§ 19. Фізичні та хімічні явища (хімічні реакції). Хімічні властивості речовин

На уроках природознавства ви дізналися, що в природі відбуваються різні фізичні та хімічні явища.

Фізичні явища. Кожний із вас спостерігав за тим, як тане лід, кипить або замерзає вода. Лід, вода і водяна пара складаються з одних і тих самих молекул; вони є однією речовиною, що перебуває в різних агрегатних станах.

Явища, під час яких речовини не перетворюються на інші, називають фізичними.

До фізичних явищ належать не лише зміни агрегатного стану речовин, а й світіння сильно нагрітого металу або каменю, проходження електричного струму в металах, поширення запаху речовин у повітрі, розчинення жиру в бензині, притягання заліза до магніту тощо. Такі явища вивчає наука фізика.

Хімічні явища (хімічні реакції). Одним із хімічних явищ є горіння. Розглянемо, як горить спирт (мал. 52). Цей процес відбувається за участю кисню, який міститься в повітрі. Спирт згоряє, його кількість зменшується. Здається, що він переходить у газуватий стан подібно до того, як вода за нагрівання перетворюється на водяну пару. Проте це не так. Якщо газ, добутий у результаті згоряння спирту, охолодити, то частина його сконденсується в рідину, але не в спирт, а у воду. Решта газу залишиться. За допомогою спеціального досліду можна довести, що цим залишком є вуглекислий газ.

Мал. 52. Горіння етилового спирту

Явища, під час яких одні речовини перетворюються на інші, називають хімічними явищами, або хімічними реакціями.

Речовини, що вступають у хімічну реакцію, називають вихідними речовинами, або реагентами, а ті, що утворюються, — кінцевими речовинами, або продуктами реакції.

Суть розглянутої хімічної реакції передає такий запис:

Реагенти і продукти цієї реакції складаються з молекул. Під час горіння створюється висока температура. За цих умов молекули реагентів розпадаються на атоми, які, сполучаючись, утворюють молекули нових речовин — продуктів 1 . Отже, всі атоми під час хімічної реакції зберігаються.

1 Відомі й інші варіанти взаємодії найменших частинок реагентів.

Зроблений висновок підтвердимо на прикладі іншої реакції, використавши моделі молекул (мал. 53).

Мал. 53. Взаємодія молекул водню і кисню з утворенням молекул води

Зовнішні ефекти, що супроводжують хімічні реакції. Спостерігаючи за перебігом хімічних реакцій, можна зафіксувати:

• появу, зникнення чи зміну забарвлення (мал. 54, а);
• виділення газу (мал. 54, б);
• утворення чи розчинення осаду (мал. 54, в);
• появу, зникнення чи зміну запаху;
• виділення чи поглинання теплоти;
• появу полум’я (мал. 52), іноді — світіння.

Мал. 54. Зовнішні ефекти під час хімічних реакцій: а — поява забарвлення; б — виділення газу; в — утворення осаду

Указані зовнішні ефекти, крім появи полум’я, можна спостерігати й під час фізичних явищ.

Приклад 1. Порошок срібла, добутий у результаті хімічної реакції в розчині, має сірий колір (мал. 55, а). Якщо його розплавити, а потім охолодити, то отримаємо метал не сірого, а білого кольору, з характерним блиском (мал. 55, б).

Мал. 55. Срібло — продукт реакції в розчині (а) і після переплавлення (б)

Приклад 2. Під час нагрівання природної води з неї задовго до кипіння почнуть виділятися маленькі пухирці газу. Це — повітря, яке містилось у воді. Його розчинність у воді, як і будь-якого газу, зі збільшенням температури зменшується.

Приклад 3. Неприємний запах у холодильнику з часом зникає, якщо в нього помістити гранули силікагелю — однієї зі сполук Силіцію. Силікагель вбирає молекули різних речовин без їх руйнування. Аналогічно діє активоване вугілля у протигазі.

Приклад 4. Під час перетворення води на водяну пару теплота поглинається, а при замерзанні води — виділяється.

Щоб визначити, яке явище відбувається — фізичне чи хімічне, потрібно уважно спостерігати за ним, а також ретельно дослідити речовини до і після проведеного експерименту.

