Властивості рідин та газів «Хімік без знання фізики схожий на людину, яка все повинна шукати навпомацки» М.Ломоносов

Вступ В основі молекулярної фізики лежить уявлення про атомно- молекулярному будову матерії, яке дозволяє пояснити макроскопічні властивості речовини в різних агрегатних станах і закономірності переходу речовин з одного стану в інший. Хімія - це наука, що досліджує склад, будова і перетворення одних речовин в інші. Інакше кажучи і в молекулярній фізиці, і в хімії за основу взято будову і властивості речовини, хоча в хімії переважно увага приділяється впливу складу «будови речовини на його хімічні властивості, а в молекулярноі фізиці - на фізичні властивості речовини. У зв'язку з цим виникає необхідність розгляду питання взаємозв'язку молекулярної фізики та хімії в курсі середньої школи. Даний посібник містить як теоретичний так і практичний матеріал. Він допоможе учням, батькам, вчителям в підготовці до уроків фізики та хімії за курс основної школи. Неодмінною рисою є наявність тестових завдань, експериментальних для самоперевірки учнями своїх знань.

План 1. Будова речовини 2. Властивості речовин 3. Хімічний звязок і структура речовин 4. Вода на нашій планеті 5. Властивості рідин та газів

Будова речовин Демокріт вважав, що усі тіла складаються з атомів. Атоми неподільні, їх не можливо знищити і вони знаходяться в безперервному русі. Атоми безкінечно різноманітні, мають нерівності, якими зчіплюються один з одним, утворюючи всі матеріальні тіла. В природі існують лише атоми та пустота.

Молекули Молекула солі – солона, молекула цукру – солодка. Розміри атомів дуже малі і приблизно дорівнюють 10 ¹ м. Молекула – найменша частинка речовини, що має її основні хімічні властивості та складається з атомів.

Розміри молекул Молекула 0, мм Яблуко 61мм Земна куля км

Кількість молекул В 1см³ повітря міститься молекул молекул за секунду Населення Землі Куля (0,007мм) з молекулами повітря 900 років

Молекула Збільшення в 2000 раз раз Краплина води Вода Модель молекули води

Атоми Атом – це найменша частинка тіла. У перекладі з грецької atomos – неподільний. Резерфорд Эрнест ( )- англійський фізик, який заклав основи вчення про радіоактивність та будову атома.

Фотографія, отримана за допомогою електронного мікроскопу (збільшення у разів) є доказом, що речовина складається з дрібних частинок. Розміщення атомів твердого золота.

Будова атома Атом складається з позитивно зарядженого ядра, оточеного хмарою легких частинок – електронів, які мають негативний заряд.

Хімічна формула Якісний склад Символ Гідрогену Символ Оксигену Н 2 О Індекс позначається Відсутність індексу 2 атоми Гідрогену означає 1 атом Оксигену К ІЛЬКІСНИЙ СКЛАД Символ Гідрогену Символ Оксигену Н 2 О Індекс позначається Відсутність індексу 2 атоми Гідрогену означає 1 атом Оксигену К ІЛЬКІСНИЙ СКЛАД

Цікаво знати На цей час відомо лише 116 різних атомів. Якщо розміри молекули збільшити до розмірів точки, то товщина людської волосини дорівнювала б 40 м, а людина, стоячи на поверхні Землі, впиралась би головою до Місяця. Якщо забрати простір з усіх атомів людського тіла, то все, що залишиться зможе пролізти крізь вушко голки. Якщо з дитячого гумового мячика наповненого воднем (масою 3г), кожну секунду випускати по 1 млн молекул. То знадобиться 30 млрд років.

Як добути молекулу із речовини? З твердого тіла – механічним подрібненням. Рідину можна розділити на краплі або пару. Молекули газу можна отримати, створюючи розріджене середовище.

К ЛАСИФІКАЦІЯ РЕЧОВИН Прості Складні

Прості речовини Простими називаються речовини, що складаються з одного виду атомів. Озон Кисень Азот

Складні речовини Складними називаються речовини, які складаються з кількох різних атомів. Вода Терпінеол ( ВИДІЛЯЄТЬСЯ ХВОЙНИМИ ДЕРЕВАМИ) Вуглекислий газ

Властивості речовин Молекули однієї і тієї ж речовини в різних агрегатних станах однакові. В різних агрегатних станах молекули по – різному розміщені і між ними існують різні взаємодії.

