Rozwiązania odgrywają kluczową rolę w przyrodzie, nauce i technologii. Woda jest podstawą życia i zawsze zawiera rozpuszczone substancje. Słodka woda z rzek i jezior zawiera niewiele rozpuszczonych substancji, natomiast woda morska zawiera około 3,5% rozpuszczonych soli.
Uważa się, że pierwotny ocean (w momencie powstania życia na Ziemi) zawierał tylko 1% rozpuszczonych soli.
„To właśnie w tym środowisku po raz pierwszy rozwinęły się organizmy żywe, z tego roztworu czerpały jony i cząsteczki niezbędne do ich dalszego wzrostu i rozwoju... Z biegiem czasu organizmy żywe rozwinęły się i przekształciły, dzięki czemu mogły opuścić środowisko wodne i przenieść się na ląd, a następnie wznieść się w powietrze. Zdolności te uzyskali poprzez przechowywanie w organizmie wodnego roztworu w postaci płynów zawierających niezbędny zapas jonów i cząsteczek” – tymi słowami opisuje rolę roztworów słynny amerykański chemik i laureat Nagrody Nobla Linus Pauling w naturze. Wewnątrz każdego z nas, w każdej komórce naszego ciała, znajdują się wspomnienia pierwotnego oceanu, miejsca, w którym powstało życie - wodnego roztworu, który zapewnia samo życie.
W każdym żywym organizmie niezwykłe rozwiązanie stale przepływa przez naczynia - tętnice, żyły i naczynia włosowate, które stanowią podstawę krwi, udział masowy soli w nim jest taki sam jak w pierwotnym oceanie - 0,9%. Złożone procesy fizyczne i chemiczne zachodzące w organizmie człowieka i zwierzęcia oddziałują także w roztworach. Proces trawienia pokarmu wiąże się z przeniesieniem do roztworu substancji o wysokiej wartości odżywczej. Naturalne roztwory wodne są bezpośrednio związane z procesami tworzenia gleby i dostarczaniem roślinom składników odżywczych. Takie procesy technologiczne w przemyśle chemicznym i wielu innych, np. przy produkcji nawozów, metali, kwasów, papieru, zachodzą w roztworach. Współczesna nauka bada właściwości roztworów. Dowiedzmy się, jakie jest rozwiązanie?
Rozwiązania różnią się od innych mieszanin tym, że cząstki części składowych są w nich równomiernie rozmieszczone, a w dowolnej mikroobjętości takiej mieszaniny skład będzie taki sam.
Dlatego roztwory rozumiano jako jednorodne mieszaniny składające się z dwóch lub więcej jednorodnych części. Pomysł ten wywodzi się z fizycznej teorii rozwiązań.
Zwolennicy fizycznej teorii roztworów, którą badali Van't Hoff, Arrhenius i Ostwald, uważali, że proces rozpuszczania jest wynikiem dyfuzji.
D.I. Mendelejew i zwolennicy teorii chemicznej wierzyli, że rozpuszczanie jest wynikiem chemicznego oddziaływania substancji rozpuszczonej z cząsteczkami wody. Zatem dokładniejsze będzie zdefiniowanie roztworu jako jednorodnego układu składającego się z cząstek substancji rozpuszczonej, rozpuszczalnika i produktów ich interakcji.
W wyniku chemicznego oddziaływania rozpuszczonej substancji z wodą powstają związki - hydraty. Oddziałaniom chemicznym towarzyszą zwykle zjawiska termiczne. Na przykład rozpuszczenie kwasu siarkowego w wodzie uwalnia tak kolosalną ilość ciepła, że roztwór może się zagotować, dlatego kwas wlewa się do wody, a nie odwrotnie. Rozpuszczaniu substancji takich jak chlorek sodu i azotan amonu towarzyszy absorpcja ciepła.
M.V. Łomonosow udowodnił, że roztwory zamieniają się w lód w niższej temperaturze niż rozpuszczalnik.
stronie internetowej, przy kopiowaniu materiału w całości lub w części wymagany jest link do źródła.
Miejska placówka oświatowa Szkoła średnia Maninskaya
Otwarta lekcja geografii
klasa V
Nauczyciel:
2008.
Temat lekcji: „Woda jest rozpuszczalnikiem. Działanie wody w przyrodzie.”
Cele Lekcji:
Zapoznanie uczniów ze znaczeniem wody na Ziemi.
Podaj pojęcie roztworów i zawiesin substancji rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych w wodzie
Pokaż działanie wody w przyrodzie (twórcze i destrukcyjne)
Kultywowanie troskliwego stosunku do wody i zamiłowania do piękna.
Sprzęt: mapa półkul, globus, wypowiedzi o wodzie, tablice „Self Surf”, „Jaskinia”, „Ocean”, „Mieszkańcy mórz i oceanów”, „Wietrzenie”, probówki z wodą, solą, piaskiem, filtrem, magnetofonem , telewizor, rzutnik multimedialny.
Podczas zajęć.
I.Organizowanie czasu.
II.Nauka nowego materiału.
Lekcję rozpoczynamy od obejrzenia fragmentu filmu o wodzie.
Na tle delikatnej muzyki odzwierciedlającej dźwięki wody.
Nauczyciel:
Ogromna przestrzeń oceanu
I cicha zaścianka stawu,
A to wszystko tylko woda
Temat naszej lekcji brzmi: „Woda jest rozpuszczalnikiem. Działanie wody w przyrodzie.”
Akademik jasno i trafnie wypowiadał się na temat roli wody w przyrodzie. „Czy woda to tylko płyn, który wlewa się do szklanki?
Oceanem pokrywającym niemal całą planetę, całą naszą cudowną Ziemię, na której miliony lat temu powstało życie, jest woda.”
Chmury, chmury, mgła, które przenoszą wilgoć do wszystkich żywych istot na powierzchni ziemi, to także woda.
Wygląda, jakby miały na sobie koronkę
Drzewa, krzewy, przewody,
I wydaje się, że to bajka
Ale w istocie jest to tylko woda.
Różnorodność życia jest nieograniczona. Jest wszędzie na naszej planecie. Ale życie istnieje tylko tam, gdzie jest woda. Bez wody nie ma żywej istoty. Tak, dzisiaj na naszej lekcji porozmawiamy o wodzie, o królowej - Voditsie. Zróbmy małą rozgrzewkę.
Odgadnij zagadki.
1. Chodzi pod ziemię
Patrzy w niebo. ( wiosna)
2. Co jest widoczne, gdy nic nie jest widoczne. ( mgła)
3. Wieczorem leci na ziemię,
Noc pozostaje na ziemi,
Rano znowu odlatuje. ( rosa)
4. Lecą bez skrzydeł,
Biegają bez nóg
Płyną bez żagla. ( chmury)
5. To nie jest koń, to biegnie,
To nie jest las, ale jest głośno. ( rzeka, strumień).
6. Przyszedł i zapukał w dach,
Wyszedł – nikt nie słyszał. ( deszcz)
Spójrzmy na globus. Nasza planeta nazywana jest Ziemią z powodu oczywistego nieporozumienia: ląd stanowi ¼ jej terytorium, a resztę stanowi woda. Słusznie byłoby nazwać ją planetą Woda! Na ziemi jest dużo wody, ale w przyrodzie nie ma absolutnie czystej wody, zawsze zawiera pewne zanieczyszczenia, z których niektóre są pożądane, ponieważ są potrzebne ludzkiemu organizmowi. Inne mogą być niebezpieczne dla zdrowia i powodować, że woda nie będzie się nadawała do użytku.
1. Woda jest rozpuszczalnikiem.
Nie ma substancji, które choć w niewielkim stopniu nie rozpuszczają się w wodzie. Nawet złoto, srebro, żelazo i szkło rozpuszczają się w wodzie w niewielkim stopniu. Naukowcy obliczyli, że np. wypijając szklankę gorącej herbaty, wchłaniamy wraz z nią około 0,0001 g rozpuszczonego szkła. Ze względu na zdolność wody do rozpuszczania innych substancji, nigdy nie można jej nazwać absolutnie czystą.
Demonstracja doświadczenia: woda jako rozpuszczalnik.
Do szklanki wody wsypać sól i wymieszać łyżką. Co dzieje się z kryształkami soli? Stają się coraz mniejsze i wkrótce znikają całkowicie. Ale czy sól zniknęła?
NIE. Rozpuściła się w wodzie. Otrzymaliśmy roztwór soli.
Przepuśćmy roztwór soli przez filtr. Na filtrze nic się nie osadziło. Roztwór soli przeszedł swobodnie przez filtr. Jak nazywa się rozwiązanie?
Rozwiązanie - ciecz zawierająca równomiernie rozmieszczone w niej obce substancje .
