семена и орехи различных растений, фарфоровая ступка с пестиком, шпатель, пробирки с пробками, органический растворитель (бензин или уайт-спирит), пипетка, фильтровальная бумага.
Методика исследования:
1. Истолочь семена в фарфоровой ступке,
2. поместить в пробирку, добавить 1-2 мл растворителя, закрыть пробкой и несколько раз встряхнуть.
3. Через 10-15 минут, после отстаивания, поместить каплю полученного экстракта с помощью пипетки на фильтровальную бумагу. Результат оценить после высыхания.
Результат:
После испарения растворителя на фильтровальной бумаге остается жирное пятно.
Вывод:
Данный опыт основан на хорошей растворимости жиров в неполярных органических растворителях. Содержащиеся в семенах растительные масла экстрагируются бензином или уайт-спиритом.
Эксперимент № 2 «Растворимость жиров в различных растворителях»
Материалы и оборудование:
пробирки с пробками, различные растворители, подсолнечное масло или жир.
Методика исследования:
Налить в пробирки по 2 — 3 мл различных растворителей:
1. Вода
2. Этиловый спирт
3. Уайт-спирит
4. Бензин
5. Ацетон
В каждую пробирку прилить по 0,5-1 мл растительного масла или поместить по небольшому кусочку жира (лучше топленого сала). Закрыть пробирки пробками т несколько раз встряхнуть.
Результаты:
1. В воде жиры не растворяются. Образующаяся после встряхивания эмульсия очень быстро расслаивается, слой масла над водой, следовательно, оно легче воды.
2. В этиловом спирте масло практически не растворяется, но образующаяся после встряхивания эмульсия более тонкая и держится дольше (на фото видна в виде помутнения в пробирке №2). Слой масла – на дне пробирки, следовательно, подсолнечное масло тяжелее этанола.
3. В уйат-спирите и бензине подсолнечное масло растворяется практически мгновенно, в ацетоне – несколько медленнее.
Выводы:
Жиры являются гидрофобными органическими веществами, т.е. нерастворимыми в воде. Этанол является слабополярным органическим растворителем, жиры в нем растворяются плохо. Лучшими растворителями для жиров являются неполярные органические растворители: бензин, уайт-спирит как смеси жидких предельных углеводородов («Подобное растворяется в подобном»). Данные вещества можно использовать для выведения жировых пятен с одежды.
Эксперимент № 3 «Удаление жировых пятен с одежды»
Мы попытались удалить жировые пятна с различных тканей, воспользовавшись практическими советами «Химчистки на дому».
1. Удаление жирового пятна с помощью фильтровальной бумаги и горячего утюга.
Методика:
Свежие жировые и масляные пятна с любой ткани выводят, проглаживая ткань утюгом (100 °С) через несколько слоев промокательной бумаги, приложенной с внутренней и с лицевой сторон ткани.
Результат:
Салфетки (фильтровальная бумага) становятся жирными, а ткань очищается.
Вывод:
Данный способ основан на способности жиров впитываться различными волокнистыми материалами. Он не требует использования растворителей и стирки, экономичен. Недостатком является НЕПОЛНАЯ очистка, даже после многократного повторения операции жировое пятно не удается свести полностью.
2. Удаление жирового пятна с помощью органических растворителей:
· уайт-спирита,
· бензина,
· ацетона.
Методика:
Перед работой необходимо проверить, как действуют растворители на данную ткань, так как возможно её разрушение или изменение окраски. Для пробы наносят немного растворителя на пробный кусочек ткани или, при его отсутствии, на участок кармана или шва с изнаночной стороны.
Убедившись в отсутствии нежелательных побочных явлений, приступают к чистке. Подложить под пятно чистую ткань или салфетки (бумажные платочки) и протирать пятно ваткой, смоченной в растворители. Тереть нужно от краев пятна к его центру.
При данной работе необходимо соблюдать технику безопасности: так как органические растворители являются легковоспламеняющимися жидкостями, необходимо работать вдали от нагревательных приборов и открытого пламени, лучше на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении. Избегать длительного вдыхания паров растворителя!!!
Очистка с помощью уайт-спирита
Очистка с помощью бензина
Очистка с помощью ацетона
Результат: пятно удается вывести практически полностью.
Вывод:
Данный способ основан на способности жиров растворяться в органических растворителях. Недостатком являются все вышеописанные тонкости с предварительной пробой и техникой безопасности.
3. Удаление жирового пятна с помощью мела.
Методика:
Пятна с атласной ткани можно вывести благодаря мелу, который надо хорошенько растереть по площади проблемной зоны, и затем, стряхнув его, промыть вещь под теплой водой.
Результат: пятно выводится довольно хорошо, но полного результата достичь не удалось.
Вывод:
Мел является довольно хорошим сорбентом и не разрушает ткань.
4. Удаление жировых пятен с помощью моющих средств.
Методика:
Постирать одежду с помощью моющих средств, предварительно нанеся их непосредственно на пятно.
Результат: если пятно свежее, а не застарелое, оно легко отстирывается данным способом.
Вывод:
Моющие средства являются хорошими поверхностно-активными веществами. Проникая длинными липофильными углеводородными «хвостами» в частицы жира, они тем самым не дают им слипаться и прилипать к поверхности ткани. Обработанные таким образом частицы жира легко смываются водой. Этим и объясняется моющее действие мыла.
Особенно хорошо отстирывают жировые пятна синтетические моющие средства (СМС), особенно средства для мытья посуды – Fary, Pril, «Биолан» и др.
5. Удаление жировых пятен с помощью специальных средств.
При использовании таких средств необходимо строго следовать прилагаемой инструкции. Результат обычно хороший, но данный способ весьма дорог.
И в заключение несколько советов по выведению жировых пятен с различных сайтов Интернета:
Ø Пятна от жира на тканях, которые не стирают, можно почистить так: нагревают до высокой температуры картофельную муку и густо посыпают ею пятно, под которое помещают белую чистую тряпочку. Через 20-25 минут муку стряхивают и заменяют новой порцией, тоже нагретой. Это повторяют до тех пор, пока пятно не исчезнет, после чего муку стряхивают, а одежду тщательно выбивают и вычищают щёткой.
Ø Старые жировые пятна на светлой шерстяной ткани можно почистить густой кашкой из разведенной в воде картофельной муки, наложив её на несколько часов на пятно. Если на ткани остались следы жира, их удаляют смоченным в бензине кусочком ткани, а затем вытирают корочкой черствого хлеба.
Ø Чтобы вывести пятно с шелковой ткани, погружают загрязненный участок на 5–10 мин в раствор, состоящий из нашатырного спирта, глицерина и воды. Затем изделие промывают в теплой воде.
Ø Свежие жировые пятна на бархате можно вычистить теплым мякишем белой булки. wmbook.com ›home/?page_id=127
Ø Пятно от жира или масла на одежде из плотных синтетических тканей посыпьте картофельным крахмалом и разотрите влажным полотенцем. Повторите несколько раз до полного удаления.
Ø От засаленности. Засаленные места на воротниках чистите тампоном, смоченным в растворе из поваренной соли и нашатырного спирта (1/2 ч. ложки поваренной соли, 3 ст. ложки нашатырного спирта). После этого воротник почистите щеткой, смоченной в мыльной воде. Промойте воротник чистой водой, высушите в проветриваемом месте. womantula.ru ›hobbi/homework/10184.html
Общие правила при выведении пятен
Используя тот или иной растворитель, важно запомнить, что:
ü Спирты и кислоты разрушают некоторые краски.
ü Ацетон и уксусная кислота разрушают ткани из ацетатного шелка.
ü Хлорная известь разрушают хлопчатобумажные ткани.
ü Щелочи и отбеливающие вещества применяются только для обработки белых тканей.
ü Перед обработкой пятна, обязательно тщательно вычистить вещь от пыли.
ü Перед обработкой пятен проверять устойчивость окраски – обязательно. Можно воспользоваться лоскутком, пришитым к вещи. А если он срезан и потерян – на скрытой детали.
ü Обрабатывать пятно надо по направлению от краев к середине.
ü К пятну подкладывают с изнанки чистую белую тряпку, сложенную в несколько слоев.
ü Чтобы не появились разводы и ореол, ткань вокруг пятна надо смочить водой, бензином или присыпать тальком, крахмалом.
ü Пятновыводители на небольшие пятна удобно наносить пипеткой или деревянной палочкой. При чистке пользуются ватой, тканью, жесткой кистью или щеткой. zhitiemoe.com ›6-poleznie-soveti/domovodstvo…pyaten
Эксперимент № 4 «Омыление жиров».
Материалы и оборудование:
Топленое свиное сало или гусиный жир, 20%-ный водный или 15%-ный спиртовой раствор щелочи гидроксида натрия, поваренная соль, вода, фарфоровая чашка, стеклянная палочка, стакан, спиртовка, штатив с кольцом, прибор для фильтрования.
Методика проведения эксперимента:
1. В фарфоровую чашку поместить 3 г жира, прилить 7-8 мл 20%-ного раствора щелочи. Для ускорения реакции добавить 1-2 мл этанола.
2. Смесь кипятить 15-20 минут, помешивая стеклянной палочкой и добавляя воду до исходного уровня.
3. Проверка полноты омыления: поместить в стакан с горячей водой 2-3 капли смеси. Если капли жира на поверхности воды не плавают, значит, процесс омыления завершен.
4. Высаливание мыла: после окончания реакции омыления к полученной массе добавить 0,5 г хлорида натрия и кипятить еще 1-2 минуты или после остывания смеси прилить насыщенный раствор поваренной соли.
5. Сушка мыла: собрать всплывшее на поверхность мыло в виде белых хлопьев и высушить в складчатом фильтре.
6. Проверка моющего действия полученного мыла: поместить немного мыла в стакан с теплой водой и энергично взболтать.
7. Обнаружение глицерина как второго продукта омыления: к раствору гидроксида натрия добавить несколько капель раствора медного купороса (сульфата меди) и к выпавшему голубому осадку прилить1 мл фильтрата (п.5).
Результат:
4. После проведения опыта на поверхности смеси всплывает мыло в виде белых хлопьев.
5. Сушка продолжалась около суток, мыло получилось в виде влажной хлопьевидной массы, которую мы спрессовали между листами фильтровальной бумаги.
6. Помешенное в стакан с водой мыло растворилось, образовался мутный пенящийся раствор.
7. После добавления фильтрата к гидроксиду меди появляется синее окрашивание. Данная качественная реакция доказывает, что полученный глицерин является многоатомным (трехатомным) спиртом.
Выводы:
1. Реакция омыления – это щелочной гидролиз жиров как сложных эфиров. В результате образуются натриевые соли высших карбоновых кислот – мыла (например, стеарат натрия) и глицерин: Этот процесс известен с древних времен, когда для получения мыла животные жиры кипятили с водой и древесной золой, содержащей карбонат калия. Существует легенда, что с горы Сапо (Sapo) в Италии, где совершались жертвоприношения, зола и животный жир, вытопившийся при сжигании животных на костре, смывались дождевой водой в реку Тибр. Женщины, приходившие на берег реки стирать бельё, заметили, что в тех местах, где в воду попадали горные стоки, вода становилась пенистой, а бельё легче отстирывалось. Таким образом, согласно легенде, люди узнали мыло. От названия горы и происходит слово «мыло». По-итальянски «sapone» значит «мыло».
2. Мыло нерастворимо в насыщенном растворе поваренной соли. Этим свойством и пользуются для выделения мыла, которое называют ядровым.
3. Мыла являются поверхностно-активными веществами, так как их частицы-анионы имеют длинный гидрофобный углеводородный «хвост» и гидрофильную карбоксильную «голову». Этим и объясняется моющее действие мыла.
В настоящее время в средствах массовой информации появились методики описания изготовления мыла в домашних условиях. В качестве основы используют или готовое детское мыло, или специальную жировую массу и щелочь. Удивительно, что полноту проводимого омыления предлагается проводить наперекор всем правил техники безопасности: нанеся каплю массы на палец или кончик языка!!! Мол, если щиплет, значит, процесс еще не завершен! Далее подробно описывается, какие отдушки и красители можно вводить, как делать мраморное, многослойное мыло или мыло с различными надписями. Данную информацию можно найти на сайтах: treeland.ru ›article/eko/soaphome/…, www.mirsovetov.ru, MoneyMakerFactory.ru›index.php…
Эксперимент № 5 «Доказательство непредельного характера растительных масел»
Методика исследования:
В пробирки поместить по 2 мл различных растительных масел, 1 г топленого свиного сала или гусиного жира (предварительно нагреть до расплавления жира).
1. Облепиховое масло
2. Пихтовое масло
3. Подсолнечное масло
4. Топленое свиное сало (на отдельном фото рядом с подсолнечным маслом)
В каждую пробирку добавить разбавленного раствора перманганата калия (розового цвета), закрыть пробирки пробками и встряхнуть.
Наблюдения и результаты:
В пробирках с растительными маслами раствор перманганата калия обесцвечивается, а в пробирке с топленым свиным салом его розовая окраска сохраняется.
Выводы:
1. Растительные масла окисляются водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера), следовательно, они являются НЕПРЕДЕЛЬНЫМИ соединениями, содержащими кратные углерод-углеродные связи – двойные и (или) тройные. В состав растительных масел как сложных эфиров входят остатки таких непредельных кислот, как олеиновая С17Н33СООН (в молекуле одна двойная связь С=С), линолевая С17Н31СООН (в молекуле две двойные связи С=С), линоленовая С17Н29СООН (в молекуле три двойных связи С=С).
Уравнение реакции Вагнера с использованием олеиновой кислоты следующее:
3СН3 – (СН2)7 – СН = СН – (СН2)7 – СООН + 2KMnO4 + 4h3O →
3СН3 – (СН2)7 – СНOH – СНOH – (СН2)7 – СООН + 2MnO2↓ + 2KOH
В результате реакции двойная связь разрывается, и оба атома углерода присоединяют по гидроксильной группе –ОН . Соединения такого класса называют гликолями.
2. Твердые животные жиры НЕ окисляются водным раствором перманганата калия, так как содержат остатки ПРЕДЕЛЬНЫХ карбоновых кислот, таких как стеариновая С17Н35СООН, пальмитиновая С15Н31СООН, имеющих только одинарные углерод-углеродные связи С – С.
Источники информации:
1. Цветков Л.А. Органическая химия. Учебник для 10 класса средней школы. М., Просвещение, 1988
2. Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Органическая химия. 11 класс. Базовый уровень: Учебник для общеобразовательных учреждений. – 2-е изд. – М.: ООО «ТИД «Русское слово – РС», 2008.
3. Урок химии в 10 классе по теме «Жиры», festival.1september.ru ›articles/550052/
4. Школа 1226! Химия. Опыты. Свойства жиров. s1226.net.ru ›chemistry/zir.htm
Растворы, растворенные вещества и растворители — класс CLEP [видео 2021]
Растворы, растворенные вещества и растворители — это термины, которые часто используются в химии. Узнайте, что означают эти термины, и узнайте, почему определенные вещества образуют растворы.
Какое решение?
Когда вы слышите слово «решение», вы можете подумать о математическом классе как о поиске решения математической задачи. Знаете ли вы, что в химии есть решения?
Хотя это может относиться к ответу на химическую проблему, решение также относится к смеси химических веществ.Примеры этого включают соленую воду, соляную кислоту и лимонад.
У животных почки вырабатывают раствор, называемый мочой. В химии раствор определяется как гомогенная смесь двух или более веществ. Однородный означает, что он имеет постоянный состав во всей смеси.
Растворители и растворы
В растворе растворитель — это вещество, которое присутствует в наибольшем количестве и называется веществом, которое растворяет.В большинстве случаев мы думаем о растворителях как о жидкостях. Однако растворители не обязательно должны быть жидкостями. Растворителями могут быть газы (например, атмосферный азот), жидкости (наиболее распространенный жидкий растворитель — вода) или твердые вещества (например, железо в сплаве стали).
Растворенное вещество — это вещество или вещества, растворенные в растворителе. Растворенных веществ может быть несколько, и они не обязательно должны быть твердыми. Хорошим примером раствора со смесью растворенных веществ является газированная вода. Вода является растворителем, и существует несколько растворенных веществ, включая диоксид углерода (пузырьки газа), сахар (твердое вещество) и ароматизатор (обычно жидкость).
