Właściwości tlenu, kwasu octowego i glinu. Woda: przewodność elektryczna i przewodność cieplna

Alotropia

Z \(118\) obecnie znanych pierwiastków chemicznych \(22\) pierwiastki tworzą proste substancje o właściwościach niemetalicznych. Istnieje znacznie więcej prostych substancji niemetalicznych niż samych niemetalicznych pierwiastków chemicznych. Powodem tego jest istnienie zjawiska zwanego alotropią.

Alotropia to zdolność atomów danego pierwiastka chemicznego do tworzenia kilku prostych substancji zwanych modyfikacje alotropowe, Lub modyfikacje alotropowe.

Na przykład, pierwiastek chemiczny tlen \(O\) tworzy prostą substancję tlen O 2, której cząsteczka składa się z dwóch atomów, oraz prostą substancję ozon O 3, której cząsteczka składa się z trzech atomów tego pierwiastka.

Pierwiastek chemiczny fosfor \(P\) tworzy wiele modyfikacji alotropowych, z których najważniejszymi są fosfor czerwony i fosfor biały.

Pierwiastek chemiczny węgiel \(C\) tworzy naturalnie występujące modyfikacje - diament i grafit.

Modyfikacje alotropowe utworzone przez ten sam pierwiastek chemiczny różnią się znacznie od siebie zarówno strukturą, jak i właściwościami.

Alotropia nie jest nieodłączną cechą wszystkich niemetalicznych pierwiastków chemicznych.

Na przykład, wodór, azot, pierwiastki \(VII\)A i \(VIII\)A nie mają modyfikacji alotropowych, tj. każdy z wymienionych pierwiastków tworzy tylko jedną prostą substancję.

Sieć krystaliczna niemetali

Przyczyną dużej różnorodności właściwości fizycznych niemetali jest odmienna struktura sieci krystalicznych tych substancji.

Niektóre niemetale tak mają sieć krystaliczna atomu. Kryształy takich substancji składają się z atomów połączonych ze sobą silnymi wiązaniami kowalencyjnymi. Takie niemetale są w stanie stałym skupienia i są nielotne. Przykładami takich substancji są diament, grafit, czerwony fosfor i krzem.

Modele sieci krystalicznych diamentu (po lewej) i grafitu. Kryształy tych modyfikacji alotropowych składają się z atomów węgla połączonych ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi. Kryształy grafitu w odróżnieniu od kryształów diamentu składają się z odrębnych warstw, które ułożone są względem siebie niczym kartki papieru w książce.

Druga część niemetali ma molekularna sieć krystaliczna. W tym przypadku atomy w każdej cząsteczce są połączone dość mocno wiązaniem kowalencyjnym, ale poszczególne cząsteczki są ze sobą powiązane bardzo słabo w kryształach substancji. Dlatego substancje o strukturze molekularnej w normalnych warunkach mogą być gazami, cieczami lub topliwymi ciałami stałymi.

Tlen O 2, ozon O 3, azot N 2, wodór H 2, fluor F 2, chlor Cl 2, brom Br 2, jod I 2, biały fosfor P 4, krystaliczna siarka S 8 i gazy obojętne - to wszystko są substancje, kryształy, które składają się z pojedynczych cząsteczek (a w przypadku gazów obojętnych z pojedynczych atomów, jakby działały jak cząsteczki).

Model cząsteczki siarki (po lewej) i kryształu siarki. Kryształ siarki składa się z pojedynczych cząsteczek\(S_8\)

Właściwości fizyczne niemetali

Właściwości prostych substancji niemetalicznych są bardzo zróżnicowane. W zasadzie łączy je jedynie to, że z reguły nie posiadają właściwości fizycznych typowych dla metali, czyli nie posiadają charakterystycznego metalicznego połysku, plastyczności, ciągliwości, wysokiej przewodność cieplna i elektryczna.

Stan skupienia

Niemetale w normalnych warunkach mogą być substancjami gazowymi, ciekłymi i stałymi.

Gazowy niemetale I to hel \(He\), neon \(Ne\), argon \(Ar\), krypton \(Kr\), ksenon \(Xe\) i radon \(Rn\). Nazywa się je obojętnymi (lub Gazy szlachetne. Każda „cząsteczka” gazu obojętnego składa się tylko z jednego atomu.

Pierwiastki chemiczne takie jak wodór \(H\), tlen \(O\), azot \(N\), chlor \(Cl\), fluor \(F\) gazowy substancje składające się odpowiednio z cząsteczek dwuatomowych - H 2, O 2, N 2, Cl 2, F 2.

Z niemetalicznych prostych substancji w zwykłych warunkach płyn to tylko brom, którego cząsteczki są dwuatomowe - Br 2.

Pozostałe niemetaliczne pierwiastki chemiczne w normalnych warunkach są obecne twardy stan skupienia. Na przykład pierwiastek chemiczny węgiel tworzy ciała stałe, takie jak diament i grafit. Substancje stałe to krystaliczna siarka S8, czerwony fosfor i biały fosfor P4, krystaliczny jod I2.

Kolor i połysk

Tylko niektóre niemetale, w przeciwieństwie do metali, mają połysk. Na przykład krystaliczny jod, krzem i grafit nie przypominają innych niemetali - mają połysk nieco przypominający połysk metali.