Demonstracja doświadczenia: doświadczenie z gliną.
Zróbmy ten sam eksperyment z gliną. Cząsteczki gliny unoszą się w wodzie. Przepuśćmy wodę przez filtr. Woda przez niego przepłynęła, ale cząstki gliny pozostały na filtrze.
Z tego doświadczenia możemy wywnioskować, że glina nie rozpuszcza się w wodzie.
Czym różnią się wyniki obu eksperymentów? ( woda z rozpuszczoną solą jest przezroczysta, ale woda z glinką nie)
Rzeczywiście, naturalna woda może zawierać różne cząsteczki, które się w niej nie rozpuszczają. Takie cząstki powodują zmętnienie. W tym przypadku o tym mówią zawieszenie. Po pewnym czasie odstania mętny płyn staje się przezroczysty. Nierozpuszczalne cząstki substancji opadają na dno. A w roztworach, niezależnie od tego, jak długo stoją, substancje nie osiadają na dnie.
Ludzie już dawno zauważyli, że woda nalana do srebrnych naczyń nie psuje się długo. Faktem jest, że zawiera rozpuszczone srebro, które ma szkodliwy wpływ na bakterie znajdujące się w wodzie. „Srebrną” wodę wykorzystują astronauci podczas lotów.
Jak przygotować srebrną wodę w domu?
W wodzie rozpuszczają się nie tylko substancje stałe i ciekłe, ale także gazy: tlen, azot, dwutlenek węgla.
Ryby, rośliny i zwierzęta oddychają tlenem rozpuszczonym w wodzie.
Produkcja wody gazowanej opiera się na rozpuszczeniu dwutlenku węgla w wodzie.
Lekcja wychowania fizycznego „Woda nie jest wodą”
Gra uważności. Nazywam słowa. Jeśli wymienione słowo oznacza coś, co zawiera wodę (chmurę), dzieci powinny wstać. Jeśli jakiś przedmiot lub zjawisko jest pośrednio związane z wodą (statekiem), dzieci podnoszą rękę. Jeśli zostanie nazwany przedmiot lub zjawisko, które nie ma związku z wodą (wiatrem), dzieci klaszczą w dłonie.
Kałuża, łódź, deszcz, piasek, wodospad, kamień, nurek, śnieg, drzewo, plaża, foka, samochód, chmura.
2. Działanie wody w przyrodzie.
Wiele zjawisk na powierzchni Ziemi zachodzi przy udziale wody.
W ten sposób strumienie stopionej wody, gdy się zjednoczą, stają się potężnymi strumieniami i mogą spowodować wielkie zniszczenia. Tak powstają wąwozy ( pokaz „płaskorzeźby”, „tworzenia wąwozu”).
Woda zmywa wierzchnią warstwę żyznej gleby.
Pod wpływem wody skały ulegają powolnemu niszczeniu ( historia na stole „Wietrzenie”). Jest takie popularne przysłowie: „Woda niszczy kamienie”.
Wnikając w ziemię, woda powoduje erozję i rozpuszcza różne skały. W ten sposób powstają pod ziemią puste przestrzenie – jaskinie ( tabela „Jaskinie”).
Powszechnie znane są straszne klęski żywiołowe – powodzie i tsunami.
Podczas powodzi i tsunami woda burzy mosty, niszczy brzegi i budynki, niszczy uprawy i odbiera życie ludzkie.
Post studencki „Powodzie”.
Powódź to zalanie obszarów, obszarów zaludnionych, obiektów przemysłowych i rolniczych, powodujące szkody. Powodzie prowadzą do zniszczenia obiektów gospodarczych, zniszczenia upraw, lasów i przymusowej ewakuacji ludności ze strefy zalewowej. Nazywa się powodzie, które prowadzą nie tylko do zniszczeń, ale także do ofiar w ludziach katastrofalny.
Mogą być spowodowane ulewnymi ulewami lub szybkim topnieniem śniegu po śnieżnej zimie.
Wiadomość studencka „Tsunami”
Tsunami to rzadkie, ale bardzo niebezpieczne zjawisko naturalne. Słowo „tsunami” przetłumaczone z języka japońskiego oznacza „dużą falę zalewającą zatokę”. Fale te mogą być niewielkie i nawet niezauważalne, ale mogą być również katastrofalne. Niszczycielskie tsunami powstają głównie w wyniku silnych podwodnych trzęsień ziemi na dużych głębokościach mórz i oceanów, a także podwodnych erupcji wulkanów. Jednocześnie w krótkich odstępach czasu wprawiane są w ruch miliardy ton wody. Powstają niskie fale, biegnące po powierzchni oceanu z prędkością odrzutowca - 700-800 kilometrów na godzinę.
Na otwartym oceanie nawet najbardziej niebezpieczne tsunami nie są wcale niebezpieczne. Tragedie mają miejsce, gdy fale tsunami zbliżają się do płytkiego obszaru przybrzeżnego. Na brzegu fale sięgają 10-15 metrów i więcej.
Konsekwencje tsunami mogą być katastrofalne: powodują ogromne zniszczenia i pochłaniają życie setek tysięcy ludzi.
Najwięcej tsunami powstaje na wybrzeżu Pacyfiku (mniej więcej raz w roku).
Nauczyciel: jaką pracę wykonała woda we wszystkich tych przykładach?
(destrukcyjny)
Ale woda ma więcej niż tylko niszczycielską pracę. Podczas wiosennej powodzi woda rzeczna odkłada na poszczególnych obszarach żyzny muł. Roślinność rozwija się na nich bardzo dobrze.
Żaden proces w organizmach żywych nie zachodzi bez udziału wody. Rośliny potrzebują go do wchłaniania substancji z gleby, przemieszczania ich wzdłuż łodygi, liści, w postaci roztworów oraz do kiełkowania nasion.
Wszystko, co żyje i nieożywione: jakakolwiek gleba, skały, wszystkie przedmioty, ciała, organizmy - składa się z wody.
Na przykład w organizmie człowieka woda stanowi 60–80% całkowitej masy.
Woda odgrywa ważną rolę w życiu społeczeństwa ludzkiego. Człowiek zamienił zbiorniki wodne w szlaki transportowe, a przepływy rzek w źródło taniej energii elektrycznej.
Woda jest siedliskiem wielu organizmów żywych, których nie można spotkać na lądzie (np fragment wideo filmu „Mieszkańcy mórz i oceanów”)
Zasoby wodne są bogactwem narodowym naszego kraju, które wymaga starannego traktowania: ścisłej księgowości, ochrony przed zanieczyszczeniami i ekonomicznego użytkowania.
Nauczyciel: A Czy zawsze oszczędnie zużywamy wodę?
Człowieku pamiętaj na zawsze:
Symbolem życia na ziemi jest woda!
Zachowaj to i uważaj -
Nie jesteśmy sami na planecie!
III. Konsolidacja
1. Pytania:
a) Jakie są nazwy wszystkich mórz i oceanów razem wziętych ( Świat Oceanu)
b) Nie morze, nie ląd – statki nie pływają i nie można chodzić ( bagno)
b) Picie wody dookoła to katastrofa ( morze)
d) Zgadnij o jakiej substancji mówimy: Substancja ta występuje bardzo powszechnie w przyrodzie, ale praktycznie nigdy nie występuje w czystej postaci. Bez tej substancji życie jest niemożliwe. Wśród starożytnych ludów uznawany był za symbol nieśmiertelności i płodności. Ogólnie rzecz biorąc, jest to najbardziej niezwykły płyn na świecie. Co to jest? ( woda).
2. Gra „Przekreśl dodatek” (karty z zadaniem znajdują się na biurkach uczniów)
Zadanie: Przekreśl dodatkowe słowo i wyjaśnij dlaczego?
a) Śnieg, lód, para wodna, grad.
b) Deszcz, płatek śniegu, morze, rzeka.
c) Grad, para wodna, śnieg, deszcz.
3. A teraz kolejne zadanie. Uzupełnij puste miejsca w tekście:
Woda... rozpuszczalnik. Rozpuszczają się w nim ciała stałe.
Na przykład...: substancje płynne, na przykład... substancje gazowe,
Na przykład…
Pod tym względem wody nie można znaleźć w przyrodzie.
4. Gra „Dodatkowa własność”
Zadanie: Skreśl właściwość, która nie dotyczy wody.
Nieruchomość:
a) Ma kolor, nie ma koloru.
b) Ma smak, nie ma smaku.
c) Ma zapach, nie ma zapachu.
d) Nieprzezroczysty, przezroczysty.
e) Ma płynność, nie ma płynności.
f) Szybko się nagrzewa i szybko ochładza, nagrzewa się powoli i powoli się ochładza.
g) Rozpuszcza piasek i kredę, rozpuszcza sól i cukier.
h) Ma formę, nie ma formy.