Між молекулами існує одночасно взаємне притягання та відштовхування 1. Существует такое расстояние R 0 между молекулами, при котором силы взаимодействия между молекулами равны нулю. R0R0 R >R 0 Если расстояние между молекулами начинает увеличиваться, то возникает взаимная сила притяжения. Якщо відстань між молекулами починає зменшуватися, то виникає взаємна сила відштовхування. R < R 0

Такі явища як змочування та незмочування пояснюються на основі знань про взаємодію молекул Коли молекули рідини сильніше притягуються до частинок твердого тіла, ніж між собой, то ми спостерігаємо явище змочування. Чисте скло В о д а Частинка склаМолекула води

Коли молекули рідини сильніше притягуються між собою, ніж до частинок твердого тіла, то ми спостерігаємо явище незмочування. В і с к В о д а Частинка воскуМолекула води

Молекули льоду, води, водяної пари

Проміжки між молекулами Між молекулами (атомами) існують проміжки. Докази: зміна обєму речовини та явище дифузії. 1 літр спирту 1 літр води суміш менше 2-х літрів

Уявлення про будову речовини сформульовано на трьох основних положеннях: 1. Всі речовини складаються із частинок. 2. Всі частинки безперервно і хаотично рухаються. 3. Всі частинки взаємодіють між собою.

Запитання 1.Чому рука золотої статуї в стародавньому грецькому храмі, яку цілували прихожани, за десятки років стала худішою? 2.Чому зношується підошва у взуття і стираються до дір лікті піджаків?

Домашній експеримент Візьміть пляшку, сполосніть її теплою водою, а потім, зануривши горловину пляшки в посудину з водою, покладіть на дно пляшки тканину, змочену холодною водою. Як при цьому буде змінюватися рівень води в горловині пляшки? Що відбуватиметься з обємом повітря в пляшці? Як змінюються при цьому проміжки між молекулами повітря в пляшці?

Визначення розмірів малих тіл методом рядів Розмістити деяку кількість тіл одне біля одного в ряд. Виміряти довжину ряду і розрахувати за формулою розмір "l" одного тіла. N – кількість тіл в ряді L – довжина ряду

Визначення діаметра проволки 40 витків 30 витків 100 витків

Запитання і завдання 1 Як, використовуючи лінійку, виміряти товщину десятикопійчаної монети? Зробіть це ? План дій і результат огрунтуйте. 2 Виміряйте товщину аркуша паперу вашого підручника.

Хімічний звязок та будова речовин Аморфні Не мають певної tпл, розташування частинок в них не впорядковане смола скло пластилін віск пластмаси Кристалічні Мають певну tпл, правильне розташування частинок, з яких вони побудовані: атомів, йонів, молекул кухонна сіль графіт метали Тверді речовини

У кристалічних речовинах атоми, молекули та йони розташовані упорядковано, на певних відстанях. Таке закономірне розташування частинок у кристалах називають кристалічною ґраткою. В залежності від того, які частинки знаходяться в вузлах цієї ґратки, розрізняють йонні, атомні та молекулярні кристалічні ґратки. Відомі також і металічні кристалічні ґратки.

Типи кристалічних граток Йонні Атомні Молекулярні Металічні

Йонні кристалічні ґратки Йонні кристалічні ґратки характерні для сполук з йонним типом хімічного звязку. У вузлах таких ґраток знаходяться протилежно заряджені йони. Сили міжіонної взаємодії досить значні, тому речовини з таким типом кристалічної ґратки є нелеткими, твердими, тугоплавкими, їх розчини та розплави проводять електричний струм. Типовими представниками таких сполук є солі, наприклад, натрій хлорид, калій нітрат та інші.

Атомні кристалічні ґратки Атомні кристалічні ґратки характерні для сполук із ковалентним типом хімічного звязку. У вузлах таких ґраток знаходяться окремі атоми, між якими існує ковалентний звязок. Усі звязки є рівноцінними та міцними, тому речовини з таким типом кристалічної ґратки характеризуються великою твердістю, високими температурами плавлення, хімічною інертністю. Такий тип кристалічної ґратки характерний для алмазу, силіцій(IV) оксиду, бору.