Хімічні реакції в природі, побуті, на виробництві. У довкіллі постійно відбувається безліч хімічних реакцій. Багато речовин, розчинених у річках, морях і океанах, взаємодіє між собою, деякі реагують із киснем. Рослини вбирають з атмосфери вуглекислий газ, із ґрунту — воду, розчинені в ній речовини і переробляють їх на білки, жири, глюкозу, крохмаль, вітаміни, інші сполуки, а також кисень. Надзвичайно важливими є реакції за участю кисню, який потрапляє в живі організми під час дихання.

Цікаво знати

Щороку в рослинах утворюється 150 млрд т органічних речовин.

Із багатьма хімічними реакціями ми стикаємося в повсякденному житті. Вони відбуваються під час смаження м’яса, овочів, випікання хліба, скисання молока, бродіння плодових і ягідних соків, вибілювання тканин, горіння палива, тверднення цементу й алебастру, почорніння срібних прикрас тощо.

Хімічні реакції становлять основу багатьох технологічних процесів — добування металів, виробництва синтетичних волокон, медичних препаратів, добрив, інших важливих речовин (мал. 56). Теплову та електричну енергію виробляють, спалюючи вугілля, газ, мазут. За допомогою хімічних реакцій знешкоджують токсичні речовини, переробляють промислові та побутові відходи.

Мал. 56. Хімічні реактори в заводському цеху

Водночас перебіг деяких реакцій призводить до негативних наслідків. Іржавіння заліза скорочує термін роботи різних механізмів, обладнання, транспортних засобів, зумовлює великі втрати цього металу. Пожежі знищують житло, промислові та культурні об’єкти, історичні пам’ятки, лісові масиви. Більшість харчових продуктів псується внаслідок взаємодії з киснем повітря. При цьому утворюються речовини, що мають неприємні запах і смак, є шкідливими для людини.

Хімічні властивості речовини. Кожній речовині притаманна сукупність різних властивостей.

• Пригадайте, які властивості називають фізичними. Наведіть відповідні приклади.

Крім фізичних властивостей, речовини мають і хімічні властивості. Серед них — здатність вступати в хімічні реакції з певними речовинами, інертність щодо інших речовин, термічна стійкість або здатність до хімічного перетворення під час нагрівання (мал. 57).

Мал. 57. Перетворення сполуки Cu(OH)₂ при нагріванні

Розглянемо деякі хімічні властивості води. За звичайних умов і наявності повітря (кисню) вона повільно взаємодіє із залізом (цей процес називають іржавінням). Але вода не реагує з крейдою, піском. Її молекули починають руйнуватися лише за дуже сильного нагрівання (значно вище за 1000 °С). Унаслідок цієї хімічної реакції водяна пара перетворюється на два гази — водень і кисень.

Деякі речовини (наприклад, метали натрій, калій, неметали фтор, хлор) називають хімічно активними. Вони взаємодіють із багатьма речовинами. Такі реакції нерідко супроводжуються займанням або вибухом. Існують і хімічно пасивні речовини. Золото за жодних умов не взаємодіє з водою, киснем, оцтом, розчинами харчової та кальцинованої соди, а газ гелій взагалі не вступає в хімічні реакції.

Хімічні властивості речовини залежать від її складу і внутрішньої будови.

ВИСНОВКИ

Фізичними називають явища, під час яких кожна речовина зберігається.

Хімічні явища, або хімічні реакції, — це перетворення одних речовин на інші. Вони можуть супроводжуватися різними зовнішніми ефектами.

Безліч хімічних реакцій відбувається в навколишній природі, живих організмах. На перетвореннях речовин ґрунтуються різні технологічні процеси.

Кожна речовина має хімічні властивості, які полягають у її здатності вступати в певні хімічні реакції.

135. Знайдіть відповідність:

• 1) вибух динаміту;
• 2) тверднення розплавленого парафіну;
• 3) підгоряння їжі на сковороді;
• 4) утворення солі під час випаровування морської води;
• 5) розшарування струшеної суміші води та олії;
• 6) вицвітання забарвленої тканини на сонці;

136. Якими зовнішніми ефектами супроводжуються такі хімічні перетворення:

• а) горіння сірника;
• б) іржавіння заліза;
• в) бродіння виноградного соку?

137. Як ви думаєте, чому одні харчові продукти (цукор, оцет, сіль) можуть зберігатися протягом необмеженого часу, а інші (сир, вершкове масло, молоко) швидко псуються?