Na tle muzyki
Nauczyciel:
Woda to wspaniały dar natury,
Żywy, płynny i wolny,
Maluje obrazy naszego życia.
W trzech ważnych odsłonach.
Teraz płynie jak strumień, teraz wije się jak rzeka,
Wylewa się ze szklanki na ziemię.
Zamarza w cienki lód,
Pięknie nazwany płatek śniegu.
Następnie para staje się lekka:
Była - i nagle jej nie było.
Świetny pracownik Voditsa,
No jak tu jej nie podziwiać?
Ona płynie ku nam jak chmury,
Podlewane śniegiem i deszczem,
I niszczy i zadaje,
Dlatego prosi o naszą opiekę.
IV. Praca domowa§ 23, zeszyt ćwiczeń zadania 77. strona 45
Woda jest jednym z najpowszechniej występujących związków na Ziemi. Dzieje się tak nie tylko w rzekach i morzach; Wszystkie żywe organizmy zawierają również wodę. Bez tego życie jest niemożliwe. Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem (łatwo się w niej rozpuszczają różne substancje). Soki zwierzęce i roślinne składają się głównie z wody. Woda istnieje wiecznie; stale przemieszcza się z gleby do atmosfery i organizmów i z powrotem. Ponad 70% powierzchni ziemi pokrywa woda.
Czym jest woda
Obieg wody
Woda z rzek, mórz i jezior stale paruje, zamieniając się w maleńkie krople pary wodnej. Krople zbierają się, tworząc z których woda wylewa się na ziemię w postaci deszczu. Taki jest obieg wody w przyrodzie. W obłokach pary ochładzamy się i wracamy na ziemię w postaci deszczu, śniegu lub gradu. Ścieki z kanałów ściekowych i fabryk są oczyszczane, a następnie odprowadzane do morza.
Stacja wodna
Woda rzeczna z konieczności zawiera zanieczyszczenia, dlatego należy ją oczyścić. Woda wpływa do zbiorników, gdzie osadza się, a cząstki stałe osiadają na dnie. Następnie woda przechodzi przez filtry, które zatrzymują wszelkie pozostałe ciała stałe. Woda przenika przez warstwy czystego żwiru, piasku lub węgla aktywnego, gdzie zostaje oczyszczona z brudu i zanieczyszczeń stałych. Po filtracji woda jest poddawana działaniu chloru w celu zabicia bakterii chorobotwórczych, po czym pompowana jest do zbiorników i dostarczana do budynków mieszkalnych i fabryk. Zanim ścieki trafią do morza, należy je oczyścić. W stacji uzdatniania wody przechodzi ona przez filtry zatrzymujące zanieczyszczenia, a następnie pompowana jest do osadników, w których osadzają się ciała stałe na dnie. Bakterie niszczą pozostałości substancji organicznych, rozkładając je na nieszkodliwe składniki.
Oczyszczanie wody
Woda jest dobrym rozpuszczalnikiem, dlatego zazwyczaj zawiera zanieczyszczenia. Możesz oczyścić wodę za pomocą destylacja(patrz artykuł „”), ale skuteczniejszą metodą czyszczenia jest dejonizacja(odsalanie). Jony to atomy lub cząsteczki, które utraciły lub zyskały elektrony i w rezultacie otrzymały ładunek dodatni lub ujemny. Do dejonizacji stosuje się substancję tzw jonit. Zawiera dodatnio naładowane jony wodorowe (H+) i ujemnie naładowane jony wodorotlenkowe (OH -).Kiedy zanieczyszczona woda przechodzi przez żywicę, jony zanieczyszczające są zastępowane przez jony wodorowe i wodorotlenkowe z żywicy. Jony wodoru i wodorotlenku łączą się, tworząc nowe cząsteczki wody. Woda, która przeszła przez wymiennik jonowy, nie zawiera już zanieczyszczeń.
Woda jako rozpuszczalnik
Woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem, wiele substancji łatwo się w niej rozpuszcza (patrz także artykuł „”). Dlatego w przyrodzie rzadko można spotkać czystą wodę. W cząsteczce wody ładunki elektryczne są nieco oddzielone, ponieważ atomy wodoru znajdują się po jednej stronie cząsteczki. Dlatego tak łatwo rozpuszczają się w nim związki jonowe (związki zbudowane z jonów). Jony są naładowane i cząsteczki wody przyciągają je.
Woda, podobnie jak wszystkie rozpuszczalniki, może rozpuścić tylko ograniczoną ilość substancji. Roztwór nazywa się nasyconym, gdy rozpuszczalnik nie może rozpuścić dodatkowej porcji substancji. Zwykle ilość substancji, którą rozpuszczalnik może rozpuścić, zwiększa się wraz z ogrzewaniem. Cukier łatwiej rozpuszcza się w gorącej wodzie niż w zimnej. Napoje gazowane to pary wodne dwutlenku węgla. Im wyższe, tym więcej gazu może zaabsorbować roztwór. Dlatego też, gdy otworzymy puszkę napoju i tym samym obniżymy ciśnienie, z napoju ulatnia się dwutlenek węgla. Po podgrzaniu rozpuszczalność gazów maleje. W 1 litrze wody rzecznej i morskiej rozpuszcza się zwykle około 0,04 grama tlenu. To wystarczy dla glonów, ryb i innych mieszkańców mórz i rzek.
Twarda woda
Twarda woda zawiera rozpuszczone minerały pochodzące ze skał, przez które przepływała woda. 
Mydło w takiej wodzie słabo się pieni, gdyż wchodzi w reakcję z minerałami i tworzy płatki. Istnieją dwa rodzaje twardej wody; różnica między nimi polega na rodzaju rozpuszczonych minerałów. Rodzaj minerałów rozpuszczonych w wodzie zależy od rodzaju skały, przez którą przepływa woda (patrz rysunek). Tymczasowa twardość wody pojawia się, gdy wapień reaguje z wodą deszczową. Wapień to nierozpuszczalny węglan wapnia, a woda deszczowa to słaby roztwór kwasu węglowego. Kwas reaguje z węglanem wapnia tworząc wodorowęglan, który rozpuszcza się w wodzie i powoduje jej twardość.
Kiedy woda o tymczasowej twardości wrze lub paruje, część minerałów wytrąca się, tworząc kamień na dnie czajnika lub stalaktyty i stalagmity w jaskini. Woda o stałej twardości zawiera inne związki wapnia i magnezu, np. gips. Minerały te nie wytrącają się podczas gotowania.
Zmiękczanie wody
Minerały powodujące twardość wody można usunąć, dodając do roztworu sodę oczyszczoną lub poprzez wymianę jonową, proces podobny do dejonizacji wody podczas oczyszczania. Substancja zawierająca jony sodu wymieniające się z jonami wapnia i magnezu występującymi w wodzie. W wymienniku jonowym przepływa twarda woda zeolit- substancja zawierająca sód. W zeolicie jony wapnia i magnezu mieszają się z jonami sodu, które nie powodują twardości wody. Soda oczyszczona to węglan sodu. W twardej wodzie reaguje ze związkami wapnia i magnezu. Rezultatem są nierozpuszczalne związki, które nie tworzą kłaczków.
Zanieczyszczenie wody
Kiedy nieoczyszczona woda z fabryk i domów przedostaje się do mórz i rzek, następuje zanieczyszczenie wody. Jeśli w wodzie jest za dużo ścieków, bakterie rozkładające materię organiczną rozmnażają się i zużywają prawie cały tlen. W takiej wodzie przeżywają tylko bakterie chorobotwórcze, które mogą żyć w wodzie bez tlenu. Kiedy poziom rozpuszczonego tlenu w wodzie spada, ryby i rośliny giną. Do wody dostają się także śmieci, pestycydy i azotany z nawozów, toksyczne - ołów i rtęć. Substancje toksyczne, w tym metale, dostają się do organizmu ryb, a z nich do ciał innych zwierząt, a nawet ludzi. Pestycydy zabijają mikroorganizmy i zwierzęta, zakłócając w ten sposób naturalną równowagę. Nawozy z pól i detergenty zawierające fosforany przedostające się do wody powodują wzmożony wzrost roślin. Rośliny i bakterie żerujące na martwych roślinach pochłaniają tlen, zmniejszając jego zawartość w wodzie.
Krótki opis roli wody dla organizmów
Woda jest najważniejszym związkiem nieorganicznym, bez którego życie na Ziemi nie jest możliwe. Substancja ta jest zarówno najważniejszą częścią, jak i odgrywa ważną rolę jako czynnik zewnętrzny dla wszystkich żywych istot.