Молекулярні кристалічні ґратки Молекулярні кристалічні ґратки характерні для сполук із ковалентним типом хімічного звязку. У вузлах таких ґраток знаходяться неполярні або полярні молекули. Унаслідок слабких сил взаємодії речовини з таким типом кристалічної ґратки мають незначну твердість, низькі температури плавлення та кипіння, характеризуються леткістю. Такий тип кристалічної ґратки характерний для кисню, йоду, води, глюкози, спиртів, нафталіну.

Металічні кристалічні гратки Металічними називають гратки, у вузлах яких знаходяться атоми та йони металу. Для металів характерні фізичні властивості: пластичність, ковкість, металевий блиск, висока електро- та теплопровідність

Звязок між типом кристалічної ґратки та фізичними властивостями речовини.

Таким чином, існує певний звязок між типом кристалічної ґратки та фізичними властивостями речовини. Тому, якщо відома будова речовини, то можна прогнозувати її властивості та, навпаки, якщо відомі властивості речовини, то можна визначити її будову.

Хімічний звязок – сили, які утримують атоми у молекулах або кристалах Ковалентний звязок утворюється між атомами за рахунок спільних електронних пар Полярний Одна чи кілька спільних електронних пар зміщені у бік більш електро-негативного атома Неполярний Двохатомна молекула утворена атомами одного неметалічного елемента, негативний заряд спільної електронної пари розподілений між ними порівну Йонний звязок утворюється між катіонами та аніонами Звязок між катіонами та аніонами, граничний випадок ковалентного полярного зв'язку, спільні електронні пари повністю зміщуються до атома більш електро-негативного елемента

Утворення хімічного зв'язку в молекулах кисню (1), карбон (IV) оксиду (2), хлору (3), гідроген хлориду (4) та у кристалі натрій хлориду (5) 1) 2) 3) 4)5)

1 ) Виберіть правильні твердження. Для утворення хімічного зв'язку між двома атомами необхідно, щоб енергія системи з двох атомів: А Була нижчою за енергію окремо взятих атомів; Б Була вищою за енергію окремо взятих атомів; В Дорівнювала енергії окремо взятих атомів; Г Була б спочатку нижчою, а згодом - вищою за енергію окремо взятих атомів. Завдання Хімічний звязок і будова речовин

2) Ковалентним зв'язком сполучені атоми: А Металічних елементів; Б Неметалічних і металічних елементів; В Неметалічних елементів; Г Інертних елементів. 3) Йонним зв'язком сполучені атоми: А Металічних елементів; Б Неметалічних і металічних елементів; В Неметалічних елементів; Г Лужних елементів. 4) Виберіть формули речовин із ковалентним зв'язком: А NaCI; Б Н 2 О; В N 2 ; Г НВr; Д О 2 ; Ж Вr 2. 5) Виберіть формули речовин із ковалентним полярним зв'язком: А KCl; Б SО 2 ; В О 3 ; Г НІ; Д І 2 ; Ж СаВr 2. 6) Виберіть формули речовин із ковалентним неполярним зв'язком: А Н 2 О; Б О 2 ; В CF 4 ; Г СІ 2 ; Д NH 3 ; Ж О 3.

7 ) Під час утворення молекул у хімічних реакціях атоми хімічних елементів намагаються набути стійкої зовнішньої оболонки з: А Шістьох електронів; Б Вісьмох електронів; В Трьох електронів; Г Чотирьох електронів. 8) Встановіть відповідність між назвами речовин і типами хімічного зв'язку у них: Назва речовини 1) Натрій хлорид 2) Карбон(ІV) оксид 3) Кисень 9) Встановіть відповідність між типами хімічного зв'язку у бінарних сполуках і хімічними елементами, які входять до їхнього складу: Тип хімічного зв'язку 1 Ковалентний полярний 2 Йонний 3 Ковалентний неполярний Тип хімічного зв'язку А Ковалентний неполярний Б Ковалентний полярний В Йонний Елементи у складі бінарної сполуки, їхня електронегативність А Неметалічні, однакова Б Неметалічні, різна В Металічний і неметалічний Г Металічні, однакова

