care nu se dizolvă în apă. Rezumatul lecției „Apa este un solvent. Purificarea apei. Ce este apa pură

Cel mai comun solvent de pe planeta noastră este apa. Corpul unei persoane medii care cântărește 70 kg conține aproximativ 40 kg de apă. În același timp, aproximativ 25 kg de apă cade pe lichidul din interiorul celulelor, iar 15 kg este lichid extracelular, care include plasma sanguină, lichidul intercelular, lichidul cefalorahidian, lichidul intraocular și conținutul lichid al tractului gastrointestinal. În organismele animale și vegetale, apa este de obicei mai mare de 50%, iar în unele cazuri conținutul de apă ajunge la 90-95%.

Datorită proprietăților sale anormale, apa este un solvent unic, perfect adaptat pentru viață.

În primul rând, apa dizolvă bine compușii ionici și polari. Această proprietate a apei se datorează în mare măsură constantei sale dielectrice ridicate (78,5).

O altă clasă mare de substanțe care sunt foarte solubile în apă include compuși organici polari precum zaharuri, aldehide, cetone și alcooli. Solubilitatea lor în apă se explică prin tendința moleculelor de apă de a forma legături polare cu grupările funcționale polare ale acestor substanțe, de exemplu, cu grupările hidroxil ale alcoolilor și zaharurilor sau cu atomul de oxigen al grupului carbonil al aldehidelor și cetonelor. Următoarele sunt exemple de legături de hidrogen importante pentru solubilitatea substanțelor în sistemele biologice. Datorită polarității sale ridicate, apa provoacă hidroliza substanțelor.

Deoarece apa este partea principală a mediului intern al organismului, ea asigură procesele de absorbție, mișcarea nutrienților și a produselor metabolice în organism.

Trebuie remarcat faptul că apa este produsul final al oxidării biologice a substanțelor, în special a glucozei. Formarea apei în urma acestor procese este însoțită de eliberarea unei cantități mari de energie, aproximativ 29 kJ/mol.

Alte proprietăți anormale ale apei sunt, de asemenea, importante: tensiune superficială ridicată, vâscozitate scăzută, puncte ridicate de topire și fierbere și o densitate mai mare în stare lichidă decât în ​​stare solidă.

Apa se caracterizează prin prezența unor asociați de grupuri de molecule legate prin legături de hidrogen.

în funcţie de afinitatea pentru apă grup functional particulele dizolvate sunt împărțite în hidrofile (atragerea apei), ușor solvatate de apă, hidrofobe (respingând apa) și amfifile.

La grupări hidrofile grupările funcționale polare includ: hidroxil -OH, amino -NH2, tiol -SH, carboxil -COOH.

La grupări hidrofobe - nepolare, de exemplu, radicali hidrocarburi: CH3-(CH2)p-, C6H5-.

Aminoacizii includ substanțe (aminoacizi, proteine) ale căror molecule conțin atât grupări hidrofile (-OH, -NH 2, -SH, -COOH) cât și grupări hidrofobe: (CH 3, (CH 2) p, - C6H5-).

Când substanțele amfifile sunt dizolvate, structura apei se modifică ca urmare a interacțiunii cu grupările hidrofobe. Gradul de ordonare a moleculelor de apă apropiate de grupările hidrofobe crește, iar contactul moleculelor de apă cu grupările hidrofobe este minimizat. Grupurile hidrofobe, asociindu-se, împing moleculele de apă din zona lor de localizare.

Procesul de dizolvare

Natura procesului de dizolvare este complexă. În mod firesc, se pune întrebarea de ce unele substanțe sunt ușor solubile în unii solvenți și slab solubile sau practic insolubile în alții.

Formarea soluțiilor este întotdeauna asociată cu anumite procese fizice. Un astfel de proces este difuzarea unei substanțe dizolvate și a unui solvent. Datorită difuziei, particulele (molecule, ioni) sunt îndepărtate de pe suprafața substanței dizolvate și sunt distribuite uniform în volumul solventului. De aceea, în lipsa agitarii, viteza de dizolvare depinde de viteza de difuzie. Cu toate acestea, este imposibil de explicat solubilitatea inegală a substanțelor în diverși solvenți numai prin procese fizice.

Marele chimist rus D. I. Mendeleev (1834-1907) credea că procesele chimice joacă un rol important în dizolvare. El a dovedit existența hidraților de acid sulfuric H 2 SO 4 * H 2 O, H 2 SO 4 * 2H 2 O, H 2 SO 4 * 4H 2 O și a altor substanțe, de exemplu, C 2 H 5 OH * 3H 2 O. V În aceste cazuri, dizolvarea este însoțită de formare legături chimice particule de dizolvat și de solvent. Acest proces se numește solvatare, în cazul particular când solventul este apă, hidratare.