Na planecie Ziemia woda występuje w trzech stanach skupienia: gazowym (para wodna, ciekły (woda i mgła w atmosferze) i stałym (woda w lodowcach, górach lodowych itp.). Wzór na parę wodną to H 2 O , ciecz (H 2 O) 2 (przy T = 277 K) i (H 2 O) n - dla wody stałej (kryształki lodu), gdzie n = 3, 4, ... (w zależności od temperatury - im niższa temperatura , tym większa wartość n).Cząsteczki wody łączą się w cząstki o wzorze (H 2 O) n w wyniku utworzenia specjalnych wiązań chemicznych zwanych wodorem; takie cząstki nazywane są asocjatami; w wyniku powstania asocjatów, luźniejszych struktury powstają niż woda w stanie ciekłym, dlatego w temperaturach poniżej 277 K gęstość wody jest odmienna od innych substancji, nie zwiększa się, ale maleje, w wyniku czego lód unosi się na powierzchni wody w stanie ciekłym, a głębokie zbiorniki nie zamarzają dna, zwłaszcza, że woda ma niską przewodność cieplną.Ma to ogromne znaczenie dla organizmów żyjących w wodzie - nie giną one podczas silnych mrozów i przeżywają zimowe chłody aż do nadejścia korzystniejszych warunków temperaturowych.
Obecność wiązań wodorowych decyduje o dużej pojemności cieplnej wody, co umożliwia życie na powierzchni Ziemi, gdyż obecność wody pomaga zmniejszyć różnicę temperatur pomiędzy dniem i nocą, a także zimą i latem, gdyż kiedy schładzany, woda skrapla się i uwalniane jest ciepło, a po podgrzaniu woda odparowuje, do rozrywania wiązań wodorowych dochodzi, a powierzchnia Ziemi nie ulega przegrzaniu.
Cząsteczki wody tworzą wiązania wodorowe nie tylko między sobą, ale także z cząsteczkami innych substancji (węglowodanów, białek, kwasów nukleinowych), co jest jedną z przyczyn powstawania kompleksów związków chemicznych w wyniku tworzenia się w którym możliwe jest istnienie specjalnej substancji - żywej substancji, która tworzy różnorodne.
Ekologiczna rola wody jest ogromna i ma dwa aspekty: jest to zarówno zewnętrzny (pierwszy aspekt), jak i wewnętrzny (drugi aspekt) czynnik środowiskowy. Jako zewnętrzny czynnik środowiska, woda wchodzi w skład czynników abiotycznych (wilgotności, siedliska, składnika klimatu i mikroklimatu). Jako czynnik wewnętrzny, woda odgrywa ważną rolę wewnątrz komórki i wewnątrz organizmu. Rozważmy rolę wody wewnątrz komórki.
W komórce woda spełnia następujące funkcje:
1) środowisko, w którym znajdują się wszystkie organelle komórki;
2) rozpuszczalnik zarówno substancji nieorganicznych, jak i organicznych;
3) środowisko zachodzących różnych procesów biochemicznych;
4) katalizator reakcji wymiany pomiędzy substancjami nieorganicznymi;
5) odczynnik do procesów hydrolizy, hydratacji, fotolizy itp.;
6) tworzy w komórce pewien stan, np. turgor, dzięki któremu komórka staje się elastyczna i wytrzymała mechanicznie;
7) pełni funkcję konstrukcyjną, która polega na tym, że woda wchodzi w skład różnych struktur komórkowych, np. błon itp.;
8) jest jednym z czynników spajających wszystkie struktury komórkowe w jedną całość;
9) tworzy przewodność elektryczną ośrodka, wprowadzając związki nieorganiczne i organiczne do stanu rozpuszczonego, powodując dysocjację elektrolityczną związków jonowych i silnie polarnych.
Rola wody w organizmie polega na tym, że:
1) pełni funkcję transportową, ponieważ przekształca substancje w stan rozpuszczalny, a powstałe roztwory pod wpływem różnych sił (na przykład ciśnienia osmotycznego itp.) przemieszczają się z jednego narządu do drugiego;
2) pełni funkcję przewodzącą ze względu na to, że w organizmie znajdują się roztwory elektrolitów zdolne do przewodzenia impulsów elektrochemicznych;
3) łączy ze sobą poszczególne narządy i układy narządów dzięki obecności w wodzie specjalnych substancji (hormonów), dokonując regulacji humoralnej;
4) jest jedną z substancji regulujących temperaturę ciała (woda w postaci potu wydostaje się na powierzchnię ciała, odparowuje, dzięki czemu ciepło jest pochłaniane i ciało się ochładza);
5) jest zaliczany do produktów spożywczych itp.
Znaczenie wody na zewnątrz organizmu zostało opisane powyżej (siedlisko, regulator temperatury zewnętrznej itp.).
Dla organizmów ważną rolę odgrywa woda słodka (zawartość soli poniżej 0,3%). W przyrodzie woda chemicznie czysta praktycznie nie istnieje, najczystsza jest woda deszczowa z obszarów wiejskich, oddalonych od dużych obszarów zaludnionych. Woda zawarta w zbiornikach słodkowodnych – rzekach, stawach, jeziorach słodkich – jest odpowiednia dla organizmów.
Woda jest najważniejszym związkiem chemicznym na Ziemi. Woda jest głównym składnikiem wszystkich żywych organizmów oraz środowiska, w którym żyje i egzystuje człowiek. Właściwości fizyczne wody różnią się znacznie od właściwości innych substancji, a charakter tych różnic determinuje naturę świata fizycznego i biologicznego.
Z biegiem czasu organizmy żywe ewoluowały, co pozwoliło im opuścić środowisko wodne i przenieść się na ląd oraz wznieść się w powietrze. Zdolność tę nabyli zatrzymując w organizmie wodny roztwór w postaci płynnego składnika tkanek, osocza krwi i płynów międzykomórkowych, zawierającego niezbędną podaż jonów i cząsteczek.
Woda w przeciwieństwie do rozpuszczalników organicznych dobrze rozpuszcza sole, ponieważ ma bardzo wysoką zawartość stała dielektryczna (około 81 w temperaturze pokojowej), a jego cząsteczki mają tendencję do łączenia się z jonami, tworząc uwodnione jony . Obie te właściwości wynikają z dużego elektrycznego momentu dipolowego 1 cząsteczki wody. I ta właściwość wody odgrywa dużą rolę w rozwoju życia i metabolizmie.
W wodzie zachodzi następujący proces. Siła przyciągania lub odpychania ładunków elektrycznych jest odwrotnie proporcjonalna do stałej dielektrycznej ośrodka otaczającego te ładunki. Oznacza to, że dwa przeciwne ładunki elektryczne przyciągają się w wodzie z siłą równą 1/80 siły ich wzajemnego przyciągania w powietrzu (lub próżni). Zatem jeśli kryształ soli chlorku sodu znajduje się w wodzie, wówczas tworzące go jony oddzielają się od kryształu znacznie łatwiej, niż gdyby kryształ znajdował się w powietrzu, gdyż siła elektrostatyczna przyciągająca jon z powrotem na powierzchnię kryształu z roztwór wodny stanowi tylko 1/80 siły przyciągania danego jonu z powietrza. Nie jest zatem zaskakujące, że w temperaturze pokojowej ruch termiczny nie może spowodować przejścia jonów z kryształu do powietrza, ale jednocześnie ruch termiczny jonów jest w zupełności wystarczający, aby przezwyciężyć stosunkowo słabe przyciąganie, gdy kryształ jest otoczony przez woda, co prowadzi do przejścia dużej liczby jonów do roztworu wodnego.
Nawodnienie jonowe
Kiedy sole rozpuszczają się w wodzie, tworzą się uwodnione jony . Tworzenie się jonów uwodnionych prowadzi do stabilizacji jonów w roztworach wodnych. Każdy jon ujemny przyciąga dodatnie końce kilku pobliskich cząsteczek wody i ma tendencję do utrzymywania ich blisko siebie.
Jony dodatnie, które są zwykle mniejsze niż aniony, jeszcze silniej przyciągają wodę; każdy kation przyciąga ujemne końce cząsteczek wody i mocno wiąże kilka cząsteczek, trzymając je blisko siebie; w tym przypadku powstaje hydrat, który może być bardzo stabilny, szczególnie w przypadku kationów niosących podwójny lub potrójny ładunek dodatni.
Liczba cząsteczek wody przyłączonych do danego kationu, tj ligandowość, zależy od wielkości kationu. Ligandowość atomu jest równa liczbie atomów z nim związanych lub mających z nim kontakt. Nazywana jest również ligandowością numer koordynacyjny .
W wodzie mały kation Be 2+ tworzy tetrahydrat Be(OH 2) 4 2+. Nieco większe jony, na przykład Mg 2+ lub Al 3+, tworzą heksahydraty Mg(OH 2) 6 2+, Al(OH 2) 6 3+ ( obrazek 1).
