ПОМІРКУЙТЕ
Як ви вважаєте, що відбувається з дощовою / річковою водою, коли вона просочується крізь ґрунт або товщу мінеральних порід?
Під час просочування крізь ґрунт або мінеральні породи вода розчиняє вуглекислий газ із повітря і ґрунту й утворює розбавлену карбонатну кислоту:
Отримана кислота реагує з нерозчинним вапняком, перетворюючи його на розчинний кальцій гідрогенкарбонат:
Вода насичується розчинними солями Кальцію, Магнію та іншими мінералами й стає жорсткою. Коли такий розчин потрапляє в порожнини печер і вода випаровується, відбувається зворотний процес розкладу солі з осадженням твердого кальцій карбонату, завдяки чому виростають сталактити і сталагміти:
Вода — одна з найважливіших речовин на Землі. Утім не вся природна вода придатна для пиття чи використання в побуті. Як ви вважаєте чому?
Природна вода не є хімічно чистою речовиною. У ній містяться розчинені солі, гази, рештки органіки та патогенні мікроорганізми. Діяльність людини додає у воду небезпечні нітрати, пестициди й важкі метали. Крім того, надлишок йонів Кальцію і Магнію робить воду занадто жорсткою, що спричиняє утворення накипу на нагрівальних приладах і може зашкодити здоров’ю.
РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ
171. У додаткових джерелах знайдіть інформацію про значення різних йонів для біологічних процесів (наприклад, Кальцію, Калію, хлорид-іонів тощо). Результат пошуку оформте у вигляді порівняльної таблиці, у якій зазначте основні функції йонів в організмі людини та джерело надходження їх до організму.
| Йон | Основні біологічні функції в організмі | Джерела надходження до організму |
|---|---|---|
| (Кальцій) | Формує кісткову тканину та зуби, регулює зсідання крові та скорочення м’язів | Молоко, сир, кунжут, риба, бобові, зелень |
| (Калій) | Підтримує водно-сольовий баланс, роботу міокарда серця та передачу нервових імпульсів | Банани, печена картопля, курага, горіхи |
| (Натрій) | Регулює осмотичний тиск крові й тканин, підтримує кров’яний тиск і роботу мембранних насосів | Кухонна сіль (), твердий сир, готові харчові продукти |
| (Хлорид) | Входить до складу хлоридної кислоти шлункового соку для травлення та знезараження їжі | Кухонна сіль (), морепродукти |
| (Фторид) | Бере участь у мінералізації кісток і формуванні міцної зубної емалі, запобігає карієсу | Питна вода, морепродукти, морська риба, чай |
| (Ортофосфат) | Входить до складу мінералу кісток (гідроксиапатиту), молекул АТФ, ДНК і РНК | М’ясо, яйця, сир, горіхи, крупи |
172. Дізнайтеся, як у фонтанах історичних міст (Рим, Париж, Львів тощо) у давнину використовували знання про очищення та циркуляцію води. Поясніть, як реакції йонного обміну застосовують для збереження пам’яток архітектури, пов’язаних із водою.
У давнину воду до міських фонтанів підводили через акведуки від чистих гірських джерел. Її відстоювали в спеціальних кам’яних басейнах та фільтрували крізь товсті шари піску, гравію і деревного вугілля, а циркуляція працювала за рахунок природного перепаду висот і тиску.
Для захисту історичних фонтанів і мармурових скульптур сьогодні застосовують пом’якшення води за допомогою іонітів. Жорстка вода спричиняє утворення вапняного нальоту із солей Кальцію, а кислі дощі руйнують мармур за реакцією йонного обміну:
Використання іонообмінних фільтрів дозволяє замінити йони на нешкідливі йони і стабілізувати кислотність середовища, запобігаючи руйнуванню кам’яних пам’яток.
РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)
173. Чому вода з криниці може бути непридатною для пиття, навіть якщо вона на вигляд прозора й без запаху?
Прозорість і відсутність запаху не означають хімічної та бактеріальної чистоти. У такій воді можуть бути розчинені безбарвні токсичні нітрати з добрив, йони важких металів (), пестициди або хвороботворні мікроорганізми, які неможливо помітити неозброєним оком.
174. Які зміни в живій природі можуть відбутися, якщо у водоймі значно підвищиться концентрація ортофосфатів чи нітратів?