138. Мінерал малахіт має синьо-зелений колір, не розчиняється у воді, під час нагрівання не плавиться, а перетворюється на чорну тверду речовину, виділяючи вуглекислий газ і водяну пару. Які властивості мінералу є фізичними, а яка — хімічною?

139. Укажіть слово або словосполучення для заповнення пропуску в реченні «Атом — найменша частинка простої речовини, яка зберігає її . властивості»:

• а) фізичні;
• б) хімічні;
• в) фізичні та хімічні.

Обґрунтуйте свій вибір.

140. Назвіть спільну хімічну властивість парафіну і бензину.

§ 19. Фізичні та хімічні явища

Із природознавства вам відомо, що у природі відбувається безліч змін. Усі вони мають спільну назву — явища. Їх поділяють на фізичні, хімічні, біологічні та інші.

ЯКІ ЯВИЩА НАЛЕЖАТЬ ДО ФІЗИЧНИХ? Відповідь на це запитання сформулюємо після того, як розглянемо різні приклади явищ цієї групи. Вода при нагріванні випаровується (мал. 66. а), цукор розчиняється у воді. В обох прикладах речовина стає для нас невидимою. Від того, що крейдою пишуть на дошці, з’являються записи, а сам шматочок крейди зменшується (мал. 66. б). Скляна ваза випадково падає і розбивається на друзки. Ми бачимо, що форма вази втрачена, розміри окремих уламків значно менші за розміри вази (мал. 66. в). Після нанесення фарби на поверхню кузова автомобіля (мал. 66, г) спершу вловлюється запах речовин, у яких фарбу розчинили, а після їх випаровування фарба утворює щільний покрив, колір фарби при цьому зберігається.

Мал. 66. Приклади фізичних явищ

Що ж є характерним для таких, на перший погляд, різних явищ? Чому вони належать до фізичних?

• Фізичні явища — це явища, під час яких змінюється агрегатний стан або форма тіла, але склад речовин залишається незмінним. Тобто, одні речовини не перетворюються на інші.

І справді, пароподібна вода має такий самий склад молекул, як і рідка. Цукор у воді подрібнився до молекул, але вони того ж самого складу, що й у цукровому піску і мають солодкий смак. Після багатьох записів на дошці прямокутний і видовжений брусочок крейди стає менших розмірів. Ваза та уламки, на які вона перетворилася внаслідок падіння, складаються з одних і тих самих речовин. Отже, у жодному із зображених на малюнку 66 явищ нові речовини не утворювалися.

ЯКІ ЯВИЩА НАЗИВАЮТЬ ХІМІЧНИМИ ТА ЯК ЇХ ВИЯВИТИ? У природі самочинно, а на заводах, у лабораторіях з ініціативи та під контролем людини відбувається багато змін, що призводять до руйнування одних речовин и утворення інших. Ці зміни назвали хімічними явищами, або хімічними реакціями.

На відміну від фізичних явищ, під час хімічних завжди відбувається зміна складу речовин, тобто одні з них перетворюються на інші!

Важливо пам’ятати, що під час хімічних явищ нові речовини утворюються з тих самих хімічних елементів, що входили до складу вихідних речовин. Алхіміки цього не знали, тож марно намагалися перетворити звичайні метали у золото.

• Хімічні явища — це явища, під час яких одні речовини перетворюються на інші. Хімічні реакції — інша назва хімічних явищ.

Термін «хімічні реакції» є більш уживаним, ніж «хімічні явища».

Оскільки складові частинки речовини (молекули, атоми та деякі інші) дуже малі за розмірами, виникає питання: яким чином дізнатися, що відбулося саме хімічне явище і що його результатом стало утворення нових речовин? Іншими словами: як пересвідчитися, що відбулося хімічне, а не фізичне явище?

Зображені на малюнку 66 фізичні явища ми виявили за допомогою органів чуття. Досить часто вони ж допомагають виявляти й хімічні явища. Річ у тім, що новоутворені речовини можуть відрізнятися фізичними властивостями від властивостей речовин, узятих для проведення хімічних реакцій. Наприклад, у результаті взаємодії двох добре розчинних у воді речовин може утворитися нерозчинна речовина, що випадає в осад. Або ж при взаємодії двох безбарвних речовин може утворитися нова речовина певного кольору.

Деякі хімічні явища відбуваються дуже повільно, наприклад, утворення з гірських порід та мінералів піску й глини, інші — досить швидко, наприклад, горіння багаття.