Системы решений
Существует много типов систем решений. К ним относятся те, которые указаны в этой таблице.
| Растворенное вещество | Растворитель | Пример |
|---|---|---|
| газ | газ | атмосфера (78% азота, 21% кислорода, <1% других газов) |
| газ | жидкость | газообразный кислород, растворенный в воде |
| жидкость | газ | Водяной пар в атмосфере |
| жидкость | жидкость | этанол и вода |
| цельный | жидкость | сахароза и вода |
| цельный | твердый | Никелевая монета США (75% меди, 25% никеля) |
Как видите, в нашей атмосфере есть газы, работающие как в качестве растворенных веществ, так и в качестве растворителей, при этом 78% нашего воздуха состоит из азота, 21% состоит из кислорода и менее 1% состоит из несколько других газов.Или, в качестве другого примера, вы можете увидеть, что примером жидкого растворенного вещества и газового растворителя может быть водяной пар в нашей атмосфере. Или, наконец, посмотрите на пример никелевой монеты США; он состоит из 75% меди и 25% никеля. Это твердое растворенное вещество и твердый растворитель.
Взаимосвязи между решениями
Не всякая комбинация растворителя и растворенного вещества или растворенных веществ на самом деле образует раствор. Если вещества образуют гомогенный раствор, говорят, что они растворимы друг в друге. В противном случае их называют нерастворимыми.
Существуют специальные термины для жидко-жидких растворов. Жидкости считаются «смешиваемыми», если они растворимы друг в друге. Вода и уксус (уксусная кислота) смешиваются. С другой стороны, несмешивающиеся жидкости не растворяются друг в друге. Хорошим примером несмешивающихся жидкостей является смесь масла и воды.
Так почему одни комбинации веществ образуют растворы, а другие — нет? Для образования раствора растворитель должен попасть между молекулами растворенного вещества.
Есть несколько типов сил притяжения, которые удерживают растворенные вещества.Чтобы решение сформировалось, их необходимо преодолеть. Другими словами, силы притяжения между молекулами растворенного вещества и растворителя должны быть больше, чем силы притяжения между самими молекулами растворенного вещества.
Можно предсказать, будут ли растворители и растворенные вещества образовывать растворы. Возможно, вы слышали термин «подобное растворяется в подобном». Давайте немного исследуем эту концепцию. Молекулы можно классифицировать по типам связей, которые они имеют.
- Ионные: Ионные соединения состоят из положительно заряженного иона металла (или катиона) и отрицательно заряженного иона неметалла (или аниона).Соединение удерживается тем, что противоположные заряды притягиваются друг к другу.
- Полярный ковалентный: В полярной ковалентной молекуле атомы удерживаются вместе, потому что валентные электроны разделены между ними. Однако притяжение атомов к электронам неодинаково, поэтому существует небольшая положительная часть молекулы и небольшая отрицательная часть молекулы.
- Неполярный ковалентный: В неполярной ковалентной молекуле валентные электроны распределяются поровну, и в молекуле нет частичных изменений.
Некоторые примеры
Давайте рассмотрим некоторые общие примеры твердых растворенных веществ, растворенных в жидком растворителе. Вода — самый распространенный растворитель. Вода (h3O, помните) — полярная ковалентная молекула, поскольку она имеет небольшой отрицательный заряд на кислороде и небольшой положительный заряд на каждом из атомов водорода. Поскольку вода имеет эти заряженные концы, она растворяет другие «похожие» вещества, такие как ионные соединения и полярные ковалентные соединения, которые также имеют заряды.
Хлорид натрия является ионным и состоит из положительных ионов натрия и отрицательных ионов хлорида.Когда вода растворяет хлорид натрия, слегка отрицательно заряженные концы кислорода молекул воды окружают положительно заряженные ионы натрия, а слегка положительно заряженные концы водорода молекул воды окружают отрицательно заряженные ионы хлорида.
Соединения, растворяющиеся в воде, называются гидрофильными (или водолюбивыми). Примеры гидрофильных соединений включают хлорид натрия (ионный) и глюкозу (полярный ковалентный).
Вода не растворяет неполярные ковалентные соединения, которые включают углеводороды, такие как парафиновый воск (или C30 H62).Неполярные углеводороды, содержащие исключительно углерод и водород, называются гидрофобными (водобоязненными). Парафин растворяется в ксилоле, который является другим углеводородом и неполярным ковалентным соединением.
Некоторые соединения, содержащие углерод, водород и другие атомы (например, кислород), являются полярными ковалентными и, следовательно, гидрофильными. К ним относятся некоторые спирты и альдегиды. Однако есть соединения, такие как масла, которые содержат C, H и O, которые имеют небольшие гидрофильные участки, содержащие атомы кислорода, но также имеют длинные гидрофобные цепи углерода, которые делают их нерастворимыми в воде.
Итоги урока
Хорошо, давайте рассмотрим основную информацию, которую мы узнали.
Химический раствор представляет собой гомогенную смесь двух или более веществ. Растворитель — это вещество, которое растворяет и присутствует в наибольшем количестве, тогда как растворенное вещество — это растворяемое вещество. Растворители и растворенные вещества могут быть в любой фазе вещества: твердой, жидкой или газовой.
Растворители растворяют растворенные вещества, имеющие одинаковые химические связи.Полярные ковалентные и ионные вещества растворяют другие полярные ковалентные и ионные вещества, так как в обоих этих типах связей есть заряды.
Ионные соединения состоят из положительно заряженного иона металла (или катиона) и отрицательно заряженного иона неметалла (или аниона). В полярной ковалентной молекуле атомы удерживаются вместе, потому что валентные электроны разделяются между ними, а в неполярной ковалентной молекуле валентные электроны распределяются поровну, и в молекуле нет частичных изменений.Мы также узнали, что неполярные будут растворять только другие неполярные молекулы.
Глава 9 — Органические соединения кислорода — Химия
Глава 9 — Органические соединения кислорода Вступительное эссе 9.1 Введение в соединения, содержащие кислород 9.2 Спирты и фенолыКлассификация спиртов Свойства спиртов Гликоли Фенолы 9.3 эфира Свойства эфиров 9,4 Альдегиды и кетоны Свойства альдегидов и кетонов Альдегиды Кетоны Точки кипения и растворимость Альдегиды и кетоны в природе 9,5 Карбоновые кислоты и сложные эфиры Свойства карбоновых кислот и сложных эфиров Карбоновые кислоты Сложные эфиры Точки кипения, точки плавления и растворимость Обычно используемые карбоновые кислоты и сложные эфиры 9.6 Реакции кислородсодержащих соединений Спирты Реакции обезвоживания (устранения) Реакции окисления Альдегиды и кетоны Реакции окисления Реакции восстановления Реакции присоединения со спиртами (полуацетали и гемикетали)
Реакции с образованием ацеталей или кеталов Карбоновые кислоты 9.8 источников
Вступительное эссе
Фото: А. Савин
Вернуться к началу
9.1 Введение в составы, содержащие кислород
В этой главе вы познакомитесь с основными органическими функциональными группами, содержащими кислород. Сюда входят спирты, фенолы, простые эфиры, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и сложные эфиры. На рисунке 9.1 представлены основные органические функциональные группы для этих соединений и суффикс ИЮПАК, который используется для обозначения этих соединений.Хотя вам не нужно официально называть полные структуры, вы должны иметь возможность идентифицировать функциональные группы, содержащиеся в соединениях, на основе их названий IUPAC. Например, спирт представляет собой органическое соединение с гидроксильной (-ОН) функциональной группой на алифатическом атоме углерода. Поскольку -ОН является функциональной группой всех спиртов, мы часто представляем спирты общей формулой ROH, где R представляет собой алкильную группу. В рекомендациях по номенклатуре ИЮПАК суффикс «-ол» используется для обозначения простых соединений, содержащих спирты.Примером может служить этанол (CH 3 CH 2 OH).
Рис. 9.1 Общие органические функциональные группы, содержащие кислород. Суффиксы ИЮПАК, используемые для наименования простых органических молекул, отмечены в таблице
.Вернуться к началу
9.2 Спирты и фенолы
Классификация спиртов
Некоторые свойства и реакционная способность спиртов зависят от числа атомов углерода, присоединенных к конкретному атому углерода, который присоединен к группе -ОН.На этом основании спирты можно разделить на три класса.
- Первичный (1 °) спирт — это спирт, в котором атом углерода (красный) с группой ОН присоединен к одному, другому атому углерода (синему). Его общая формула — RCH 2 OH.
- Вторичный (2 °) спирт — это спирт, в котором атом углерода (красный) с группой ОН присоединен к двум другим атомам углерода (синим цветом). Его общая формула: R 2 CHOH.
- Третичный (3 °) спирт — это спирт, в котором атом углерода (красный) с группой ОН присоединен к трем другим атомам углерода (синим цветом).Его общая формула: R 3 COH.
Спирты можно рассматривать как производные воды (H 2 O; также обозначается как HOH).
Как и связь H – O – H в воде, связь R – O – H изогнута, а часть -OH в молекулах спирта полярна. Эта взаимосвязь особенно очевидна для небольших молекул и отражается в физических и химических свойствах спиртов с низкой молярной массой. Замена атома водорода алкана на группу ОН позволяет молекулам связываться посредством водородных связей (рис.9.2).
Рисунок 9.2 Межмолекулярная водородная связь в метаноле. Группы ОН в молекулах спирта делают возможным образование водородных связей.
Напомним, что физические свойства в значительной степени определяются типом межмолекулярных сил. В таблице 9.1 перечислены молярные массы и точки кипения некоторых распространенных соединений. Из таблицы видно, что вещества с одинаковой молярной массой могут иметь совершенно разные точки кипения.
Таблица 9.1 Сравнение молярной массы и температуры кипенияАлканы неполярны и поэтому связаны только через относительно слабые лондонские дисперсионные силы (LDF). Температуры кипения алканов с одним-четырьмя атомами углерода настолько низки, что все эти молекулы являются газами при комнатной температуре. Напротив, если мы проанализируем соединения, которые содержат функциональную группу спирта, даже метанол (только с одним атомом углерода) будет жидкостью при комнатной температуре. Поскольку спирты обладают способностью образовывать водородные связи, их точки кипения значительно выше по сравнению с углеводородами сопоставимой молярной массы.Температура кипения — это грубая мера количества энергии, необходимой для отделения молекулы жидкости от ближайших соседей. Если молекулы взаимодействуют посредством водородных связей, для разрушения этого межмолекулярного притяжения необходимо подавать относительно большое количество энергии. Только тогда молекула может перейти из жидкости в газообразное состояние.
Другая интересная тенденция очевидна в таблице 9.1: поскольку молекулы спирта имеют больше атомов углерода, они также имеют более высокие температуры кипения.Это связано с тем, что молекулы могут иметь более одного типа межмолекулярных взаимодействий. Помимо водородных связей, молекулы спирта также имеют LDF, которые возникают между неполярными частями молекул. Как мы видели с алканами, чем больше углеродная цепь, тем больше LDF присутствует в молекуле. Как и в случае с алканами, повышенное количество ЛДФ в спиртосодержащих молекулах также вызывает повышение температуры кипения.
Помимо образования водородных связей между собой, спирты также могут вступать в водородные связи с молекулами воды (Рисунок 9.3). Таким образом, в то время как углеводороды нерастворимы в воде, небольшие спирты с одним-тремя атомами углерода полностью растворимы. Однако с увеличением длины цепи растворимость спиртов в воде снижается; молекулы становятся больше похожими на углеводороды и менее на воду. Спирт 1-деканол (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH), содержащий 10 атомов углерода практически не растворяется в воде.Мы часто обнаруживаем, что граница растворимости в семействе органических соединений находится у четырех или пяти атомов углерода.
Рисунок 9.3 Водородная связь между молекулами метанола и молекулами воды. Водородная связь между ОН метанола и молекулами воды определяет растворимость метанола в воде.
Вернуться к началу
Гликоли
Молекулы, содержащие две функциональные группы спирта, часто называют гликолями .Этиленгликоль, один из простейших гликолей, имеет два основных коммерческих применения. Он используется в качестве сырья при производстве полиэфирных волокон и составов антифризов. Добавление двух или более групп -ОН к углеводороду существенно увеличивает температуру кипения и растворимость спирта. Например, для этиленгликоля точка кипения составляет 197,3 o ° C, по сравнению с этанолом, который имеет точку кипения 78 o ° C. Таким образом, этиленгликоль является полезным охлаждающим веществом для автомобильных двигателей.
Рисунок 9.4 Свойства этиленгликоля. Этиленгликоль часто используется в качестве охлаждающего агента в смесях антифризов из-за его низкой температуры замерзания и высокой температуры кипения.
Этиленгликоль ядовит для людей и других животных, с ним следует обращаться осторожно и утилизировать надлежащим образом. Как прозрачная жидкость со сладким вкусом, она может привести к случайному проглатыванию, особенно домашними животными, или может быть преднамеренно использована в качестве орудия убийства. Этиленгликоль трудно обнаружить в организме, и он вызывает симптомы, в том числе интоксикацию, тяжелую диарею и рвоту, которые можно спутать с другими болезнями или заболеваниями.Его метаболизм производит оксалат кальция, который кристаллизуется в головном мозге, сердце, легких и почках, повреждая их; в зависимости от уровня воздействия, накопление яда в организме может длиться недели или месяцы, прежде чем вызвать смерть, но смерть от острой почечной недостаточности может наступить в течение 72 часов, если человек не получит надлежащего лечения от отравления. Некоторые смеси антифризов на основе этиленгликоля содержат горький агент, такой как денатоний, для предотвращения случайного или преднамеренного употребления.Типичные смеси антифризов также содержат флуоресцентный зеленый краситель, который упрощает обнаружение и удаление пролитого антифриза.
Фенолы
Соединения, в которых группа -ОН присоединена непосредственно к ароматическому кольцу, называются фенолами и в химических уравнениях могут обозначаться как ArOH. Фенолы отличаются от спиртов тем, что в воде они обладают слабой кислотностью. Подобно реакциям кислотно-щелочной нейтрализации двойного вытеснения, они реагируют с водным гидроксидом натрия (NaOH) с образованием соли и воды.
ArOH (водн.) + NaOH (водн.) → ArONa (водн.) + H 2 O
Простейшее соединение, содержащее фенол, C 6 H 5 OH, само называется фенолом. (Более старое название, подчеркивающее его легкую кислотность, было , карболовая кислота ). Фенол — это белое кристаллическое соединение, имеющее характерный («больничный запах») запах.
Рисунок 9,5 (слева) Структура фенола. (справа) Примерно два грамма фенола в стеклянном флаконе.Фото В. Оэлена.Для вашего здоровья: фенолы и мы
Фенолы широко используются как антисептики (вещества, убивающие микроорганизмы на живых тканях) и как дезинфицирующие средства (вещества, предназначенные для уничтожения микроорганизмов на неодушевленных предметах, таких как мебель или полы). Первым широко применяемым антисептиком был фенол. Джозеф Листер использовал его для антисептической хирургии в 1867 году. Фенол, однако, токсичен для людей и может вызвать серьезные ожоги при нанесении на кожу.В кровотоке это системный яд , что означает, что он проникает во все части тела и поражает их. Его серьезные побочные эффекты привели к поискам более безопасных антисептиков, ряд из которых был найден.
Рис. 9.6 Операция 1753 г. перед применением антисептиков. Картина написана Гаспаре Траверси.
В настоящее время фенол используется только в очень малых концентрациях в некоторых безрецептурных медицинских продуктах, таких как хлорасептик для горла.
Рис. 9.7 Фенол все еще используется в низких концентрациях в некоторых медицинских препаратах, таких как хлоразептик.
Более сложные соединения, содержащие фенольные функциональные группы, обычно встречаются в природе, особенно в виде растительных натуральных продуктов. Например, одними из основных метаболитов, обнаруженных в зеленом чае, являются полифенольные катехиновые соединения, представленные на рисунке 9.8А эпигаллокатехингаллатом (ЭКГК) и эпикатехином. Было показано, что употребление зеленого чая обладает химиопрофилактическими свойствами на лабораторных животных.Считается, что биологическая активность катехинов как антиоксидантных агентов способствует этой активности и другим преимуществам для здоровья, связанным с потреблением чая. Некоторые из биологически активных компонентов марихуаны, такие как тетрагидроканнабинол (THC) и каннабидиол (CBD), также являются фенольными соединениями (рис. 9B).
