Właściwości substancji, gęstość i mieszaniny - Chemia Nowej Ery 7

1.Chemia i doświadczenie chemiczne

Chemia to nauka, która bada świat w sposób eksperymentalny. Czynności wykonywane przy takich badaniach to doświadczenia chemiczne. W szkole przeprowadza się je w pracowni chemicznej.

2.Zasady bezpiecznej pracy w pracowni chemicznej

Doświadczenia wykonuje się wyłącznie na polecenie nauczyciela i zgodnie z instrukcją, zachowując ostrożność. Gdy wskazują to symbole, zakłada się fartuch, okulary i rękawice ochronne. Odczynników nie wolno dotykać ani sprawdzać ich smaku i zapachu.

3.Odczynnik chemiczny

Substancja używana w pracowni chemicznej - także powszechnie znana, np. sól kuchenna, cukier czy ocet. Każdy odczynnik traktuje się jako potencjalnie szkodliwy.

4.Karta charakterystyki

Dokument z najważniejszymi informacjami o odczynniku chemicznym. Opisuje m.in., czy substancja jest łatwopalna lub toksyczna, jakie środki ostrożności zachować, jak postępować przy kontakcie ze skórą lub oczami i jak ją bezpiecznie przechowywać.

5.Szkło i sprzęt laboratoryjny

Szkło laboratoryjne to m.in. probówka, zlewka, szkiełko zegarkowe, bagietka, kolba stożkowa, kolba kulista, kolba miarowa, lejek i pipeta Pasteura. Sprzęt laboratoryjny to m.in. palnik gazowy, statyw z łapą metalową, statyw do probówek i moździerz. Są bezpieczniejsze od naczyń domowych, bo wytrzymują np. ogrzewanie.

6.Jak opisać doświadczenie chemiczne

Najpierw czyta się tytuł i instrukcję, potem rysuje schemat i wykonuje doświadczenie, na koniec zapisuje obserwacje i wniosek. Na schemacie nazwy substancji użytych zapisuje się z lewej strony, a nazwy substancji powstałych - z prawej.

7.Oznaczanie czynności na schemacie doświadczenia

Ogrzewanie oznacza się znakiem płomienia pod schematem naczynia. Mieszanie - zakrzywioną strzałką rysowaną dookoła bagietki. Dodawanie substancji - strzałką nad schematem naczynia, skierowaną w dół.

8.Obserwacja

Spostrzeżenie dokonane podczas doświadczenia chemicznego lub pokazu, najczęściej za pomocą wzroku, słuchu i węchu (czasem dotyku). Może dotyczyć m.in. zmiany barwy, wydzielania się pęcherzyków gazu, ogrzania lub ochłodzenia zawartości naczynia, pojawienia się zapachu, osadu, efektów dźwiękowych lub świetlnych.

9.Wniosek

Chemiczna interpretacja i uzasadnienie efektów doświadczenia. Jest odpowiedzią na pytanie: Co wynika z zaobserwowanych zmian? Formułuje się go na podstawie obserwacji.

10.Bezpieczne badanie zapachu i ogrzewanie substancji w probówce

Zapach bada się tylko na polecenie nauczyciela: pary kieruje się do nosa ruchem wachlującym dłoni, nie zbliżając naczynia do twarzy. Probówkę ogrzewa się w łapie metalowej (na statywie) lub drewnianej, nigdy w dłoni, z wylotem skierowanym od siebie i tam, gdzie nikogo nie ma. Probówką delikatnie się porusza, płomień ogrzewa tylko ją, a nad wylotem nie wolno się nachylać.

11.Pierwsza pomoc przy oparzeniach termicznych i chemicznych

1) Zdejmij odzież i biżuterię z oparzonego miejsca, jeśli to możliwe. 2) Polewaj je chłodną (nie lodowatą) wodą co najmniej 20 minut; kwasy i zasady jak najszybciej obficie spłucz, a substancję stałą najpierw usuń ze skóry. 3) Załóż jałowy opatrunek. 4) W razie potrzeby skonsultuj się z lekarzem. Nie odrywaj przyklejonej odzieży, nie przebijaj pęcherzy i nie dezynfekuj oparzeń.

12.Substancja a ciało fizyczne

Materia to wszystko, co nas otacza. Substancja to rodzaj materii o określonych właściwościach, a ciało fizyczne to przedmiot z niej wykonany, np. drut miedziany jest z miedzi, puszka aluminiowa z glinu, kula śnieżna z wody, a wata cukrowa z cukru.

13.Właściwości substancji

Cechy charakterystyczne, które opisują substancję i umożliwiają odróżnienie jej od innych substancji. Wyróżnia się właściwości fizyczne i chemiczne.

14.Jak bada się właściwości substancji

Część właściwości określa się zmysłami: wzrokiem - stan skupienia i barwę, węchem i smakiem - zapach i smak, dotykiem - twardość i temperaturę. Inne, np. temperaturę topnienia i wrzenia, ustala się doświadczalnie lub odczytuje z tablic chemicznych. W pracowni nie wolno badać smaku substancji.

15.Właściwości miedzi, żelaza, soli kuchennej, cukru, mąki i wody

Miedź (czerwonobrązowa) i żelazo (srebrzystobiałe) to bezwonne ciała stałe z metalicznym połyskiem, ciągliwe. Sól kuchenna i cukier to bezbarwne, bezwonne kryształy o słonym i słodkim smaku; wydają się białe z powodu rozdrobnienia. Mąka to biały, bezwonny proszek. Woda to bezbarwna, bezwonna ciecz, w której rozpuszcza się wiele substancji.

