Тематический контроль знаний учащихся как эффективный процесс обучения химии (стр. 9 из 12)

Вам уже известно, что Д.И. Менделеев изучал процесс растворения спирта в воде. Он пришел к выводу, что при растворении одновременно происходят и химические процессы, например взаимодействие молекул спирта с молекулами воды:

Водородная связь характерна для многих органических соединений (фенолов, альдегидов, карбоновых кислот и др.). за счет водородной связи образуется вторичная структура белков, двойная спираль ДНК.

2.1.5 Типы кристаллических решеток и свойства веществ

Вещества в твердом состоянии, как правило, имеют кристаллическое строение, для которого характерно правильное, строго периодическое расположение частиц в пространстве. Если обозначить все частицы в виде точек и соединить эти точи пересекающимися прямыми линиями, то образуется как бы пространственный каркас – кристаллическая решетка.

В зависимости от того, какая частица находится в узлах решетки, различают ионные, атомные, молекулярные и металлические кристаллические решетки.

Рис. 6.Плоская треугольная молекула трихлорида бора BCl₃.

Свойства кристаллических веществ зависят от типа химической связи, существующей между частицами. Основные типы кристаллических решеток и зависимость свойств кристаллических веществ от характера сил взаимодействия между частицами вам известны из курса неорганической химии.

2.1.6 Дисперсные системы

При изучении неорганической химии вы приобрели первые представления о растворах и процессе растворения веществ в оде. Там же упоминалось, что при смешивании веществ с водой образуются и однородные системы (характерное свойство растворов), и неоднородные, т.е. суспензии и эмульсии. При растворении вещества измельчаются – дробятся. Поэтому истинные растворы, а также суспензии и эмульсии относят к дисперсным системам (диспергирование означает раздробление). Дисперсных систем известно много. Они различаются между собой в зависимости от того, такие частицы (твердые, жидкие, газообразные) и в какой среде (жидкой, газообразной) распределены. Так, например, одной из таких дисперсных систем является дым или пыль в воздухе: воздух – смесь газов, а частицы – мелкие капли жидкости. Обе дисперсные системы относятся к типу аэрозолей.

Наибольшее значение в практике имеют дисперсные системы, в которых средой являются вода и другие жидкости. Эти системы в зависимости от размеров частиц подразделяются на истинные растворы, или просто растворы, коллоидные растворы и грубодисперсные системы, или суспензии и эмульсии. Следовательно, истинные растворы тоже относятся к дисперсным системам, но в них диспергированные частицы исключительно малы. Именно поэтому истинные растворы называют однородными системами, ибо их неоднородность нельзя обнаружить даже с помощью ультрамикроскопа. В истинных растворах диспергированными частицами являются отдельные молекулы, ионы или их гидраты. Размеры этих частиц меньше (10־⁹) нм.

Большое значение имеют и коллоидные растворы. Как следует из данных таблицы, они отличаются от истинных растворов размерами частиц растворенного вещества и специфическими свойствами. Если в истинных растворах диаметр частиц меньше 1 нм, то размеры частиц в коллоидных растворах составляют от 1 до 100 нм и даже больше. Эти частицы обычно состоят из множества молекул и атомов.

Так как размеры молекул некоторых высокомолекулярных веществ превышают 1 нм, то растворы этих веществ, например белков, тоже коллоидные растворы. Коллоидные растворы образуются при растворении в воде некоторых высокомолекулярных веществ, например белков, а также при химических реакциях, Так, при взаимодействии растворов силикатов с кислотами выделяется кремниевая кислота, которая с водой образует коллоидный раствор.

Характерное свойство коллоидных растворов – их прозрачность. В этом они сходны с истинными растворами. Но если пропустить луч света через эти растворы, то можно обнаружить их отличие: при прохождении луча через коллоидный раствор появляется светящийся конус, так как коллоидные частицы крупнее частиц в истинных растворах и поэтому способны рассеивать проходящий свет.

Наиболее распространенным растворителем является вода. Кроме воды, в качестве растворителей используют и другие жидкости.

В отличие от суспензий и эмульсий коллоидные растворы не отстаиваются в течение длительного времени, так как их частицы сравнительно малы и находятся в постоянном движении в результате действия молекул растворителя.

Почему при взаимных столкновениях коллоидные частицы не слипаются? Это объясняется тем, что вещества в коллоидном, т.е. в мелкораздробленном, состоянии обладают большой поверхностью. На этой поверхности адсорбируются либо положительно, либо отрицательно заряженные ионы.