Rysunek 1. Struktura uwodnionych jonów Być ( OH 2 ) 4 2+ I A l (ON 2 ) 6 3+ .
W jonach uwodnionych siły oddziaływania pomiędzy kationami i cząsteczkami wody są tak silne, że jony często zatrzymują wokół siebie warstwę cząsteczek wody, nawet w kryształach. Ta woda nazywa się krystalizacja Ale y. Efekt ten jest bardziej wyraźny w przypadku kationów naładowanych podwójnie i potrójnie niż w przypadku kationów naładowanych pojedynczo. Na przykład kompleks tetrahydratowy Be(OH2)42+ występuje w różnych solach, w tym w BeCO3. 4H 2O, WeCl 2. 4H2O i BeSO4. 4H 2 O i niewątpliwie występuje w roztworze.
MgCl 2 6 H 2 OA1S1 3 6H 2 O
Mg(C1O 3 ) 2 6H 2 OKA1(S0 4 ) 2 12H 2 O
Mg(C1O 4 ) 2 6 H 2 0 Fe(NH 4 ) 2 (WIĘC 4 ) 2 6H 2 O
MgSiF 6 6H 2 OFe(NIE 3 ) 2 6H 2 O
NiSnCl 3 6H 2 OFeCl 3 6H 2 O
W krysztale takim jak FeSO 4. 7H 2 O, sześć cząsteczek wody jest przyłączonych do jonu żelaza w postaci kompleksu Fe(OH 2) 6 2+, a siódma zajmuje w krysztale inną pozycję, zlokalizowaną w pobliżu jonu siarczanowego.
W ałunie KAl(SO 4) 2. 12H 2 O sześć z dwunastu cząsteczek wody jest związanych z jonem glinu, a pozostałe sześć znajduje się wokół jonu potasu.
Istnieją również kryształy, w których kationy pozbawione są części lub całości cząsteczek wody. Zatem siarczan magnezu tworzy trzy krystaliczne związki: MgSO4. 7H2O, MgSO4. H2O i MgSO4.
Stabilność jonów w roztworze wodnym wynika z takiego rozkładu ładunku elektrycznego pomiędzy pewną liczbą atomów, że żaden atom nie wykazuje istotnego odchylenia od obojętności elektrycznej. Rozważmy uwodnione kationy Be(OH 2) 4 2+ i Al(OH 2) 6 3+, przedstawione na rysunku 1. Zarówno beryl, jak i glin mają elektroujemność 1,5, a elektroujemność tlenu wynosi 3,5. Różnica elektroujemności odpowiada jonowości nieco większej niż 50%, wystarczającej do przeniesienia połowy ładunku elektrycznego każdego wiązania na atom centralny, pozostawiając go w przybliżeniu neutralnym. Wiązania O-H mogą mieć w 25% charakter jonowy, a cały ładunek jonów zostanie przeniesiony na osiem atomów wodoru w Be(OH 2) 4 2+ i dwanaście atomów wodoru w Al(OH 2) 6 3+, z których każdy będzie mieć ładunek ¼ + Dodatkowo każdy z tych atomów wodoru może brać udział w tworzeniu słabego wiązania z inną cząsteczką wody w taki sposób, że jego ładunek zostanie zneutralizowany poprzez oddziaływanie z parą elektronów atomu tlenu, a następnie całkowity ładunek uwodnionych kationów Be(OH2) 4 (OH 2) 8 2+ i Al(OH 2) 6 (OH 2) 12 3+ zostanie rozdzielony pomiędzy najbardziej odległe atomy wodoru, z których każdy będzie miał ładunek z 1/8 +. W rzeczywistości taka polaryzacja elektryczna wody rozciąga się na duże odległości; Określa to wysoką stałą dielektryczną wody.
Wiadomo, że gdy wiązania wodorowe tworzą się w roztworach wodnych przez cząsteczki takie jak H3PO4, wszystkie cztery atomy tlenu mogą stać się prawie równoważne, zapewniając prawie całkowity rezonans wiązania podwójnego pomiędzy czterema pozycjami. Przy takim rezonansie każdy atom tlenu ma wartościowość 1 1/4, zaspokajając wiązania fosforu i pozostawiając 3/4 dla wiązania z wodorem. Jeśli każda z trzech grup OH wykorzystuje swój atom wodoru do utworzenia słabego wiązania (¼ wiązania) z atomem tlenu cząsteczki wody, wówczas pozostałe wiązanie ¾ będzie wystarczające, aby atomy tlenu w fosforanach były elektrycznie obojętne. W ten sam sposób tlen fosforanowy bez atomu wodoru może tworzyć słabe (¼) wiązania z atomami wodoru trzech sąsiednich cząsteczek wody, co czyni go również obojętnym elektrycznie.
Każdy z czterech atomów tlenu niezbędnego jonu fosforanowego PO 4 3 może podobnie tworzyć wiązania wodorowe z trzema cząsteczkami wody. Ładunek elektryczny uwodnionego jonu PO 4 (HOH) 12 3 zostanie następnie rozdzielony pomiędzy dwanaście zewnętrznych atomów tlenu, każdy z ładunkiem ¼-. Podobne uwodnione struktury tworzą jony (HO) 2 PO 2 - i HOPO 3 2-, które występują w prawie równych ilościach w organizmach żywych.
Związki klatratowe
Gazy szlachetne (argon itp.), proste węglowodory i wiele innych substancji tworzą z wodą tzw. krystaliczne hydraty; Zatem ksenon tworzy hydrat Xe. 5 3 /4 H 2 O, trwały w temperaturze około 2°C i ciśnieniu cząstkowym ksenonu 1 atm; metan tworzy podobny hydrat, CH4. 5 3 /4 H 2 O.
Badania rentgenowskie wykazały, że kryształy te mają strukturę, w której cząsteczki wody tworzą dzięki wiązaniom wodorowym sieć przypominającą lód; w nim każda cząsteczka wody jest otoczona czterema innymi cząsteczkami znajdującymi się na wierzchołkach czworościanu w odległości 276 pm, ale z bardziej otwartym układem cząsteczek, co powoduje powstawanie wnęk (w postaci dwunastościanów pięciokątnych lub innych wielościany o ścianach pięciokątnych lub sześciokątnych) wystarczająco duże, aby mogły zawierać atomy gazu lub inne cząsteczki ( Rysunek 2). Kryształy tego typu nazywane są kryształy klatratu .
Strukturę hydratu ksenonu oraz hydratów argonu, kryptonu, metanu, chloru, bromu, siarkowodoru i niektórych innych substancji pokazano na ryc. 2. Komórka sześcienna o tej strukturze ma krawędź około 1200 pm i zawiera 46 cząsteczek wody.
Rysunek 2. Struktura kryształu klatratu hydratu ksenonu.
Atomy ksenonu zajmują puste przestrzenie (osiem na komórkę sześcienną) w trójwymiarowej siatce, tworzącskąpane w cząsteczkach wody zawierających wiązania wodorowe (46 cząsteczek na komórkę sześcienną). Raspozycja O-HO wynosi 276 pm, jak w krysztale lodu. Dwa atomy ksenonu z atomami tlenu O O O i ½ ½ ½ znajdują się w środkach prawie regularnych pięciokątnych dwunastościanów. Pozostałe sześć atomów ksenonu przyOkoło ¼ ½;O ¾ ½; ½ O¼; 1/2O ¾; ¼ ½ Oznajdują się w środkach czworokątów. KażdyKażdy 14-edr (jeden z nich jest zaznaczony na środku rysunku) ma 24 wierzchołki (cząsteczkiwoda), dwie ściany sześciokątne i 12 ścian pięciokątnych.
Wodzian chloroformu CHC1 3. 17H2O ma nieco bardziej złożoną budowę, w której cząsteczka chloroformu jest otoczona 16-bocznym wielościanem utworzonym przez 28 cząsteczek wody. Możliwe jest również otrzymanie związków klatratowych, w których sieć krystaliczną z wiązaniami wodorowymi tworzą cząsteczki organiczne, np. cząsteczki mocznika (H2N)2CO.
Zaproponowano interesującą interpretację mechanizmu działania chemicznie obojętnych środków znieczulających, takich jak halotan F 3 CCBrClH i ksenon. Zgodnie z tym mechanizmem substancja znieczulająca zakłóca wodną strukturę płynu międzykomórkowego lub wewnątrzkomórkowego, tworząc struktury klatratowe, które wpływają na normalne systemy komunikacji międzykomórkowej. Leki znieczulające miejscowo różnią się mechanizmem działania. Ich cząsteczki mogą tworzyć wiązania wodorowe i prawdopodobnie efekt znieczulający wynika z połączenia cząsteczek środka znieczulającego z cząsteczkami białka lub innymi cząsteczkami tworzącymi nerwy.