După cum s-a stabilit, în funcție de natura solutului, solvații (hidrații) se pot forma în urma interacțiunilor fizice: interacțiune ion-dipol (de exemplu, la dizolvarea substanțelor cu structură ionică (NaCI etc.); dipol-dipol; interacțiunea la dizolvarea substanțelor cu structură moleculară ( materie organică)).

Interacțiunile chimice sunt realizate datorită legăturilor donor-acceptor. Aici, ionii dizolvați sunt acceptori de electroni, iar solvenții (H 2 O, NH 3) sunt donatori de electroni (de exemplu, formarea de complexe acvatice) și, de asemenea, ca rezultat al formării legăturilor de hidrogen (de exemplu, dizolvarea alcool în apă).

Dovezile pentru interacțiunea chimică a unei substanțe dizolvate cu un solvent sunt oferite de efectele termice și de schimbarea culorii care însoțesc dizolvarea.

De exemplu, atunci când hidroxidul de potasiu este dizolvat în apă, căldura este eliberată:

KOH + xH20 = KOH (H20) x; ΔH° soluție = 55 kJ/mol.

Și când clorura de sodiu este dizolvată, căldura este absorbită:

NaCI + xH20 = NaCI (H20) x; ΔН° soluție = +3,8 kJ/mol.

Căldura eliberată sau absorbită atunci când 1 mol dintr-o substanță este dizolvată se numește căldură de dizolvare Q sol

Conform primei legi a termodinamicii

soluție Q = soluție ΔH ,

unde ΔН sol este modificarea entalpiei la dizolvarea unei cantități date de substanță.

Dizolvarea sulfatului de cupru alb anhidru în apă duce la apariția unei culori albastre intense. Formarea solvaților, schimbarea culorii, efectele termice, precum și o serie de alți factori indică o schimbare natura chimica componente ale soluției în timpul formării acesteia.

Astfel, în conformitate cu conceptele moderne, dizolvarea este un proces fizico-chimic în care atât fizic cât și specii chimice interacțiuni.

Obiectiv: Să înveți prin experiență care solide se dizolvă în apă și care nu se dizolvă în apă.

Educational:

• Să familiarizeze elevii cu conceptele: substanţe solubile şi insolubile.
• Învață să demonstrezi empiric corectitudinea ipotezelor despre solubilitatea (insolubilitatea) solidelor.

corectiv:

Aflați cum să utilizați echipamentul de laborator și să efectuați experimente.

• Dezvoltați discursul prin explicarea muncii depuse.

Educational:

Cultivați perseverența.

• Dezvoltați capacitatea de a comunica și de a lucra în grup.

Tip de lecție: munca de laborator.

Mijloace didactice: manual „Științe naturale” N.V. Koroleva, E.V. Makarevici

Echipamente pentru lucrul de laborator: pahare, filtre, instructiuni. Solide: sare, zahăr, sifon, nisip, cafea, amidon, pământ, cretă, argilă.

În timpul orelor

I. Moment organizatoric

W: Salut baieti. Salutați-vă unul pe altul cu ochii. Mă bucur să te văd, ia loc.

. Repetarea trecutului

T: Să repetăm ​​ceea ce știm deja despre apă:

Ce se întâmplă cu apa când este încălzită?
Ce se întâmplă cu apa când se răcește?
Ce se întâmplă cu apa când îngheață?
Care sunt cele trei stări în care apa apare în natură?

W: Ce oameni buni sunteți! Toată lumea știe!

III. Învățarea de materiale noi

(Sunt de acord cu elevii în prealabil asupra grupelor cu care vor lucra, băieții înșiși aleg șeful laboratorului (se poate selecta un alt copil la o altă lecție de laborator), care scrie indicatorii de experiență într-un tabel și face comentarii orale când completarea părții finale a tabelului - rezultatul.)

U: Băieți, astăzi în munca de laborator vom afla ce substanțe se poate dizolva apa și care nu. Deschide un caiet, notează data și subiectul lecției „Substanțe solubile și insolubile în apă”. ( Ma atasez la placa.) Care este scopul lecției de astăzi?

R: Aflați ce substanțe se dizolvă în apă și care nu. ( Ma atasez la placa.)

U: Toate substanțele din natură pot fi împărțite în două grupe: solubile și insolubile. Ce substanțe pot fi numite solubil? (Verificați manualul p.80:2) Substantele solubile in apa sunt cele care, atunci cand sunt introduse in apa, devin invizibile si nu se aseaza pe filtru in timpul filtrarii.. (Atașat la tablă.)

T: Și ce substanțe pot fi numite insolubil? (verificați manualul p.47-2) Substanțe insolubile în apă - cele care nu se dizolvă în apă și se depun pe filtru (atașați la tablă).

T: Băieți, ce credeți că avem nevoie pentru a finaliza munca de laborator?

R: Apa, unele substante, pahare, filtru ( Arăt apa din decantor; pahare umplute cu substanțe: sare, zahăr, sifon, nisip, cafea, amidon, cretă, argilă; pahare goale, filtru).