Jeśli zdecydowana większość metali charakteryzuje się srebrno-szarym lub srebrno-białym kolorem, wówczas kolor niemetali jest bardzo zróżnicowany. Biały kolor to biały fosfor, czerwony - fosfor czerwony, żółty - siarka i fluor, kasztanowy - brom ciekły, żółty zielony - chlor, fioletowy pary jodu mają kolor niebieski - ciekły tlen, szary - grafit i krzem. Bezbarwny jest diamentem, gazy obojętne, azot, tlen i wodór również nie mają koloru.


Czerwony fosfor

Cel lekcji. Konkretyzuj wiedzę na temat pierwiastka chemicznego i prostej substancji. Zbadaj właściwości fizyczne tlenu. Opracuj pomysły dotyczące metod wytwarzania i gromadzenia tlenu w laboratorium.

Zadania:

Edukacyjny:
– Potrafić rozróżnić pojęcia „pierwiastek chemiczny” i „substancja prosta”
na przykładzie tlenu.
– Potrafi scharakteryzować właściwości fizyczne tlenu i metody
zbieranie tlenu.
– Umieć umieszczać współczynniki w równaniach reakcji.
Edukacyjny:
kształtowanie dokładności podczas przeprowadzania eksperymentów laboratoryjnych;
uważność, troskliwa postawa.
Edukacyjny:
– Tworzenie budowania łańcuchów logicznych, opanowanie chemii
terminologia, aktywność poznawcza, wnioski i sądy.

Podstawowe koncepcje. Pierwiastek chemiczny, substancja prosta, właściwości fizyczne, katalizatory.

Planowane efekty kształcenia. Potrafić rozróżnić pojęcia „pierwiastek chemiczny” i „substancja prosta” na przykładzie tlenu. Potrafić scharakteryzować właściwości fizyczne tlenu i metody jego gromadzenia. Potrafić umieszczać współczynniki w równaniach reakcji.

Doświadczenie: Pozyskiwanie tlenu z nadtlenku wodoru i potwierdzanie jego obecności.

Demonstracje. Otrzymywanie tlenu z nadmanganianu potasu. Pobieranie tlenu metodą wyporu powietrza i potwierdzenie jego obecności.

Sprzęt i odczynniki: Tablica D.I. Mendelejewa, materiały informacyjne (test), urządzenie do wytwarzania tlenu z nadmanganianu potasu (kolba stożkowa z gumowym korkiem, rurka wylotowa gazu, PKh-12, statyw, stopka, wata), nadtlenek wodoru 20 ml (15 butelek), mangan (IV) tlenek (15 butelek), łyżka dozująca (15 szt.), lampa alkoholowa (15 szt.), zapałki (15 szt.), drzazga (15 szt.), nadmanganian potasu (5 g).

Typ lekcji: Lekcja zdobywania nowej wiedzy.

Metody nauczania:

Wyjaśniająco-ilustracyjny (werbalny: rozmowa, prezentacja; werbalno-wizualny: samodzielna praca uczniów z pomocą pomocy wizualnych; słowno-wizualno-praktyczny: praca uczniów z materiałami informacyjnymi, wykonanie eksperymentu chemicznego, wykonanie samodzielnej pracy pisemnej).
Metoda przeszukiwania częściowego (heurystyczna) (werbalna: rozmowa-dyskusja; werbalno-wizualna: dyskusja z demonstracją pomocy wizualnych, samodzielna praca uczniów z pomocą pomocy wizualnych; werbalno-wizualna-praktyczna: praca uczniów z materiałami informacyjnymi, wykonanie eksperymentu chemicznego, wykonanie samodzielna praca pisarska).
Metoda badawcza (werbalno-wizualna-praktyczna: wykonanie badawczego eksperymentu chemicznego).

Formy organizacji zajęć: frontalny, grupowy (łaźnia parowa).

I. Etap organizacyjny.

Pozdrowienia.
Definicja nieobecnych.
Sprawdzanie gotowości do zajęć.

Dostępność pamiętnika, zeszytu zajęć, podręcznika do chemii, długopisu.

II. Przygotowanie uczniów do aktywnego i świadomego uczenia się nowego materiału.

Nauczyciel: Aby ustalić temat dzisiejszej lekcji, ty i ja musimy rozwiązać zagadkę?

Slajd 1

Rozwiąż zagadkę, a poznamy temat dzisiejszej lekcji.

Ryż. 1

(SZCZOTKA) KI + (SŁOŃ) SLO + PRĘT

TLEN

Nauczyciel: Temat dzisiejszej lekcji: „Tlen, jego ogólna charakterystyka i występowanie w przyrodzie. Właściwości fizyczne tlenu. Otrzymujący."

Slajd 2

Temat dzisiejszej lekcji: „Tlen, jego ogólna charakterystyka i występowanie w przyrodzie. Właściwości fizyczne tlenu. Otrzymujący."

Slajd 3

„Tlen” to substancja, wokół której obraca się ziemska chemia.

J.Berzeliusa

Nauczyciel: Używając języka chemii, należy zapisać na tablicy: tlen jako pierwiastek chemiczny i jako substancja prosta.

Tlen – jako pierwiastek – O.

Tlen - jako substancja prosta - O 2.

Nauczyciel: Teraz na ekranie pojawi się kilka fraz (powiedzeń), musisz określić, w jakim znaczeniu jest w nich mowa o tlenie - jako pierwiastek chemiczny czy jako prosta substancja.

Slajd 4

Ćwiczenia: Zdefiniuj tlen jako pierwiastek chemiczny lub prostą substancję.