Рис. 9.8 Натуральные продукты растительного происхождения, содержащие фенольные функциональные группы. (A) Зеленый чай содержит соединения катехина, такие как галлат эпигаллокатехина (ECGC), и эпикатехины, которые, как считается, обеспечивают некоторые из противораковых преимуществ для здоровья, приписываемых зеленому чаю.(B) Марихуана содержит множество биологически активных фенольных соединений, включая галлюциногенный компонент марихуаны, тетрагидроканнабинол (THC) и метаболит каннабидиол (CBD). Каннабидиол не обладает психоактивными свойствами и в настоящее время изучается в качестве потенциального лекарственного средства для лечения синдромов рефракционной эпилепсии.
Упражнения по обзору концепции
Почему этанол (CH 3 CH 2 OH) более растворим в воде, чем 1-гексанол (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH) ?
Почему 1-бутанол (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH) имеет более низкую точку кипения, чем 1-гексанол (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH)?
Этанол имеет группу -ОН и только 2 атома углерода; 1-гексанол имеет одну группу -ОН для 6 атомов углерода и, таким образом, больше похож на (неполярный) углеводород, чем на этанол.
1-гексанол имеет более длинную углеродную цепь, чем у 1-бутанола, и, следовательно, больше LDF, которые способствуют более высокой температуре кипения.
Выполните следующие упражнения, не обращаясь к таблицам в тексте.
Расположите эти спирты в порядке увеличения температуры кипения: 1-бутанол (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH), 1-гептанол (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH) и пропанол-1 (CH 3 CH 2 CH 2 OH).
Что имеет более высокую точку кипения — бутан (CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 ) или пропанол-1 (CH 3 CH 2 CH 2 OH)?
Расположите эти спирты в порядке увеличения растворимости в воде: 1-бутанол (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH), метанол (CH 3 OH) и 1-октанол (CH 3 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 ОН).
Расположите эти соединения в порядке увеличения растворимости в воде: 1-бутанол (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH), этанол (CH 3 CH 2 OH) и пентан. (Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 3 ).
1-пропанол <1-бутанол <1-гептанол
1-октанол <1-бутанол <метанол
Вернуться к началу
9.3 эфира
Эфиры — это класс органических соединений, которые содержат кислород между двумя алкильными группами. Они имеют формулу R-O-R ’, где R’s представляют собой алкильные группы. эти соединения используются в красителях, парфюмерии, маслах, восках и в промышленности.
Свойства эфиров Связи C — O в простых эфирах полярны и, следовательно, эфиры имеют суммарный дипольный момент. Слабая полярность эфиров не оказывает заметного влияния на их температуры кипения, сравнимые с таковыми у алкенов сопоставимой молекулярной массы.Эфиры имеют гораздо более низкие температуры кипения по сравнению с изомерными спиртами. Это связано с тем, что молекулы спиртов связаны водородными связями, в то время как молекулы эфира не могут образовывать водородные связи с другими молекулами эфира. Например, диэтиловый эфир (CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 ) имеет точку кипения 34,6 o C, тогда как н-бутанол (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH), четырехуглеродный спирт, имеет пионт кипения 117.7 o C.
Эфиры могут образовывать водородные связи с водой, однако, поскольку вода содержит частично положительные атомы водорода, необходимые для образования водородных связей. Таким образом, простые эфиры, содержащие до 3 атомов углерода, растворимы в воде из-за образования Н-связей с молекулами воды.
Растворимость простых эфиров уменьшается с увеличением числа атомов углерода. Относительное увеличение углеводородной части молекулы снижает тенденцию образования водородной связи с водой.Эфиры в значительной степени растворимы в более неполярных органических растворителях и фактически могут использоваться в качестве растворителя для растворения неполярных и умеренно полярных молекул. Кроме того, эфиры очень неактивны. Фактически, за исключением алканов, циклоалканов и фторуглеродов, простые эфиры, вероятно, являются наименее реакционноспособным обычным классом органических соединений. Таким образом, более мелкие простые эфиры, такие как диэтиловый эфир (CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 ), широко используются химиками-органиками в качестве растворителей для различных органических реакций.Инертность эфиров по отношению к спиртам, несомненно, связана с отсутствием реакционной связи О – Н.
Для вашего здоровья — Ethers and Us
В середине 1800-х — начале 1900-х годов диэтиловый эфир использовался в качестве анестетика во время хирургических операций, в значительной степени заменяя хлороформ из-за пониженной токсичности. Общий анестетик действует на мозг, вызывая бессознательное состояние и общую нечувствительность к ощущениям или боли.Диэтиловый эфир (CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 ) был первым широко используемым анестетиком общего назначения.
Рис. 9.9 Уильям Мортон, стоматолог из Бостона, ввел диэтиловый эфир в хирургическую практику в 1846 году. На этой картине изображена операция в Бостоне в 1846 году, в которой диэтиловый эфир использовался в качестве анестетика. Вдыхание паров эфира вызывает потерю сознания, подавляя активность центральной нервной системы. Источник: Картина Уильяма Мортона Эрнеста Борд.
Диэтиловый эфир относительно безопасен, поскольку существует довольно большой разрыв между дозой, обеспечивающей эффективный уровень анестезии, и смертельной дозой. Однако, поскольку он легко воспламеняется и имеет дополнительный недостаток, вызывающий тошноту, его заменили более новыми ингаляционными анестетиками, включая фторсодержащие соединения галотан и галогенированные эфиры, десфлуран, изофлуран и севофлуран. Галогенированные простые эфиры, изофлуран, десфлуран и севофлуран демонстрируют меньшие побочные эффекты по сравнению с диэтиловым эфиром.К сожалению, безопасность этих соединений для персонала операционной была поставлена под сомнение. Например, женщины, работающие в операционных, подвергшихся воздействию галотана, чаще страдают выкидышами, чем женщины в общей популяции.
Простые эфиры также являются общими функциональными группами, обнаруженными в натуральных продуктах, и могут обладать уникальной биологической активностью. Фактически, было обнаружено, что некоторые очень большие соединения, содержащие несколько простых эфиров, называемые полиэфирами , вызывают нейротоксическое отравление моллюсками.В этом примере динофлаггелат, Karina brevis , который является возбудителем цветения водорослей красного прилива, производит класс высокотоксичных полиэфиров, называемых бреватоксинами. Бреватоксин А изображен на рисунке 9.10. Симптомы этого отравления включают рвоту и тошноту, а также различные неврологические симптомы, такие как невнятная речь.
Рисунок 9.10 Нейротоксическое отравление моллюсками. Динофлаггелат, Karina brevis , показанный в верхнем левом углу, является возбудителем вредоносного цветения водорослей красного прилива.Цветение морских водорослей может быть довольно обширным, как показано на фотографии красного прилива (вверху справа), происходящего недалеко от Сан-Диего, Калифорния. K. brevis производит класс полиэфиров, называемых бреватоксинами. Бреватоксин А показан в качестве примера. Моллюски и мышцы, питающиеся фильтром, загрязняются динофлаггелатом и могут вызвать нейротоксическое отравление моллюсками при употреблении в пищу. Красные приливы могут иметь серьезные экономические издержки, поскольку промыслы и промысел моллюсков должны быть закрыты до тех пор, пока уровни токсинов в коммерческих продуктах не вернутся к приемлемым уровням.
Вернуться к началу
9,4 Альдегиды и кетоны
Альдегиды и кетоны характеризуются наличием карбонильной группы (C = O), и их реакционную способность обычно можно понять, признав, что карбонильный углерод содержит частичный положительный заряд (δ +), а карбонильный кислород содержит частичный отрицательный заряд. (δ−). Альдегиды обычно более реакционноспособны, чем кетоны.
Карбонильная группаA карбонильная группа представляет собой химически органическую функциональную группу, состоящую из атома углерода, связанного двойной связью с атомом кислорода -> [ C = O ] Простейшими карбонильными группами являются альдегиды и кетоны, обычно присоединенные к другому углеродному соединению.Эти структуры можно найти во многих ароматических соединениях, влияющих на запах и вкус.
Прежде чем углубляться в подробности, обязательно поймите, что сама сущность C = O известна как « c арбонильная группа », а члены этой группы называются « карбонильные соединения . «.
Как обсуждалось ранее, мы понимаем, что у кислорода есть две неподеленные пары электронов. Эти электроны делают кислород более электроотрицательным, чем углерод.Тогда углерод является частично положительным (или электрофильный = «любящий электроны»), а кислород частично отрицательным ( нуклеофильный = «любящий ядро или протон»). Поляризуемость обозначается дельтой в нижнем регистре и положительным или отрицательным верхним индексом в зависимости от атома. Например, углерод будет иметь δ + , а кислород δ — .
Свойства альдегидов и кетонов Альдегиды
В альдегидах к карбонильной группе присоединен атом водорода вместе с
- второй атом водорода
- или, чаще, углеводородная группа, которая может быть алкильной группой или группой, содержащей бензольное кольцо.
В этом разделе мы игнорируем те, которые содержат бензольные кольца. Ниже приведены некоторые примеры альдегидов
Обратите внимание, что все они имеют один и тот же конец молекулы. Отличается только сложность другой присоединенной углеродной группы. Когда вы пишете формулы для них, альдегидная группа (карбонильная группа с присоединенным атомом водорода) всегда записывается как -CHO — никогда как COH. Его легко спутать с алкоголем.Этаналь, например, записывается как CH 3 CHO; метанал как HCHO.
В кетонах к карбонильной группе присоединены две углеродные группы. Опять же, это могут быть либо алкильные группы, либо группы, содержащие бензольные кольца. Обратите внимание, что к карбонильной группе кетонов никогда не присоединен атом водорода.
Пропанон обычно обозначается как CH 3 COCH 3 .
Метаналь, также известный как формальдегид (HCHO), представляет собой газ при комнатной температуре (точка кипения -21 ° C), а этаналь, также известный как ацетальдегид, имеет температуру кипения + 21 ° C. Это означает, что этаналь кипит при температуре, близкой к комнатной. Более крупные альдегиды и кетоны являются жидкостями, температура кипения которых повышается по мере увеличения размера молекул. Величина точки кипения определяется силой межмолекулярных сил.В этих молекулах обнаружены две основные межмолекулярные силы:
- Лондонские силы дисперсии : Эти притяжения тем сильнее, чем больше длина молекул и больше электронов. Это увеличивает размеры устанавливаемых временных диполей. Вот почему температуры кипения увеличиваются с увеличением числа атомов углерода в цепях — независимо от того, говорите ли вы об альдегидах или кетонах.
- Диполь-дипольные притяжения : И альдегиды, и кетоны являются полярными молекулами из-за наличия двойной связи углерод-кислород.Помимо дисперсионных сил, между постоянными диполями на соседних молекулах также будет существовать притяжение. Это означает, что точки кипения будут выше, чем у углеводородов аналогичного размера, которые обладают только дисперсионными силами. Интересно сравнить три молекулы одинакового размера. Они имеют одинаковую длину и одинаковое (хотя и не одинаковое) количество электронов.
Поляризация карбонильных групп также влияет на температуру кипения альдегидов и кетонов, которая выше, чем у углеводородов аналогичного размера.Однако, поскольку они не могут образовывать водородные связи, их температуры кипения обычно ниже, чем у спиртов аналогичного размера. В таблице 9.2 приведены некоторые примеры соединений одинаковой массы, но содержащих разные типы функциональных групп. Обратите внимание, что соединения с более сильными межмолекулярными силами имеют более высокие температуры кипения.
Алканы <Альдегиды <Кетоны <Спирты
Таблица 9.2 Сравнение точек кипения и межмолекулярных сил
Из-за полярности карбонильной группы атом кислорода альдегида или кетона вступает в водородную связь с молекулой воды.
Таким образом, растворимость альдегидов и кетонов примерно такая же, как у спиртов и простых эфиров. Формальдегид (HCHO), ацетальдегид (CH 3 CHO) и ацетон ((CH 3 ) 2 CO) растворимы в воде. По мере увеличения длины углеродной цепи растворимость в воде уменьшается. Граница растворимости наблюдается примерно при четырех атомах углерода на атом кислорода. Все альдегиды и кетоны растворимы в органических растворителях и, как правило, менее плотны, чем вода.
Вернуться к началу
Альдегиды и кетоны в природе
Подобно другим кислородсодержащим функциональным группам, обсуждавшимся до сих пор, альдегиды и кетоны также широко распространены в природе и часто сочетаются с другими функциональными группами. Примеры встречающихся в природе молекул, которые содержат функциональную группу альдегида или кетона, показаны на следующих двух рисунках. Соединения на рисунке 9.11 обнаруживаются в основном в растениях или микроорганизмах, а также в соединениях на рисунке 9.12 имеют животное происхождение. Многие из этих молекулярных структур хиральны и имеют четкую стереохимию.
Когда хиральные соединения встречаются в природе, они обычно энантиомерно чисты, хотя разные источники могут давать разные энантиомеры. Например, карвон обнаружен как его левовращающий (R) -энантиомер в масле мяты курчавой, тогда как семена тмина содержат правовращающий (S) -энантиомер. В этом случае изменение стереохимии вызывает резкое изменение воспринимаемого запаха.Альдегиды и кетоны известны своим сладким, а иногда и резким запахом. Запах ванильного экстракта исходит от молекулы ванилина. Точно так же бензальдегид придает сильный запах миндаля. Благодаря приятным ароматам молекулы, содержащие альдегиды и кетоны, часто встречаются в парфюмерии. Однако не все ароматы приятны. В частности, 2-гептанон обеспечивает часть резкого запаха голубого сыра, а (R) -Muscone является частью мускусного запаха гималайской кабарги.Наконец, кетоны присутствуют во многих важных гормонах, таких как прогестерон (женский половой гормон) и тестостерон (мужской половой гормон). Обратите внимание, как тонкие различия в структуре могут вызвать резкие изменения в биологической активности. Функциональность кетонов также проявляется в противовоспалительном стероиде кортизоне.
Рис. 9.11 Примеры молекул, содержащих альдегид и кетон, выделенных из растительных источников.
Рисунок 9.12 Примеры молекул, содержащих альдегид и кетон, выделенных из животных источников.
Для вашего здоровья: кетоны в крови, моче и дыхании
Кетоны образуются в организме человека как побочный продукт липидного обмена. Два общих метаболита, продуцируемых в организме человека, — это кетонсодержащая ацетоуксусная кислота и метаболит спирта, β-гидроксибутират. Ацетон также производится как продукт распада ацетоуксусной кислоты. Затем ацетон может выводиться из организма с мочой или в виде летучего продукта через легкие.
Обычно кетоны не попадают в кровоток в заметных количествах. Например, нормальная концентрация ацетона в организме человека составляет менее 1 мг / 100 мл крови. Вместо этого кетоны, которые вырабатываются во время метаболизма липидов внутри клеток, обычно полностью окисляются и расщепляются на углекислый газ и воду. Это потому, что глюкоза является основным источником энергии для тела, особенно для мозга. Глюкоза в контролируемых количествах попадает в кровоток печенью, где она перемещается по всему телу, обеспечивая энергию.Для мозга это основной источник энергии, поскольку гематоэнцефалический барьер блокирует транспорт больших липидных молекул. Однако во время голодания, когда глюкоза недоступна или при определенных болезненных состояниях, когда метаболизм глюкозы нарушен, например, при неконтролируемом сахарном диабете, концентрации кетонов в крови повышаются до более высоких уровней, чтобы обеспечить мозг альтернативным источником энергии. Однако, поскольку ацетоуксусная кислота и β-гидроксибутират содержат функциональные группы карбоновых кислот, добавление этих молекул в кровь вызывает закисление, которое, если его не контролировать, может вызвать опасное состояние, называемое кетоацидозом.Кетоацидоз может быть опасным для жизни событием. Кетоны легко обнаружить, так как ацетон выводится с мочой. В тяжелых случаях запах ацетона также может ощущаться в дыхании.
Вернуться к началу
9,5 Карбоновые кислоты и сложные эфиры
Карбоновые кислоты можно легко распознать, поскольку они имеют карбонильный углерод, который также непосредственно связан с функциональной группой спирта. Таким образом, карбонильный углерод также присоединен непосредственно к спирту.В функциональной группе сложного эфира карбонильный углерод также непосредственно присоединен как часть функциональной группы простого эфира.
Свойства карбоновых кислот и сложных эфиров Карбоновые кислотыКарбоновые кислоты — это органические соединения, которые включают карбоксильную функциональную группу, CO 2 H. Название карбоксил происходит от того факта, что карбонильная и гидроксильная группы присоединены к одному и тому же атому углерода.