Î: Ce este un filtru?

R: Dispozitiv pentru purificarea lichidelor din substanțele insolubile în el care se depun pe el.

U: Și ce mijloace improvizate pot fi folosite pentru a face un filtru? Foarte bine! Și vom folosi vată ( Am pus o bucată de bumbac în pâlnie).

U: Dar înainte de a începe munca de laborator, să completăm tabelul (tabelul este desenat pe tablă, eu folosesc două culori de creioane, dacă elevii presupun că substanța este complet solubilă în apă, atunci marchez „+” în a doua coloană; dacă elevii presupun că substanța rămâne pe filtru, atunci „+” în a treia coloană și invers; cu cretă colorată fixez rezultatul așteptat în a patra coloană - P (solubil) sau H (insolubil) ))

	Ipotezele noastre		Rezultat
	Solubilitate	Filtrare
1. Apa + nisip	–	+	H
2. Apă + argilă
3. Apa + cafea
4. Apă + amidon
5. Apa + sifon
6. Apă + pământ
7. Apă + zahăr
8. Apă + cretă

U: Și după ce am făcut munca de laborator, vom compara ipotezele noastre cu rezultatele obținute.

T: Fiecare laborator va testa două solide, toate rezultatele vor fi înregistrate în raportul Substanțe solubile și insolubile în apă. Anexa 1

U: Băieți, aceasta este prima voastră muncă independentă de laborator și înainte de a începe să o faceți, ascultați procedura sau instrucțiunile. ( Distribuesc la fiecare laborator, după citire discutăm.)

Lucrări de laborator

(Ajut la nevoie. Poate fi dificil să filtrezi soluția de cafea, deoarece filtrul se va păta. Pentru a facilita completarea rapoartelor, sugerez să folosești frazele pe care le atașez la tablă. Anexa 3.)

T: Acum să ne verificăm ipotezele. Șefi de laboratoare, verificați dacă raportul dumneavoastră este semnat și comentați rezultatele obținute prin experiență. (Seful laboratorului raporteaza, fixand rezultatul cu o bucata de creta de alta culoare)

U: Băieți, ce substanțe pentru cercetare s-au dovedit a fi solubile? Ce nu sunt? Câte meciuri au fost? Foarte bine. Aproape toate presupunerile noastre au fost confirmate.

VI. Întrebări pentru consolidare

U: Băieți, unde folosește o persoană o soluție de sare, zahăr, sifon, nisip, cafea, amidon, argilă?

VII. Rezumatul lecției

T: Care este scopul nostru astăzi? L-ai completat? Suntem grozavi? Sunt foarte multumit de tine! Și le dau tuturor „excelent”.

VIII. Teme pentru acasă

T: Citiți textul pentru lectură extracurriculară de la pagina 43, răspundeți la întrebări.

Ridicați-vă, vă rog, acei tipi cărora nu le-a plăcut lecția noastră. Vă mulțumesc pentru onestitate. Și acum cei cărora le-a plăcut munca noastră. Mulțumesc. La revedere tuturor.

Apa este o substanță lichidă care nu are gust, culoare sau miros. Apa pură este absolut transparentă. Dacă turnați apă într-un pahar, puteți vedea obiectele din spatele lui prin pereții. Apă are fluiditate datorită căruia pătrunde prin crăpături și crăpături, impregnează totul în jur.

Apa in stare lichida:

• umple mările, oceanele, râurile și lacurile;
• impregnează solul;
• face parte din plante;
• face parte din corpurile mamiferelor.

Proprietatea uimitoare a apei este că aceasta se poate dizolva aproape totul în jur. Există unele articole care se udă, dar rămân nedizolvate. Cum și de ce se întâmplă asta?

Ce este o soluție?

Când o substanță se dizolvă, se amestecă cu lichidul pentru a forma o soluție. Soluția poate fi numită ceai într-un pahar, Unde ai pus o bucată de zahăr înainte. Apa absorbită de zahăr devine dulce la gust. Când o substanță se combină cu un solvent, se formează o soluție. O soluție apoasă este o substanță solubilă în apă care a fost diluată cu apă pură. Apa este un solvent bun, dar nu poate dizolva piatra, lemnul, plasticul. Dacă arunci câteva pietricele în apă, acestea vor rămâne întinse pe fundul paharului.

Cum se întâmplă asta?

Dacă examinăm o picătură de apă la microscop, vom vedea că aceasta constă din particule speciale numite molecule. Nu pot fi văzute cu ochiul liber. Moleculele de apă sunt neutre din punct de vedere electric asta înseamnă că sunt „prieteni” cu toate substanțele. Pentru unele substanțe, ele experimentează o atracție specială. Uimitoarea prietenie a moleculelor de apă le permite se combină cu ușurință cu molecule de alte substanțe, purtând o taxă.