Підвищення концентрації йонів та спричиняє бурхливе розмноження мікроскопічних водоростей і ціанобактерій («цвітіння води»). Коли ця біомаса відмирає, бактерії гниття поглинають майже весь розчинений у воді кисень, що призводить до замору риби, загибелі водної фауни та перетворення водойми на мертве болото.
175. Чому йони Кальцію, необхідні для кісток, уважають небажаними в питній воді у великій кількості?
Надлишок йонів Кальцію зумовлює високу твердість води. Регулярне вживання надто жорсткої води перевантажує нирки та сприяє утворенню сечових і ниркових каменів. Під час кип’ятіння ці йони випадають у нерозчинний накип, погіршуючи смак напоїв та виводячи з ладу побутову техніку.
176. Чому не можна без призначення лікаря/лікарки вживати харчову соду як засіб від печії, хоча вона справді знижує кислотність?
Реакція соди з хлоридною кислотою шлунка супроводжується бурхливим виділенням газу:
Вуглекислий газ різко розтягує стінки шлунка та подразнює залози, що викликає «кислотний рикошет» — компенсаторне виділення ще більшої порції кислоти. Це може призвести до подразнення, запалення або загострення виразки.
177. Під час значного фізичного навантаження, деяких захворювань або за умов спекотної погоди може статися зневоднення організму, яке порушує баланс електролітів. Висловіть гіпотезу: з яких причин відбувається зневоднення та як воно пов’язане з порушенням балансу електролітів. У який спосіб можна відновити цей баланс?
Зневоднення виникає через надмірну втрату рідини з потом або під час розладів травлення. Разом із водою тіло втрачає життєво необхідні розчинені солі та йони (). Дефіцит цих електролітів порушує електричні імпульси в нервових тканинах і серцевому м’язі, викликає судоми та різке падіння тиску.
Відновити цей баланс можна спеціальними регідратаційними сольовими розчинами або мінеральною водою збалансованого складу. Звичайна дистильована чи знесолена вода не допоможе, оскільки вона лише розбавляє залишки солей в організмі.
178. Чому накип найчастіше утворюється саме на нагрівних елементах?
Розчинений у воді кальцій гідрогенкарбонат є термічно нестійким. Безпосередньо біля металевої поверхні нагрівального елемента температура найвища, тому реакція термічного розкладу відбувається насамперед на ній:
Утворений кальцій карбонат кристалізується прямо на гарячому металі, формуючи твердий шар накипу.
179. Оцініть, як надлишок йонів Кальцію та Магнію у воді (жорстка вода) впливає на витрати домогосподарства щодо ремонту техніки, мийні засоби, енергію.
Використання жорсткої води значно збільшує побутові витрати родини:
- Витрати на електроенергію зростають на 15–30%, оскільки вапняний накип на нагрівачах бойлерів, чайників і пральних машин має низьку теплопровідність і заважає швидкому нагріванню води.
- Витрати на ремонт і заміну обладнання збільшуються через регулярне перегорання нагрівальних елементів і заростання труб накипом.
- Витрати на пральні порошки й мило зростають майже вдвічі, оскільки йони та утворюють із милом нерозчинні липкі сполуки, перешкоджаючи утворенню піни.
РЕФЛЕКСУЄМО ЩОДО ТЕМИ
Самооцінювання за темою «Досліджуємо хімічні реакції в розчинах»
• Поверніться на початок розділу (с. 68) і прочитайте перелік того, про що ви мали дізнатися.
Під час опрацювання теми ми з’ясували суть електролітичної дисоціації кислот, солей і лугів, навчилися складати повні та скорочені йонно-молекулярні рівняння й прогнозувати незворотність реакцій обміну за таблицею розчинності (утворення осаду, газу або води). Також ми вивчили практичне значення йонного обміну в живих організмах, довкіллі та на водоочисних спорудах.
• Визначте, чого ви навчилися, а про що треба пошукати інформацію.
Я навчився пояснювати процеси карстоутворення, причини жорсткості води, механізм утворення накипу та принцип дії катіонітів під час водопідготовки. Додатково варто знайти інформацію про роботу систем зворотного осмосу та методи промислової регенерації фільтрів.
• Поділіться своїми думками та враженнями від вивченого з однокласниками й однокласницями.
Матеріал про реакції йонного обміну показав, що шкільна хімія безпосередньо пояснює явища повсякденного життя. Ми переконалися, як склад води впливає на техніку та здоров’я, чому не можна лікувати печію харчовою содою та наскільки важлива правильна водопідготовка для нашого міста.