Карбоновые кислоты названы так потому, что они могут отдавать водород для образования карбоксилатного иона.Факторы, влияющие на кислотность карбоновых кислот, будут обсуждены позже.
Сложные эфирыСложный эфир представляет собой органическое соединение, которое является производным карбоновой кислоты, в которой атом водорода гидроксильной группы заменен на алкильную группу. Структура является продуктом карбоновой кислоты (R-часть) и спирта (R’-часть). Общая формула сложного эфира показана ниже.
Группа R может быть водородной или углеродной цепью.Группа R ‘должна быть углеродной цепью, поскольку атом водорода сделает молекулу карбоновой кислотой. Шаги по названию сложных эфиров вместе с двумя примерами показаны ниже.
Точки кипения, точки плавления и растворимостьКарбоновые кислоты могут образовывать димеры с водородными связями, температура кипения которых выше, чем у спиртов аналогичного размера (таблица 9.3).
Таблица 9.3 Сравнение точек кипения соединений аналогичного размера
Мелкие сложные эфиры имеют температуры кипения ниже, чем у альдегидов и кетонов с аналогичной массой (Таблица 9.3). Сложные эфиры, как и альдегиды и кетоны, являются полярными молекулами. однако их диполь-дипольные взаимодействия слабее, чем у альдегидов и кетонов, и они не могут образовывать водородные связи. Таким образом, их температуры кипения выше, чем у простых эфиров, и ниже, чем у альдегидов и кетонов аналогичного размера.
Карбоновые кислоты с низким молекулярным весом обычно жидкие при комнатной температуре, тогда как более крупные молекулы образуют воскообразные твердые вещества. Карбоновые кислоты с длиной углеродной цепи от 12 до 20 атомов углерода обычно называют жирными кислотами, поскольку они обычно содержатся в жирах и маслах.По сравнению с другими кислородсодержащими молекулами, карбоновые кислоты с короткой цепью обычно растворимы в воде из-за их способности образовывать водородные связи. По мере увеличения длины углеродной цепи растворимость карбоновой кислоты в воде снижается. Сложные эфиры также могут связываться водородом с водой, хотя и не так эффективно, как карбоновые кислоты, и поэтому они немного менее растворимы в воде, чем карбоновые кислоты аналогичного размера.
Карбоновые кислоты обычно имеют неприятный, резкий и даже прогорклый запах.Например, запах уксуса возникает из-за этановой кислоты (также известной как уксусная кислота). Запах тренажерных залов и немытых носков в значительной степени вызван бутановой кислотой, а гексановая кислота отвечает за сильный запах сыра лимбургер. Из-за своей кислой природы карбоновые кислоты также имеют кислый вкус, как это отмечается для уксуса и лимонной кислоты, содержащихся во многих фруктах. С другой стороны, сложные эфиры обладают приятным ароматом и ответственны за аромат многих фруктов и цветов. Сложные эфиры также могут иметь фруктовый привкус.
Какое соединение имеет более высокую точку кипения — CH 3 CH 2 CH 2 OCH 2 CH 3 или CH 3 CH 2 CH 2 COOH? Объяснять.
Какое соединение имеет более высокую точку кипения — CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH или CH 3 CH 2 CH 2 COOH? Объяснять.
Какое соединение более растворимо в воде — CH 3 COOH или CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 ? Объяснять.
Какое соединение более растворимо в воде — CH 3 CH 2 COOH или CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 COOH? Объяснять.
CH 3 CH 2 CH 2 COOH из-за водородной связи (Нет межмолекулярной водородной связи с CH 3 CH 2 CH 2 OCH 2 CH 3 .)
CH 3 COOH, потому что он участвует в водородной связи с водой (Нет межмолекулярной водородной связи с CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 .)
Обычно используемые карбоновые кислоты и сложные эфиры
Карбоновые кислоты и сложные эфиры широко распространены в природе и используются для множества целей. Например, муравьи из семейства Formicidae используют простейшую карбоновую кислоту, муравьиную кислоту, как в качестве химической защиты, так и в качестве атаки для подчинения добычи (рис.9.13А). Разбавленный раствор уксусной кислоты (5%) содержится в уксусе и отвечает за кислый и острый вкус. Уксусная кислота также придает хлебу на закваске острый вкус и отвечает за кислый привкус вина. Лимонная кислота содержится во многих фруктах и является причиной их кислого вкуса. Другие карбоновые кислоты, такие как ПАБК и гликолевая кислота, используются в косметической промышленности. ПАБК, продуцируемая растениями, грибами и бактериями, является обычным компонентом пищи и по структуре связана с витамином фолиевой кислоты.В 1943 году ПАБК был запатентован как одно из первых соединений, используемых при производстве солнцезащитного крема. Однако с середины 1980-х его использование перестало быть популярным из-за опасений, что он может увеличить клеточное УФ-повреждение, а также способствовать развитию аллергии. Гликолевая кислота является наименьшей из кислот класса α-гидроксикислот, и она нашла применение как в пищевой, так и в косметической промышленности. В пищевой промышленности он используется в качестве консерванта, а в индустрии ухода за кожей он чаще всего используется в качестве химического пилинга для уменьшения рубцов на лице от прыщей.
Рис. 9.13 Источники и использование обычных карбоновых кислот. (A) Муравьиная кислота — это защитный токсин, используемый муравьями семейства Formicidae. Фото Мухаммада Махди Карима (B) Уксус — это 5% раствор уксусной кислоты. На фотографии слева показаны различные сорта уксуса на рынке во Франции. Фото Жоржа Сегена (C) Лимонная кислота — обычный компонент фруктов, придающий им кислый вкус. Фотография лимонов, сделанная Андре Карватом (D) Пара-аминобензойная кислота (ПАБК) — карбоновая кислота, обычно встречающаяся в растениях и пищевых культурах, включая цельное зерно.Он был запатентован в 1943 году для использования в солнцезащитных средствах. Однако из-за проблем с безопасностью и аллергической реакции использование ПАБК для этой цели было прекращено. Фотография солнцезащитного крема предоставлена HYanWong (E) Гликолевая кислота обычно используется в косметике в качестве химического пилинга, используемого для уменьшения рубцов от прыщей. На фото слева — до лечения, а справа — после нескольких процедур с гликолевой кислотой. Исследование гликолей предоставлено Джайшри Шарад.
Сложные эфиры легко синтезируются и в большом количестве естественным образом способствуют возникновению вкусов и ароматов многих фруктов и цветов.Например, сложный эфир, метилсалицилат, также известен как масло грушанки (рис. 9.14). Фруктовый аромат ананасов, груш и клубники обусловлен сложными эфирами, а также сладким ароматом рома.
Рис. 9.14. Фруктовые и приятные ароматы сложных эфиров можно найти в (A) масле грушанки, (B) аромате ананасов и (C) сладости рома. Фотография (A) Gaultheria procumbens , производителя масла грушанки предоставлена: LGPL (B) фото ананаса предоставлено: David Monniaux, и (C) Фотография рома предоставлена: Summerbl4ck
Сложные эфиры также составляют основную часть животных жиров и растительных масел в виде триглицеридов.Образование липидов и жиров будет более подробно описано в главе 11.
Вернуться к началу
9.6 Реакции кислородсодержащих соединений Спирты
Функциональные группы спирта могут участвовать в нескольких различных типах реакций. В этом разделе мы обсудим два основных типа реакций. Первые — это реакции дегидратации, а вторые — реакции окисления.Спирты также могут участвовать в реакциях присоединения и замещения с другими функциональными группами, такими как альдегиды, кетоны и карбоновые кислоты. Эти типы реакций будут обсуждаться более подробно в разделах, посвященных альдегидам, кетонам и карбоновым кислотам.
Реакции обезвоживания (устранения)В главе 8 мы узнали, что спирты могут образовываться в результате гидратации алкенов во время реакций присоединения. Мы также узнали, что может иметь место и обратная реакция.Спирты могут быть удалены или удалены из молекул посредством процесса дегидратации (или удаления воды). Результатом реакции элиминирования является образование алкена и молекулы воды.
Реакции элиминирования, которые происходят с более сложными молекулами, могут привести к более чем одному возможному продукту. В этих случаях алкен образуется в более замещенном положении (у углерода, который имеет больше атомов углерода и меньше атомов водорода).Например, в реакции ниже спирт не является симметричным. Таким образом, есть два возможных продукта реакции элиминирования, вариант 1 и вариант 2. В варианте 1 алкен образуется с углеродом, который имеет наименьшее количество присоединенных атомов водорода, тогда как в варианте 2 алкен образуется с углеродом, имеющим большинство атомов водорода присоединены. Таким образом, вариант 1 будет основным продуктом реакции, а вариант 2 — второстепенным.
Реакции отщепления спирта с использованием небольших 1 o спиртов также могут быть использованы для получения простых эфиров.Для получения простого эфира, а не алкена, температура реакции должна быть снижена, и реакция должна проводиться с избытком спирта в реакционной смеси. Например:
| 2 CH 3 CH 2 -OH + H 2 SO 4 | 130 ºC | Канал 3 Канал 2 -O-Канал 2 Канал 3 + H 2 O |
| CH 3 CH 2 -OH + H 2 SO 4 | 150 ºC | CH 2 = CH 2 + H 2 O |
В этой реакции необходимо использовать избыток спирта и поддерживать температуру около 413 К.Если спирт не используется в избытке или температура выше, спирт предпочтительно подвергнется дегидратации с образованием алкена. Дегидратация вторичных и третичных спиртов для получения соответствующих простых эфиров неэффективна, поскольку в этих реакциях слишком легко образуются алкены.
Реакции окисления
Некоторые спирты также могут подвергаться реакциям окисления. Помните, что в окислительно-восстановительных реакциях окисляемый компонент реакции теряет электроны (LEO), в то время как молекула, получающая электроны, восстанавливается (GER).В органических реакциях поток электронов обычно следует за потоком атомов водорода. Таким образом, молекула, теряющая водород, обычно также теряет электроны и является окисленным компонентом. Молекула, набирающая электроны, сокращается. Для спиртов могут быть окислены как первичные, так и вторичные спирты. С другой стороны, третичные спирты не окисляются. Во многих реакциях окисления окислитель показан над стрелкой реакции как [O]. Окислитель может быть металлом или другой органической молекулой.В реакции окислителем является молекула, которая восстанавливается или принимает электроны.
В реакциях окисления спирта водород из спирта и водород, связанный с углеродом, к которому присоединен спирт, вместе со своими электронами удаляются из молекулы окислителем. Удаление атомов водорода и их электронов приводит к образованию карбонильной функциональной группы. В случае первичного спирта результатом является образование альдегида.В случае вторичного спирта результатом является образование кетона. Обратите внимание, что для третичного спирта углерод, присоединенный к спиртовой функциональной группе, не имеет присоединенного к нему атома водорода. Таким образом, он не может подвергаться окислению. Когда третичный спирт подвергается воздействию окислителя, реакции не происходит.
Обратите внимание, что для первичного спирта, который подвергается окислению, он все еще сохраняет атом водорода, который присоединен к карбонильному углероду во вновь образованном альдегиде.Эта молекула может подвергаться вторичной реакции окисления с окислителем и водой, чтобы добавить еще один атом кислорода и удалить карбонильный атом водорода. Это приводит к образованию карбоновой кислоты.
Для вашего здоровья: физиологические эффекты спиртов
Метанол довольно ядовит для человека. Проглатывание всего 15 мл метанола может вызвать слепоту, а 30 мл (1 унцию) — смерть. Однако обычная смертельная доза составляет от 100 до 150 мл.Основная причина токсичности метанола заключается в том, что у нас есть ферменты печени, которые катализируют его окисление до формальдегида, простейшего члена семейства альдегидов:
Формальдегид быстро вступает в реакцию с компонентами клеток, коагулируя белки почти так же, как при варке яйца. Это свойство формальдегида объясняет большую часть токсичности метанола.
Органические и биохимические уравнения часто записываются, показывая только органические реагенты и продукты.Таким образом, мы сосредотачиваем внимание на органическом исходном материале и продукте, а не на балансировании сложных уравнений.
Этанол окисляется в печени до ацетальдегида:
Ацетальдегид, в свою очередь, окисляется до уксусной кислоты (HC 2 H 3 O 2 ), нормальной составляющей клеток, которая затем окисляется до диоксида углерода и воды. Даже в этом случае этанол потенциально токсичен для человека. Быстрое употребление 1 pt (около 500 мл) чистого этанола убило бы большинство людей, а от острого отравления этанолом ежегодно умирает несколько сотен человек — часто тех, кто участвует в каком-то соревновании по выпивке.Этанол свободно проникает в мозг, где угнетает центр контроля дыхания, что приводит к отказу дыхательных мышц в легких и, как следствие, к удушью. Считается, что этанол действует на мембраны нервных клеток, вызывая ухудшение речи, мышления, познания и суждения.
Медицинский спирт обычно представляет собой 70% -ный водный раствор изопропилового спирта. Он имеет высокое давление пара, а его быстрое испарение с кожи производит охлаждающий эффект. Он токсичен при проглатывании, но, по сравнению с метанолом, хуже всасывается через кожу.
Напишите уравнение окисления каждого спирта. Используйте [O] над стрелкой, чтобы указать окислитель. Если реакции не происходит, напишите «нет реакции» после стрелки.
- Канал 3 Канал 2 Канал 2 Канал 2 Канал 2 ОН
Первый шаг — определить класс каждого алкоголя как первичный, вторичный или третичный.
Этот спирт имеет группу ОН на атоме углерода, который присоединен только к одному другому атому углерода, так что это первичный спирт. При окислении сначала образуется альдегид, а при дальнейшем окислении образуется карбоновая кислота.
Этот спирт имеет группу ОН на атоме углерода, который присоединен к трем другим атомам углерода, поэтому это третичный спирт. Никакой реакции не происходит.
Этот спирт имеет группу ОН на атоме углерода, который присоединен к двум другим атомам углерода, так что это вторичный спирт; окисление дает кетон.
Напишите уравнение окисления каждого спирта. Используйте [O] над стрелкой, чтобы указать окислитель. Если реакции не происходит, напишите «нет реакции» после стрелки.
Вернуться к началу
Альдегиды и кетоны В этом разделе мы обсудим первичные реакции альдегидов и кетонов. К ним относятся реакции окисления и восстановления, а также реакции сочетания со спиртами.
Как показано выше в разделе, посвященном спиртам, альдегиды могут подвергаться окислению с образованием коарбоновой кислоты. Это связано с тем, что карбонильный атом углерода все еще сохраняет атом водорода, который можно удалить и заменить атомом кислорода. Кетоны, с другой стороны, не содержат атом водорода, связанный с карбонильным атомом углерода. Таким образом, они не могут подвергаться дальнейшему окислению. Как отмечалось выше, кетоны, которые подвергаются действию окислителя, не вступают в реакцию.
Реакции восстановленияРеакции восстановления с альдегидами и кетонами превращают эти соединения в первичные спирты в случае альдегидов и вторичные спирты в случае кетонов. По сути, это реакции, обратные реакциям окисления спирта.
Например, с альдегидом этанал получается первичный спирт, этанол:
Обратите внимание, что это упрощенное уравнение, где [H] означает «водород из восстановителя».В общих чертах, восстановление альдегида приводит к первичному спирту.
Восстановление кетона, такого как пропанон, даст вам вторичный спирт, такой как 2-пропанол:
Восстановление кетона приводит к вторичному спирту.
Реакции присоединения со спиртами
Альдегиды и кетоны могут реагировать со спиртовыми функциональными группами в реакциях присоединения (комбинации).Эти типы реакций обычны по своей природе и очень важны в процессе циклизации молекул сахара. Мы вернемся к этому вопросу в главе 11 во введении к основным макромолекулам тела.
Когда к альдегиду добавляется спирт, получается полуацеталь ; когда к кетону добавляют спирт, в результате получается гемикеталь .