La contactul cu moleculele unei alte substanțe, atracția crește, ca urmare, substanța se amestecă cu apa, dizolvându-se complet în ea. Dacă nu există atracție, atunci, în consecință, totul rămâne neschimbat. Substanța va rămâne pe fundul paharului. Dacă adăugați puțină sare în apă și amestecați cu o lingură, sarea va dispărea în curând. Apa va avea gust sărat.

Ce este apa pură?

Apa absolut pură nu există în natură. Aproape toate lichidele în care vedem Viata de zi cu zi, sunt solutii. Apa de la robinet este o soluție de apă cu impurități de fier. Înainte de a intra în sticlă, apa curge prin țevi de fier, absorbind moleculele de fier. Soluțiile naturale sunt băuturile - ceaiul, sucul și compoturile. Toate conțin componente utile organismului uman. Apa poate dizolva nu numai substanțe solide, ci și lichide și gazoase.

În apa obișnuită, ceva este întotdeauna dizolvat. În ploaie, apă, râu sau lac - conține orice impurități.

Ce substanțe se dizolvă în apă și care nu?

În natură, există substanțe solide, lichide și gazoase dotate cu proprietăți variate. Unele dintre ele se pot dizolva în apă, altele nu. În funcție de această caracteristică, se disting următoarele grupuri de substanțe:

• hidrofug (hidrofob);
• atrage apa (hidrofila).

Substanțele hidrofobe sunt fie slab solubile în apă, fie nu se dizolvă deloc în ea. Astfel de substanțe includ cauciuc, grăsime, sticlă, nisip etc. Unele săruri, alcaline și acizi pot fi numite substanțe hidrofile.

Deoarece celulele corpului uman conțin o membrană care conține componente grase, grăsimea nu permite corpului uman să se dizolve în apă. Datorită structurii unice a unui organism viu, apa nu numai că nu absoarbe celulele corpului, dar susține și viața umană.

Rezumând

Când intră în contact cu alimentele, apa dizolvă nutrienții și apoi îi dă celulelor corpului uman. În schimb, apa îndepărtează deșeurile care ies cu transpirație și urină.

Există puține substanțe în natură care nu se dizolvă în apă. Chiar și metalul, la contactul prelungit cu apa, începe să se dizolve în el.

Apă cu componente dizolvate dobândește noi calități. De exemplu, o soluție de argint este capabilă să omoare microbii. Apa este un sistem care poate fi benefic sau dăunător pentru oameni. Și depinde de ce se dizolvă în el.

Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd

Apa este unul dintre cei mai comuni compuși de pe pământ. Nu este doar în râuri și mări; Toate organismele vii conțin și apă. Viața este imposibilă fără ea. Apa este un solvent bun (diferitele substanțe se dizolvă ușor în ea). Animalele și seva plantelor sunt compuse în principal din apă. Apa există pentru totdeauna; se deplasează constant din sol în atmosferă și organisme și invers. Peste 70% din suprafața pământului este acoperită cu apă.

Ce este apa

Ciclul apei

Apa râurilor, mărilor, lacurilor se evaporă în mod constant, transformându-se în picături minuscule de vapori de apă. Picăturile se adună pentru a se forma, din care apa cade la pământ sub formă de ploaie. Acesta este ciclul apei în natură. În nori, vaporii se răcesc și revin pe pământ sub formă de ploaie, zăpadă sau grindină. Apele uzate din canalizări și fabrici sunt tratate și apoi aruncate în mare.

Statie de apa

Apa de râu conține neapărat impurități, așa că trebuie purificată. Apa intră în rezervoare, unde se depune și particulele solide se depun în fund. Apa trece apoi prin filtre care captează orice solide rămase. Apa se infiltra prin straturi de pietriș curat, nisip sau cărbune activ, unde este curățată de murdărie și impurități solide. După filtrare, apa este tratată cu clor pentru a ucide bacteriile patogene, după care este pompată în rezervoare și alimentată în clădiri rezidențiale și fabrici. Înainte ca apele uzate să ajungă în mare, acestea trebuie tratate. La stația de tratare a apei, aceasta este trecută prin filtre care captează murdăria, apoi pompată în fose septice, unde solidele trebuie să se depună în fund. Bacteriile distrug resturile de substanțe organice, descompunându-le în componente inofensive.

Purificarea apei

Apa este un solvent bun, deci conține de obicei impurități. Puteți purifica apa cu distilare(vezi articolul „”), dar mai mult metoda eficienta curatenie - deionizare(desalinizarea). Ionii sunt atomi sau molecule care au pierdut sau au câștigat electroni și, ca urmare, au primit o sarcină pozitivă sau negativă. Pentru deionizare, o substanță numită schimbător de ioni. Are ioni de hidrogen încărcați pozitiv (H +) și ioni de hidroxid încărcați negativ (OH -) Când apa contaminată trece prin schimbătorul de ioni, ionii de impurități sunt înlocuiți cu ioni de hidrogen și hidroxid din schimbătorul de ioni. Ionii de hidrogen și hidroxid se combină pentru a forma noi molecule de apă. Apa care a trecut prin schimbătorul de ioni nu mai conține impurități.