Tlen jest częścią ważnych substancji organicznych: białek, tłuszczów, węglowodanów.
Cała żywa materia na Ziemi oddycha tlenem.
Rdza zawiera żelazo i tlen.
Ryby oddychają tlenem rozpuszczonym w wodzie.
Podczas fotosyntezy rośliny zielone uwalniają tlen.

Nauczyciel: Potrzebujesz ich przy pomocy PSHE. D.I. Mendelejew charakteryzuje pierwiastek chemiczny „tlen” według następującego planu:

Slajd 5:

Numer seryjny -
Względna masa atomowa –
Okres -
Grupa -
Podgrupa –
Walencja –

Nauczyciel: Sprawdźmy, zwróć uwagę na ekran

Slajd 6

Numer seryjny – 8
Względna masa atomowa – Ar(O) = 16
Okres – drugi
Grupa – VI
Podgrupa - a (główna)
Walencja – II

Slajd 7

Dystrybucja tlenu w przyrodzie:

Pierwsze miejsce w rozpowszechnieniu w skorupie ziemskiej, tj. litosfera, zajmuje tlen – 49%, następnie krzem – 26%, glin – 7%, żelazo – 5%, wapń – 4%, sód – 2%, potas – 2%, magnez – 2%, wodór – 1%.

W biosfera Około 65% masy organizmów żywych stanowi tlen.

W hydrosfera stanowi 89%.

W atmosfera: 23% wagowo, 21% objętościowo.

Ryż. 2

Nauczyciel: Potrzebujesz ich przy pomocy PSHE. D.I.Mendelejew charakteryzuje prostą substancję „tlen”.

Jaki jest więc wzór chemiczny prostej substancji - 0 2

Względna masa cząsteczkowa Mg(0 2) = 32

Slajd 8

Historia odkrycia tlenu.

Ryż. 3

Ryc. 5

Ryż. 4

Ryż. 6

Nauczyciel komentuje: W 1750 M.V. Łomonosow przeprowadził eksperymenty i udowodnił, że powietrze zawiera substancję utleniającą metal. Zadzwonił do niego flogiston.

Carl Scheele otrzymał tlen w 1771 r. Niezależnie tlen pozyskał J. Priestley w 1774 roku.

A historia jest prosta...
Kiedyś Josepha Priestleya
Ogrzewanie tlenku rtęci
Odkryto dziwny gaz.
Gaz bez koloru, bez nazwy,
Świeca pali się w nim jaśniej.
Czy nie jest to szkodliwe dla oddychania?
Od lekarza nie dowiesz się!
Z kolby wypłynął nowy gaz -
Nikt go nie zna.
Myszy wdychają ten gaz
Pod szklaną osłoną.
Ludzie też tym oddychają...

W 1775 r. A. Lavoisier ustalił, że tlen jest składnikiem powietrza i występuje w wielu substancjach.

Natura stworzyła świat z atomów:
Dwa lekkie atomy pochłonęły wodór,
Dodano jeden atom tlenu -
I okazało się, że to cząstka wody,
Morze wody, oceanów i lodu...
Stał się tlen
Prawie wszędzie jest nadzienie.
Dzięki krzemowi zamienił się w ziarnko piasku.
Tlen dostał się do powietrza
Zaskakująco,
Z błękitnych głębin oceanu.
I na Ziemi pojawiły się rośliny.
Pojawiło się życie:
Oddychanie, spalanie...
Pierwsze ptaki i pierwsze zwierzęta,
Pierwsi ludzie, którzy mieszkali w jaskini...
Ogień powstał w wyniku tarcia,
Choć nie znali przyczyny pożaru.
Rola tlenu na naszej Ziemi
Wielki Lavoisier zrozumiał.

Nauczyciel: Teraz zapoznajmy się eksperymentalnie z tlenem. Ponieważ będziemy korzystać z urządzenia grzewczego (lampy alkoholowej), podczas pracy z lampą alkoholową należy pamiętać o gruźlicy:

Używając lampy alkoholowej nie wolno zapalać jej od innej lampy alkoholowej, gdyż alkohol może się rozlać i spowodować pożar.
Aby zgasić płomień lampy alkoholowej, należy ją zamknąć nakrętką.

Wlać roztwór H2O2 (nadtlenek wodoru) do zlewki.

Zapal lampę alkoholową, włóż pochodnię do płomienia i zgaś pochodnię. Następnie do zlewki dodać tlenek manganu (IV) i przyłożyć do zlewki tlący się drzazg – co zaobserwowano?

Student: Pochodnia zapala się. W ten sposób ustaliliśmy, że w zlewce znajduje się tlen.

Nauczyciel: W tym eksperymencie tlenek manganu (IV) jest katalizatorem – substancją, która przyspiesza proces reakcji chemicznej, ale nie jest zużywana.

Eksperyment demonstracyjny:„Wytwarzanie tlenu z nadmanganianu potasu”.

Montujemy urządzenie.

Tlen zbieramy wtłaczając powietrze do kolby stożkowej, po pewnym czasie obecność tlenu sprawdzamy za pomocą tlącej się drzazgi, jeśli się rozgoli oznacza to, że zebrała się wystarczająca ilość tlenu.

Zamykamy go gumowym korkiem i kładziemy na stole podnośnym.

Zachęcamy uczniów do scharakteryzowania właściwości fizycznych tlenu według następujących kryteriów.

