Powietrze, tlen i tlenek węgla(IV) - Chemia Nowej Ery 7

1.Powietrze

Mieszanina jednorodna gazów o podstawowym składzie: 78% objętościowych azotu, 21% objętościowych tlenu i 1% objętościowy innych gazów, przede wszystkim argonu.

2.Badanie składu powietrza za pomocą świecy

Palącą się świecę na wodzie przykrywa się cylindrem miarowym. Świeca pali się chwilę i gaśnie, a woda wchodzi do cylindra i zajmuje ok. 1/5 jego objętości. Wniosek: ok. 1/5 objętości powietrza to składnik podtrzymujący spalanie, a ok. 4/5 to składniki niepodtrzymujące spalania.

3.Składniki powietrza o stałej i o zmiennej zawartości

Stałą zawartość mają azot, tlen i gazy szlachetne (głównie argon) - ich ilość nie zmienia się znacząco. Zmienną zawartość mają m.in. tlenek węgla(IV), para wodna, ozon, tlenki siarki i tlenki azotu, amoniak, wodór i metan.

4.Od czego zależy zawartość składników zmiennych powietrza?

Od wielu czynników, np. od temperatury albo od tego, czy w okolicy działają zakłady przemysłowe.

5.Procent objętościowy (% obj.)

Wyrażony w procentach stosunek objętości danej substancji (np. tlenu) do objętości całej mieszaniny (np. powietrza). W procentach objętościowych podaje się zawartość składników powietrza.

6.Jak obliczyć objętość składnika powietrza w naczyniu?

Pojemność naczynia to objętość powietrza, która odpowiada 100%. Układamy proporcję: objętość powietrza - 100%, szukana objętość składnika - jego procent objętościowy. Czyli objętość powietrza mnożymy przez procent objętościowy składnika i dzielimy przez 100%.

7.Warunki normalne

Warunki, w których podaje się właściwości gazów: temperatura 273,15 K (0 °C) i ciśnienie 1013,25 hPa.

8.Właściwości powietrza

Mieszanina gazów, bezbarwna, bezwonna i bez smaku, słabo rozpuszcza się w wodzie, podtrzymuje spalanie. Można je sprężać, rozprężać i skroplić - ciekłe powietrze jest bladoniebieską cieczą.

9.Gęstość ogrzanego powietrza

Ogrzane powietrze ma mniejszą gęstość niż powietrze zimne. Dlatego lampion lub balon z ciepłym powietrzem w środku unosi się w górę.

10.Gazy szlachetne

Pierwiastki grupy 18: hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon. W powietrzu jest ich bardzo mało (najwięcej argonu). Nazwę zawdzięczają temu, że w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym nie reagują z pierwiastkami ani ze związkami chemicznymi.

11.Właściwości gazów szlachetnych

Bezbarwne gazy bez smaku i zapachu, słabo rozpuszczalne w wodzie, niepalne, nie podtrzymują spalania, nieaktywne chemicznie. Hel i neon mają gęstość mniejszą od gęstości powietrza, pozostałe - większą.

12.Świecenie gazów szlachetnych

Pod wpływem wyładowań elektrycznych gazy szlachetne świecą: hel na żółto, neon na pomarańczowoczerwono, argon na niebieskofioletowo, krypton na biało, a ksenon na biało z fioletowoniebieskim odcieniem.

13.Zastosowania gazów szlachetnych

M.in. reklamy świetlne (lampy jarzeniowe), hel w mieszaninach ułatwiających oddychanie (np. przy astmie) i w balonach, krypton w świetlówkach na pasach startowych, neon w lampach przeciwmgłowych, ciekły hel i neon do chłodzenia urządzeń, gazy ochronne przy spawaniu metali.

14.Od czego zależy zawartość pary wodnej w powietrzu?

Od temperatury powietrza (zależnej od szerokości geograficznej i wysokości nad poziomem morza) oraz od środowiska geograficznego (obecności zbiorników wodnych i pasm górskich). W mroźny dzień pary wodnej jest znacznie mniej niż w gorący i wilgotny.

