9 клас НУШ. Істинні розчини, їхній склад і властивості

Що таке істинні розчини?

Істинний розчин — це однорідна (гомогенна) суміш змінного складу, утворена з двох і більше компонентів, один з яких називають розчинником, інший — розчиненою речовиною.

Ключові характеристики істинних розчинів:

1. Розмір частинок:

Розміри структурних частинок менші від 1 нм (1,0 × 10⁻⁹ м)

Через такі малі розміри частинки не можна розпізнати ні візуально, ні під мікроскопом

2. Структурні частинки розчиненої речовини:

Молекули — якщо речовина має молекулярну будову

Йони — якщо розчинена речовина має йонну будову

3. Розподіл частинок:

Рівномірний розподіл структурних частинок розчиненої речовини в середовищі розчинника

Повна однорідність суміші

Компоненти розчину

РОЗЧИННИК — компонент, який:

1. Має з розчином однаковий агрегатний стан

2. Якщо компоненти мають однаковий агрегатний стан → розчинник має найбільший уміст

3. Приклад: у морській воді розчинником є вода (її найбільше)

РОЗЧИНЕНА РЕЧОВИНА — компонент(и), що розчиняється в розчиннику:

1. В одному розчині може бути кілька розчинених речовин

2. Може мати як однаковий, так і різний агрегатний стан з розчинником

Типи розчинників

Неорганічні розчинники:

Вода (H₂O) — найпоширеніший неорганічний розчинник

Органічні розчинники:

Етанол (медичний спирт) — C₂H₅OH

Бензен — C₆H₆ - однорідна суміш рідких органічних речовин, утворених атомами Карбону й Гідрогену

Тетрахлорометан — CCl₄

Газ + Рідина:

Гідроген хлорид (HCl) — газ

У водному розчині (хлоридна кислота) — розчинена речовина

Розчинник — вода

Рідина + Рідина:

Сульфатна кислота (H₂SO₄) — рідка за звичайних умов

У водних розчинах вважається розчиненою речовиною, навіть коли її вміст понад 50%

3. Особливий випадок — ОЛЕУМ:

Складається із сульфур(VI) оксиду SO₃ та сульфатної кислоти H₂SO₄

Розчинена речовина: SO₃

Розчинник: H₂SO₄

Класифікація розчинів за агрегатним станом

Дослідницьке завдання. Чому у визначенні розчинника важливий принцип "компонент з найбільшим умістом"? Наведіть власний приклад ситуації, коли це правило є критичним для визначення розчинника.

ГУСТИНА (ρ) — основна фізична характеристика розчину

Густина — фізична величина, яку для розчину визначають як відношення маси розчину до його об'єму.

ρ = m/V - де:

1. ρ — густина розчину

2. m — маса розчину

3. V — об'єм розчину

Одиниці вимірювання:

• кг/л

• г/мл

Що таке антифриз? Спеціальний охолоджувальний розчин, який:

• Запобігає перегріву двигуна влітку

• Запобігає переохолодженню взимку

Склад -

Основа: органічна речовина етиленгліколь (C₂H₆O₂)

Розчинник: дистильована вода

Приклад: Суміш, що містить:

• 60% етиленгліколю

• 40% дистильованої води

• Температура замерзання: –45°C

Властивість розчинів: Температура замерзання розчину відрізняється від температури замерзання чистих компонентів!

Що таке колоїдні розчини?

Колоїдні розчини — це системи, які за візуального сприйняття теж однорідні, але мають особливі властивості.

Порівняння істинних і колоїдних розчинів

Колоїдні частинки

Скупчення молекул чи йонів розміром не більше ніж 100 нм.

Приклади колоїдних розчинів:

• Розчини желатину

• Крохмальний клейстер

• Білок курячого яйця

• Клей

• тощо

Явище: Якщо в темряві спрямувати промінь світла через колоїдний розчин, усередині виникає яскравий світний конус.

Причина: Розсіювання світла колоїдними частинками.

Відмінність від істинних розчинів: Такий ефект НЕ спостерігають в істинних розчинах!

Аналогія в природі:

У тумані: світло розсіюють мікрокраплинки води

У запиленому повітрі: світло розсіюють дрібні часточки пилу

Стійкість колоїдних розчинів

Властивості:

Колоїдні розчини досить стійкі

Зберігаються доволі довго

КОАГУЛЯЦІЯ — процес укрупнення (злипання) колоїдних частинок

Наслідок коагуляції: Утворення ГЕЛЮ — драглистого утворення

Властивості гелів

Характеристики:

• Сітчаста структура

• Зберігають форму

• Мають низьку текучість

Приклади гелів:

• Желе

• Мармелад

• Зубна паста

• Косметичні гелі

Вивчення колоїдних розчинів — одне із завдань колоїдної хімії.