Охарактеризуємо фізичні явища, що супроводжують хімічні реакції й на підставі яких роблять висновок про перебіг хімічного явища.

ВИДІЛЕННЯ ГАЗУ. У хімічний стакан, на третину наповнений етановою кислотою, всиплемо мірну ложку харчової соди (мал. 67, а). Спостерігатимемо за бурхливим виділенням вуглекислого газу (мал. 67, б). Підтвердити його виділення можна за допомогою тліючої скіпки, яка відразу ж гасне (мал. 67, в). Про це ви вже знаєте з природознавства та з параграфа 2.

Мал. 67. Виділення вуглекислого газу та його виявлення

Взяті для проведення хімічної реакції речовини мали такі формули: С₂Н₄О₂ (етанова кислота) і КаНСО₃ (харчова сода). Після реакції з них утворився вуглекислий газ — СО₂, вода — H₂О та натрій ацетат — NаС₂Н₃О₂. Вода та натрій ацетат залишилися у стакані, а вуглекислий газ виділився.

Поміркуйте! Однаковий чи різний якісний і кількісний склад мають узяті для реакції та утворені після неї речовини?

ЗМІНА ЗАБАРВЛЕННЯ. У хімічний стакан, на третину наповнений безбарвною хлоридною кислотою НСl, всиплемо мірну ложку твердої речовини чорного кольору купрум(II) оксиду СuО (мал. 68. а). Для прискорення хімічної реакції перемішаємо речовини у стакані скляною паличкою. Рідина над чорним купрум(II) оксидом починає набувати зеленкувато-блакитного кольору (мал. 68. б). Це свідчить про утворення нової речовини — купрум(ІІ) хлориду СuСl2, яка має таке забарвлення. У цьому прикладі зміна кольору свідчить про те, що відбулося хімічне явище.

Мал. 68. Зміна забарвлення у реакції хлоридної кислоти з купрум (II) оксидом

ЗНИКНЕННЯ АБО УТВОРЕННЯ ОСАДУ. Як вам відомо, крейда у воді не розчиняється. Помістимо її грудочку в хімічний стакан і доллємо хлоридної кислоти. Як і в першому досліді, спостерігається виділення вуглекислого газу, а також зникнення крейди, тобто осаду.

Наступний дослід проведемо з безбарвними розчинами барій хлориду ВаСl₂ та калій сульфату K₂SO₄. При доливанні одного розчину до іншого миттєво випадає білий осад (мал. 69). Тобто утворюється нова речовина білого кольору — барій сульфат BaSO₄. Ця речовина практично нерозчинна у воді. Утворення осаду свідчить, що відбулося хімічне, а не фізичне явище. Ще одна з утворених речовин — калій хлорид КСl — добре розчинна у воді, а її розчин — безбарвний. Виявити її серед продуктів цієї реакції за допомогою органів чуття ми не зможемо.

Мал. 69. Утворення осаду у реакції барій хлориду з калій сульфатом

ТЕПЛОВИЙ ЕФЕКТ ЯК СВІДЧЕННЯ ХІМІЧНОГО ЯВИЩА. Гашене вапно, яким навесні білять кору стовбурів дерев для захисту їх від шкідників, утворюється під час хімічної реакції між негашеним вапном СаО і водою Н₂О. Результатом цього хімічного явища є утворення нової речовини — гашеного вапна Са(ОН)₂. Утворена речовина спінюється, й посудина, в якій проводилася реакція, нагрівається (виникає так званий тепловий ефект реакції) (мал. 70).

Мал. 70. Виділення теплоти у реакції кальцій оксиду з водою

ПОЯВА ЗАПАХУ. Запах, що супроводжує взаємодію сірки S із киснем О₂, вам очевидно відомий. Цей запах ми чуємо при горінні сірників, тому що сірка входить до складу головки сірника. При горінні сірника сірка S вступає у хімічну реакцію з киснем О₂, що є у складі повітря, й утворюється отруйна речовина сульфур(ІV) оксид (сірчистий газ) SO₂ з різким задушливим запахом.

Таке явище, як поява запаху, що супроводжує хімічні реакції, має практичне значення, коли йде мова про псування продуктів харчування. Адже їхню придатність до вживання ми досить часто перевіряємо у повсякденному житті власним органом нюху.