10) Виберіть характеристику речовин з йонними кристалічними ґратками: А Високі температури плавлення; Б Низькі температури кипіння; В Молекули у вузлах кристалічних ґраток; Г Різкий запах. 11) Виберіть характеристики речовин з молекулярними кристалічними ґратками: А Невисокі температури плавлення; Б Невисокі температури кипіння; В Молекули у вузлах кристалічних ґраток; Г Висока твердість; Д Атоми у вузлах кристалічних ґраток. 12) Виберіть характеристики речовин з атомними кристалічними ґратками: А Невисокі температури плавлення; Б Не розчиняються у воді; В Йони у вузлах кристалічних ґраток; Г Висока твердість; Д Приємний запах Спрогнозуйте тип кристалічних ґраток у речовинах за описом їхніх властивостей і застосування: а) камфора (компонент мазей, крапель та інших лікарських форм) - безбарвні леткі кристали з характерним запахом; б) ванілін (ароматизатор кондитерських виробів) - безбарвні, з приємним запахом; в) бор нітрид ВN (боразон) за твердістю наближається до алмазу, водночас стійкіший до високих температур, його використовують для виготовлення надтвердих абразивних матеріалів.

Відповіді: 1 ) А 2) В 3) Б 4) Б,В,Г,Д,Ж 5) Б,Г 6) Б,Г,Ж 7) Б 8) 1В, 2Б, 3А 9) 1Б, 2В, 3А 10) А 11) А,Б,В 12) Б,Г

Вода на нашій планеті ¾ площі планети – моря та океани 1/ 5 суші - льодовики

Вода – умова життя В клітинах будь-якого организму % води. Життя зародилось у воді 3,5 млрд. років тому. Утворює внутрішнє середовище організму. Всі реакції в організмах проходять в розчинах. Бере участь у хімічних реакціях,є каталізатором.

Склад та будова молекули води Н 2 О M(H2O) =18 г/моль Диполь – полярна молекула. Молекула води утворена ковалентним полярним звязком

Міжмолекулярна взаємодія молекул води – водневі звязки Слабкі легко разриваються

Основні фізичні властивості води 1. Агрегатні стани: пара, вода, льод 2. t кип = 100 °С (за н. у.) 3. t замерз. = 0 °С (за н. у.) 4. Густина 1000 кг/м 3 5. Великий поверхневий натяг 6. Мале стискання 7. Найбільша питома теплоємність Дж/кг˚С 8. Висока теплопровідність 9. Найбільша теплота пароутворення - 2,310 6 Дж/кг 10. Слабка електропровідність 11. Добрий розчинник

Унікальність води Єдина речовина на планеті, що перебуває в трьох агрегатних станах.

Колообіг води в природі Вода у природі може перебувати в трьох агрегатних станах та може переходити з одного агрегатного стану в інший.

Властивості рідин

Процеси переходу води в різні агрегатні стани t˚ під час процесів const Е внутр ЕпЕп Е п, розрив воднев. зв. Q плавлення, кипіння Е п, відновлення воднев. зв.

Аномальні властивості води Вода - найсильніший розчинник. У ній розчиняються майже всі речовини. Вчені вважають, що в морській воді містяться усі без винятку елементи, які є на Землі. Майже в усіх речовинах під час плавлення збільшується об'єм. Вода – є аномалією. Лід має більший об'єм, ніж вода, з якої він утворився, тому він плаває на воді. Під час охолодження густина води, як і інших речовин збільшується, але тільки до +4°С. Під час охолодження від +4°С до 0°С густина води зменшується.

Поверхневий натяг

Теплоємність та теплопровідність води Тольки у води теплоємність зменшується при нагріванні від 0°С до 37°С, а потім збільшується. регуляція t˚ тіла

Фазові переходи будь-яка речовина за певних умов може знаходитись в різних агрегатних станах – твердому, рідкому та газоподібному. Перехід з одного стану в інший називається фазовим переходом. Тверде тіло Газ Рідина

Пароутворення Пароутворення явище перетворення рідини в газ (пару). Випаровування над чашкою чаю Види пароутворення Випаровування Кипіння Пароутворення, яке відбувається з поверхні рідини Інтенсивний перехід рідини в пару, який відбувається з утворенням бульбашок пари у всьому обємі рідини при певній температурі

Випаровування - це пароутворення з поверхні рідини. При випаровуванні рідину залишають найбільш швидкі молекули, які мають найвищу швидкість. Випаровування відбувається при будь-якій температурі, т.я. при будь-якій температурі в рідині знайдуться такі молекули, які володіють достатньою кінетичною енергією, щоб подолати сили зчеплення між молекулами та виконати роботу виходу з рідини.