Slajd 9

Stan skupienia -...
Kolor - ...
Zapach - ...
Rozpuszczalność w wodzie – ...
kipować. –...
Przewodnictwo elektryczne -...
Przewodność cieplna -...
Cięższy lub lżejszy od powietrza

Nauczyciel: Sprawdźmy, zwróć uwagę na ekran.

Slajd 10

Stan skupienia – gaz.
Kolor – brak koloru
Zapach – brak zapachu
Rozpuszczalność w wodzie - słabo rozpuszczalny
do wrzenia. – 183°С
Przewodność elektryczna – nieprzewodząca
Przewodność cieplna – słabo przewodzi ciepło (słabo)
Cięższe niż powietrze

Nauczyciel: Zadajemy uczniom problematyczne pytanie: Dlaczego na obrazku znajduje się tlen w postaci niebieskiej cieczy?

Slajd 11

Ryż. 7

Odpowiedź ucznia (dodana przez nauczyciela): Ten tlen jest w stanie skroplonym, a ciekły tlen jest niebieski.

Podsumujmy teraz i zapiszmy w zeszycie różne sposoby wytwarzania tlenu, które zaobserwowaliśmy dzisiaj.
Ryż. 8

Ryż. 9

Nauczyciel: Na koniec zajęć sprawdzimy naszą wiedzę.

Zaczynasz poznawać nowy przedmiot akademicki - chemię. Co studiuje chemia?

Jak wiesz z kursu fizyki, wiele substancji składa się z cząsteczek, a cząsteczki składają się z atomów. Atomy są tak małe, że na czubku igły zmieści się ich wiele miliardów. Jednakże istnieje tylko 114 rodzajów atomów.

Substancje takie jak neon, argon, krypton i hel składają się z pojedynczych izolowanych atomów. Nazywa się je również gazami szlachetnymi lub obojętnymi, ponieważ ich atomy nie łączą się ze sobą i prawie nie łączą się z atomami innych pierwiastków chemicznych. Atomy wodoru to zupełnie inna sprawa. Mogą istnieć samodzielnie (ryc. 4, a), jak na Słońcu, które w ponad połowie składa się z pojedynczych atomów wodoru. Mogą łączyć się w cząsteczki dwóch atomów (ryc. 4, b), tworząc cząsteczki najlżejszego gazu, który podobnie jak pierwiastek chemiczny nazywany jest wodorem. Atomy wodoru mogą także łączyć się z atomami innych pierwiastków chemicznych. Na przykład dwa atomy wodoru, łącząc się z jednym atomem tlenu (ryc. 4, c), tworzą cząsteczki dobrze znanej Ci substancji - wody.

Ryż. 4.
Formy istnienia pierwiastka chemicznego wodór:
a - atomy wodoru; b - cząsteczki wodoru; c - atomy wodoru w cząsteczce wody

Podobnie koncepcja „pierwiastka chemicznego tlenu” łączy izolowane atomy tlenu, tlen - prostą substancję, której cząsteczki składają się z dwóch atomów tlenu, oraz atomy tlenu będące częścią substancji złożonych. Zatem cząsteczki dwutlenku węgla zawierają tlen i atomy węgla, podczas gdy cząsteczki cukru zawierają atomy węgla, wodoru i tlenu.

Dlatego każdy pierwiastek chemiczny występuje w trzech postaciach: wolnych atomów, substancji prostych i substancji złożonych (patrz ryc. 4).

Pojęcie „pierwiastka chemicznego” jest szersze i nie należy go mylić z pojęciem „prostej substancji”, zwłaszcza jeśli ich nazwy są takie same. Na przykład, gdy mówią, że woda zawiera wodór, mają na myśli pierwiastek chemiczny, a gdy mówią, że wodór jest paliwem przyjaznym dla środowiska, mają na myśli prostą substancję.

Różne substancje różnią się od siebie właściwościami. Zatem wodór jest gazem bardzo lekkim, bezbarwnym, bez zapachu, bez smaku, ma gęstość 0,00009 g/cm 3, wrze w temperaturze -253°C i topi się w temperaturze -259°C itd. Są to właściwości substancje nazywane są fizycznymi.

Właściwości fizyczne substancji można opisać za pomocą następującego planu:

W jakim stanie skupienia (gazowy, ciekły, stały) znajduje się substancja w danych warunkach?
Jakiego koloru jest substancja? Czy ma połysk?
Czy substancja ma zapach?
Jaka jest twardość substancji w skali twardości względnej (skala Mohsa) (ryc. 5)? (Zobacz podręczniki.)

Ryż. 5.
Skala twardości

Czy substancja wykazuje plastyczność, kruchość lub elastyczność?
Czy substancja rozpuszcza się w wodzie?
Jaka jest temperatura topnienia i wrzenia substancji? (Zobacz podręczniki.)
Jaka jest gęstość substancji? (Zobacz podręczniki.)
Czy substancja ma przewodność cieplną i elektryczną? (Zobacz podręczniki.)

Eksperyment laboratoryjny nr 1
Porównanie właściwości ciał krystalicznych i roztworów

Porównaj, korzystając z podanego na s. Plan 10, właściwości próbek substancji podanych Ci w kubeczkach:

opcja 1 - cukier krystaliczny i sól kuchenna;
opcja 2 - glukoza i kwas cytrynowy.