ВИДІЛЕННЯ СВІТЛА. У деяких випадках хімічні реакції супроводжуються виділенням світла. Затиснемо у тримачі коротку магнієву стрічку й підпалимо її. Стрічка швидко згоряє сліпучо-білим полум’ям. Поява світла супроводжує утворення з магнію Mg та кисню O₂ нової речовини — магній оксиду MgO (мал. 71).

Мал. 71. Виділення світла у реакції магнію з киснем

Як бачимо, хімічні явища супроводжуються різними фізичними явищами.

• Хімічні реакції можуть супроводжуватися виділенням газу, світла, тепла, випаданням осаду, зміною забарвлення, появою запаху.

ДОСЛІДЖУЄМО НА УРОЦІ ТА ВДОМА

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 3

ПРОВЕДЕННЯ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

Завдання 1. До 1 мл блакитного розчину купрум(ІІ) сульфату CuSO₄ долийте 1 мл безбарвного розчину натрій гідроксиду NaOH. Спостерігайте за змінами. Яка ознака свідчить про перебіг хімічного явища?

Завдання 2. Налийте у пробірку 1 мл безбарвного розчину натрій гідроксиду NaOH і додайте кілька крапель розчину фенолфталеїну. Спостерігайте за змінами. Після цього краплинами доливайте розчин етанової кислоти, доки вміст пробірки не стане безбарвним. Хімічне чи фізичне явище відбулося?

Завдання 3. Візьміть грудочку крейди діаметром не більше 1 см і краплями з піпетки нанесіть на неї етанову кислоту. Спостерігайте за змінами та опишіть їх. Про що вони свідчать?

Результати виконаних завдань 1, 2, 3 оформіть у зошиті.

Домашній експеримент

Дослід 1. Проведіть у прозорих посудинах взаємодію харчової соди (1/4 чайної ложки) із соком квашеної капусти, лимонною кислотою, кефіром (по 3 столові ложки у кожному з дослідів). Яким фізичним явищем супроводжуються проведені вами хімічні явища?

Дослід 2. Якщо чайник, яким користується ваша родина, має накип, то за допомогою хімічної реакції позбудьтесь осаду. Для цього на 2/3 наповніть чайник водою, всипте 1 пакетик лимонної кислоти та прокип’ятіть 15-20 хв. Після кип’ятіння чайник ретельно промийте холодною водою. Фізичне чи хімічне явище допомогло позбутися накипу?

1. Які явища називають фізичними? Назвіть приклади.

2. Які явища називають хімічними? Назвіть приклади.

3. Поясніть, у чому полягає відмінність між фізичними та хімічними явищами.

4. Якими фізичними явищами супроводжуються хімічні явища?

5. Поміркуйте, у яких твердженнях мова йде про фізичні явища, а у яких — про хімічні:

• а) кисень скраплюється при дуже низьких температурах;
• б) кисень погано розчиняється у воді;
• в) під дією чинників зовнішнього середовища вироби із заліза іржавіють;
• г) молоко без холодильника через добу скисає.

6. Із тексту параграфа випишіть наведені в ньому формули та назви речовин, розподіливши їх на прості і складні.

7. Укажіть хімічне явище:

• А випаровування води
• Б розтікання олії по пательні
• В пригоряння їжі
• Г танення льоду

8. Укажіть правильне твердження про перелік явищ: горіння магнію, утворення осаду при додаванні хлоридної кислоти до аргентум(І) нітрату, розм’якшення скляної палички при нагріванні, перетворення алюмінієвої стружки в порошок.

• А переважають хімічні явища
• Б переважають фізичні явища
• В хімічні явища відсутні
• Г фізичних і хімічних явищ порівну

9. Установіть відповідність між хімічним і фізичним явищами у лівій і правій колонках.

• 1 Етанова кислота взаємодіє з харчовою содою
• 2 Хлоридна кислота взаємодіє з купрум(ІІ) оксидом
• З Барій хлорид взаємодіє з калій сульфатом
• 4 Сірка взаємодіє з киснем

• А Випадання осаду
• Б Зміна кольору
• В Поява світла
• Г Виділення газу
• Д Поява запаху

10. За малюнком поясніть зміни з кулькою (а) після того, як з неї висипали соду в посудину з кислотою (б).

Навчальний проект «Хімічні явища в побуті».

Навчальний проект «Речовини і хімічні явища в побуті, літературних творах і народній творчості».