Apa ca solvent

Apa este un solvent excelent, multe substanțe se dizolvă ușor în ea (vezi și articolul „”). De aceea, apa pură se găsește rar în natură. Într-o moleculă de apă, sarcinile electrice sunt ușor separate, deoarece atomii de hidrogen sunt localizați pe o parte a moleculei. Din această cauză, compușii ionici (compuși formați din ioni) se dizolvă atât de ușor în ea. Ionii sunt încărcați și moleculele de apă îi atrag.

Apa, ca toți solvenții, poate dizolva doar o cantitate limitată de substanță. O soluție se numește saturată atunci când solventul nu poate dizolva o parte suplimentară a substanței. De obicei, cantitatea de substanță pe care o poate dizolva un solvent crește cu căldură. Zahărul se dizolvă mai ușor în coda fierbinte decât în ​​coda rece. Băuturile efervescente sunt difuzoare apoase de dioxid de carbon. Cu cât este mai mare, cu atât soluția poate absorbi mai mult gaz. Prin urmare, atunci când deschidem o cutie de băutură și, prin urmare, reducem presiunea, dioxidul de carbon scapă din băutură. La încălzire, solubilitatea gazelor scade. În 1 litru de apă de râu și mare, se dizolvă de obicei aproximativ 0,04 grame de oxigen. Acest lucru este suficient pentru alge, pești și alți locuitori ai mărilor și râurilor.

apă dură

Mineralele sunt dizolvate în apă dură, care a ajuns acolo de la rocile prin care apa curgea. Într-o astfel de apă, săpunul nu face spumă bine, deoarece reacționează cu mineralele și formează fulgi. Există două tipuri de apă dură; diferența dintre ele este în tipul de minerale dizolvate. Tipul de minerale dizolvate în apă depinde de tipul de roci prin care curge apa (vezi figura). Duritatea temporară a apei apare atunci când calcarul reacţionează cu apa de ploaie. Calcarul este un carbonat de calciu insolubil, iar apa de ploaie este o soluție slabă de acid carbonic. Acidul reacționează cu carbonatul de calciu pentru a forma bicarbonat, care se dizolvă în apă și îl întărește.

Când apa fierbe sau se evaporă cu duritate temporară, unele dintre minerale precipită, formând solzi la fundul ibricului sau stalactite și stalagmite în peșteră. Apa cu duritate constantă conține alți compuși de calciu și magneziu, cum ar fi gipsul. Aceste minerale nu precipită atunci când sunt fierte.

Dedurizarea apei

Puteți elimina mineralele care întăresc apa adăugând sodă de spălat în soluție sau prin schimb de ioni, un proces similar cu apa deionizată în timpul purificării. O substanță care conține ioni de sodiu care sunt schimbați cu ioni de calciu și magneziu în apă. Într-un schimbător de ioni trece apa dură zeolit- o substanță care conține sodiu. În zeolit, ionii de calciu și magneziu sunt amestecați cu ionii de sodiu, care nu dau duritate apei. Soda de spălat este carbonat de sodiu. În apa dură, reacționează cu compușii de calciu și magneziu. Rezultatul sunt compuși insolubili care nu formează fulgi.

Poluarea apei

Când apa netratată din fabrici și case pătrunde în mări și râuri, apare poluarea apei. Dacă există prea multe deșeuri în apă, bacteriile care se descompun organic se înmulțesc și consumă aproape tot oxigenul. Într-o astfel de apă supraviețuiesc doar bacteriile patogene care pot trăi în apă fără oxigen. Când nivelul de oxigen dizolvat în apă scade, peștii și plantele mor. În apă intră și gunoiul, pesticidele și nitrații din îngrășăminte, cele otrăvitoare - plumb, mercur. Substanțele otrăvitoare, inclusiv metalele, intră în corpul peștilor și din ele - în corpurile altor animale și chiar al oamenilor. Pesticidele ucid microorganismele și animalele, perturbând astfel echilibrul natural. Îngrășămintele de pe câmp și detergenții care conțin fosfați, pătrunși în apă, provoacă creșterea crescută a plantelor. Plantele și bacteriile care se hrănesc cu plante moarte preiau oxigen, reducându-i conținutul în apă.

Scurtă descriere a rolului apei pentru organisme

Apa este cel mai important compus anorganic, fără de care viața este imposibilă. Această substanță este, de asemenea, cea mai importantă parte și joacă un rol important ca factor extern pentru toate ființele vii.