Від чого залежить швидкість випаровування ? Від температури Від площі поверхні рідини Від руху повітря (вітру) Від роду речовини Рідину можуть покинути тільки ті молекули, які знаходяться біля самої поверхні, у яких кінетичнаої енергії достатньо, щоб подолати притягання сусідніх молекул та вилетіти з поверхні рідини.

Випаровуватися можуть тільки ті молекули, які перебувають поблизу поверхні рідини (адже з інших сторін вона оточена стінками посудини). Більша площа поверхні сприяє більшій кількості вильотів молекул. Вилетіти можуть тільки ті частинки, Е кін яких більше, ніж Е пот притягання до інших частинок. Пара над поверхнею речовини розсіюється за рахунок дифузії або подувів вітру. Природа речовини впливає на швидкість випаровування.

Зменшення температури рідини при випаровуванні При випаровуванні температура рідини знжується, т.я. Внутрішня енергія рідини зменшується через втрату швидких молекул. Але, якщо підводити до рідини тепло, то її температура може не змінюватися.

Возгонка та сублімація Існує ще один вид пароутворення, коли тверде тіло, обминаючи рідкий стан, перетворюється в газ- возгонка. Таку особливість мають, наприклад, кристали йоду, нафталіну, звичайного "сухого" льоду. Возгонка льоду можлива практично при любій негативній температурі в сухому повітрі, що практично буває при сильному морозі. Зворотний процес перетворення газу безпосередньо в тверду речовину называється сублімацією (іній на деревах та сніг в хмарах). Центрами кристаллизации тут служать мікроскопічні пилинки та кристалики солі, зважені в повітрі.

Конденсація Процес перетворення пари в рідину називаеться конденсацією. Конденсація пари супроводжується виділенням енергії ; Пара води у верхніх (холодних) шарах атмосфери перетворюється в хмари Літнім вечором чи під ранок, коли стає холодніше, випадає роса

Кипіння рідини Кипіння – це інтенсивне пароутворення, яке відбувається при нагріванні рідини не тільки з поверхні, але і всередині неї. Кипіння можливе лише при певній температурі– температурі кипіння; Кипіння починається лише після того, як тиск всередині пухирців зрівняється з тиском рідини; Під час кипіння температура рідини та пари над нею не змінюється.

Процес кипіння Кипіння выдбувається з поглинанням теплоти. Рідина Пара (газ) Більша частина теплоти витрачається на разрив звязків між частинками речовини інша частина- на роботу, що здійснюється під час разширення пари. В результаті энергія взаємодії між частинками пари стає більшою, ніж між частинками рідини, тому внутрішня енергія пари більша, ніж внутрішня енергія рідини при тій же температурі.

Варіант 1 I. Випаровуванням називають явище переходу молекул в пару з поверхні та по всьому обєму рідини. 2. переходу молекул з рідини в пару. 3. переходу молекул з пари в рідину. II. Випаровування відбувається при температурі кипіння. 2. при будь-якій температурі. 3. при певній температурі для кожної рідини. III. Якщо немає підводу енергії до рідини від інших тіл, то при її випаровуванні температура не змінюється. 2. збільшується. 3. зменшується. IV. Внутрішня енергія при випаровуванні рідини не змінюється. 2. збільшується. 3. зменшується. V. В якому агрегатному стані перебуватиме цинк при температурі кипіння ртуті і нормальному атмосферному тиску? 1. У твердому 2. У рідкому 3. В газоподібному Тестові завдання