В приведенной выше реакции B: относится к основанию, которое присутствует в растворе и может действовать как акцептор протонов.В этой реакции обычное основание активирует спирт в реакции (кислород спирта показан красным). Кислород спирта тогда заряжается отрицательно, потому что он переносит лишний электрон от водорода. Теперь он может действовать как нуклеофил и атаковать карбонильный углерод альдегида или кетона. Когда кислород спирта образует связь с карбонильным углеродом альдегида или кетона, это замещает одну из двойных связей карбонильной группы. Оксиен из карбонила затем вытягивает водород из обычной кислоты, присутствующей в растворе.На этой диаграмме обычная кислота обозначена как H-A. При этом образуется спирт на месте карбонильной группы альдегида или кетона. Исходная спиртовая группа теперь выглядит как эфирная функциональная группа. Таким образом, вы можете распознать полуацетали и гемикетали в природных продуктах как атом углерода, который одновременно связан как со спиртовой, так и с простой эфирной функциональной группой. Если этот углерод также имеет водородную связь с ним, он происходит из альдегида и называется полуацеталем .Если центральный углерод связан с двумя другими атомами углерода (обозначенными выше R 1 и R 3 выше) в дополнение к атомам кислорода, молекула происходит от кетона и называется гемикеталом .
Приставка « hemi» (половина) используется в каждом термине, потому что, как мы скоро увидим, может произойти второе добавление нуклеофила спирта, в результате чего образуются частицы, называемые ацетали и кетали .
Образование полуацеталей и гемикеталей в биологических системах является обычным явлением и часто происходит спонтанно (без присутствия катализатора или фермента), особенно в случае простых молекул сахара.Из-за спонтанности реакций они также очень обратимы: полуацетали и гемикетали легко превращаются обратно в альдегиды и кетоны плюс спирт. Механизм обратного превращения полуацеталя в альдегид показан ниже:
Практические задачи:Реакции с образованием ацеталей или кеталов
Когда полуацеталь (или гемикеталь) подвергается нуклеофильной атаке со стороны второй молекулы спирта, результат называется ацеталем (или кеталем ).
В то время как образование полуацеталя из альдегида и спирта (этап 1 выше) является нуклеофильным присоединением, образование ацеталя из полуацеталя (этап 2 выше) представляет собой реакцию нуклеофильного замещения с исходным карбонилом кислород (показан синим) выходит в виде молекулы воды. Поскольку вода покидает молекулу во второй реакции (стадия 2), эта реакция также известна как реакция дегидратации . Реакция замещения, происходящая на второй стадии, не происходит спонтанно и не является легко обратимой.Внутри биологических систем для образования ацеталя или кеталя потребуется фермент. Обратите внимание, что и ацеталь, и кеталь выглядят как центральный углерод, связанный с двумя функциональными группами простого эфира. Если этот центральный углерод также связан с водородом, тогда это ацталь, а если он связан с двумя атомами углерода, это кеталь. Обратная реакция будет включать разложение ацеталя или кеталя с использованием гидролиза или проникновения воды в молекулу.
Вернуться к началу
Карбоновые кислоты Кислотность карбоновых кислотСогласно определению кислоты как «вещества, которое отдает протоны (ионы водорода) другим вещам», карбоновые кислоты являются кислыми, потому что водород в группе -COOH может быть передан другим молекулам.В растворе в воде ион водорода передается от группы -COOH к молекуле воды. Например, с этановой кислотой (как показано ниже) вы получаете этаноат-ион, образованный вместе с ионом гидроксония, H 3 O + .
CH 3 COOH + H 2 O ⇌ CH 3 COO — + H 3 O +
Эта реакция обратима, и в случае этановой кислоты (уксусной кислоты) не более 1% кислоты прореагировало с образованием ионов за один раз.
Таким образом, карбоновые кислоты являются слабыми кислотами.
Карбоновые кислоты и образование солейИз-за своей кислой природы карбоновые кислоты могут реагировать с более химически активными металлами с образованием ионных связей и образования солей. Реакции такие же, как и с кислотами, такими как соляная кислота, за исключением того, что они, как правило, более медленные.
2CH 3 COOH (водн.) + Mg (s) → (CH 3 COO) 2 Mg + H 2
В указанной выше реакции разбавленная этановая кислота реагирует с магнием.Магний реагирует с образованием бесцветного раствора этаноата магния и выделяется газообразный водород. Если вы используете магниевую ленту, реакция будет менее интенсивной, чем такая же реакция с соляной кислотой, но с порошком магния обе протекают так быстро, что вы, вероятно, не заметите большой разницы.
Пример проблемы:Напишите уравнение для каждой реакции.
- ионизация пропионовой кислоты (CH 2 CH 2 COOH) в воде (H 2 O)
- нейтрализация пропионовой кислоты водным гидроксидом натрия (NaOH)
Пропионовая кислота ионизируется в воде с образованием пропионат-иона и иона гидроксония (H 3 O + ).
CH 3 CH 2 COOH (водн.) + H 2 O (ℓ) → CH 3 CH 2 COO — (водн.) + H 3 O + (водн.)
Пропионовая кислота реагирует с NaOH (водн.) С образованием пропионата натрия и воды.
CH 3 CH 2 COOH (водн.) + NaOH (водн.) → CH 3 CH 2 COO — Na + (водн.) + H 2 O (ℓ)
Сложный эфир может быть образован путем объединения карбоновой кислоты со спиртом в присутствии сильной кислоты или в присутствии фермента в биологических системах.В реакции этерификации гидроксильная группа карбоновой кислоты действует как уходящая группа и образует молекулу воды в конечном продукте. Он заменен группой -OR из спирта.
Реакция обратимая. В качестве конкретного примера реакции этерификации бутилацетат может быть получен из уксусной кислоты и 1-бутанола.
Более подробно: конденсационные полимерыКоммерчески важной реакцией этерификации является конденсационная полимеризация, при которой происходит реакция между дикарбоновой кислотой и двухатомным спиртом (диолом) с удалением воды.Такая реакция дает сложный эфир, который содержит свободную (непрореагировавшую) карбоксильную группу на одном конце и свободную спиртовую группу на другом конце. Затем происходят дальнейшие реакции конденсации с образованием полиэфирных полимеров.
Самый важный полиэфир, полиэтилентерефталат (ПЭТ), производится из мономеров терефталевой кислоты и этиленгликоля:
Из молекул полиэстера получаются отличные волокна, которые используются во многих тканях. Вязаная полиэфирная трубка, которая является биологически инертной, может использоваться в хирургии для восстановления или замены пораженных участков кровеносных сосудов.ПЭТ используется для изготовления бутылок для газировки и других напитков. Из него также формируются пленки, называемые майларом. В магнитном покрытии майларовая лента используется в аудио- и видеокассетах. Синтетические артерии могут быть изготовлены из ПЭТ, политетрафторэтилена и других полимеров.
Практические задачи:Завершите следующие реакции:
Гидролиз сложных эфировОбратную реакцию образования сложного эфира можно использовать для разложения сложных эфиров на карбоновую кислоту и спирт.Эта реакция требует включения воды в сложноэфирную связь, и поэтому называется реакцией гидролиза .
Сложный эфир нагревают с большим избытком воды, содержащей сильный кислотный катализатор. Как и при этерификации, реакция обратима и не доходит до завершения.
В качестве конкретного примера бутилацетат и вода реагируют с образованием уксусной кислоты и 1-бутанола. Реакция обратима и не доходит до завершения.
Практические задачи:Вернуться к началу
9.7 Краткое содержание главыГидроксильная группа (ОН) является функциональной группой спиртов . Спирты представлены общей формулой ROH. Спирты получают из алканов заменой одного или нескольких атомов водорода на группу ОН. Первичный (1 °) спирт (RCH 2 OH) имеет группу ОН на атоме углерода, присоединенную к одному другому атому углерода; вторичный (2 °) спирт (R 2 CHOH) имеет группу ОН на атоме углерода, присоединенную к двум другим атомам углерода; и третичный (3 °) спирт (R 3 COH) имеет группу ОН на атоме углерода, присоединенном к трем другим атомам углерода.
Способность вступать в водородные связи значительно увеличивает точки кипения спиртов по сравнению с углеводородами сопоставимой молярной массы. Спирты также могут вступать в водородную связь с молекулами воды, а спирты, содержащие до четырех атомов углерода, растворимы в воде.
Многие спирты можно синтезировать путем гидратации алкенов. Обычные спирты включают метанол, этанол и изопропиловый спирт. Метанол довольно ядовит. Это может вызвать слепоту или даже смерть. Этанол можно получить из этилена или получить путем ферментации.Это «алкоголь» в алкогольных напитках. Иногда люди по ошибке пьют метанол, думая, что это алкогольный напиток. Иногда недобросовестные бутлегеры продают метанол ничего не подозревающим покупателям. В любом случае результаты зачастую трагичны.
Когда вода удаляется из спирта на стадии дегидратации, результатом является либо алкен, либо простой эфир, в зависимости от условий реакции. Первичные спирты окисляются до альдегидов или карбоновых кислот, а вторичные спирты окисляются до кетонов.Третичные спирты не окисляются легко.
Спирты, содержащие две группы ОН на соседних атомах углерода, называются гликолями .
Фенолы (ArOH) представляют собой соединения, имеющие группу ОН, присоединенную к ароматическому кольцу.
Простые эфиры (ROR ‘, ROAr, ArOAr) представляют собой соединения, в которых атом кислорода присоединен к двум органическим группам. Молекулы эфира не имеют группы ОН и, следовательно, межмолекулярной водородной связи. Следовательно, простые эфиры имеют довольно низкие температуры кипения для данной молярной массы.Молекулы эфира имеют атом кислорода и могут вступать в водородную связь с молекулами воды. Молекула эфира имеет примерно такую же растворимость в воде, как и спирт, изомерный с ней.
Карбонильная группа , двойная связь углерод-кислород, встречается повсеместно в биологических соединениях. Он содержится в углеводах, жирах, белках, нуклеиновых кислотах, гормонах и витаминах — органических соединениях, важных для живых систем.
Карбонильная группа является определяющей особенностью альдегидов и кетонов .В альдегидах по крайней мере одна связь в карбонильной группе представляет собой связь углерод-водород; в кетонах обе доступные связи у карбонильного атома углерода являются связями углерод-углерод. Альдегиды синтезируются окислением первичных спиртов. Альдегид можно дополнительно окислить до карбоновой кислоты. Кетоны получают окислением вторичных спиртов. Мягкие окислители окисляют альдегиды до карбоновых кислот. Кетоны этими реагентами не окисляются.
Альдегиды и кетоны могут реагировать со спиртами с образованием полуацеталей и гемикеталей соответственно.Эти реакции происходят без добавления катализатора и могут двигаться как в прямом, так и в обратном направлении. Гемиацетали и гемикетали могут вступать в реакцию с дополнительной молекулой спирта с образованием ацеталей и кеталей. Образование ацеталя или кеталя требует удаления воды и называется реакцией дегидратации. Эти реакции требуют катализатора или фермента, чтобы они происходили. Обратная реакция, которая расщепляет ацеталь с образованием полуацеталя и спирта, требует добавления молекулы воды и называется гидролизом.
Карбоновая кислота (RCOOH) содержит функциональную группу COOH, называемую карбоксильной группой , которая имеет группу ОН, присоединенную к карбонильному атому углерода. Сложный эфир (RCOOR ‘) имеет группу OR’, присоединенную к карбонильному атому углерода.
Карбоновая кислота образуется при окислении альдегида с тем же числом атомов углерода. Поскольку альдегиды образуются из первичных спиртов, эти спирты также являются исходным материалом для карбоновых кислот.
Карбоновые кислоты имеют сильный, часто неприятный запах. Это высокополярные молекулы, которые легко образуют водородные связи, поэтому имеют относительно высокие температуры кипения.
Карбоновые кислоты — слабые кислоты. Они реагируют с основаниями с образованием солей и с карбонатами и бикарбонатами с образованием газообразного диоксида углерода и соли кислоты.
Сложные эфиры — это соединения с приятным запахом, отвечающие за аромат цветов и фруктов. У них более низкие температуры кипения, чем у сопоставимых карбоновых кислот, потому что, хотя молекулы сложного эфира в некоторой степени полярны, они не могут участвовать в водородных связях.Однако с водой сложные эфиры могут образовывать водородные связи; следовательно, сложные эфиры с низкой молярной массой растворимы в воде. Сложные эфиры могут быть синтезированы этерификацией , в которой карбоновая кислота и спирт объединяются в кислых условиях. Сложные эфиры представляют собой нейтральные соединения, которые подвергаются гидролизу , реакции с водой. В кислых условиях гидролиз по существу является обратным этерификации.
Рисунок 9.15 Сводка важных реакций с кислородом.
Фармер С., Ройш В., Александер Э. и Рахим А. (2016) Органическая химия. Либретексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Core/Organic_Chemistry
Ball, et al. (2016) MAP: Основы химии ГОБ. Либретексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Introductory_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_The_Basics_of_GOB_Chemistry_(Ball_et_al.)/14%3A_Organic_Compounds_of_Oxygen/14.10%3A_Proounds_of_Oxygen/14.10%3A_Android
McMurray (2017) MAP: Органическая химия.Либретексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Organic_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_Organic_Chemistry_(McMurry)
Содербург (2015) Карта: органическая химия с биологическим акцентом. Либретексты. Доступно по адресу: https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Organic_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis_(Soderberg)
Антифриз. (2017, 5 января). В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 06:07, 21 апреля 2017 г., с https: // en.wikipedia.org/w/index.php?title=Antifreeze&oldid=758484047
Этиленгликоль. (2017, 4 апреля). В Википедия, Бесплатная энциклопедия . Получено в 06:09, 21 апреля 2017 г., с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ethylene_glycol&oldid=773769112
.раствор | Определение и примеры
Раствор , в химии гомогенная смесь двух или более веществ в относительных количествах, которые можно непрерывно изменять до так называемого предела растворимости.Термин «раствор» обычно применяется к жидкому состоянию вещества, но возможны и растворы газов и твердых тел. Например, воздух — это раствор, состоящий в основном из кислорода и азота с небольшими количествами нескольких других газов, а латунь — это раствор, состоящий из меди и цинка.
Подробнее по этой теме
жидкость: Растворы и растворимости
Способность жидкостей растворять твердые тела, другие жидкости или газы давно признана одним из фундаментальных явлений природы…
Ниже приводится краткое описание решений. Для полной обработки, см. жидкость: Растворы и растворимости.
Жизненные процессы во многом зависят от решений. Кислород из легких переходит в раствор в плазме крови, химически соединяется с гемоглобином в красных кровяных тельцах и попадает в ткани организма. Продукты пищеварения также разносятся в растворе к различным частям тела. Способность жидкостей растворять другие жидкости или твердые вещества имеет множество практических применений.Химики используют разницу в растворимости для разделения и очистки материалов, а также для проведения химического анализа. Большинство химических реакций происходит в растворе и зависит от растворимости реагентов. Материалы для химического производственного оборудования выбираются таким образом, чтобы противостоять действию растворителей, содержащихся в их содержимом.
Жидкость в растворе обычно называется растворителем, а добавляемое вещество называется растворенным веществом. Если оба компонента являются жидкостями, различие теряет значение; тот, который присутствует в меньшей концентрации, вероятно, будет называться растворенным веществом.Концентрация любого компонента в растворе может быть выражена в единицах веса или объема или в молях. Они могут быть смешаны, например, молей на литр и молей на килограмм.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасКристаллы некоторых солей содержат решетки ионов, то есть атомы или группы атомов с чередующимися положительными и отрицательными зарядами. Когда такой кристалл должен быть растворен, притяжение противоположно заряженных ионов, которые в значительной степени ответственны за сцепление в кристалле, должно преодолеваться электрическими зарядами в растворителе.Они могут быть обеспечены ионами конденсированной соли или электрическими диполями в молекулах растворителя. Такие растворители включают воду, метиловый спирт, жидкий аммиак и фтороводород. Ионы растворенного вещества, окруженные диполярными молекулами растворителя, отделяются друг от друга и могут свободно перемещаться к заряженным электродам. Такой раствор может проводить электричество, а растворенное вещество называется электролитом.
Потенциальная энергия притяжения между простыми неполярными молекулами (неэлектролитами) имеет очень малый диапазон; оно уменьшается примерно как седьмая степень расстояния между ними.Для электролитов энергия притяжения и отталкивания заряженных ионов падает только как первая степень расстояния. Соответственно, их растворы имеют свойства, сильно отличающиеся от свойств неэлектролитов.
Обычно предполагается, что все газы полностью смешиваются (взаимно растворяются во всех пропорциях), но это верно только при нормальном давлении. При высоких давлениях пары химически разнородных газов вполне могут проявлять лишь ограниченную смешиваемость. Многие разные металлы смешиваются в жидком состоянии, иногда образуя узнаваемые соединения.Некоторые из них достаточно похожи, чтобы образовывать твердые растворы ( см. Сплав ).