Pe planeta Pământ, apa se găsește în trei stări de agregare: gazoasă (vapori în, lichidă (apă în atmosferă și ceață în atmosferă) și solidă (apa în ghețari, aisberguri etc.) Formula apei vaporoase este H 2 O , lichid (H 2 O) 2 (la T \u003d 277 K) și (H 2 O) n - pentru apă solidă (cristale de gheață), unde n \u003d 3, 4, ... (depinde de temperatură - mai scăzută temperatura, cu atât valoarea lui n este mai mare).Moleculele de apă se combină în particule cu formula (H 2 O) n ca urmare a formării unor legături chimice speciale numite hidrogen; astfel de particule se numesc asociate;datorită formării de asociați. , apar structuri mai libere decât apa lichidă, prin urmare, la o temperatură sub 277 K, densitatea apei, spre deosebire de alte substanțe, nu crește, ci scade, ca urmare, gheața plutește pe suprafața apei lichide și a corpurilor de apă adânci. nu înghețați până la fund, mai ales că apa are conductivitate termică scăzută. mare importanță pentru organismele care trăiesc în apă, acestea nu mor în timpul înghețurilor severe și supraviețuiesc în timpul frigului iernii până când apar condiții de temperatură mai favorabile.

Prezența legăturilor de hidrogen determină capacitatea mare de căldură a apei, ceea ce face viata posibila pe suprafața Pământului, deoarece prezența apei ajută la reducerea diferenței de temperatură zi și noapte, precum și iarna și vara, deoarece atunci când este răcită, apa se condensează și se eliberează căldură, iar atunci când este încălzită, apa se evaporă, este cheltuiți pentru ruperea legăturilor de hidrogen și suprafața Pământului nu se supraîncălzește.

Moleculele de apă formează legături de hidrogen nu numai între ele, ci și cu moleculele altor substanțe (carbohidrați, proteine, acizi nucleici), care este unul dintre motivele formării complexului. compuși chimici, ca urmare a formării căreia este posibilă existența unei substanțe speciale - o substanță vie care formează diverse.

Rolul ecologic al apei este enorm și are două aspecte: este atât un factor de mediu extern (primul aspect), cât și unul intern (al doilea aspect). Ca extern factor de mediu apa face parte din factorii abiotici (umiditate, habitat, parte integrantă a climei și microclimatului). Ca factor intern, apa joacă un rol important în interiorul celulei și în interiorul corpului. Luați în considerare rolul apei în interiorul celulei.

În celulă, apa îndeplinește următoarele funcții:

1) mediul în care se află toate organelele celulei;

2) un solvent atât pentru substanțele anorganice, cât și pentru cele organice;

3) mediu pentru apariția diferitelor procese biochimice;

4) un catalizator pentru reacțiile de schimb între substanțele anorganice;

5) reactiv pentru procesele de hidroliză, hidratare, fotoliză etc.;

6) creează o anumită stare a celulei, cum ar fi turgența, care face ca celula să fie elastică și puternică mecanic;

7) îndeplinește o funcție de construcție, constând în faptul că apa face parte din diferite structuri celulare, precum membranele etc.;

8) este unul dintre factorii care unesc toate structurile celulare într-un singur întreg;

9) creează conductivitatea electrică a mediului, transformând compușii anorganici și organici într-o stare dizolvată, provocând disocierea electrolitică a compușilor ionici și foarte polari.

Rolul apei în organism este că:

1) îndeplinește o funcție de transport, deoarece transformă substanțele într-o stare solubilă, iar soluțiile rezultate datorită diferitelor forțe (de exemplu, presiunea osmotică etc.) se deplasează de la un organ la altul;

2) îndeplinește o funcție conductivă datorită faptului că corpul conține soluții electrolitice capabile să conducă impulsuri electrochimice;

3) leagă împreună organele și sistemele de organe individuale datorită prezenței unor substanțe speciale (hormoni) în apă, în timp ce efectuează reglarea umorală;

4) este una dintre substanțele care reglează temperatura corporală a corpului (apa sub formă de transpirație este eliberată la suprafața corpului, se evaporă, datorită căreia se absoarbe căldura și corpul se răcește);

5) face parte din Produse alimentare etc.

Semnificația apei în afara corpului este descrisă mai sus (habitat, regulator de temperatură a mediului etc.).

Pentru organisme, apa dulce joacă un rol important (conținut de sare mai mic de 0,3%). În natură, apa pură din punct de vedere chimic practic nu există, cea mai pură este apa de ploaie din zonele rurale, îndepărtate de așezările mari. Apa conținută în corpurile de apă dulce - râuri, iazuri, lacuri proaspete - este potrivită pentru organisme.

Soluţie se numește sistem omogen (monofazat) stabil termodinamic, de compoziție variabilă, format din două sau mai multe componente (substanțe chimice). Componentele care alcătuiesc o soluție sunt un solvent și o soluție. De obicei, un solvent este considerat a fi o componentă care există în formă pură în aceeași stare de agregare ca și soluția rezultată (de exemplu, în cazul unei soluții apoase de sare, solventul este, desigur, apă). Dacă ambele componente înainte de dizolvare au fost în aceeași stare de agregare (de exemplu, alcool și apă), atunci componenta care este într-o cantitate mai mare este considerată solvent.