Inne rozpuszczalniki elektrolitowe
Oprócz wody niektóre inne ciecze mogą służyć jako rozpuszczalniki jonizujące elektrolitów, tworząc roztwory przewodzące prąd elektryczny. Do cieczy tych zalicza się nadtlenek wodoru, fluorowodór, ciekły amoniak i cyjanowodór. Podobnie jak woda, wszystkie te ciecze mają wysoką stałą dielektryczną. Ciecze o niskich stałych dielektrycznych, takie jak benzen lub dwusiarczek węgla, nie są rozpuszczalnikami jonizującymi.
Czasami nazywane są ciecze o wysokiej stałej dielektrycznej ciecze polarne .
Wysoka stała dielektryczna wody, która decyduje o niesamowitej zdolności wody do rozpuszczania substancji o strukturze jonowej, jest częściowo konsekwencją faktu, że woda ma zdolność tworzenia wiązań wodorowych. Dzięki tym wiązaniem cząsteczki wody są ustawione tak, aby częściowo neutralizować pole elektryczne. Wiązania wodorowe powstają również w innych cieczach - nadtlenku wodoru, fluorowodorze, amoniaku (temperatura wrzenia - 33,4 ° C), cyjanowodorze], które są zdolne do rozpuszczania substancji o strukturze jonowej.
Rozpuszczalność
Izolowany układ jest w równowadze , gdy jego właściwości, w szczególności rozkład składników pomiędzy fazami, pozostają niezmienne przez długi czas.
Jeżeli układ w równowadze składa się z roztworu i innej fazy, która jest jednym ze składników roztworu w postaci czystej substancji, wówczas nazywa się stężenie tej substancji w roztworze rozpuszczalność tej substancji. Rozwiązanie w tym przypadku nazywa się bogaty .
Na przykład roztwór boraksu w temperaturze 0°C zawierający 1,3 g bezwodnego tetraboranu sodu Na 2 B 4 O 7 w 100 g wody znajduje się w równowadze z fazą stałą Na 2 B 4 O 7. 10H2O (dekahydrat tetraboranu sodu); Z biegiem czasu system ten nie zmienia się, skład roztworu pozostaje stały. Rozpuszczalność Na2B4O7. 10H 2 O w wodzie wynosi zatem 1,3 g Na 2 B 4 O 7 na 100 g lub, biorąc pod uwagę wodę hydratacyjną, 2,5 g Na 2 B 4 O 7. 10H 2 O na 100 g wody.
Zmiana fazy stałej
Rozpuszczalność Na2B4O7. 10H 2 O szybko wzrasta wraz ze wzrostem temperatury; w temperaturze 60 °C rozpuszczalność osiąga 20,3 g Na 2 B 4 O 7 na 100 g ( rysunek 3). Po podgrzaniu układu do 70°C i pozostawieniu go przez pewien czas w tej temperaturze obserwuje się nowe zjawisko – pojawia się trzecia faza – krystaliczna o składzie Na 2 B 4 O 7. 5H2O, a poprzednia faza krystaliczna znika. W tej temperaturze rozpuszczalność dekahydratu jest wyższa niż rozpuszczalność pentahydratu; roztwór nasycony dekahydratem okazuje się przesycony w stosunku do pentahydratu i dlatego z takiego roztworu wytrącają się kryształy pentahydratu. Aby zapoczątkować proces krystalizacji, czasami konieczne jest dodanie do roztworu „zarodka” (małych kryształków substancji rozpuszczonej w danym roztworze). Następnie następuje proces rozpuszczania fazy niestabilnej i krystalizacji fazy trwałej, aż do zaniku fazy niestabilnej. Trzeci hydrat tetraboranu sodu to kernit Na2B4O7. 4H 2 O - ma większą rozpuszczalność niż dwa pozostałe.
Rysunek 3. Rozpuszczalność Nie 2 WIĘC 4 . 10 H 2 O
W rozpatrywanym przypadku dekahydrat jest słabiej rozpuszczalny niż pentahydrat w temperaturach do 61°C i dlatego poniżej tej temperatury stanowi fazę stabilną. Krzywe rozpuszczalności tych dwóch hydratów przecinają się w temperaturze 61°C, a powyżej tej temperatury pentahydrat jest stabilny w kontakcie z roztworem.
W stabilnej fazie stałej oprócz solwatacji mogą zachodzić inne procesy. Zatem siarka rombowa w niektórych rozpuszczalnikach jest słabiej rozpuszczalna niż siarka jednoskośna w temperaturach poniżej 95,5°C, czyli poniżej temperatury wzajemnej przemiany tych dwóch form; powyżej określonej temperatury postać jednoskośna jest mniej rozpuszczalna. Zasady termodynamiki wymagają, aby temperatura, w której przecinają się krzywe rozpuszczalności dwóch form substancji, była taka sama dla wszystkich rozpuszczalników i jednocześnie była temperaturą, w której przecinają się krzywe prężności pary.
Zależność rozpuszczalności od temperatury
Rozpuszczalność substancji może rosnąć lub spadać wraz ze wzrostem temperatury. Siarczan sodu stanowi pod tym względem przekonujący przykład. Rozpuszczalność Na2SO4. Zawartość 10H2O (stabilna faza stała poniżej 32,4°C) wzrasta bardzo szybko wraz ze wzrostem temperatury, wzrastając z 5 g Na2SO4 na 100 g wody w temperaturze 0°C do 55 g w temperaturze 32,4°C. Powyżej 32,4°C stabilną fazą stałą jest Na2SO4; rozpuszczalność tej fazy szybko maleje wraz ze wzrostem temperatury: od 55 g w 32,4°C do 42 g w 100°C ( rysunek 4).
Rysunek 4. Rozpuszczalność Nie 2 WIĘC 4 . 10 H 2 O w zależności od temperatury
Rozpuszczalność większości soli wzrasta wraz ze wzrostem temperatury; rozpuszczalność wielu soli (NaCl, K 2 CrO 7) zmienia się tylko nieznacznie wraz ze wzrostem temperatury; i tylko niektóre sole, na przykład Na2SO4, FeSO4. H 2 O i Na 2 CO 3. H 2 O, mają rozpuszczalność zmniejszającą się wraz ze wzrostem temperatury ( rysunek 4 I Rysunek 5).
Rysunek 5. Krzywe rozpuszczalności niektórych soli w wodzie
Zależność rozpuszczalności od charakteru substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika
Rozpuszczalność substancji jest bardzo zróżnicowana w różnych rozpuszczalnikach, jednakże ustalono kilka ogólnych zasad dotyczących rozpuszczalności, które dotyczą głównie związków organicznych.
Jedna z tych zasad stanowi, że substancja ma tendencję do rozpuszczania się w rozpuszczalnikach, które są do niej podobne pod względem chemicznym. Zatem węglowodór naftalen C 10 H 8 charakteryzuje się dużą rozpuszczalnością w benzynie, która jest mieszaniną węglowodorów, nieco mniejszą rozpuszczalnością w alkoholu etylowym C 2 H 5 OH, którego cząsteczki składają się z krótkich łańcuchów węglowodorowych z grupami hydroksylowymi i bardzo słabą rozpuszczalność w wodzie, która bardzo różni się od węglowodorów. Jednocześnie kwas borowy B(OH) 3 będący wodorotlenkiem ma umiarkowaną rozpuszczalność w wodzie i alkoholu, tj. W substancjach zawierających grupy hydroksylowe i jest nierozpuszczalny w benzynie. Trzy wspomniane rozpuszczalniki same potwierdzają tę samą zasadę: zarówno benzyna, jak i woda mieszają się z alkoholem (rozpuszczają się w nim), natomiast benzyna i woda rozpuszczają się wzajemnie tylko w bardzo małych ilościach.
Fakty te można wyjaśnić w następujący sposób: grupy węglowodorowe (składające się wyłącznie z atomów węgla i wodoru) przyciągają się bardzo słabo, o czym świadczą niższe temperatury topnienia i wrzenia węglowodorów w porównaniu z innymi substancjami o w przybliżeniu tej samej masie cząsteczkowej. Jednocześnie istnieje bardzo silne przyciąganie międzycząsteczkowe pomiędzy grupami hydroksylowymi i cząsteczkami wody; Temperatury topnienia i wrzenia wody są wyższe niż odpowiadające im temperatury jakiejkolwiek innej substancji o małej masie cząsteczkowej. To silne przyciąganie wynika częściowo z jonowej natury wiązań OH, która powoduje umieszczenie ładunku elektrycznego na atomach. Dodatnio naładowane atomy wodoru są następnie przyciągane do ujemnie naładowanych atomów tlenu innych cząsteczek, tworząc wiązania wodorowe i utrzymując cząsteczki ściśle razem.
