ПОМІРКУЙТЕ
Висловіть гіпотезу: чи можна визначити полярність речовини за її формулою.
Полярність речовини можна передбачити за її молекулярною формулою, якщо врахувати наявність у ній полярних ковалентних зв’язків та просторову геометричну форму молекули.
Порівняйте будову молекул амоніаку й води.
Молекула води має кутову форму, тоді як молекула амоніаку має пірамідальну форму; обидві сполуки складаються з атомів з різною електронегативністю і є полярними, оскільки їхня будова несиметрична.
Порівняйте дві речовини зі схожими молекулярними формулами: карбон(IV) оксид і сульфур(IV) оксид.
Молекула карбон(IV) оксиду має лінійну будову, через що вектори полярності зв’язків компенсують один одного і молекула є неполярною, а молекула сульфур(IV) оксиду має кутову форму, що зумовлює її полярність.
ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЄКТУЄМО
Запропонуйте гіпотезу: які типи розчинників (полярні чи неполярні) ефективніше видалятимуть ці плями.
Згідно з принципом «подібне розчиняється в подібному», неполярні розчинники будуть ефективнішими для видалення жирових плям від соняшникової олії та майонезу, а полярні розчинники краще видалятимуть пляму від газованого напою з вишневим смаком.
Доберіть із-поміж згаданих у параграфі або відомих вам із власного досвіду речовин ті, які допоможуть позбутися забруднення.
Для видалення плям від соняшникової олії та майонезу можна використати тетрахлорометан, циклогексан або ацетон, а для усунення плями від вишневого напою слід застосувати воду або етиловий спирт.
ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЕКТУЄМО
Складіть план експерименту.
- Підготувати три зразки тканини з різними типами забруднень: плямою від соняшникової олії, плямою від газованого напою з вишневим смаком та плямою від майонезу.
- Обрати два типи розчинників для тестування: полярний (вода) та неполярний (бензин або спеціальний засіб на основі органічних розчинників).
- Нанести невелику кількість води на частину кожної плями та зафіксувати результат розчинення.
- Нанести неполярний розчинник на іншу частину кожної плями та зафіксувати результат.
- Порівняти ефективність видалення забруднень кожним розчинником та зробити висновки на основі принципу «подібне розчиняється в подібному».
Визначте критерії оцінювання ефективності використання запропонованих вами речовин.
Критеріями оцінювання ефективності є повнота видалення візуального сліду плями, швидкість розчинення забруднювача та збереження цілісності структури й кольору тканини після обробки.
РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ
13. Для позначення складу та будови речовини в хімії використовують різні формули (молекулярна, структурна тощо) і моделі (кульові, кулестрижневі тощо). Обґрунтуйте, які формули та моделі молекул речовин необхідно використовувати, щоб зробити висновок щодо їхньої полярності.
Для висновку про полярність речовини необхідно використовувати структурні формули та просторові (кулестрижневі або кулеві) моделі. Структурні формули дозволяють ідентифікувати наявність полярних ковалентних зв’язків між атомами з різною електронегативністю, а об’ємні моделі дають змогу визначити геометричну форму молекули. Це важливо, оскільки лише несиметрична форма молекули при наявності полярних зв’язків забезпечує загальну полярність речовини.
14. Які пари речовин розчинятимуться одна в одній: а) вода й оливкова олія; б) етиловий спирт і вода; в) вода та тетрахлорометан, г) тетрахлорометан і циклогексан?
Серед наведених пар речовин розчинятимуться одна в одній: б) етиловий спирт і вода (обидві речовини є полярними); г) тетрахлорометан і циклогексан (обидві речовини є неполярними).
15. У родині Андрія вирішили відчистити деякі речі від забруднення. Тому йому запропонували дібрати необхідні для цього засоби-розчинники. Які властивості розчинників має врахувати Андрій, щоб видалити забруднення й не пошкодити речі? Обґрунтуйте свою відповідь.