Soluțiile sunt lichide, solide și gazoase.

Soluțiile lichide sunt soluții de săruri, zahăr, alcool în apă. Soluțiile lichide pot fi apoase sau neapoase. Soluțiile apoase sunt soluții în care solventul este apa. Soluțiile neapoase sunt soluții în care lichidele organice (benzen, alcool, eter etc.) sunt solvenți. Soluțiile solide sunt aliaje metalice. Soluții gazoase - aer și alte amestecuri de gaze.

Procesul de dizolvare. Dizolvarea este un proces fizic și chimic complex. În timpul procesului fizic, structura substanței dizolvate este distrusă, iar particulele acesteia sunt distribuite între moleculele de solvent. Un proces chimic este interacțiunea moleculelor de solvent cu particulele de dizolvat. Ca rezultat al acestei interacțiuni, solvații. Dacă solventul este apă, atunci solvații rezultați se numesc hidratează. Procesul de formare a solvaților se numește solvatare, procesul de formare a hidraților se numește hidratare. Când soluțiile apoase sunt evaporate, se formează hidrați cristalini - acestea sunt substanțe cristaline, care includ un anumit număr de molecule de apă (apa de cristalizare). Exemple de hidrați cristalini: CuSO4 . 5H20 - sulfat de cupru (II) pentahidrat; FeSO4 . 7H 2 O - sulfat de fier heptahidrat (II).

Procesul fizic de dizolvare continuă cu preia energie, chimică evidenţierea. Dacă în urma hidratării (solvației) se eliberează mai multă energie decât este absorbită în timpul distrugerii structurii unei substanțe, atunci dizolvarea - exotermic proces. Energia este eliberată în timpul dizolvării NaOH, H 2 SO 4 , Na 2 CO 3 , ZnSO 4 și a altor substanțe. Dacă este nevoie de mai multă energie pentru a distruge structura unei substanțe decât este eliberată în timpul hidratării, atunci dizolvarea - endotermic proces. Absorbția de energie are loc atunci când NaNO 3 , KCl , NH 4 NO 3 , K 2 SO 4 , NH 4 Cl și unele alte substanțe sunt dizolvate în apă.

Se numește cantitatea de energie eliberată sau absorbită în timpul dizolvării efectul termic al dizolvării.

Solubilitate substanța este capacitatea sa de a se distribui într-o altă substanță sub formă de atomi, ioni sau molecule cu formarea unui sistem stabil termodinamic de compoziție variabilă. Caracteristica cantitativă a solubilității este factor de solubilitate, care arată care este masa maximă a unei substanțe care poate fi dizolvată în 1000 sau 100 g de apă la o anumită temperatură. Solubilitatea unei substanțe depinde de natura solventului și a substanței, de temperatură și presiune (pentru gaze). Solubilitatea solidelor crește în general odată cu creșterea temperaturii. Solubilitatea gazelor scade odată cu creșterea temperaturii, dar crește odată cu creșterea presiunii.

În funcție de solubilitatea lor în apă, substanțele sunt împărțite în trei grupe:

1. Foarte solubil (p.). Solubilitatea substanțelor este mai mare de 10 g în 1000 g de apă. De exemplu, 2000 g de zahăr se dizolvă în 1000 g de apă sau 1 litru de apă.

2. Puțin solubil (m.). Solubilitatea substanțelor este de la 0,01 g la 10 g în 1000 g de apă. De exemplu, 2 g de gips (CaSO4 . 2 H 2 O) se dizolvă în 1000 g apă.

3. Practic insolubil (n.). Solubilitatea substanțelor este mai mică de 0,01 g în 1000 g de apă. De exemplu, în 1000 g de apă, 1,5 . 10-3 g AgCI.

Când substanțele sunt dizolvate, se pot forma soluții saturate, nesaturate și suprasaturate.

soluție saturată este soluția care conține cantitatea maximă de dizolvat în condiții date. Când o substanță este adăugată la o astfel de soluție, substanța nu se mai dizolvă.

soluție nesaturată O soluție care conține mai puțin dizolvat decât o soluție saturată în condiții date. Când o substanță este adăugată la o astfel de soluție, substanța încă se dizolvă.

Uneori este posibil să se obțină o soluție în care soluția conține mai mult decât într-o soluție saturată la o temperatură dată. O astfel de soluție se numește suprasaturată. Această soluție se obține prin răcirea cu grijă a soluției saturate la temperatura camerei. Soluțiile suprasaturate sunt foarte instabile. Cristalizarea unei substanțe într-o astfel de soluție poate fi cauzată de frecarea pereților vasului în care se află soluția cu o baghetă de sticlă. Această metodă este utilizată la efectuarea unor reacții calitative.