15.Dowody obecności pary wodnej w powietrzu

Skroplona para wodna na chłodnej szybie, rosa (para skrapla się nocą przy dużym spadku temperatury), a także deszcz, śnieg, grad, szron i mgła. Smuga kondensacyjna za samolotem to kryształki lodu ze skroplonej i od razu zamarzniętej pary wodnej.

16.Przemiany stanów skupienia wody

Parowanie: woda → para wodna; kondensacja (skraplanie): para wodna → woda; topnienie: lód → woda; krzepnięcie: woda → lód; sublimacja: lód → para wodna; resublimacja: para wodna → lód.

17.Higroskopijność

Zdolność pochłaniania wody (zwykle pary wodnej) przez substancje. Substancje higroskopijne to m.in. wodorotlenek sodu, ryż oraz włókna lnu i konopi.

18.Wykazanie obecności pary wodnej za pomocą wodorotlenku sodu

Suche granulki wodorotlenku sodu zostawione na powietrzu stają się błyszczące i śliskie, a po dłuższym czasie się rozpływają. Wniosek: wodorotlenek sodu pochłonął parę wodną z powietrza - jest substancją higroskopijną.

19.Występowanie tlenu

Tlen to najbardziej rozpowszechniony pierwiastek w skorupie ziemskiej: wchodzi w skład skał, rud metali, piasku i wody. W stanie wolnym występuje w powietrzu (ok. 21% objętościowych). Wytwarzają go rośliny zielone.

20.Sposoby otrzymywania tlenu

M.in. rozkład tlenku rtęci(II), rozkład wody pod wpływem prądu elektrycznego (elektroliza), destylacja skroplonego powietrza oraz ogrzewanie manganianu(VII) potasu.

21.Otrzymywanie tlenu z manganianu(VII) potasu

Ogrzewa się manganian(VII) potasu w probówce z rurką odprowadzającą. Gaz zbiera się w kolbie wypełnionej wodą, odwróconej dnem do góry - wypiera z niej wodę. Pierwszych porcji się nie zbiera, bo to powietrze z probówki i rurki. Tlące się łuczywo w kolbie zapala się jasnym płomieniem.

22.Jak zebrać i wykryć tlen?

Tlen zbiera się nad wodą, bo słabo rozpuszcza się w wodzie. Wykrywa się go tlącym się łuczywem: w tlenie łuczywo zapala się jasnym płomieniem, bo tlen podtrzymuje spalanie.

23.Substrat

Substancja użyta do reakcji chemicznej i ulegająca przemianie, np. manganian(VII) potasu ogrzewany w probówce.

24.Produkt

Substancja powstająca w wyniku reakcji chemicznej, np. tlen otrzymany z manganianu(VII) potasu.

25.Reakcja, w której z jednego substratu powstaje kilka produktów - przykłady

Rozkład manganianu(VII) potasu (powstaje m.in. tlen) oraz rozkład tlenku rtęci(II) pod wpływem temperatury: tlenek rtęci(II) → tlen + rtęć. Substrat jest związkiem chemicznym, a produkty - pierwiastkami chemicznymi.

26.Spalanie węgla, siarki i magnezu w tlenie

W tlenie wszystkie trzy pierwiastki palą się lepiej niż w powietrzu. Węgiel spala się żółtym płomieniem, siarka - bladoniebieskim (powstaje biały dym o intensywnym zapachu), a magnez - oślepiającym, białym płomieniem.

27.Reakcja, w której z kilku substratów powstaje jeden produkt - przykłady

Spalanie pierwiastków w tlenie: węgiel + tlen → tlenek węgla(IV); siarka + tlen → tlenek siarki(IV); magnez + tlen → tlenek magnezu. Substraty są pierwiastkami chemicznymi, a produkt - związkiem chemicznym.

28.Tlenki

Związki chemiczne tlenu z innym pierwiastkiem chemicznym, czyli produkty reakcji tlenu z innymi pierwiastkami. Metal + tlen → tlenek metalu (np. tlenek magnezu, tlenek wapnia); niemetal + tlen → tlenek niemetalu (np. tlenek węgla(IV), tlenek siarki(IV)).

29.Właściwości tlenu

Bezbarwny i bezwonny gaz, słabo rozpuszcza się w wodzie, ma gęstość większą od gęstości powietrza. Łączy się z metalami i niemetalami, tworząc tlenki. Podtrzymuje spalanie, ale sam się nie pali.