Андрій має врахувати полярність розчинника та його хімічну інертність щодо матеріалу виробу. Для видалення жирових забруднень (олія, майонез) слід використовувати неполярні розчинники, а для плям від соку чи солодких напоїв — полярні. Крім того, розчинник не повинен вступати в хімічну реакцію з волокнами тканини або барвниками, щоб запобігти руйнуванню структури речі або її знебарвленню.
16. Знайдіть приклади з мистецтва (живопис, література, кіно), де вода має символічне значення. Поясніть, які унікальні властивості води могли надихнути митців на створення таких образів.
У слов’янському фольклорі та казках часто зустрічається образ «живої води», яка здатна зцілювати та повертати до життя, що символізує біологічну роль води як основи всього живого. У мариністичному живописі Івана Айвазовського (наприклад, картина «Дев’ята вал») вода символізує некеровану, могутню стихію, що відображає її велику кінетичну енергію та здатність руйнувати. У філософських висловах Геракліта вода уособлює плинність часу та постійні зміни завдяки її властивості перебувати у постійному русі. Прозорість води часто використовується в мистецтві як символ чистоти, невинності та істини.
РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)
17. Як ви вважаєте, чому акварельні фарби розчиняються у воді, а олійні — у спеціальних розчинниках? Як ці знання застосовують художники/художниці для створення картин? Створіть ескіз, використовуючи матеріали з різною розчинністю у воді.
Акварельні фарби розчиняються у воді, оскільки вони містять полярні пігменти та сполучну речовину (наприклад, гуміарабік), що за хімічною природою є полярною. Олійні фарби містять неполярні олії, тому для їхнього розчинення потрібні неполярні розчинники, такі як уайт-спірит або скипидар. Художники використовують ці властивості для створення різних ефектів: акварель дозволяє досягти прозорості та легкого змішування кольорів безпосередньо на папері, а олійні фарби дають змогу працювати пошарово, створюючи об’єм та текстуру, оскільки шари не змішуються після висихання.
18. Із-поміж наведених моделей молекул речовин визначте ті, що відповідають полярним речовинам. Обґрунтуйте свій вибір.
Полярними речовинами є: А (метанол), Б (етилетаноат), В (метаналь), Е (диметилсульфоксид), И (дихлорометан), К (нітрометан), Л (етиленгліколь), М (гідроген ціанід), Н (гідроген фторид).
Вибір обґрунтований тим, що молекули цих речовин мають несиметричну форму, у них присутні ковалентні полярні зв’язки (наприклад, C—O, O—H, C—N, C—Cl, S—O, H—F), а вектори дипольних моментів цих зв’язків не компенсують один одного. Також у деяких молекулах (наприклад, у метанолу чи етиленгліколю) наявні неподілені електронні пари на атомах Оксигену, що підсилює полярність. Речовини Г (бензен), Д (сульфур(VI) фторид) та Ж (сульфур(VI) оксид) є неполярними через їхню високу симетрію, де дипольні моменти окремих зв’язків взаємно компенсуються.
19. β-каротин є речовиною, з якої в організмі людини утворюється вітамін А. Багато подібних каротиноїдів міститься в різних овочах і фруктах, приміром, у моркві. Проаналізуйте кулестрижневу модель молекули β-каротину. Як, на вашу думку, слід уживати моркву для кращого його засвоєння організмом: почистити й подрібнити, або заправити оцтом, або додати сметану, або змастити рослинною олією? Обґрунтуйте свою відповідь.
Моркву слід уживати, додавши до неї сметану або змастивши рослинною олією. Аналіз кулестрижневої моделі β-каротину показує, що молекула складається з довгих вуглеводневих ланцюгів і кілець, які містять лише атоми Карбону та Гідрогену, з’єднані неполярними ковалентними зв’язками. Така структура робить молекулу β-каротину неполярною (гідрофобною). Згідно з принципом «подібне розчиняється в подібному», β-каротин не розчиняється у воді чи оцті, але добре розчиняється у жирах (сметані чи олії), що є необхідною умовою для його всмоктування в кишківнику та подальшого засвоєння організмом.