Znając właściwości substancji, człowiek może z nich korzystać z większymi korzyściami. Rozważmy na przykład właściwości i zastosowania aluminium (ryc. 6).

Ryż. 6.
Zastosowanie aluminium:
1 - produkcja samolotów; 2 - nauka o rakietach; 3 - produkcja linii energetycznych; 4 - produkcja naczyń, sztućców i folii opakowaniowej

Aluminium i jego stopy ze względu na swoją lekkość i wytrzymałość wykorzystywane są do produkcji samolotów i rakiet, nie bez powodu aluminium nazywane jest „skrzydlatym metalem”.

Lekkość i dobre przewodnictwo elektryczne aluminium wykorzystywane są do produkcji przewodów elektrycznych do linii energetycznych (linii elektroenergetycznych).

Przewodność cieplna i nietoksyczność są ważne przy produkcji aluminiowych naczyń kuchennych.

Nietoksyczność i plastyczność pozwalają na szerokie zastosowanie cienkich arkuszy folii aluminiowej - jako materiału opakowaniowego do batonów czekoladowych, herbaty, margaryny, mleka, soków i innych produktów, a także do leków umieszczanych w komórkach konturowych.

Wprowadzenie stopów aluminium do budownictwa zwiększa trwałość i niezawodność konstrukcji.

Przykłady te ilustrują, że z jednej substancji (aluminium) można wykonać różne ciała fizyczne.

Aluminium potrafi palić się olśniewającym płomieniem (ryc. 7), dlatego wykorzystuje się go do produkcji kolorowych fajerwerków i ognie (pamiętajcie opowiadanie N. Nosowa „Ognie”). Po spaleniu aluminium zamienia się w inną substancję - tlenek glinu.

Ryż. 7.
Podstawą produkcji iskier i fajerwerków jest spalanie aluminium

Słowa i wyrażenia kluczowe

Przedmiot chemii.
Substancje są proste i złożone.
Właściwości substancji.
Pierwiastek chemiczny i formy jego istnienia: wolne atomy, substancje proste i złożone, czyli związki.

Pracuj z komputerem

Zapoznaj się z wnioskiem elektronicznym. Zapoznaj się z materiałem lekcyjnym i wykonaj przydzielone zadania.
Znajdź w Internecie adresy e-mail, które mogą posłużyć jako dodatkowe źródła ujawniające treść słów kluczowych i wyrażeń występujących w akapicie. Zaoferuj nauczycielowi pomoc w przygotowaniu nowej lekcji - sporządź raport na temat kluczowych słów i zwrotów z następnego akapitu.

Pytania i zadania

Fileo (z języka greckiego) oznacza „miłość”, fobos – „strach”. Wyjaśnij terminy „chemofilia” i „chemofobia”, które odzwierciedlają zdecydowanie odmienne podejście grup ludzi do chemii. Który jest poprawny? Uzasadnij swój punkt widzenia.
Obowiązkowym atrybutem nieskończonej liczby prac szpiegowskich i innych detektywów jest cyjanek potasu, a dokładniej cyjanek potasu, który ma właściwość paraliżowania układu nerwowego, prowadząc w ten sposób ofiarę do natychmiastowej śmierci. Podaj przykłady właściwości innych substancji stosowanych w dziełach literackich.
Zapisz osobno nazwy substancji i nazwy ciał z podanej listy: miedź, moneta, szkło, szkło, wazon, ceramika, drut, aluminium. Skorzystaj z podpowiedzi: dla nazwy ciała - rzeczownika - możesz wybrać przymiotnik względny utworzony od nazwy substancji, np.: żelazo i gwóźdź - żelazny gwóźdź.
Zapisz przymiotniki jakościowe: lekki, okrągły, długi, ciężki, twardy, zapachowy, rozpuszczalny, ciężki, wklęsły, miękki, płynny, przezroczysty, które można przypisać: a) substancjom; b) do ciał; c) zarówno do ciał, jak i substancji.
Porównaj pojęcia „substancja prosta” i „substancja złożona”. Znajdź podobieństwa i różnice.
Określ, które z substancji, których modele molekularne pokazano na rysunku 2, zaliczają się do: a) substancji prostych; b) do substancji złożonych.
Które pojęcie jest szersze – „pierwiastek chemiczny” czy „prosta substancja”? Podaj odpowiedź opartą na dowodach.
Wskaż, gdzie tlen określa się jako pierwiastek chemiczny, a gdzie jako substancję prostą:
a) tlen jest słabo rozpuszczalny w wodzie;
b) cząsteczki wody składają się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu;
c) powietrze zawiera 21% tlenu (objętościowo);
d) tlen jest częścią dwutlenku węgla.
Wskazać, gdzie wodór określa się jako substancję prostą, a gdzie jako pierwiastek chemiczny:
a) wodór jest częścią większości związków organicznych;
b) wodór jest najlżejszym gazem;
c) balony napełnia się wodorem;
d) cząsteczka metanu zawiera cztery atomy wodoru.
Rozważmy związek pomiędzy właściwościami substancji i jej zastosowaniem na przykładzie: a) szkła; b) polietylen; c) cukier; d) żelazo.

Kto zna formułę wody od czasów szkolnych? Oczywiście, to wszystko. Jest prawdopodobne, że z całego przebiegu chemii wielu, którzy wówczas nie studiują jej w specjalistyczny sposób, ma jedynie wiedzę o tym, co oznacza wzór H 2 O. Ale teraz postaramy się zrozumieć tak szczegółowo i dogłębnie, jak to możliwe jakie są jego główne właściwości i dlaczego bez niego nie ma życia na planecie Ziemia.

