ПРИГАДАЙТЕ
Які суміші ви пам’ятаєте? Чим вони різняться?
Суміші поділяють на однорідні (гомогенні) та неоднорідні (гетерогенні). Вони різняться тим, що в однорідних сумішах частинки речовин настільки малі, що їх неможливо розрізнити візуально, тоді як у неоднорідних сумішах частинки компонентів помітні неозброєним оком або за допомогою мікроскопа.
Як відрізнити однорідні суміші від неоднорідних?
Однорідні суміші відрізняються від неоднорідних за відсутністю меж поділу між компонентами та стабільністю властивостей у будь-якій частині об’єму. Неоднорідні суміші мають видимі частинки твердих речовин або краплі рідин, які з часом можуть осідати або спливати.
ПОМІРКУЙТЕ
Зважаючи на відмінності властивостей істинних розчинів від колоїдних і зависей, запропонуйте спосіб, яким можна відрізнити ці дисперсні системи.
Зависі можна відрізнити за їхньою каламутністю та нестійкістю, оскільки частинки в них помітні візуально і швидко осідають. Для розрізнення прозорих істинних та колоїдних розчинів слід використати ефект Тіндаля: під час проходження променя світла крізь колоїдний розчин спостерігається світний конус («світлова доріжка»), тоді як в істинному розчині світло не розсіюється і промінь залишається невидимим.
ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЄКТУЄМО
Використовуючи лазерну указку, дослідіть рідини, які трапляються вам у щоденному житті, та визначте: є вони істинними розчинами чи колоїдними.
Чиста вода, мінеральна газована вода та розчин цукру є істинними розчинами, оскільки промінь лазера проходить крізь них, не залишаючи видимого сліду. Слабкий розчин рідкого мила, розведений яєчний білок, чай та фруктові соки розсіюють світло лазера, утворюючи чіткий світловий промінь усередині рідини, що свідчить про їхню належність до колоїдних систем.
ПОМІРКУЙТЕ
Запропонуйте гіпотезу щодо фізичних явищ, які відбуваються під час розчинення речовин у воді.
Під час розчинення відбуваються такі фізичні явища: руйнування зв’язків між частинками розчинюваної речовини (молекулами або іонами) та дифузія цих частинок по всьому об’єму розчинника. Також до фізичних процесів належить взаємодія частинок речовини з молекулами води, що супроводжується тепловим ефектом — виділенням або поглинанням енергії.
ПОМІРКУЙТЕ
Сформулюйте гіпотезу, чи відбувається охолодження або розігрівання під час розчинення речовин. Як можна довести або спростувати вашу гіпотезу?
Під час розчинення речовин може відбуватися як виділення теплоти (розігрівання), так і її поглинання (охолодження). Довести або спростувати цю гіпотезу можна експериментальним шляхом за допомогою термометра, вимірявши температуру розчинника до початку процесу та температуру отриманого розчину після повного розчинення речовини.
РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ
28. Латиною gelare означає «мерзнути, застигати», а gelato — «морозиво». Припустіть, яке значення мають терміни «желе», «гель» і «желатин».
Термін «желе» позначає страву або масу драглистої консистенції, яка утворилася внаслідок застигання рідини з додаванням згущувачів. «Гель» — це колоїдна система, яка внаслідок структурування втратила текучість і стала пружною, подібною до твердого тіла. «Желатин» — це речовина тваринного походження, яка при розчиненні у воді та наступному охолодженні здатна перетворювати розчин на застиглу масу.
29. Грецькою aero означає «повітря», hydro — «вода», а латиною solvere — «розчиняти», suspensio — «підвішування». Що, на вашу думку, означають назви колоїдних систем «золі», «гідрозолі», «аерозолі» та «суспензії»?
Назва «золі» походить від латинського кореня і означає рідкі колоїдні розчини, у яких частинки розподілені в розчиннику. «Гідрозолі» — це колоїдні розчини, у яких дисперсійним середовищем (розчинником) є вода. «Аерозолі» — це дисперсні системи, у яких частинки твердої або рідкої речовини перебувають у повітрі у завислому стані. «Суспензії» — це неоднорідні суміші, де тверді частинки «підвішені» у рідкому середовищі та з часом осідають під дією сили тяжіння.
30. Порівняйте розчини з механічними сумішами, наприклад, солі й піску, склавши для них діаграму Венна.
graph TD
subgraph " "
A[ІСТИННІ РОЗЧИНИ] --- C(СПІЛЬНЕ)
B[МЕХАНІЧНІ СУМІШІ] --- C
end
A1[Однорідні] --> A
A2[Прозорі] --> A
A3[Не осідають] --> A
C1[Мають змінний склад] --> C
C2[Фізичні способи розділення] --> C
C3[Складаються з кількох речовин] --> C
B1[Неоднорідні] --> B
B2[Видно частинки компонентів] --> B
B3[Легко розділити фільтруванням] --> B
31. Чому під час розчинення речовин поглинається або виділяється теплота? Від чого це залежить?
Зміна температури під час розчинення зумовлена співвідношенням енергії, що витрачається на руйнування зв’язків між частинками речовини (енергія руйнування кристалічних ґраток), та енергії, що вивільняється при взаємодії цих частинок із молекулами розчинника (енергія гідратації). Тепловий ефект залежить від того, який із цих процесів переважає: якщо енергія гідратації більша за енергію руйнування ґраток, розчин нагрівається, а у протилежному випадку — охолоджується.
РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ
32. У додаткових джерелах дізнайтеся, чому в косметиці та фармації використовують як водні, так і неводні розчинники. Наведіть приклади косметичних засобів, у яких знання про розчинність має ключове значення (креми, емульсії, парфуми).
Водні та неводні розчинники використовують у косметиці та фармації через різну хімічну природу активних компонентів: гідрофільні речовини розчиняються у воді, а ліпофільні (жири, ефірні олії, вітаміни A та E) — в органічних розчинниках або оліях. У кремах знання про розчинність дозволяє поєднувати воду та жирову основу в однорідну емульсію за допомогою емульгаторів. У парфумах спирт виступає неводним розчинником, який повністю розчиняє концентровані запашні олії та забезпечує їх поступове випаровування. У фармації спиртові та олійні розчини застосовують для компонентів, що є нестійкими у водному середовищі або мають низьку розчинність у воді.
РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)
33. Зважаючи на механізм розчинення, поясніть, до яких процесів — фізичних, хімічних, фізико-хімічних — належить процес розчинення.
Процес розчинення належить до фізико-хімічних процесів. Фізична складова полягає у руйнуванні кристалічних ґраток речовини та дифузії її частинок серед молекул розчинника, а хімічна складова проявляється у взаємодії частинок розчиненої речовини з молекулами розчинника, що призводить до утворення гідратів або сольватів.
34. Як ви вважаєте, чи відрізняються механізми розчинення молекулярних і йонних речовин? Речовини з яким типом зв’язку краще розчиняються у воді? Відповідь обґрунтуйте.
Механізми розчинення відрізняються: під час розчинення йонних речовин відбувається електролітична дисоціація на окремі гідратовані йони під дією диполів води, тоді як молекулярні речовини розпадаються на окремі гідратовані молекули. Найкраще у воді розчиняються речовини з йонним та ковалентним полярним типом зв’язку. Це пояснюється спорідненістю полярних молекул води до заряджених йонів або полярних груп інших речовин за принципом «подібне розчиняється в подібному».
35. Зважаючи на особливості утворення й існування істинних розчинів, поясніть, чи можна суміш двох газів називати розчином.
Суміш двох газів можна називати істинним розчином, оскільки вона є гомогенною системою змінного складу, де частинки речовин рівномірно розподілені на молекулярному рівні. Газові суміші відповідають основним характеристикам істинних розчинів: вони однорідні, прозорі, не розшаровуються з часом і мають розмір частинок менше 1 нм.
36. Обговоріть процес розчинення вуглекислого газу під час виготовлення газованої води. Які ознаки фізичних і хімічних явищ можна спостерігати в цьому разі? Аргументуйте свою думку.
Під час виготовлення газованої води відбуваються як фізичні, так і хімічні явища. Ознакою фізичного явища є дифузія молекул вуглекислого газу в об’ємі води під тиском. Ознакою хімічного явища є взаємодія частини розчиненого вуглекислого газу з водою, внаслідок чого утворюється нова речовина — карбонатна кислота, що надає напою характерного кислуватого присмаку.
РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)
37. Висловіть гіпотезу, до якого типу дисперсних систем належать: збиті яєчні білки (меренга), майонез, кетчуп, сметана, вершки, вершкове масло, бульйон, хліб, томатний сік. У який спосіб можна довести або спростувати вашу гіпотезу?
Збиті яєчні білки та хліб належать до пін (газ у рідині або твердому тілі); майонез, сметана, вершки та вершкове масло є емульсіями (суміші нерозчинних рідин); кетчуп, томатний сік та бульйон належать до суспензій або колоїдних розчинів (золів). Довести або спростувати цю гіпотезу можна за допомогою ефекту Тіндаля (пропускання променя світла через систему), мікроскопічного дослідження структури частинок або спостереження за стійкістю системи до розшарування з часом.
38. Зважаючи на механізм розчинення, поясніть вплив на швидкість розчинення таких чинників: ступінь подрібнення розчинюваної речовини, перемішування під час розчинення та температура розчинника. На яку стадію процесу розчинення впливає кожний чинник?
Ступінь подрібнення збільшує площу поверхні контакту речовини з розчинником, що прискорює стадію руйнування структури речовини та стадію гідратації. Перемішування прискорює стадію дифузії, оскільки сприяє швидшому відведенню гідратованих частинок від поверхні розчинюваної речовини. Підвищення температури збільшує швидкість руху частинок, що прискорює стадії руйнування кристалічної ґратки та дифузії.
39. У якому разі відбувається швидше розчинення: під час використання кристалічного цукру чи цукрової пудри? Відповідь поясніть.
Розчинення відбувається швидше під час використання цукрової пудри. Це зумовлено тим, що цукрова пудра має значно більшу сумарну площу поверхні зіткнення з молекулами розчинника, що дозволяє більшій кількості молекул води одночасно взаємодіяти з частинками цукру та руйнувати їхні зв’язки.
40. Поясніть зображене на світлинах, зважаючи на ефект Тіндаля.
На світлинах зображено явище розсіювання світла частинками дисперсної фази, яке називають ефектом Тіндаля. Промені сонця або ліхтарів стають видимими у формі світлових конусів або смуг завдяки тому, що дрібні краплі води (у тумані та хмарах) або частинки пилу (у приміщенні) відбивають і розсіюють світло, яке проходить крізь ці системи.