Вода, универсальный растворитель
• Школа водных наук ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •
Знаете ли вы, что можно растворить M в M&M? Все, что вам нужно сделать, это p , кроме нескольких M & M в воде стороной M вверх и наблюдайте, что происходит!
Кредит: coffeecupsandcrayons.com
Воду называют «универсальным растворителем», потому что она способна растворять больше веществ, чем любая другая жидкость.Это важно для каждого живого существа на земле. Это означает, что куда бы вода ни попадала — по воздуху, земле или через наши тела, она уносит с собой ценные химические вещества, минералы и питательные вещества.
Химический состав и физические свойства воды делают ее таким прекрасным растворителем. Молекулы воды имеют полярное расположение атомов кислорода и водорода: одна сторона (водород) имеет положительный электрический заряд, а другая сторона (кислород) — отрицательный. Это позволяет молекуле воды стать привлеченной ко многим другим типам молекул .Вода может настолько сильно притягиваться к другому соединению, как соль (NaCl), что может нарушить силы притяжения, которые удерживают натрий и хлорид в соединении соли вместе и, таким образом, растворяют его.
Наши почки и вода составляют отличную пару
Наши собственные почки и растворяющие свойства воды составляют отличную пару для сохранения жизни и здоровья. Почки отвечают за фильтрацию веществ, которые попадают в наш организм из продуктов и напитков, которые мы потребляем.Но почки должны избавляться от этих веществ после того, как они накапливают их. Вот тут-то и помогает вода; будучи таким прекрасным растворителем, вода, промывающая почки, растворяет эти вещества и выводит их из нашего тела.
На этой диаграмме показаны положительные и отрицательные части молекулы воды. Он также показывает, как заряд, например, на ионе (например, Na или Cl), может взаимодействовать с молекулой воды.
Кредит: Мариана Руис Вильярреал, Фонд CK-12
Почему соль растворяется в воде
На молекулярном уровне соль растворяется в воде из-за электрических зарядов и из-за того, что и вода, и солевые соединения полярны, с положительными и отрицательными зарядами на противоположных сторонах молекулы.Связи в солевых соединениях называются ионными, потому что они оба имеют электрический заряд — ион хлорида заряжен отрицательно, а ион натрия — положительно. Точно так же молекула воды имеет ионную природу, но связь называется ковалентной, когда два атома водорода располагаются с положительным зарядом на одной стороне атома кислорода, который имеет отрицательный заряд. Когда соль смешивается с водой, она растворяется, потому что ковалентные связи воды сильнее, чем ионные связи в молекулах соли.
Положительно заряженная сторона молекул воды притягивается к отрицательно заряженным ионам хлорида, а отрицательно заряженная сторона молекул воды притягивается к положительно заряженным ионам натрия. По сути, происходит перетягивание каната, когда молекулы воды выигрывают матч. Молекулы воды разъединяют ионы натрия и хлора, разрывая ионную связь, удерживающую их вместе. После разделения солевых соединений атомы натрия и хлора окружаются молекулами воды, как показано на этой диаграмме.Как только это происходит, соль растворяется, в результате чего получается гомогенный раствор.
11,5 Коллоиды — химия
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Описать состав и свойства коллоидных дисперсий
- Перечислите и объясните несколько технологических применений коллоидов
В детстве вы могли делать суспензии, такие как смеси грязи и воды, муки и воды, или суспензии твердых пигментов в воде, известные как темпера.Эти суспензии представляют собой гетерогенные смеси, состоящие из относительно крупных частиц, которые видны (или которые можно увидеть в увеличительное стекло). Они мутные, а взвешенные частицы оседают после смешивания. С другой стороны, когда мы делаем раствор, мы готовим гомогенную смесь, в которой не происходит осаждения и в которой растворенные частицы представляют собой молекулы или ионы. Растворы ведут себя совершенно иначе, чем суспензии. Раствор может быть окрашен, но он прозрачен, молекулы или ионы невидимы, и они не оседают при стоянии.Группа смесей, называемых коллоидами (или коллоидными дисперсиями ), проявляет свойства, промежуточные между свойствами суспензий и растворов (рис. 1). Частицы в коллоиде больше, чем большинство простых молекул; однако коллоидные частицы достаточно малы, поэтому они не оседают при стоянии.
Рис. 1. (a) Раствор представляет собой однородную смесь, которая кажется прозрачной, например, соленая вода в этом аквариуме. (б) В коллоиде, таком как молоко, частицы намного крупнее, но остаются диспергированными и не оседают.(c) Суспензия, такая как ил, представляет собой гетерогенную смесь взвешенных частиц, которая кажется мутной и в которой частицы могут оседать. (предоставлено фото: модификация работы Адама Вимсатта; кредит b фото: модификация работы Мелиссы Визе; кредит c фото: модификация работы Питера Берджесса)Частицы в коллоиде достаточно велики, чтобы рассеивать свет, явление, называемое эффект Тиндаля . Это может сделать коллоидные смеси мутными или непрозрачными, как, например, луч прожектора, показанный на рисунке 2.Облака — это коллоидные смеси. Они состоят из капель воды, которые намного больше, чем молекулы, но достаточно малы, чтобы не оседать.
Рис. 2. Пути лучей прожекторов становятся видимыми, когда свет рассеивается частицами коллоидного размера в воздухе (туман, дым и т. Д.). (кредит: «Bahman» / Wikimedia Commons)Термин «коллоид» — от греческих слов kolla , означающих «клей», и eidos , что означает «подобное», был впервые использован в 1861 году Томасом Грэмом для классификации смеси, такие как крахмал в воде и желатин.Многие коллоидные частицы представляют собой агрегаты сотен или тысяч молекул, но другие (например, белки и молекулы полимеров) состоят из одной чрезвычайно большой молекулы. Молекулы белков и синтетических полимеров, которые образуют коллоиды, могут иметь молекулярные массы в диапазоне от нескольких тысяч до многих миллионов атомных единиц массы.
Аналогично идентификации компонентов раствора как «растворенное вещество» и «растворитель», компоненты коллоида также классифицируются в соответствии с их относительными количествами.Компонент в виде частиц, обычно присутствующий в относительно небольшом количестве, называется дисперсной фазой , а вещество или раствор, в котором диспергированы частицы, называют дисперсионной средой . Коллоиды могут включать практически любую комбинацию физических состояний (газ в жидкости, жидкость в твердом состоянии, твердое тело в газе и т. Д.), Как показано на примерах коллоидных систем, приведенных в таблице 4.
| Дисперсная фаза | Среда дисперсии | Общие примеры | Имя |
|---|---|---|---|
| цельный | газ | дым, пыль | – |
| цельный | жидкость | крахмал в воде, некоторые чернила, краски, молоко магнезиальное | соль |
| цельный | твердый | некоторые цветные камни, некоторые сплавы | – |
| жидкость | газ | облака, туманы, туманы, брызги | аэрозоль |
| жидкость | жидкость | молоко, майонез, масло сливочное | эмульсия |
| жидкость | твердый | желе, гели, жемчуг, опал (H 2 O в SiO 2 ) | гель |
| газ | жидкость | пены, сливки, взбитые яичные белки | пена |
| газ | твердый | пемза, плавающее мыло | – |
| Таблица 4. Примеры коллоидных систем | |||
Мы можем приготовить коллоидную систему, производя частицы коллоидных размеров и распределяя эти частицы в дисперсионной среде. Частицы коллоидного размера образуются двумя способами:
- Методы диспергирования: то есть путем разрушения более крупных частиц. Например, красящие пигменты получают путем диспергирования крупных частиц путем измельчения в специальных мельницах.
- Методы конденсации: то есть рост из более мелких единиц, таких как молекулы или ионы.Например, облака образуются, когда молекулы воды конденсируются и образуют очень маленькие капли.
Некоторые твердые вещества при контакте с водой самопроизвольно диспергируются и образуют коллоидные системы. Таким образом ведут себя желатин, клей, крахмал и сухое обезвоженное молоко. Частицы уже имеют коллоидный размер; вода их просто разгоняет. Частицы сухого молока коллоидного размера получают путем обезвоживания молока спреем. Некоторые распылители производят коллоидные дисперсии жидкости в воздухе.
Мы можем приготовить эмульсию путем встряхивания или смешивания двух несмешивающихся жидкостей. Это разбивает одну жидкость на капли коллоидного размера, которые затем рассеиваются в другой жидкости. Разливы нефти в океане может быть трудно очистить отчасти потому, что воздействие волн может привести к образованию эмульсии из нефти и воды. Однако во многих эмульсиях дисперсная фаза имеет тенденцию коалесцировать, образовывать большие капли и разделяться. Поэтому эмульсии обычно стабилизируются эмульгатором , веществом, которое ингибирует слипание диспергированной жидкости.Например, немного мыла стабилизирует эмульсию керосина в воде. Молоко представляет собой эмульсию молочного жира в воде с протеиновым казеином в качестве эмульгатора. Майонез представляет собой эмульсию масла в уксусе с компонентами яичного желтка в качестве эмульгаторов.
Методы конденсации образуют коллоидные частицы путем агрегации молекул или ионов. Если частицы вырастают за пределы диапазона коллоидных размеров, образуются капли или осадки, и коллоидная система не образуется. Облака образуются, когда молекулы воды объединяются и образуют частицы размером с коллоид.{-} \; {\ longrightarrow} \; \ text {Au} [/ latex]
Некоторые золи золота, полученные в 1857 г., все еще не повреждены (частицы не слиплись и не осели), что свидетельствует о долговременной стабильности многих коллоидов.
Первопроходцы сделали мыло путем кипячения жиров с сильно щелочным раствором, полученным путем выщелачивания карбоната калия, K 2 CO 3 , из древесной золы горячей водой. Животные жиры содержат сложные полиэфиры жирных кислот (длинноцепочечные карбоновые кислоты). Когда животные жиры обрабатываются основанием, таким как карбонат калия или гидроксид натрия, образуются глицерин и соли жирных кислот, таких как пальмитиновая, олеиновая и стеариновая кислоты.{\; \; -} [/ latex] (Рисунок 4). Мыло образуют в жесткой воде нерастворимые соединения кальция и магния; моющие средства образуют водорастворимые продукты — несомненное преимущество моющих средств.
Рис. 4. Моющие средства содержат неполярный углеводородный конец (синий) и ионный конец (красный). Ионный конец может быть сульфатом или сульфонатом. Длина углеводородного конца может варьироваться от моющего средства к моющему средству.Очищающее действие мыла и моющих средств можно объяснить структурами участвующих в нем молекул.Углеводородный (неполярный) конец молекулы мыла или моющего средства растворяется в неполярных веществах, таких как масло, жир или частицы грязи, или притягивается к ним. Ионный конец притягивается водой (полярной), как показано на рисунке 5. В результате молекулы мыла или детергента ориентируются на границе раздела между частицами грязи и водой, так что они действуют как своего рода мост между двумя различными типами материя, неполярная и полярная. Такие молекулы называются амфифильными , поскольку они имеют как гидрофобную («водобоязненную») часть, так и гидрофильную («водоотталкивающую») часть.Как следствие, частицы грязи становятся взвешенными в виде коллоидных частиц и легко вымываются.
Рис. 5. Это схематическое поперечное сечение эмульгированной капли масла в воде показывает, как мыло или детергент действуют как эмульгатор.Разлив нефти Deepwater Horizon
В результате прорыва нефти на буровой установке Deepwater Horizon 20 апреля 2010 года в Мексиканском заливе недалеко от Миссисипи начался крупнейший морской разлив нефти в истории нефти. В течение 87 дней после выброса, по оценкам, 4.9 миллионов баррелей (210 миллионов галлонов) нефти вытекло из прорвавшейся скважины на 5000 футов ниже поверхности воды. 19 сентября 2010 г. скважина была окончательно объявлена закрытой.
Сырая нефть не смешивается с водой и имеет меньшую плотность, чем вода, поэтому разлитая нефть поднялась на поверхность воды. Плавучие боны, скиммеры и контролируемые ожоги использовались для удаления нефти с поверхности воды в попытке защитить пляжи и водно-болотные угодья вдоль побережья Персидского залива. В дополнение к удалению нефти, были также предприняты попытки уменьшить ее воздействие на окружающую среду, сделав ее «растворимой» (в широком смысле этого слова) и, таким образом, позволив разбавить ее до, надеюсь, менее вредного уровня огромным объемом океана. вода.В этом подходе использовалось 1,84 миллиона галлонов диспергатора нефти Corexit 9527, большая часть которого была закачана под воду в месте утечки, а небольшие количества были распылены на поверхность разлива. Corexit 9527 содержит 2-бутоксиэтанол (C 6 H 14 O 2 ), амфифильную молекулу, полярные и неполярные концы которой используются для эмульгирования масла в маленькие капли, увеличивая площадь поверхности масла и делая его более доступным. морским бактериям для пищеварения (рис. 6).Хотя этот подход позволяет избежать многих непосредственных опасностей, которые несущая нефть представляет для морских и прибрежных экосистем, он вводит возможность долгосрочных последствий в результате попадания сложных и потенциально токсичных компонентов нефти в пищевую цепь океана. Ряд организаций участвуют в мониторинге расширенного воздействия этого разлива нефти, в том числе Национальное управление океанических и атмосферных исследований (посетите этот веб-сайт для получения дополнительной информации).
Рисунок 6. (a) На этом спутниковом снимке НАСА показано нефтяное пятно от разлива Deepwater Horizon. (b) Самолет ВВС США распыляет диспергатор корексит. (c) Показана молекулярная структура 2-бутоксиэтанола. (кредит А: модификация работы «НАСА, FT2, demis.nl» / Wikimedia Commons; кредит б: модификация работы «Группы быстрого реагирования НАСА / MODIS» / Wikimedia Commons)Дисперсные коллоидные частицы часто имеют электрический заряд. Коллоидная частица гидроксида железа (III), например, не содержит достаточного количества гидроксид-ионов, чтобы точно компенсировать положительные заряды на ионах железа (III).Таким образом, каждая отдельная коллоидная частица несет положительный заряд, а коллоидная дисперсия состоит из заряженных коллоидных частиц и некоторых свободных гидроксид-ионов, которые поддерживают электрическую нейтральность дисперсии. Большинство коллоидов гидроксидов металлов имеют положительный заряд, тогда как большинство металлов и сульфидов металлов образуют отрицательно заряженные дисперсии. Все коллоидные частицы в любой системе имеют заряды одного знака. Это помогает им оставаться рассредоточенными, поскольку частицы, содержащие одинаковые заряды, отталкиваются друг от друга.
Мы можем использовать заряд коллоидных частиц, чтобы удалить их из множества смесей. Если мы поместим коллоидную дисперсию в контейнер с заряженными электродами, положительно заряженные частицы, такие как частицы гидроксида железа (III), переместятся к отрицательному электроду. Здесь коллоидные частицы теряют свой заряд и коагулируют в виде осадка.
Частицы углерода и пыли в дыме часто коллоидно диспергированы и электрически заряжены. Фредерик Коттрелл, американский химик, разработал способ удаления этих частиц.
Фредерик Гарднер Коттрелл
Рис. 7. (а) Фредерик Коттрелл разработал (б) электрофильтр, устройство, предназначенное для ограничения загрязнения воздуха путем удаления из него коллоидных частиц. (кредит b: модификация работы «SpLot» / Wikimedia Commons)Фредерик Коттрелл родился в Окленде, Калифорния, в 1877 году, поглощал учебники, как если бы они были романами, и окончил среднюю школу в возрасте 16 лет. Калифорнийский университет (UC), Беркли, получил степень бакалавра за три года.Он сэкономил деньги из своей годовой зарплаты 1200 долларов в качестве учителя химии в Оклендской средней школе, чтобы профинансировать учебу по химии в Берлине у лауреата Нобелевской премии Якоба Хенрикуса Вант Хоффа и в Лейпциге у Вильгельма Оствальда, еще одного лауреата Нобелевской премии. Получив докторскую степень по физической химии, он вернулся в Соединенные Штаты, чтобы преподавать в Калифорнийском университете в Беркли. Он также консультировал компанию DuPont, где он разработал электрофильтр — устройство, предназначенное для ограничения загрязнения воздуха путем удаления из него коллоидных частиц.Коттрелл использовал выручку от своего изобретения для финансирования некоммерческой исследовательской корпорации для финансирования научных исследований.