Woda jako substancja

Jak wiemy, cząsteczka wody składa się z jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru. Jej wzór zapisano następująco: H 2 O. Substancja ta może występować w trzech stanach: stałym – w postaci lodu, gazowym – w postaci pary oraz ciekłym – jako substancja pozbawiona koloru, smaku i zapachu. Nawiasem mówiąc, jest to jedyna substancja na planecie, która w warunkach naturalnych może istnieć we wszystkich trzech stanach jednocześnie. Na przykład: na biegunach Ziemi znajduje się lód, w oceanach jest woda, a parowanie pod promieniami słonecznymi to para. W tym sensie woda jest anomalna.

Woda jest także najpowszechniej występującą substancją na naszej planecie. Zajmuje powierzchnię Ziemi w prawie siedemdziesięciu procentach - są to oceany, liczne rzeki z jeziorami i lodowce. Większość wody na planecie jest słona. Nie nadaje się do picia i hodowli. Woda słodka stanowi zaledwie dwa i pół procent całkowitej ilości wody na planecie.

Woda jest bardzo mocnym i wysokiej jakości rozpuszczalnikiem. Dzięki temu reakcje chemiczne w wodzie zachodzą z ogromną szybkością. Ta sama właściwość wpływa na metabolizm w organizmie człowieka. że ciało dorosłego człowieka składa się w siedemdziesięciu procentach z wody. U dziecka odsetek ten jest jeszcze wyższy. Na starość liczba ta spada z siedemdziesięciu do sześćdziesięciu procent. Nawiasem mówiąc, ta cecha wody wyraźnie pokazuje, że jest ona podstawą ludzkiego życia. Im więcej wody w organizmie, tym jest on zdrowszy, bardziej aktywny i młodszy. Dlatego naukowcy i lekarze ze wszystkich krajów niestrudzenie podkreślają, że trzeba dużo pić. Jest to woda w czystej postaci, a nie jej substytuty w postaci herbaty, kawy czy innych napojów.

Woda kształtuje klimat na planecie i nie jest to przesada. Ciepłe prądy oceaniczne ogrzewają całe kontynenty. Dzieje się tak dlatego, że woda pochłania dużo ciepła słonecznego, a następnie oddaje je, gdy zaczyna się ochładzać. W ten sposób reguluje temperaturę na planecie. Wielu naukowców twierdzi, że Ziemia już dawno by ostygła i zamieniła się w kamień, gdyby nie obecność tak dużej ilości wody na zielonej planecie.

Właściwości wody

Woda ma wiele bardzo ciekawych właściwości.

Na przykład woda jest najbardziej mobilną substancją po powietrzu. Z kursu szkolnego wielu prawdopodobnie pamięta taką koncepcję, jak obieg wody w przyrodzie. Na przykład: strumień odparowuje pod wpływem bezpośredniego światła słonecznego i zamienia się w parę wodną. Co więcej, para ta jest przenoszona gdzieś przez wiatr, gromadzi się w chmurach, a nawet w górach i opada w postaci śniegu, gradu lub deszczu. Dalej potok ponownie spływa z gór, częściowo wyparowując. I tak – w kole – cykl powtarza się miliony razy.

Woda ma również bardzo dużą pojemność cieplną. Z tego powodu zbiorniki wodne, zwłaszcza oceany, schładzają się bardzo powoli podczas przejścia z ciepłej pory roku lub pory dnia na zimną. I odwrotnie, wraz ze wzrostem temperatury powietrza woda nagrzewa się bardzo powoli. Dzięki temu, jak wspomniano powyżej, woda stabilizuje temperaturę powietrza na całej naszej planecie.

Po rtęci woda ma najwyższe napięcie powierzchniowe. Nie sposób nie zauważyć, że przypadkowo rozlana na płaską powierzchnię kropla czasami staje się efektowną plamką. To pokazuje lepkość wody. Kolejna właściwość pojawia się, gdy temperatura spada do czterech stopni. Gdy woda ostygnie do tego punktu, staje się lżejsza. Dlatego lód zawsze unosi się na powierzchni wody i twardnieje, tworząc skorupę pokrywającą rzeki i jeziora. Dzięki temu ryby nie zamarzają w zbiornikach zamarzających zimą.

Woda jako przewodnik prądu elektrycznego

Najpierw powinieneś dowiedzieć się, czym jest przewodność elektryczna (w tym wody). Przewodność elektryczna to zdolność substancji do przewodzenia prądu elektrycznego przez samą siebie. Odpowiednio przewodność elektryczna wody to zdolność wody do przewodzenia prądu. Zdolność ta zależy bezpośrednio od ilości soli i innych zanieczyszczeń w cieczy. Na przykład przewodność elektryczna wody destylowanej jest prawie zminimalizowana ze względu na fakt, że taka woda jest oczyszczana z różnych dodatków, które są niezbędne dla dobrej przewodności elektrycznej. Doskonałym przewodnikiem prądu jest woda morska, w której występuje bardzo duże stężenie soli. Przewodność elektryczna zależy również od temperatury wody. Im wyższa temperatura, tym większa przewodność elektryczna wody. Ten wzór został ujawniony w wyniku wielu eksperymentów fizyków.