Варіант 2 I. Яке явище називають конденсацією? Це явище, при якому відбувається випаровування не тільки з поверхні, а й всередині рідини. 2. перехід молекул з рідини в пару. 3. перехід молекул з пари в рідину. II. Конденсація пари супроводжується... енергії. 1. поглинанням. 2. виділенням. III. При одній і тій же температурі кількість теплоти, що виділилася при конденсації... кількості (кількістю) теплоти, поглиненої при випаровуванні. 1. більше 2. менше 3. рівна IV. У тарілку і склянку налили воду однакової маси. З якої посудини вона випарується швидше при однакових умовах? 1. з тарілки2. з склянки3. Так як кількість води в обох посудинах однакова, то однаковий і час випаровування V. На малюнку зображено графік нагрівання, кипіння та охолодження рідини. Через який час від початку спостереження рідина закипіла і який час тривав процес кипіння? 1. Закипіла через 2 хв, а кипіла 4 хв 2. Закипіла через 85 хв, а кипіла 6 хв 3. Закипіла через 2,5 хв, а кипіла 2 хв

Варіант 3 I. Яке явище називають кипінням? Це явище, при якому відбувається випаровування не тільки з поверхні, а й по всьому обєму рідини. 2. перехід молекул з рідини в пару. 3. перехід молекул з пари в рідину. II. При кипінні рідини підведена енергія йде на збільшення швидкості руху молекул. 2. подолання сил зчеплення між молекулами всередині самої рідини. 3. збільшення енергії молекул утвореної пари III. Під час кипіння температура рідини не змінюється. 2. збільшується. 3. зменшується. IV. При випаровуванні, коли немає підводу енергії від інших тіл, температура рідини не змінюється. 2. збільшується. 3. зменшується. V. В якому агрегатному стані перебуватиме ртуть при температурі плавлення алюмінію і нормальному атмосферному тиску? 1. У твердому 2. У рідкому 3. В газоподібному

Варіант 4 I. Чим вище температура рідини, тим випаровування відбувається швидше. 2. повільніше. II. Чим швидше віддаляється пар з поверхні рідини, тим випаровування відбувається швидше. 2. повільніше. III. Чим менше площа вільної поверхні рідини, тим випаровування відбувається швидше. 2. повільніше. IV. У чому різниця між випаровуванням і кипінням? При випаровуванні утворення пари відбувається..., а при кипінні всередині... на поверхні рідини. 2. на поверхні... усередині рідини 3. на поверхні... всередині і на поверхні рідини. V. На малюнку зображено графік нагрівання, кипіння та охолодження рідини. Якій ділянці на графіку відповідає кипіння рідини і при якій температурі воно відбувається? 1. БВ, 85 ° С 2. АБ, 100 ° С 3. ВГ, 6 ° С VI Чи випаровується вода у відкритому посудині при 0 ° С? 1. Випаровується. Випаровування відбувається при будь-якій температурі. 2. Не випаровується, тому що при 0 ° С вода твердне. 3. Не випаровується. Утворення пари відбувається при кипінні рідини..

Література 1.Кирик Л.А. Усі уроки фізики.8 клас.-Х.:Основа, Кирик Л.А., Гендельштейн Л.Е. Фізика.10 кл.:Методичні матеріали для вчителя /Л.А.Кирик, Л.Е.Гендельштейн.-Харків : Гімназія, Гельфагат І.М. Петракова М.О.Усі уроки фізики. 7 кл/ Гельфгат І.М., Петракова М.О.- Х.:Основа, Лукашик В.И.Сборник задач по физике.-М.: Просвещение, Фізика взапитаннях та відповідях.Інтегрований курс/Уклад.Е.Х.Матохнюк,В.В.Гудзь.- Тернопіль:Мандрівець, Програми для загальноосвітніх навчальних закладів.Фізика.7-12кл.-Перун Програми для загальноосвітніх навчальних закладів. Хімія кл.-Перун, Пометун О.,Пироженко Л.Сучасний урок. Інтерактивні технології навчання.:науково- методичний посібник.-К.:А.С.К., Старовойтова І.Ю.,Люсай О.В.Усі уроки хімії. 7 кл.-Х.: Основа, Гранкіна Т.М.Словник шкільної термінології. Хімія.-Х.:Торсінг плюс, Сопіга О.С. Хімія. Тренувальні завдання.- К.: Країна мрій, Бочеваров А.Д. Хімія. Довідник з прикладами розвязку задач. – Харків: Беста: Ранок, За сторінками шкільного підручника. Цікаві матеріали до уроків хімії/К.М.Задорожний. – Х.: Основа, 2006