Заряженные частицы притягиваются к сильно заряженным электродам, где они нейтрализуются и осаждаются в виде пыли (рис. 8). Это один из важных методов, используемых для очистки от дыма в различных производственных процессах. Этот процесс также важен для извлечения ценных продуктов из дыма и дымовой пыли плавильных печей, печей и обжиговых печей. Существуют также ионные воздушные фильтры, предназначенные для домашнего использования для улучшения качества воздуха в помещении.
Рис. 8. В осадителе Коттрелла положительно и отрицательно заряженные частицы притягиваются к сильно заряженным электродам, где они нейтрализуются и осаждаются в виде пыли.Когда мы производим желатин, такой как Jell-O, мы производим коллоид (рис. 9). Желатин застывает при охлаждении, потому что горячая водная смесь желатина коагулирует при охлаждении, и вся масса, включая жидкость, затвердевает в чрезвычайно вязкое тело, известное как гель , коллоид, в котором диспергирующая среда является твердой и диспергированной. фаза — жидкость.Похоже, что волокна диспергирующей среды образуют сложную трехмерную сеть, пустоты которой заполняются жидкой средой или разбавленным раствором диспергирующей среды. Поскольку образование геля сопровождается поглощением воды или другого растворителя, говорят, что гель гидратирован или сольватирован.
Рис. 9. Желатиновые десерты — это коллоиды, в которых водный раствор подсластителей и ароматизаторов диспергирован в среде твердых белков. (кредитное фото: модификация работы Стивена Деполо)Пектин, углевод из фруктовых соков, является гелеобразующим веществом, важным для приготовления желе.Силикагель, коллоидная дисперсия гидратированного диоксида кремния, образуется при добавлении разбавленной соляной кислоты к разбавленному раствору силиката натрия. Canned Heat — это гель, полученный путем смешивания спирта и насыщенного водного раствора ацетата кальция.
Коллоиды — это смеси, в которых одно или несколько веществ диспергированы в виде относительно крупных твердых частиц или жидких капель в твердой, жидкой или газообразной среде. Частицы коллоида остаются диспергированными и не оседают под действием силы тяжести, и они часто имеют электрический заряд.Коллоиды широко распространены в природе и используются во многих технологических приложениях.
Химия: упражнения в конце главы
- Определите дисперсную фазу и дисперсионную среду в каждой из следующих коллоидных систем: дисперсия крахмала, дым, туман, жемчуг, взбитые сливки, плавающее мыло, желе, молоко и рубин.
- Различают методы диспергирования и методы конденсации для приготовления коллоидных систем.
- Чем коллоиды отличаются от растворов в отношении размера дисперсных частиц и однородности?
- Объясните очищающее действие мыла.
- Как можно продемонстрировать, что коллоидные частицы электрически заряжены?
Глоссарий
- амфифильный
- молекул, обладающих как гидрофобной (неполярной), так и гидрофильной (полярной) частями
- коллоид
- (также коллоидная дисперсия) смесь, в которой относительно крупные твердые или жидкие частицы равномерно диспергированы в газе, жидкости или твердом теле
- дисперсионная среда
- твердое вещество, жидкость или газ, в котором диспергированы коллоидные частицы
- дисперсная фаза
- вещество, присутствующее в виде относительно крупных твердых или жидких частиц в коллоиде
- эмульгатор
- амфифильное вещество, используемое для стабилизации частиц некоторых эмульсий
- эмульсия
- коллоид, образованный из несмешивающихся жидкостей
- гель
- Коллоидная дисперсия жидкости в твердом веществе
- Эффект Тиндаля
- Рассеяние видимого света коллоидной дисперсией
Решения
Ответы на упражнения в конце главы по химии
1.
| Коллоидная система | Дисперсная фаза | Среда дисперсии |
|---|---|---|
| крахмальная дисперсия | крахмал | вода |
| дым | твердых частиц | воздух |
| туман | вода | воздух |
| жемчуг | вода | карбонат кальция (CaCO 3 ) |
| сливки взбитые | воздух | крем |
| плавающее мыло | воздух | мыло |
| желе | фруктовый сок | пектиновый гель |
| молоко | жир | вода |
| рубин | оксид хрома (III) (Cr 2 O 3 ) | оксид алюминия (Al 2 O 3 ) |
| Таблица 5. | ||
3. Коллоидные дисперсии состоят из частиц, которые намного больше, чем растворенные вещества в типичных растворах. Коллоидные частицы — это либо очень большие молекулы, либо агрегаты более мелких частиц, которые обычно достаточно велики, чтобы рассеивать свет. Коллоиды гомогенны в макроскопическом (визуальном) масштабе, а растворы гомогенны в микроскопическом (молекулярном) масштабе.
5. Если их поместить в электролитическую ячейку, диспергированные частицы будут двигаться к электроду, несущему заряд, противоположный их собственному заряду.На этом электроде заряженные частицы нейтрализуются и коагулируют в виде осадка.
Соль или сахар: что быстрее растворяется в разных жидкостях?
Растворы — это не что иное, как смеси различных соединений или элементов. Вы сталкиваетесь с решениями каждый день, даже не осознавая этого.
Даже воздух, которым вы дышите, который содержит воду, представляет собой раствор жидкости и газа. Если вы сегодня выпили газировку, вы на самом деле выпили раствор газа, растворенного в ароматизированной воде.Если вы носите браслет из стерлингового серебра, вы носите раствор двух металлов.
В этом эксперименте вы будете работать с жидким раствором, который является одним из трех типов растворов. Остальные типы — это газообразные растворы и твердые растворы.
Итак, в чем, похоже, проблема?
При смешивании жидкости с газом образуется другой тип раствора, называемый газообразным раствором. Примером такого типа раствора является влажность. Влажность — это вода (жидкость), растворенная в воздухе (газ).
В твердом растворе , таком как серебро, медь, нагретая при высоких температурах, смешивается с серебром, которое также нагревается до плавления. Медь — это растворенное вещество , которое будет растворяться в растворителе . Серебро — растворитель.
Тип раствора определяется состоянием вещества растворителя. Если растворяющееся вещество является жидкостью, раствор называется жидким раствором.Если растворителем является газ, раствор называется газообразным раствором. И вы правильно угадали: твердый растворитель образует твердый раствор.
Есть несколько факторов, которые обычно увеличивают количество растворенного вещества, которое может быть растворено. Например, если вы хотите растворить больше сахара в том же количестве воды, вы можете нагреть воду. Вы также можете измельчить сахар на более мелкие частицы, чтобы увеличить его площадь поверхности, или вы можете перемешать смесь.
За те годы, что вы использовали соль и сахар в своих продуктах, вы, вероятно, заметили, что каждый кусочек соли, который на самом деле представляет собой кристалл, немного меньше, чем каждый кусок сахара, который также является кристаллом. .
Проблема, которую вы попытаетесь решить в этом эксперименте, заключается в том, растворяется ли сахар или соль быстрее при смешивании с различными жидкостями. Влияет ли размер кусочков на то, как быстро они смешиваются с жидкостью?
Когда вы растворяете сахар или соль в жидкости, скажем, в воде, происходит то, что молекулы сахара перемещаются, чтобы поместиться между молекулами воды в стакане или химическом стакане. На рисунке ниже показано, как различные молекулы расположены в контейнере.
Растворенное вещество, такое как сахар, растворенное в растворителе, таком как вода, дает жидкий раствор.
В ходе эксперимента вы увидите, как молекулы соли и сахара перемещаются в разных жидкостях и растворяются с разной скоростью.
Название этого раздела: «Соль или сахар: что быстрее растворяется в разных жидкостях?» может служить названием вашего проекта, если хотите. Вы также можете рассмотреть одно из следующих названий для своего проекта:
- The Great Salt vs.Конкурс на растворение сахара
- Использование соли и сахара для изучения того, как растворяются вещества
Подойдет любое название, которое вы выберете. Давайте теперь посмотрим, почему этот проект позволяет вам с пользой использовать ваше время.
В чем смысл?
И когда излишки растворенного вещества растворяются при нагревании раствора, говорят, что это перенасыщенный .
Суть этого эксперимента, помимо изучения того, растворяется ли соль или сахар быстрее в различных жидкостях, состоит в том, чтобы узнать, как молекулы взаимодействуют в растворе.
Как вы видели на предыдущем рисунке, молекулы воды занимают большую часть места в контейнере. Но все же есть свободное пространство, в котором могут поместиться молекулы сахара или соли. В ходе эксперимента вы узнаете, насколько быстро молекулы сахара помещаются в эти пространства по сравнению с частицами соли.
Знание этого поможет вам лучше понять процесс растворения вещества.
Контрольным элементом в вашем эксперименте будет вода. Другие жидкости, в которых вы растворяете соль и сахар, будут переменными.
| Контроли: | Растворитель-вода |
| Растворенные вещества — сахар, соль | |
| Переменные: | Пять различных прозрачных жидкостей (могут быть окрашены) |
Помните, когда вы проводите Поэкспериментируйте: очень важно, чтобы все жидкости, которые вы используете, были одной температуры. Вы уже узнали, что сахар растворяется быстрее в теплой жидкости, чем в холодной, поэтому вы знаете, что это не будет точным экспериментом, если некоторые из используемых вами жидкостей будут теплыми, а некоторые — холодными.Температура жидкости станет переменной.
Следовательно, все жидкости, которые вы используете, включая воду, должны иметь комнатную температуру. Если вы обычно храните их в холодильнике, не забудьте оставить их на столе на ночь, пока они не достигнут одинаковой температуры.
Чтобы дать вам немного больше гибкости при проведении эксперимента, вы можете выбрать жидкости, в которых вы будете растворять сахар и соль. Нет смысла идти и покупать дополнительные жидкости, если у вас уже есть то, что вам нужно.
Просто убедитесь, что вы выбираете жидкости, которые отличаются друг от друга по вкусу, цвету, запаху и назначению. Вам также нужно будет выбрать те, которые позволят вам наблюдать за растворением соли и сахара. Например, если вы используете молоко или апельсиновый сок, вы не сможете увидеть растворение соли и сахара. Вот несколько предложений по жидкостям:
- Белый уксус
- Клубная газировка
- Имбирный эль
- Очиститель для стекол (например, Windex)
- Лимонад
- Чай или чай со льдом (каждый при комнатной температуре)
- Яблочный сок
- Медицинский спирт
Все это обычно можно найти дома, что, возможно, избавит вас от поездки в магазин.
Как вы думаете, что произойдет?
Теперь, когда вы знаете, как образуются растворы, и некоторые факторы, которые будут влиять на скорость растворения сахара и соли, которые вы будете использовать, вы сможете точно догадаться, какой из них будет растворяться быстрее. .
Хотя вы не узнаете до окончания эксперимента, будут ли свойства различных жидкостей, которые вы выбираете, влиять на скорость растворения соли и сахара, вы знаете, что кристаллы соли обычно меньше кристаллов сахара.И вы знаете, что температура жидкостей не будет иметь значения в вашем эксперименте.
Просто попробуйте использовать свой прошлый опыт, информацию, которую вы читали ранее в этом разделе, и свой здравый смысл, чтобы придумать обоснованную гипотезу.
Помните, что ваша гипотеза должна быть сформулирована как объективное предложение, а не как вопрос. Итак, догадайтесь, соль или сахар растворится быстрее, и давайте приступим к эксперименту.
Материалы, которые вам понадобятся для этого проекта
Некоторые жидкости, предлагаемые для использования в этом эксперименте, — это белый уксус, содовая, имбирный эль, очиститель для стекол, медицинский спирт, яблочный сок, лимонад и чай.Если вы хотите заменить одну или несколько предложенных жидкостей другой, ничего страшного. Просто убедитесь, что все жидкости прозрачные и имеют комнатную температуру.
Указанного ниже количества материалов достаточно, чтобы вы могли провести эксперимент трижды с каждой жидкостью. Вам понадобится:
- 12 прозрачных пластиковых стаканчиков (10 унций [300 мл])
- Один перманентный маркер
- Одна мерная ложка (1 чайная ложка) (5,0 мл)
- Одна ( 1 2 чайная ложка ) (2.5 мл) мерная ложка
- Одна (1 чашка) (240 мл) мерная чашка
- 8 чайных ложек (40 мл) соли, разделенных на 16 ( 1 2 чайных ложек) порций
- 8 чайных ложек (40 мл) сахара , разделенных на 16 порций ( 1 2 чайную ложку)
- 48 унций (1440 мл) воды комнатной температуры
- 24 унции (720 мл) каждой из пяти разных прозрачных жидкостей, все при комнатной температуре
- Одни часы или часы с секундной стрелкой
- Одна прозрачная пластиковая чашка, содержащая восемь жидких унций (240 мл) воды комнатной температуры
Не забудьте убедиться, что все жидкости имеют комнатную температуру.
Проведение эксперимента
Когда вы соберете все свои материалы, вы будете готовы начать свой эксперимент. Просто выполните следующие действия:
- Перманентным маркером напишите «соль» на шести пластиковых стаканчиках и «сахар» на шести других.
- Положите 1 / 2 чайную ложку (2,5 мл) соли в каждую из шести чашек с надписью «соль».
- Положите 1 / 2 чайную ложку (2,5 мл) сахара в каждую из шести чашек с надписью «сахар».«
- Добавьте 8 унций (240 мл) воды в одну чашку, содержащую соль, и одну чашку, содержащую сахар. Немедленно запишите время, когда была добавлена вода, на диаграмме данных, аналогичной той, которая показана в следующем разделе« Отслеживание вашего эксперимента ».
- Наблюдайте за растворенными веществами (солью и сахаром), растворяющимися в растворителе (воде). Запишите на диаграмме данных время, когда вам кажется, что каждое растворенное вещество полностью растворилось. Это время, вероятно, не будет то же самое
- Рассчитайте время, в течение которого произошло растворение.Возьмите время, когда вода была добавлена в чашки и началось растворение, и вычтите время, когда растворение закончилось. Это дает вам общее количество минут, необходимое для полного растворения соли и сахара в жидкости.
- Повторите шаги с 4 по 6, используя разные жидкости вместо воды.
- Вымойте, ополосните и тщательно высушите каждую из 12 чашек.
- Повторите шаги 2–8 еще два раза, всего три попытки для каждой из шести жидкостей.
- Рассчитайте среднее время растворения соли и сахара в каждой из шести жидкостей.
Помните, что для определения среднего времени, которое потребовалось для растворения соли и сахара в каждой жидкости, вы складываете три раза, записанные для каждой из них, а затем делите их на три. Число, которое вы получите, когда разделите время, — это среднее время.
Отслеживание эксперимента
Используйте эту таблицу, чтобы записать время, необходимое для растворения сахара и соли.
Таблицы, подобные приведенной ниже, можно использовать для записи информации по каждому растворителю. Просто измените названия растворителей в заголовке.
Обязательно записывайте время по мере продвижения. Не полагайтесь на свою память, чтобы записать их позже. К тому времени, как вы закончите эксперимент, у вас будет много цифр.
Собираем все вместе
Что вы заметили о скорости растворения соли и сахара? Вы доказали, что ваша гипотеза верна? Или неверно? Можете ли вы обнаружить какой-либо узор при добавлении соли и сахара в различные жидкости? Было ли очевидно, что в некоторых жидкостях соль растворяется лучше и быстрее, чем сахар? Можете ли вы вспомнить причины, по которым это могло произойти?
Считаете ли вы, что химическая природа растворенного вещества и растворителя повлияла на скорость растворения? Используйте информацию, которую вы собрали при изучении своей темы, чтобы ответить на эти вопросы.
Чем больше вы знаете о своем проекте, тем лучше вы сможете правильно проанализировать свои данные и прийти к обоснованному выводу.
Дальнейшее исследование
Как упоминалось ранее, на растворимость твердых растворенных веществ влияют следующие факторы:
- Повышение или понижение температуры растворителя
- Увеличение площади поверхности растворенного вещества
- Перемешивание
Если вы хотите Сделав еще один-два шага в этом проекте, вы могли бы разработать эксперимент, который проверил бы одну или, возможно, все эти переменные.
Вы можете легко сравнить скорость растворения кубиков сахара в жидкости со скоростью растворения сахарного песка.
Или вы можете использовать то же растворенное вещество, скажем, сахар, и проверить, вызывает ли перемешивание раствор его более быстрое растворение. Нагревание и охлаждение растворителя при добавлении того же растворенного вещества также было бы возможностью для дальнейших экспериментов.