При кипячении некоторых коллоидных растворов происходит десорбция заряженных ионов, т.е. коллоидные частицы теряют заряд, начинают укрупняться и оседают. То же самое наблюдается при приливании какого-либо электролита. В этом случае коллоидная частица притягивает к себе противоположно заряженный ион и ее заряд нейтрализуется.

Слипание коллоидных частиц и их оседание из раствора называется коагуляцией.

Коллоидные растворы широко распространены в природе и играют важную роль в жизненных процессах. Так, например, яичный белок, плазма крови представляют собой коллоидные растворы, в которых осуществляются физиологические процессы. Не меньшее значение имеют коллоидные растворы почвы. Очень велика роль коллоидных растворов на производстве. Различные клеи, лаки и краски в основном коллоидные растворы.

Некоторые коллоидные растворы при коагуляции образуют студнеобразную массу, которую называют гелем (студнем). Например, 3%-ный раствор желатина в теплой воде превращается в гель, или студень. Это объясняется тем, что коллоидные частицы связывают множество молекул воды.

2.2 Контрольные вопросы для проверки качества знаний

1. Сформулируйте определение периодического закона Д.И. Менделеева.

Ответ:Свойства химических элементов и образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов этих элементов.

2. Разъясните, почему химический знак водорода обычно помещают в главной подгруппе I группы и в главной подгруппе VІІ группы.

Ответ:Водород является восстановителем, т.е. донором электронов. Учитывая аналогию свойств водорода и элементов металлического характера, химический знак водорода помещают в главной подгруппе I группы. Однако водород реагирует и с металлическими элементами главной подгруппы I группы. В этих реакциях водород проявляет окислительные свойства и приобретает степень окисления -1. На основе этого химический знак водорода помещают в главную подгруппу VII группы. Так как для водорода более характерны восстановительные свойства, чем окислительные, его химический символ в VII группе обычно пишут в скобках.

3. На основе закономерностей размещения электронов по орбиталям объясните, почему лантаноиды и актиноиды обладают сходными химическими свойствами.

Ответ:К лантаноидам относятся четырнадцать химических элементов – от церия Ce до лютеция Lu (порядковые номера 58–71). Так как в их атомах содержатся f-электроны, лантаноиды относятся к f-элементам. В свободном состоянии лантаноиды – типичные металлы. К актиноидам относятся четырнадцать химических элементов – от тория Th до лоуренсия Lr (порядковые номера 90–103). Так как в атомах этих элементов также присутствуют f-электроны, то актиноиды, как и лантаноиды, относятся к f-элементам. Как и в случае лантаноидов, у атомов элементов семейства актиноидов происходит заполнение третьего снаружи энергетического уровня (5 f-подуровня). Строение же наружного и, как правило, предшествующего электронных уровней остается неизменным. Поэтому лантаноиды сходны по химическим свойствам.

4. Объясните сущность понятия «валентность» с точки зрения современных представлений о строении атомов и образования химической связи.

Ответ:Валентность – это способность атома химического элемента образовывать определенное число химических связей. Валентность – способность атомов одного элемента присоединять определенное количество атомов другого элемента.

5. Могут ли быть следующие валентности у элементов:

a. Li– II

b. O –ІV

c. Ne– ІІ

Ответ: Нет, так как в этом случае затраты энергии на перемещение электрона настолько велики, что не могут быть компенсированы энергией, выделяющейся при образовании химической энергии.

6. Какие закономерности наблюдаются в изменении атомных радиусов в периодах слева направо и при переходе от одного периода к другому?

Ответ:При переходе от лития Li к фтору F постепенно возрастают заряды ядер атомов этих элементов. В связи с этим в ряду постепенно увеличивается сила притяжения наружных электронов к ядру и размеры атомов уменьшаются. А с переходом от элемента фтора F к элементу натрию Na последующий электрон помещается на более удаленный от ядра третий энергетический уровень. Поэтому размеры атомов элемента натрия Na сильно возрастают. Размеры атомов, в свою очередь, влияют на их свойства. Так, например, атомы элементов лития Li, натрия Na, калия K обладают наибольшими размерами по сравнению с атомами других элементов в тех же периодах. В связи с этим наружные электроны в атомах щелочных металлов находятся дальше от ядра, слабее притягиваются к нему и могут легко удаляться. Этим и объясняется, почему щелочные металлы являются донорами электронов, т.е. сильными восстановителями. При переходе в периодах от типичных металлических элементов к галогенам размеры атомов уменьшаются, сила притяжения наружных электронов к ядру увеличивается, что и приводит к уменьшению восстановительных и увеличению окислительных свойств.