Сучасна колоїдна хімія:

1. Фундаментальна хімічна наука

2. Застосування: промисловість, сільське господарство, фармацевтика, харчова промисловість

Антон Володимирович Думанський (1880–1967)

Засновник колоїдної хімії в Україні:

Академік Академії наук УРСР

Випускник Київського політехнічного інституту

Досягнення:

1904 р. — організував у Києві першу лабораторію колоїдної хімії

Засновник Інституту колоїдної хімії у м. Києві

1980 р. — інституту присвоєно ім'я А. В. Думанського

Праці А. В. Думанського та його учнів сприяли розробці нових технологій виробництва продукції у:

• Хлібопекарській промисловості

• Цукровій промисловості

• Інших галузях

Уважно прочитайте текст й дайте відповідь. Прикріпіть відповіді із зошиту до відповідного поля.

Властивості розчинів у побуті та промисловості

Розчини оточують нас повсюди. Морська вода — один із найскладніших природних розчинів, що містить безліч розчинених солей, газів та органічних речовин. У цьому випадку вода виступає розчинником, оскільки її уміст найбільший, а всі інші компоненти є розчиненими речовинами.

У промисловості широко використовують концентровану сульфатну кислоту. Цікаво, що навіть коли її вміст у водному розчині перевищує 50 %, за традицією розчинником вважають воду, а кислоту — розчиненою речовиною. Проте існує виняток — олеум, у якому ситуація протилежна: сульфатна кислота є розчинником для сульфур(VI) оксиду.

Антифриз — яскравий приклад того, як властивості розчину відрізняються від властивостей чистих компонентів. Чиста вода замерзає за температури 0°C, етиленгліколь — за –12,9°C. Але їхня суміш у співвідношенні 60:40 замерзає лише за –45°C! Це дозволяє використовувати антифриз за екстремальних температур.

1. Чому в морській воді розчинником вважають воду, а не розчинені солі? Поясніть, спираючись на правило визначення розчинника.

2. Розрахуйте масу етиленгліколю та води, необхідних для приготування 800 г антифризу з умістом етиленгліколю 60 %.

3. Порівняйте ситуацію з водним розчином сульфатної кислоти (де кислоти понад 50 %) та олеумом. Чому в одному випадку розчинником є вода, а в іншому — сульфатна кислота?

4. Температура замерзання суміші етиленгліколю з водою (–45°C) значно нижча за температури замерзання обох компонентів окремо (0°C та –12,9°C). Що це свідчить про властивості розчинів? Обґрунтуйте свою думку.

Дослідження властивостей різних систем

Учні 9 класу проводили лабораторне дослідження. Вони приготували три системи:

Система А: Розчинили цукор у воді. Отримали прозору безбарвну рідину. При спрямуванні лазерного променю через розчин світловий промінь не був помітний усередині рідини.

Система Б: Змішали желатин з теплою водою. Отримали прозору безбарвну рідину. При спрямуванні лазерного променю через розчин усередині з'явився яскравий світловий конус.

Система В: Через деякий час після охолодження система Б перетворилася на драглисту масу, що зберігала форму та мала низьку текучість.

Учні вимірювали масу та об'єм системи А: маса склала 315 г, об'єм — 300 мл.

1. Визначте, яка з систем (А чи Б) є істинним розчином, а яка — колоїдним. Наведіть ДВА докази на підтвердження вашого висновку для кожної системи.

2. Розрахуйте густину системи А. Поясніть, чому густину розчину доцільно визначати експериментально, а не теоретично.

3. Що станеться з системою В, якщо її нагріти? Поясніть ваше передбачення, спираючись на знання про структуру гелів.

4. Учень стверджує: "Якщо система прозора, то це завжди істинний розчин". Чи правильне це твердження? Наведіть аргументи та приклад з експерименту.

Виконайте одне будь-яке завдання - й прикріпіть його до відповідного поля.

1. Бабуся готує холодець. Спочатку вона довго варить м'ясо з кістками, отримуючи прозорий бульйон. Після охолодження бульйон перетворюється на драглисту масу. Поясніть це явище з точки зору хімії розчинів. До якого типу систем належить гарячий бульйон та холодець?

2. Запропонуйте три різні способи, як можна експериментально відрізнити істинний розчин від колоїдного, не використовуючи спеціального обладнання. Для кожного способу опишіть очікувані результати.

3. Автомобіліст купив 5 л антифризу густиною 1,08 г/мл з умістом етиленгліколю 60 %. Розрахуйте масу етиленгліколю в цьому об'ємі антифризу.

4. Створіть інфографіку або схему, яка демонструє відмінності між істинними розчинами, колоїдними розчинами та гелями.

5. Дослідити, які ще охолоджувальні рідини, крім антифризу на основі етиленгліколю, використовуються в автомобілях. Порівняти їхні властивості та безпечність.

Ключові терміни: Істинний розчин, колоїдний розчин, розчинник, розчинена речовина, густина, коагуляція, гель, ефект Тіндаля, колоїдні частинки.

Успіхів у вивченні хімії!