Если вам любопытно и вы готовы поэкспериментировать, вы, вероятно, сможете придумать множество вариантов этого проекта. А поскольку для эксперимента требуются только обычные и недорогие материалы, вы должны иметь возможность экспериментировать, сколько душе угодно.
50 проектов по химии, которые поразят детей!
Химические проекты кажутся волшебными , не так ли? Если вы думаете о некоторых из ваших любимых научных проектов, о тех, которые вы любите реализовывать со своими детьми, или о тех, которые поражали ВАС в детстве, скорее всего, большинство из них были связаны с химией.
Теперь я знаю, что многие из нас ассоциируют химию с лабораторными халатами, химическими стаканами и специальными ингредиентами, но на самом деле существует так много проектов по химии, которые вы можете выполнить, используя очень простые, легко доступные ингредиенты, которые часто можно найти в собственной кладовой.А поскольку в этих типах простых проектов по химии используются относительно безопасные ингредиенты, они идеально подходят для детей младшего возраста, т. Е. дети дошкольного и младшего возраста! На самом деле, я думаю, что для маленьких детей очень важно иметь положительные ассоциации с химией с раннего возраста, что способствует их любви к этой области науки.Когда большинство детей, наконец, знакомятся с химией в школе, именно на уровне старшей школы предмет быстро становится сложным; Мы надеемся, что предоставление детям возможности повеселиться в молодом возрасте, смешивая смеси и наблюдая за химическими реакциями, поможет нести их интерес в предстоящие более сложные учебные дни.
Этот пост представляет собой ГИГАНТНУЮ подборку проектов по химии, которые отлично подойдут для научной ярмарки, демонстраций в классе или для занятий домашними науками с вашими детьми.Прежде чем мы начнем, давайте немного поговорим о том, что такое химия, и для родителей я также включил раздел, посвященный тому, как выполнять проекты по химии дома. Если вы работаете в классе, вы можете пропустить этот раздел и сразу перейти к проектам здесь.
Что такое химия?Химия — это отрасль науки, изучающая материю (все, что имеет массу и занимает пространство) и ее свойства, а также то, как различные вещества (особенно молекулы и их атомы) взаимодействуют, объединяются и изменяются, образуя новые вещества.
Вот несколько важных определений, которые следует знать при работе над проектами в области химии:
- Элемент Вещество, которое нельзя разделить на какие-либо другие вещества. Известно 120 элементов.
- Атом Самая маленькая частица элемента
- Молекула Группы атомов, удерживаемые вместе химической связью.
- Ион Атом или молекула, имеющая электрический заряд
В то время как большинство людей думают о химии исключительно с точки зрения химических реакций, химия также охватывает изучение состояний материи, а также плотности веществ.
Пять разделов химии:
- Аналитическая химия
- Физическая химия
- Органическая химия
- Неорганическая химия
- Биохимия
Подробнее о том, что охватывает каждая ветвь, можно узнать здесь.
Как делать проекты по химии дома
Многие проекты по химии можно выполнить дома, используя простые материалы, и это отличный способ привить детям любовь к науке! Я искренне верю, что вау-фактор в проекте привлекает и вдохновляет детей учиться больше.Если вы хотите попробовать проекты по химии дома, вот несколько советов и мер предосторожности:
Безопасность прежде всегоНесмотря на то, что в большинстве проектов в этом списке используются безопасные, легкодоступные материалы, их следует использовать с мерами безопасности и только для взрослых. надзор. Почему? Иногда возникающая химическая реакция может вызвать раздражение кожи или глаз, может быть вредной при проглатывании или просто липкая или грязная, и взрослые должны быть под рукой, чтобы контролировать использование . Также обратите внимание, что в этом списке есть несколько проектов, в которых используются материалы, небезопасные для детей.Эти проекты предназначены только для демонстрации и имеют соответственно маркировку .
Расходные материалы- Используйте предметы домашнего обихода для химии Классический проект по химии, который никогда не перестает впечатлять, — это реакция пищевой соды (бикарбоната натрия) и уксуса (несколько вариантов этой классики можно найти в нашем Раздел Кислоты и Основания), но есть много других замечательных ингредиентов для химии, которые можно найти на вашей кухне, включая сахар, соль, дрожжи, лимоны, мыло для посуды, молоко, Kool-Aid, капусту, желатин и пищевые красители, чтобы назвать несколько … Прежде чем заказывать какие-либо материалы в Интернете, попробуйте несколько проектов с предметами первой необходимости.
- Стоит вложений Если у вас под рукой несколько молодых химиков, возможно, вы захотите вложить средства в несколько расходных материалов, чтобы сделать проекты в области химии безопасными и более «похожими на лабораторию». Вот несколько материалов, в которые стоит инвестировать:
- Безопасность Очки защитные
- Перчатки
- Пипетки
- Большие пластиковые стаканы
- Приготовьтесь к беспорядку Поскольку многие химические процессы включают в себя реакции и последующий беспорядок, обязательно выберите место в своем доме, которое вы можете легко очистить и где вы не беспокойтесь о том, чтобы испачкаться.Патио, зона для завтрака или гараж — отличный выбор.
- Просторное рабочее место Убедитесь, что у вас есть большой стол, чтобы у всех было достаточно места для работы и / или просмотра проектов, не натыкаясь друг на друга.
- Доступ к воде Очистка всегда проще с водой наготове! Выберите место возле шланга или мойки в магазине.
- Спустить из шланга В зависимости от проекта я предлагаю проводить на улице беспорядочные химические реакции.Таким образом, разливы можно будет легко слить из шланга.
- Брезент и подносы для художника Если вы не можете выйти на улицу, большой пластиковый брезент для художника — отличный способ удержать разливы и грязь. Я также очень рекомендую делать проекты на подносах или противнях для печенья. Приподнятые края помогают удерживать пузырящееся пиво, их легко вылить и помыть.
- Станция сброса Держите рядом ведро, которое будет служить станцией сброса жидких реакций. Носите его вокруг стола и сбрасывайте на каждой станции.
- Подумайте об утилизации Уксус убивает траву! Кусочки слизи забивают стоки! Обязательно продумайте, где можно безопасно слить жидкости.
Следующие проекты по химии для детей отсортированы по темам: химические реакции, кислоты и основания, реакции углерода, хроматография, коллоиды и растворы, полимеры и кристаллы.
Обратите внимание, что многие, если эти проекты могут соответствовать двум или более категориям в этом посте, поскольку они демонстрируют различные научные и химические процессы. Я классифицировал их только один раз в этом списке.
Химические проекты с химическими реакциями Что такое химическая реакция?
Химические реакции происходят, когда химические связи в веществе либо разрушаются, либо создаются.Другими словами, связи в молекуле разрываются во время химической реакции, и атомы перестраиваются, чтобы создать новые молекулы. Что интересно, количество исходных атомов не меняется в ходе реакции, они просто перенастраиваются.
Самый простой способ объяснить детям химические реакции — использовать эту аналогию: атомы подобны буквам, молекулы подобны словам. Химия похожа на разделение слов и перестановку букв в новое слово.
Подробнее о химических реакциях читайте здесь.
Проекты химических реакций: 1. Окраска молока 2. Цитрусовая батарея 3. Зубная паста слона4. Лавовые лампы плотности
Чтобы сделать лавовую лампу плотности, наполните пластиковую бутылку следующими жидкостями: прозрачный кукурузный сироп, вода с несколькими каплями пищевого красителя и слой растительного масла.Не забудьте оставить место наверху бутылки. Подождите, пока жидкость не осядет, затем добавьте таблетку алка-зельтера повышенной крепости. Наблюдайте, как щелочная кислота и вода вступают в реакцию и пузыриться через масляный слой. Чтобы увидеть это в пошаговом видео, посмотрите это видео (Pssst, это один из наших студентов !!!)
5. Пластиковый эксперимент с молоком, творогом и сывороткой 6. Смешивание цветовНалейте воду в три прозрачных пластиковых стакана, затем добавьте синий, красный и желтый пищевые красители в каждую.Также приготовьте дополнительную чашку с неокрашенной водой. Дайте вашему ребенку пустой лоток для кубиков льда и пипетки и позвольте ему создавать разные цвета, смешивая разные соотношения двух разных основных цветов в каждом отделении для кубиков льда. Вторичные цвета — это новые цвета, созданные из двух основных цветов. Это простая иллюстрация того, как работают химические реакции.
7. Часы химии 8. Надувать воздушные шары с дрожжами и сахаром 9.Блестящие пенни- Собирайте грязные потускневшие пенни.
- Налейте различные кислые жидкости в неглубокие емкости. Попробуйте уксус, сальсу, лимон и сок лайма.
- Добавьте по чайной ложке соли в каждую емкость и перемешайте.
- Положите горсть пенни в каждую емкость и замочите на 5 минут.
- Выньте их из раствора и промойте в мыльной воде. Дайте высохнуть на отдельных бумажных полотенцах.
- Сравните результаты! Какие из них самые блестящие? Какие унылые? Кто-нибудь стал зеленым?
Кислоты едкие и кислые на вкус.Такие жидкости, как уксус, лимонный сок и томатный сок, являются кислотами. Пенни сделаны из меди, которая со временем тускнеет (темнеет) под воздействием кислорода. Поместите медные монеты в кислоту, чтобы очистить их от оксида меди и снова сделать их блестящими.
Узнайте о кислотах и основаниях
Большинство жидкостей являются кислотами или основаниями. Жидкости с большим количеством ионов водорода считаются кислотами. Жидкости с большим количеством гидроксид-ионов являются основаниями.Ученые используют шкалу, называемую шкалой pH, чтобы измерить кислотность или щелочность жидкости. Чем больше ионов водорода в жидкости, тем она более кислая и занимает низкое место по шкале pH. Чем больше гидроксид-ионов в жидкости, тем она более щелочная и занимает высокое место по шкале pH. Вы можете увидеть, как это выглядит здесь.
При смешивании кислот и оснований происходят химические реакции, и раствор нейтрализуется.
Кислота и щелочи Проекты: 1. Пищевая сода и уксус Volcano 2.Лимонный вулкан3. Научный эксперимент с красочным капустным соком и Кислотный эксперимент с капустой 4. Танцующий рис 5. Зеленые яйца и ветчина Пузырьковый лимонно-кислотный отвар 7. Пищевая сода и разрыхлитель, научный эксперимент 8. Взрывающиеся пакеты 9.Rainbow Rubber Eggs 10. Surprise Eggs 11. Rainbow Wizard’s Brew
Химические проекты с огнем (реакции углерода) самый важный элемент для жизни . Химические вещества, содержащие углерод, называются органическими соединениями. Углерод имеет две основные формы: первая представляет собой твердую форму алмазов и графита, а вторая — нечистую форму, содержащуюся в древесном угле, угле и сажи.
SAFTEY ВНИМАНИЕ! Наблюдать за реакциями углерода всегда интересно, однако наличие огня означает, что эти эксперименты должны постоянно контролироваться взрослыми!
Проекты по реакции углерода: 1. Дымящие пальцы 2. Огненная змея 3. Серебряное яйцо 4. Невидимые чернила0005
Хроматография — это процесс разделения смесей. Обычно мы думаем об этом в терминах цвета, отсюда и приставка -хрома, однако в химии это означает просто метод разделения смесей, позволяя им медленно перемещаться друг мимо друга. Это относится как к жидкостям, так и к газам. Это прекрасное подробное объяснение хроматографии.
Хроматографические проекты: 1. ХроматографияВ этом проекте вы разделите черный цвет на другие цвета. Сложите кофейный фильтр пополам.Сложите пополам еще два раза, пока не получите треугольную форму. Покрасьте кончик кофейного фильтра моющимся черным маркером. Нанесите на фильтр хороший слой чернил. Налейте немного воды в пластиковый стаканчик. Поместите черный наконечник кофейного фильтра в чашку. Подождите и понаблюдайте. Вернитесь к фильтру через час или два и посмотрите, что произойдет с чернилами. Поскольку кофейный фильтр поглощает воду за счет капиллярного действия, черные чернила проходят через фильтр и разделяются водой на другие цвета.Вы должны увидеть синий, зеленый и даже красный цвет, поскольку вода разделяет чернила.
2.
Цветы для хроматографии3.
Искусство хроматографии 4. Пакеты для хроматографииКоллоиды и растворы / Растворимость
гомогенные смеси.
- Коллоиды — это смеси, в которых небольшие частицы вещества взвешены в другом веществе, но не связаны химически.Но они стабильны и не разделяются. Примерами коллоидов являются желатин, масло, майонез, туман и дым.
- Растворы — это смеси, в которых частицы одного вещества полностью растворены в другом веществе. Растворенное вещество — это растворяемое вещество, а растворитель — это вещество, осуществляющее растворение. Пример решения — соленая вода.
Если вам нужна более подробная информация о растворах и коллоидах, перейдите сюда.
Коллоидные проекты: 1. Примеры коллоидов 2. Oobleck 3. Приготовление масла 4. Разводка желатина Растворы: 5. Ледяные скульптуры 6. Мороженое в сумкеПечатная версия научных фактов, которые здесь играют
7. Skittles Science 8. Волшебные водяные цветы 9. Арт. Диффузии 10. Растворимость краски 11. Кровоточащие цветы
Полимеры
Полимер — это вещество, состоящее из длинной цепочки молекул. Полимеры обычно представляют собой гибкие материалы, такие как пластик или жевательная резинка.
Классический полимерный продукт, который дети любят делать, — это слизь! Клей уже является полимером, но в сочетании с тетраборатом натрия (бораксом) белковые молекулы клея и борат-ионы сшиваются, что затрудняет перемещение молекул и образование липкого, липкого вещества, которое мы знаем как слизь.
Другие полимеры, с которыми вы, вероятно, знакомы, — это пластиковые пакеты, воздушные шары, растворимый снег и даже порошкообразное вещество, содержащееся в подгузниках, которое расширяется при намокании.
Полимерные проекты: 1. Лучший базовый слайм Бонус: Получите науку за слизью, распечатайте здесь
4. Эксперимент с волшебным пластиковым пакетом
5. Террариумы быстрого приготовления6.Как сделать бумагу. Кристаллы — это материал, состоящий из повторяющихся молекул. В кристаллах есть четыре типа химических связей и, следовательно, четыре категории кристаллов. Это ковалентные, молекулярные, металлические и ионные кристаллы.Вы можете вырастить кристаллы, смешав перенасыщенный раствор (обычно с солью и водой) и дав ему со временем отстояться, чтобы кристаллы образовались. Ознакомьтесь с различными типами легко выращиваемых кристаллов ниже и перейдите сюда, чтобы узнать больше о науке о кристаллах. Кристаллы Проекты: 1. Классические кристаллы боракса 2. Ночной сад кристаллов
3. Яйцо Geodes
.Хрустальные ловушки ветра
5. Хрустальные пейзажи6. Candy Geodes 7. Кристаллы соли Заключение и многое другое как у вас есть хорошие идеи для проектов по изучению химии с детьми? Многие из них станут отличными проектами для научных выставок. Обязательно начните с них как с темы, затем начните задавать вопросы, формулировать гипотезы и проводить некоторые эксперименты.
Теперь я должен признать, что я действительно влюбился в проекты по химии, когда стал взрослым. Работая с детьми в лагере, после школы и со своими детьми дома, у меня была возможность попробовать веселые проекты по химии, и я обнаружил, что люблю наблюдать за химическими реакциями И реакциями на лицах детей и окружающих во время демонстрации или проекта!
Если у вас есть дети, которые влюблены в эту отрасль науки, пожалуйста, ознакомьтесь с невероятной серией книг Elements , Molecules и Reactions Теодора Грея (см. Серию в нашем списке научных идей Amazon здесь) Книги потрясающие, информативные, простые для понимания и, подождите… смешные!
Еще один ценный ресурс для детей, которые любят химию, — это ящик для подписки Mel Science’s Chemistry. Они отправят вам бесплатно стартовый набор со всеми необходимыми материалами, а затем каждый месяц вы получаете новый химический эксперимент, который доставляют к вам домой! Это отличный продукт, потому что трудно найти множество специальных химических ингредиентов, а эти наборы упрощают получение необходимых материалов! Проверьте это здесь:
Вы увлечены воспитанием творческих детей?
Присоединяйтесь к более чем 22 179 родителям и педагогам, которые хотят общаться с детьми и развивать их творческий процесс с помощью волшебных, простых проектов, которые вы можете выполнять ВМЕСТЕ.
Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать идеи проектов, а также предложения по некоторым нашим творческим продуктам.