30.Znaczenie tlenu w przyrodzie

Tlen jest niezbędny do oddychania większości organizmów (organizmy wodne oddychają tlenem rozpuszczonym w wodzie). Podtrzymuje spalanie, a razem z parą wodną z powietrza powoduje korozję metali. Bierze też udział w wietrzeniu skał i butwieniu.

31.Zastosowania tlenu

M.in. palniki acetylenowo-tlenowe do spawania i cięcia metali (płomień do 3000 °C), hutnictwo, przemysł chemiczny i rakietowy, aparaty tlenowe nurków, alpinistów i pilotów, inkubatory. Oddychanie czystym tlenem jest niebezpieczne - prowadzi do zatrucia organizmu.

32.Tlenek węgla(IV) w powietrzu

Tlenek węgla(IV) (dwutlenek węgla) to ważny składnik powietrza, choć jest go niewiele. Jego zawartość rośnie m.in. przez spalanie paliw kopalnych i wycinanie lasów. Jest jednym z gazów odpowiedzialnych za efekt cieplarniany, a jego wzrost przyczynia się do zmiany klimatu.

33.Wykrywanie tlenku węgla(IV) - woda wapienna

Woda wapienna to bezbarwna ciecz, odczynnik do identyfikacji tlenku węgla(IV). Pod jego wpływem mętnieje. Gdy wydychamy powietrze przez rurkę do wody wapiennej, ciecz mętnieje - w wydychanym powietrzu jest tlenek węgla(IV).

34.Reakcja charakterystyczna

Reakcja chemiczna umożliwiająca identyfikację danej substancji. Przykład: mętnienie wody wapiennej pod wpływem tlenku węgla(IV).

35.Otrzymywanie tlenku węgla(IV)

M.in. przez spalanie węgla w tlenie albo w reakcji węglanu wapnia z rozcieńczonym kwasem chlorowodorowym. W tej reakcji gwałtownie wydzielają się pęcherzyki bezbarwnego gazu, który powoduje mętnienie wody wapiennej.

36.Tlenek węgla(IV) a płonące łuczywo i płonący magnez

Płonące łuczywo w tlenku węgla(IV) natychmiast gaśnie, bo ten gaz nie podtrzymuje spalania. Płonący magnez pali się jeszcze przez chwilę: powstaje biały proszek (tlenek magnezu) i czarny nalot (sadza, czyli węgiel). Tlenek węgla(IV) reaguje z metalami aktywnymi chemicznie (grupy 1 i 2), np. z magnezem.

37.Reakcja, w której z kilku substratów powstaje kilka produktów - przykład

Reakcja magnezu z tlenkiem węgla(IV): tlenek węgla(IV) + magnez → węgiel + tlenek magnezu. Po każdej stronie jest jeden związek chemiczny i jeden pierwiastek chemiczny.

38.Właściwości tlenku węgla(IV)

Bezbarwny i bezwonny gaz, rozpuszcza się w wodzie (dlatego nie zbiera się go nad wodą), ma gęstość większą od gęstości powietrza. Nie pali się i nie podtrzymuje spalania, powoduje mętnienie wody wapiennej, bo z nią reaguje, reaguje z metalami aktywnymi chemicznie, np. z magnezem.

39.Tlenek węgla(IV) w zamkniętych pomieszczeniach

Każdy człowiek wydycha tlenek węgla(IV). W małym, słabo wietrzonym pomieszczeniu z wieloma osobami jego zawartość szybko rośnie, co powoduje zmęczenie i gorszą koncentrację. Dlatego trzeba często wietrzyć np. sale lekcyjne.

40.Suchy lód i jego zastosowania

Suchy lód to zestalony tlenek węgla(IV), który sublimuje (przechodzi od razu w gaz, nie topiąc się) w temperaturze -78 °C. Służy m.in. do mrożenia i schładzania żywności, w chłodniach owoców i warzyw oraz do leczenia zimnem (krioterapii). Gazowy tlenek węgla(IV) konserwuje żywność i nasyca napoje gazowane, a skroplony wypełnia gaśnice śniegowe.