Termin hydrofilowy często stosowane do substancji lub grup przyciągających wodę oraz ten termin hydrofobowy stosowane w odniesieniu do substancji lub grup, które odpychają wodę i przyciągają węglowodory. W rzeczywistości cząsteczki substancji hydrofobowej działają poprzez siły przyciągania elektronowego van der Waalsa zarówno na cząsteczki wody, jak i cząsteczki węglowodorów. Rozpuszczalność pary wodnej np. w nafcie (mieszaninie węglowodorów) w temperaturze 25°C i ciśnieniu 0,0313 atm (tj. przy ciśnieniu pary nasyconej powyżej ciekłej wody w tej temperaturze) wynosi 72 mg na 1 kg rozpuszczalnika , podczas gdy rozpuszczalność metanu przy tym samym ciśnieniu cząstkowym jest nieco mniejsza - 10 mg w 1 kg nafty. Cząsteczki wody są przyciągane do cząsteczek nafty nieco silniej niż cząsteczki metanu. Różnica między wodą a metanem polega na tym, że przy wyższych ciśnieniach cząstkowych para wodna skrapla się w ciecz, która jest stabilizowana międzycząsteczkowymi wiązaniami wodorowymi, podczas gdy metan nadal pozostaje gazem.
Rozpuszczalność metanu w rozpuszczalnikach polarnych jest prawie taka sama jak w rozpuszczalnikach niepolarnych; w alkoholach od metanolu CH 3 OH do pentanolu (alkohol amylowy) C 5 H 11 OH rozpuszczalność metanu wynosi 72-80% wartości dla nafty. Siły przyciągania van der Waalsa pomiędzy cząsteczkami rozpuszczalnika i cząsteczkami metanu pozostają prawie takie same dla różnych rozpuszczalników. Natomiast rozpuszczalność pary wodnej pod ciśnieniem 0,313 atm w alkoholu amylowym jest 1400 razy większa niż w nafcie, a woda miesza się w dowolnych proporcjach z lekkimi alkoholami.
Substancje składające się z małych niepolarnych cząsteczek, takie jak tlen, azot i metan, są około 10 razy słabiej rozpuszczalne w wodzie niż w rozpuszczalnikach niepolarnych. Substancje składające się z większych, niepolarnych cząsteczek są zasadniczo nierozpuszczalne w wodzie, ale mają tendencję do dobrego rozpuszczania się w niepolarnych rozpuszczalnikach. Woda wydaje się opierać włączeniu tych cząsteczek, ponieważ tworzenie niezbędnych do tego pustek wiąże się z zerwaniem lub odkształceniem wiązań wodorowych między cząsteczkami wody. Związki takie jak benzyna i naftalen nie rozpuszczają się w wodzie, ponieważ ich cząsteczki w roztworze zapobiegają tworzeniu się przez cząsteczki wody tak wielu silnych wiązań wodorowych, jak w czystej wodzie; z drugiej strony kwas borowy jest rozpuszczalny w wodzie, ponieważ zmniejszenie liczby wiązań między cząsteczkami wody jest kompensowane przez tworzenie silnych wiązań wodorowych między cząsteczkami wody a grupami hydroksylowymi cząsteczek kwasu borowego.
Rozpuszczalność soli i wodorotlenków w wodzie
Studiując chemię nieorganiczną, zwłaszcza analizę jakościową, przydatna jest znajomość przybliżonej rozpuszczalności powszechnie stosowanych substancji. Poniżej podano proste zasady rozpuszczalności. Zasady te dotyczą związków o typowych kationach: Na + , K + , NH 4 + , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2 + , Ba 2 + , Al 3+ , Kr 3+ , Mn 2+, Fe 2+, Fe 3+, Co 2+, Ni 2+, Cu 2+, Zn 2+, Ag+, Cd 2+, Sn 2+, Hg 2 2+, Hg 2+ i Pb 2+ . Kiedy mówi się, że substancja jest „rozpuszczalna”, oznacza to, że jej rozpuszczalność przekracza około 1 g na 100 ml (około 0,1 M kationem), a gdy mówią, że substancja jest „nierozpuszczalna”, oznacza to, że jej rozpuszczalność nie przekracza 0,1 g na 100 ml (około 0,01 M): nazywane są substancje o rozpuszczalności w tych granicach lub blisko nich umiarkowany wzrostrimim.
Klasa rozpuszczalna:
Wszystko azotany rozpuszczalny.
Wszystko octany rozpuszczalny.
Wszystko chlorki , bromki I jodki rozpuszczalny, z wyjątkiem odpowiednich związków srebra, rtęci (I) (rtęć na stopniu utlenienia + 1) i ołowiu. Związki PbCl 2 i PbBr 2 są średnio rozpuszczalne w zimnej wodzie (1 g w 100 ml w temperaturze 20 ° C) i lepiej rozpuszczalne w gorącej wodzie (odpowiednio 3 i 5 g w 100 ml w temperaturze 100 ° C).
Wszystko siarczany rozpuszczalne, z wyjątkiem siarczanów baru, strontu i ołowiu. CaSO 4, Ag 2 SO 4 i Hg 2 SO 4 są umiarkowanie rozpuszczalne.
Wszystkie sole na trzy I, potas I amon rozpuszczalny: wyjątkami są NaSb(OH) 6 (antymonian sodu), K 2 PtCl 6 (heksachloroplatynian potasu), (NH 4) 2 PtCl 6, K 3 Co(TO 2) 6 (heksanitrokobaltan potasu), (NH 4) 3Co (NO 2) 6 i KClO 4.
Klasa substancji nierozpuszczalnych :
Wszystko wodorotlenki nierozpuszczalny, z wyjątkiem wodorotlenków metali alkalicznych, amonu i baru; Ca(OH) 2 i Sr(OH) 2 są umiarkowanie rozpuszczalne.
Wszystko średnie węglany I fosforany nierozpuszczalny, z wyjątkiem odpowiednich związków metali alkalicznych i amonu. Wiele kwaśnych węglanów i fosforanów, na przykład Ca(HCO 3) 2 i Ca(H 2 PO 4) 2, jest rozpuszczalnych.
Wszystko siarczki , z wyjątkiem siarczków metali alkalicznych, amonu i metali ziem alkalicznych, nierozpuszczalny.
K. x. N. O. V. Mosin
Źródło literackie : L. Poling, P. Poling. / tłumaczenie M.V. Sacharowa. wyd. M. L. Karapetyants. Chemia., Moskwa 1978.
Margarita Khalisova
Podsumowanie lekcji „Woda jest rozpuszczalnikiem. Oczyszczanie wody"
Temat: Woda jest rozpuszczalnikiem. Oczyszczanie wody.
Cel: ugruntuj zrozumienie, że substancje w wodzie nie znikają, ale rozpuścić.
Zadania:
1. Zidentyfikuj substancje, które rozpuścić w wodzie, a które nie rozpuścić w wodzie.
2. Przedstaw metodę czyszczenia woda – poprzez filtrację.
3. Stworzyć warunki do identyfikacji i testowania różnych metod czyszczenia woda.
4. Utrwalić wiedzę na temat zasad bezpiecznego zachowania podczas pracy z różnymi substancjami.
5. Rozwijaj logiczne myślenie poprzez modelowanie sytuacji problemowych i ich rozwiązywanie.
6. Pielęgnuj dokładność i bezpieczne zachowanie podczas pracy z różnymi substancjami.
7. Pielęgnuj zainteresowanie aktywnością poznawczą i eksperymentowaniem.
Obszary edukacyjne:
Rozwój poznawczy
Rozwój społeczny i komunikacyjny
Rozwój fizyczny
praca ze słownictwem:
wzbogacenie: filtr, filtrowanie
aktywacja: lejek
prace wstępne: rozmowy o wodzie i jej roli w życiu człowieka; prowadził obserwacje wody w przedszkolu i domu; eksperymenty z wodą; obejrzałem ilustracje na ten temat « Woda» ; zapoznał się z zasadami bezpieczeństwa podczas prowadzenia badań i eksperymentów; zadawanie zagadek o wodzie; czytanie beletrystyki, bajek ekologicznych; gry o wodzie.
Demonstracja i wizualizacja materiał: lalka w niebieskim kostiumie "Kropelka".
Rozdawać: puste szklanki z wodą; rozpuszczalniki: cukier, sól, mąka, piasek, barwnik spożywczy, olej roślinny; łyżki plastikowe, lejki, serwetki gazowe, płatki kosmetyczne, fartuchy ceratowe, kubki do herbaty, cytryny, dżemu, talerze jednorazowe, ceraty na stoły.