Pomiar przewodności wody

Istnieje taki termin - konduktometria. Tak nazywa się jedna z metod analizy elektrochemicznej bazującej na przewodności elektrycznej roztworów. Metodę tę stosuje się do oznaczania stężenia soli lub kwasów w roztworach, a także do kontroli składu niektórych roztworów przemysłowych. Woda ma właściwości amfoteryczne. Oznacza to, że w zależności od warunków może wykazywać zarówno właściwości kwasowe, jak i zasadowe - działając zarówno jako kwas, jak i zasada.

Urządzenie użyte do tej analizy ma bardzo podobną nazwę - miernik przewodności. Za pomocą konduktometru mierzy się przewodność elektryczną elektrolitów w analizowanym roztworze. Być może warto wyjaśnić jeszcze jedno pojęcie – elektrolit. Jest to substancja, która po rozpuszczeniu lub stopieniu rozkłada się na jony, dzięki czemu następnie przewodzony jest prąd elektryczny. Jon jest cząstką naładowaną elektrycznie. W rzeczywistości konduktometr, biorąc za podstawę pewne jednostki przewodności elektrycznej wody, określa jej specyficzną przewodność elektryczną. Oznacza to, że określa przewodność elektryczną określonej objętości wody przyjętej jako jednostka początkowa.

Jeszcze przed początkiem lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku do oznaczania przewodności elektrycznej stosowano jednostkę miary „mo”, która była pochodną innej wielkości – Ohm, która jest podstawową jednostką oporu. Przewodność elektryczna jest wielkością odwrotnie proporcjonalną do rezystancji. Teraz jest to mierzone w Siemensach. Ilość ta otrzymała swoją nazwę na cześć fizyka z Niemiec - Wernera von Siemensa.

Siemensa

Siemens (może być oznaczony jako Cm lub S) jest odwrotnością Ohma, który jest jednostką miary przewodności elektrycznej. Jeden cm równa się dowolnemu przewodnikowi, którego rezystancja wynosi 1 om. Siemens wyraża się wzorem:

1 cm = 1: Om = A: B = kg −1 m −2 s³A², gdzie
A - amper,
V - wolt.

Przewodność cieplna wody

Porozmawiajmy teraz o zdolności substancji do przenoszenia energii cieplnej. Istota zjawiska polega na tym, że energia kinetyczna atomów i cząsteczek, od których zależy temperatura danego ciała lub substancji, w trakcie ich wzajemnego oddziaływania jest przekazywana innemu ciału lub substancji. Innymi słowy, przewodność cieplna to wymiana ciepła między ciałami, substancjami, a także między ciałem a substancją.

Przewodność cieplna wody jest również bardzo wysoka. Ludzie na co dzień korzystają z tej właściwości wody, nawet tego nie zauważając. Np. nalanie zimnej wody do pojemnika i schładzanie w nim napojów lub jedzenia. Zimna woda pobiera ciepło z butelki lub pojemnika, oddając w zamian zimno; możliwa jest również reakcja odwrotna.

Teraz to samo zjawisko można łatwo sobie wyobrazić w skali planetarnej. Ocean nagrzewa się latem, a następnie wraz z nadejściem chłodów powoli się ochładza i oddaje ciepło do powietrza, ogrzewając w ten sposób kontynenty. Ocean, ochładzający się zimą, zaczyna nagrzewać się bardzo powoli w stosunku do lądu i oddaje swój chłód kontynentom ginącym w letnim słońcu.

Gęstość wody

Powyżej opisano, że ryby żyją w stawie zimą, ponieważ woda na całej ich powierzchni twardnieje i tworzy skorupę. Wiemy, że woda zaczyna zamieniać się w lód już w temperaturze zero stopni. Ponieważ gęstość wody jest większa od jej gęstości, woda unosi się na powierzchni i zamarza.

właściwości wody

Ponadto w różnych warunkach woda może być zarówno środkiem utleniającym, jak i środkiem redukującym. Oznacza to, że woda oddając swoje elektrony, zostaje naładowana dodatnio i utlenia się. Albo przejmuje elektrony i zostaje naładowany ujemnie, co oznacza, że zostaje przywrócony. W pierwszym przypadku woda utlenia się i nazywa się ją martwą. Ma bardzo silne właściwości bakteriobójcze, ale nie trzeba go pić. W drugim przypadku woda żyje. Orzeźwia, pobudza organizm do regeneracji i dodaje energii komórkom. Różnica pomiędzy tymi dwoma właściwościami wody wyraża się w pojęciu „potencjał oksydacyjno-redukcyjny”.

Z czym może reagować woda?

Woda może reagować z prawie wszystkimi substancjami istniejącymi na Ziemi. Tyle, że aby te reakcje zaszły, trzeba zapewnić odpowiednią temperaturę i mikroklimat.

Na przykład w temperaturze pokojowej woda dobrze reaguje z metalami, takimi jak sód, potas, bar - nazywane są one aktywnymi. Z halogenami - jest to fluor, chlor. Po podgrzaniu woda dobrze reaguje z żelazem, magnezem, węglem i metanem.

Za pomocą różnych katalizatorów woda reaguje z amidami i estrami kwasów karboksylowych. Katalizator to substancja, która zdaje się popychać składniki do wzajemnej reakcji, przyspieszając ją.

Czy gdziekolwiek poza Ziemią jest woda?