Solubilitatea unei substanțe poate fi exprimată și prin concentrația molară a soluției sale saturate (secțiunea 2.2).

Constanta de solubilitate. Să luăm în considerare procesele care au loc în timpul interacțiunii unui electrolit slab solubil, dar puternic, al sulfatului de bariu BaSO 4 cu apa. Sub acțiunea dipolilor de apă, ionii Ba 2+ și SO 4 2 - din rețeaua cristalină BaSO 4 vor trece în faza lichidă. Simultan cu acest proces, sub influenta câmp electrostatic o parte din ionii Ba 2+ și SO 4 2 - se vor depune din nou în rețeaua cristalină (Fig. 3). La o temperatură dată, se va stabili în final un echilibru într-un sistem eterogen: viteza procesului de dizolvare (V 1) va fi egală cu viteza procesului de precipitare (V 2), adică.

BaSO 4 ⇄ Ba 2+ + SO 4 2 -

solutie solida

Orez. 3. Soluție saturată de sulfat de bariu

Se numește o soluție în echilibru cu faza solidă BaS04 bogat raportat la sulfatul de bariu.

O soluție saturată este un sistem eterogen de echilibru caracterizat printr-o constantă echilibru chimic:

, (1)

unde a (Ba 2+) este activitatea ionilor de bariu; a(S042-) - activitatea ionilor sulfat;

a (BaSO 4) este activitatea moleculelor de sulfat de bariu.

Numitorul acestei fracții - activitatea BaSO 4 cristalin - este o valoare constantă egală cu unu. Produsul a două constante dă o nouă constantă numită constanta de solubilitate termodinamicași notăm K s °:

K s ° \u003d a (Ba 2+) . a(SO42-). (2)

Această valoare a fost numită anterior produs de solubilitate și a fost desemnată PR.

Astfel, într-o soluție saturată a unui electrolit puternic slab solubil, produsul activităților de echilibru ale ionilor săi este o valoare constantă la o temperatură dată.

Dacă acceptăm că într-o soluție saturată a unui electrolit puțin solubil, coeficientul de activitate f~1, atunci activitatea ionilor în acest caz poate fi înlocuită cu concentrațiile lor, deoarece a( X) = f (X) . CU( X). Constanta de solubilitate termodinamică K s ° se va transforma în constanta de solubilitate de concentrație K s:

K s \u003d C (Ba 2+) . C(SO42-), (3)

unde C(Ba 2+) și C(SO 4 2 -) sunt concentrațiile de echilibru ale ionilor Ba 2+ și SO 4 2 - (mol / l) într-o soluție saturată de sulfat de bariu.

Pentru a simplifica calculele, se folosește de obicei constanta de solubilitate a concentrației K s, luând f(X) = 1 (Anexa 2).

Dacă un electrolit puternic slab solubil formează mai mulți ioni în timpul disocierii, atunci expresia K s (sau K s °) include puterile corespunzătoare egale cu coeficienții stoichiometrici:

PbCl 2 ⇄ Pb 2+ + 2 Cl-; K s \u003d C (Pb 2+) . C2 (CI-);

Ag3PO4 ⇄ 3 Ag++ PO43-; K s \u003d C 3 (Ag +) . C (PO 4 3 -).

În general, expresia constantei de solubilitate a concentrației pentru electrolitul A m B n ⇄ m A n+ + n B m - are forma

K s \u003d C m (A n+) . C n (B m -),

unde C sunt concentrațiile ionilor A n+ și B m într-o soluție de electrolit saturată în mol/l.

Valoarea lui K s este utilizată de obicei numai pentru electroliți, a căror solubilitate în apă nu depășește 0,01 mol/l.

Condiții de precipitații

Să presupunem că c este concentrația reală de ioni ai unui electrolit puțin solubil în soluție.

Dacă C m (A n +) . Cu n (B m -) > K s , atunci se va forma un precipitat, deoarece soluția devine suprasaturată.

Dacă C m (A n +) . C n (B m -)< K s , то раствор является ненасыщенным и осадок не образуется.

Proprietățile soluției. Mai jos luăm în considerare proprietățile soluțiilor neelectrolitice. În cazul electroliților, în formulele de mai sus se introduce un coeficient izotonic de corecție.

Dacă o substanță nevolatilă este dizolvată într-un lichid, atunci presiunea de vapori de saturație peste soluție este mai mică decât presiunea de vapori de saturație peste solventul pur. Concomitent cu scăderea presiunii vaporilor peste soluție, se observă o modificare a punctului de fierbere și de îngheț al acesteia; punctele de fierbere ale soluțiilor cresc, iar punctele de îngheț scad în comparație cu temperaturile care caracterizează solvenții puri.

Scăderea relativă a punctului de îngheț sau creșterea relativă a punctului de fierbere a unei soluții este proporțională cu concentrația acesteia.