Ruch GCD
Pedagog: - Chłopaki, zanim zacznę z wami rozmowę, chcę wam życzyć zagadka:
Żyje w morzach i rzekach
Ale często leci po niebie.
Jak znudzi jej się latanie?
Znów spada na ziemię. (woda)
Czy domyślasz się, o czym będzie rozmowa? Zgadza się, o wodzie. Już to wiemy woda jest cieczą.
Pamiętajmy, jakie właściwości woda ustaliliśmy za pomocą eksperymentów na innych zajęcia. Lista.
Dzieci:
1. U woda nie ma zapachu.
2. Brak smaku.
3. Jest przejrzysty.
4. Bezbarwny.
5. Woda przybiera kształt naczynia, do którego jest wlewany.
6. Ma wagę.
Pedagog: - Prawidłowy. Czy chcesz ponownie poeksperymentować z wodą? Aby to zrobić, musimy na chwilę zamienić się w naukowców i zajrzeć do naszego laboratorium eksperymentowanie:
Skręć w prawo, skręć w lewo,
Znajdź się w laboratorium.
(dzieci podchodzą do mini-laboratorium).
Pedagog: - Chłopaki, spójrzcie, kto nas znowu odwiedza? A co nowego w laboratorium?
Dzieci: - "Kropelka", wnuczka dziadka Znające i piękne pudełko.
Chcesz wiedzieć, co jest w tym pudełku? Zgadywać zagadki:
1. Osobno - nie jestem taki smaczny,
Ale w jedzeniu - każdy potrzebuje (sól)
2. Jestem biały jak śnieg
Na cześć wszystkich.
Mam to w ustach -
Tam zniknął. (cukier)
3. Pieką ode mnie serniki,
I naleśniki i naleśniki.
Jeśli wyrabiasz ciasto,
Muszą mnie położyć (mąka)
4. Żółty, nie słońce,
Pada, nie woda,
Na patelni się pieni,
Rozpryski i syczenia (olej)
Barwnik spożywczy – używany w kuchni do ozdabiania ciast i barwienia jajek.
Piasek - do budowy baw się nim w piaskownicy.
Dzieci badają probówki z substancjami.
Pedagog: - Przyniosłem wszystkie te substancje "Kropelka" abyśmy mogli pomóc jej zrozumieć, co stanie się z wodą podczas interakcji z nimi.
Pedagog: - Czego potrzebujemy, aby rozpocząć pracę z wodą?
Dzieci: - Fartuchy.
(dzieci zakładają ceratowe fartuchy i podchodzą do stołu, na którym na tacy stoją szklanki czystej wody).
Pedagog: - Przypomnijmy sobie zasady, zanim zaczniemy z nimi pracować Substancje:
Dzieci:
1. Substancji nie można posmakować – istnieje możliwość zatrucia.
2. Należy uważnie wąchać, ponieważ substancje mogą być bardzo żrące i mogą poparzyć drogi oddechowe.
Pedagog: - Danil pokaże Ci, jak to zrobić poprawnie (kierując dłonią zapach ze szkła).
I. Badania Stanowisko:
Pedagog: - Chłopaki, jak myślicie, co się zmieni, jeśli rozpuścić te substancje w wodzie?
Przed zmieszaniem substancji z wodą wysłuchuję oczekiwanych przez dzieci efektów.
Pedagog: - Sprawdźmy.
Sugeruję, aby każde z dzieci wypiło szklankę wody.
Pedagog: - Spójrz i ustal, który z nich tam jest woda?
Dzieci: - Woda jest czysta, bezbarwny, bezwonny, zimny.
Pedagog: - Weź probówkę z wybraną substancją i rozpuścić w szklance wody, mieszając łyżką.
Rozważamy. Słucham odpowiedzi dzieci. Czy odgadli poprawnie?
Pedagog: - Co się stało z cukrem i solą?
Szybko sól i cukier rozpuścić w wodzie, woda pozostaje czysta, bezbarwny.
Mąka też rozpuścić w wodzie, Ale woda staje się mętna.
Ale potem woda stanie na chwilę, mąka osiada na dnie, ale rozwiązanie nadal pochmurno.
Woda z piaskiem zrobił się brudny, zmętniał, jak się już nie miesza, to piasek opadł na dno szklanki, widać, czyli nie ma rozpuszczony.
proszek spożywczy rozpuszczalnik szybko zmienił kolor woda, Oznacza, dobrze się rozpuszcza.
Olej nie rozpuszcza się w wodzie: To albo rozprzestrzenia się na powierzchni w postaci cienkiej warstwy lub unosi się w wodzie w postaci żółtych kropelek.
Woda jest rozpuszczalnikiem! Ale nie wszystkie substancje rozpuścić się w nim.
Pedagog: - Chłopaki, pracowaliśmy z wami i "Kropelka" zaprasza nas do odpoczynku.
(Dzieci siedzą przy innym stole i rozgrywa się gra.
Gra: „Zgadnij smak napoju (herbata)».
Herbata do picia o różnych smakach: cukier, dżem, cytryna.
II Praca doświadczalna.
Zbliżamy się do tabeli 1.
Pedagog: - Chłopaki, czy można oczyścić wodę z tych substancji, które my rozpuszczony? Przywróć go do poprzedniego stanu przezroczystości, bez osadu. Jak to zrobić?
Sugeruję, żebyś zdjął okulary rozwiązania i przejdź do tabeli 2.
Pedagog: - Można to filtrować. Do tego potrzebny jest filtr. Z czego można zrobić filtr? Zrobimy to za pomocą gazikowej serwetki i wacika. Pokazuję (w lejku wkładam złożoną w kilka warstw serwetkę z gazy i wacik i wkładam do pustej szklanki).
Tworzenie filtrów z dziećmi.
Pokazuję sposób filtrowania, a następnie dzieci samodzielnie filtrują wodę wybraną przez siebie substancją.
Przypominam dzieciom, żeby się nie spieszyły, wlewały mały strumyk rozwiązanie do lejka z filtrem. mówię przysłowie: „Jeśli się pospieszysz, rozśmieszysz ludzi”.
Przyjrzyjmy się, co się stało po filtrowaniu woda z różnymi substancjami.
Olej został szybko przefiltrowany, bo tak nie było rozpuszczony w wodzie, na filtrze wyraźnie widoczne są ślady oleju. To samo stało się z piaskiem. Praktycznie nie odfiltrowano substancji, które byłyby dobre rozpuszczony w wodzie: cukier, sól.
Woda z mąką po przefiltrowaniu stała się bardziej przezroczysta. Większość mąki osiadła na filtrze, jedynie bardzo drobne cząsteczki przedostały się przez filtr i wylądowały w szklance, tzw woda nie do końca przezroczysty.
Po przefiltrowaniu barwnika kolor filtra uległ zmianie, ale został przefiltrowany rozwiązanie również pozostał w kolorze.
Wynik GCD:
1. Jakie substancje rozpuścić w wodzie? – cukier, sól, barwnik, mąka.
2. Które substancje nie są rozpuszcza się w wodzie - piasku, olej.
3. Jaką metodą czyszczenia woda, którą poznaliśmy? – filtrowanie.
4. Z czym? – filtr.
5. Czy wszyscy przestrzegali zasad bezpieczeństwa? (jeden przykład).
6. Co ciekawego (nowy) dowiedziałeś się dzisiaj?
Pedagog: - Dziś się tego nauczyłeś woda jest rozpuszczalnikiem, sprawdziłem jakie substancje rozpuścić w wodzie i jak można oczyścić wodę z różnych substancji.
"Kropelka" dziękuję za pomoc i daje album do szkicowania eksperymentów. Po zakończeniu naszych badań wracamy z laboratorium do Grupa:
Skręć w prawo, skręć w lewo.
Znów znajdziesz się w grupie.
Literatura:
1. A. I. Ivanova Ekologiczne obserwacje i eksperymenty w przedszkolu
2. G. P. Tugusheva, A. E. Chistyakova Zajęcia eksperymentalne dzieci w wieku przedszkolnym w średnim i starszym wieku wiek Sankt Petersburg: Childhood-Press 2010.
3. Działalność poznawcza przedszkolaków starszych – Dziecko w przedszkolu nr 3,4,5 2003.
4. Działalność naukowa przedszkolaka – D/v nr 7, 2001.
5. Eksperymenty z wodą i powietrzem - D/V nr 6, 2008.
6. Zajęcia eksperymentalne w przedszkolu – Wychowawca Przedszkolnej Placówki Oświatowej nr 9, 2009.
7. Gry – eksperymentowanie młodszego przedszkolaka – Pedagogika Przedszkolna nr 5 2010.