Jak dotąd na żadnej planecie Układu Słonecznego poza Ziemią nie odkryto wody. Tak, sugerują jego obecność na satelitach takich gigantycznych planet jak Jowisz, Saturn, Neptun i Uran, ale jak dotąd naukowcy nie mają dokładnych danych. Istnieje inna hipoteza, jeszcze nie do końca zweryfikowana, dotycząca wód podziemnych na planecie Mars i na satelicie Ziemi, Księżycu. Jeśli chodzi o Marsa, ogólnie wysunięto wiele teorii, że na tej planecie istniał kiedyś ocean, a jego możliwy model został nawet zaprojektowany przez naukowców.

Poza Układem Słonecznym znajduje się wiele dużych i małych planet, na których zdaniem naukowców może znajdować się woda. Ale jak dotąd nie ma najmniejszej okazji, aby się tego upewnić.

Jak przewodność cieplna i elektryczna wody jest wykorzystywana do celów praktycznych

Ze względu na to, że woda ma dużą pojemność cieplną, stosowana jest w sieciach grzewczych jako czynnik chłodzący. Zapewnia transfer ciepła od producenta do konsumenta. Wiele elektrowni jądrowych wykorzystuje również wodę jako doskonałe chłodziwo.

W medycynie lód służy do chłodzenia, a para do dezynfekcji. Lód stosowany jest także w systemie cateringu publicznego.

W wielu reaktorach jądrowych woda służy jako moderator zapewniający pomyślne wystąpienie jądrowej reakcji łańcuchowej.

Woda pod ciśnieniem służy do rozłupywania, kruszenia, a nawet cięcia skał. Jest to aktywnie wykorzystywane przy budowie tuneli, obiektów podziemnych, magazynów i metra.

Wniosek

Z artykułu wynika, że woda w swoich właściwościach i funkcjach jest najbardziej niezastąpioną i niesamowitą substancją na Ziemi. Czy życie człowieka lub jakiejkolwiek innej żywej istoty na Ziemi zależy od wody? Absolutnie tak. Czy substancja ta przyczynia się do działalności naukowej człowieka? Tak. Czy woda ma przewodność elektryczną, przewodność cieplną i inne przydatne właściwości? Odpowiedź również brzmi „tak”. Inną sprawą jest to, że na Ziemi jest coraz mniej wody, a zwłaszcza wody czystej. A naszym zadaniem jest zachowanie i ochrona go (a więc i nas wszystkich) przed wyginięciem.

Gęstość, pojemność cieplna, właściwości tlenu O 2

W tabeli przedstawiono właściwości termofizyczne tlenu takie jak gęstość, entalpia, entropia, ciepło właściwe, lepkość dynamiczna, przewodność cieplna. Właściwości w tabeli podano dla gazowego tlenu pod ciśnieniem atmosferycznym, w zależności od temperatury w zakresie od 100 do 1300 K.

Gęstość tlenu wynosi 1,329 kg/m3 w temperaturze pokojowej. Po podgrzaniu tlenu jego gęstość maleje. Przewodność cieplna tlenu wynosi 0,0258 W/(m stopnia) w temperaturze pokojowej i wzrasta wraz ze wzrostem temperatury tego gazu.

Ciepło właściwe tlenu w temperaturze pokojowej wynosi 919 J/(kg·stopień). Pojemność cieplna tlenu wzrasta wraz ze wzrostem jego temperatury. Ponadto po podgrzaniu tlenu zwiększają się wartości jego właściwości, takich jak entalpia, entropia i lepkość.

Uwaga: bądź ostrożny! Przewodność cieplna w tabeli jest podana do potęgi 10 2. Nie zapomnij podzielić przez 100.

Przewodność cieplna tlenu w stanie ciekłym i gazowym

Tabela pokazuje wartości współczynnika przewodności cieplnej tlenu w stanie ciekłym i gazowym w różnych temperaturach i ciśnieniach. Przewodność cieplna jest wskazywana w zakresie temperatur od 80 do 1400 K i ciśnienia od 1 do 600 atm.

Wartości przewodności cieplnej w tabeli znajdujące się powyżej linii odnoszą się do ciekłego tlenu, a te poniżej odnoszą się do tlenu gazowego. Z tabeli widać, że przewodność cieplna ciekłego tlenu jest wyższa niż gazowego tlenu i wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia.

Wymiar W/(m st.).

Przewodność cieplna tlenu w wysokich temperaturach

Tabela pokazuje wartości współczynnika przewodności cieplnej tlenu w wysokich temperaturach (od 1600 do 6000 K) i ciśnieniu od 0,001 do 100 atm.

W temperaturach powyżej 1300°C tlen zaczyna dysocjować, a przy pewnym ciśnieniu jego przewodność cieplna osiąga wartości maksymalne. Z tabeli wynika, że przewodność cieplna zdysocjowanego tlenu w wysokich temperaturach może osiągać wartości do 3,73 W/(m st.).

Uwaga: bądź ostrożny! Przewodność cieplna w tabeli podana jest do potęgi 10 3. Nie zapomnij podzielić przez 1000.

Przewodność cieplna ciekłego tlenu na linii nasycenia

Tabela pokazuje wartości współczynnika przewodności cieplnej ciekłego tlenu na linii nasycenia. Przewodność cieplna podawana jest w zakresie temperatur od 90 do 150 K. Należy zauważyć, że przewodność cieplna ciekłego tlenu maleje wraz ze wzrostem temperatury.