16.Warunki normalne

Umowne warunki, w których określa się właściwości substancji, bo zmieniają się one z temperaturą i ciśnieniem: temperatura 273,15 K (0°C) i ciśnienie 1013,25 hPa. Temperaturę w kelwinach oblicza się ze wzoru $T(\mathrm{K}) = T(\mathrm{°C}) + 273{,}15$; zmiana o 1°C to zmiana o 1 K.

17.Właściwości fizyczne

Opisują wygląd substancji i jej zachowanie wobec czynników fizycznych. Należą do nich m.in.: stan skupienia, barwa, połysk, gęstość, twardość, rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach, temperatury wrzenia i topnienia, przewodnictwo elektryczne i cieplne.

18.Właściwości chemiczne

Opisują zachowanie jednej substancji wobec innych, np. czy substancje łączą się ze sobą. Należą do nich: zapach, smak, toksyczność, palność i aktywność chemiczna, czyli zdolność do oddziaływania z innymi substancjami.

19.Piktogramy

Znaki na etykietach substancji zagrażających zdrowiu i środowisku (czarny symbol w czerwonym rombie). Czaszka ze skrzyżowanymi piszczelami - toksyczna; wykrzyknik - drażniąca; ciecz kapiąca na dłoń - żrąca; martwe drzewo i ryba - niebezpieczna dla środowiska; wybuchająca bomba - wybuchowa; płomień nad okręgiem - utleniająca; płomień - łatwopalna; sylwetka z gwiazdą na piersi - rakotwórcza, mutagenna.

20.Gęstość a pływanie i opadanie substancji

Substancja o gęstości większej od gęstości cieczy opada na dno, a o gęstości mniejszej - pływa po jej powierzchni. Olej ma mniejszą gęstość niż woda, dlatego zawsze zbiera się nad wodą i widać wyraźną granicę cieczy - niezależnie od kolejności ich wlewania.

21.Ropa naftowa i lód na wodzie

Ropa naftowa ma mniejszą gęstość niż woda, więc po wycieku z tankowca unosi się na powierzchni morza i można ją z niej zbierać. Lód ma mniejszą gęstość niż woda, dlatego pływa i zbiorniki wodne zamarzają od powierzchni. Na gęstość wody wpływają temperatura i ciśnienie.

22.Gęstość - wzór

Gęstość (d) to stosunek masy substancji (m) do jej objętości (V): $d = \frac{m}{V}$, gdzie V to objętość, jaką zajmuje ta masa. Gęstość danej substancji jest stała w danej temperaturze.

23.Jednostki gęstości i objętości

Jednostką gęstości w układzie SI jest $\mathrm{kg/m^3}$. Dla ciał stałych i cieczy stosuje się też $\mathrm{g/cm^3}$, a dla gazów $\mathrm{g/dm^3}$. Przy przeliczaniu: $1~\mathrm{dm} = 10~\mathrm{cm}$, więc $1~\mathrm{dm^3} = 10~\mathrm{cm} \cdot 10~\mathrm{cm} \cdot 10~\mathrm{cm} = 1000~\mathrm{cm^3}$.

24.Obliczanie masy i objętości z gęstości

Ze wzoru $d = \frac{m}{V}$ po przekształceniu: masa $m = d \cdot V$, objętość $V = \frac{m}{d}$. Można też ułożyć proporcję: jeśli $1~\mathrm{cm^3}$ substancji ma masę $d$ gramów, to $V$ centymetrów sześciennych ma masę $x$.

25.Zadanie z gęstością krok po kroku

Wypisz dane i szukane, napisz wzór na gęstość i w razie potrzeby go przekształć, podstaw liczby razem z jednostkami (te same jednostki objętości), oblicz wynik i zapisz odpowiedź.

26.Odmierzanie objętości cieczy

Do dokładnego odmierzenia objętości cieczy najlepiej użyć pipety. Do mniej dokładnych pomiarów służy cylinder miarowy z podziałką, np. z dokładnością do $1~\mathrm{cm^3}$.

27.Mieszanina

Układ powstały przez zmieszanie w dowolnych proporcjach co najmniej dwóch substancji, np. lemoniada (woda, cytryna, mięta, cukier). Mieszaniny dzieli się na jednorodne i niejednorodne.

28.Mieszanina jednorodna

Mieszanina, której składników nie można rozróżnić gołym okiem ani za pomocą prostych przyrządów optycznych, np. woda z solą kuchenną, woda z alkoholem, powietrze, stopy metali.

29.Mieszanina niejednorodna

Mieszanina, której składniki można rozróżnić gołym okiem lub za pomocą prostych przyrządów optycznych, np. opiłki żelaza z siarką, piasek z wodą, olej z wodą, mąka z makiem.

30.Dobór metody rozdzielania mieszaniny

Metodę dobiera się, wykorzystując różnice we właściwościach fizycznych składników, np. w gęstości, temperaturze topnienia, temperaturze wrzenia, właściwościach magnetycznych, rozpuszczalności w wodzie, stanie skupienia lub wielkości cząstek.

31.Metody mechaniczne: magnes i sito

Metody mechaniczne polegają na mechanicznym rozdzieleniu mieszaniny niejednorodnej. Magnes przyciąga opiłki żelaza z mieszaniny z siarką (wykorzystuje się właściwości magnetyczne żelaza). Sito oddziela składniki o różnej wielkości cząstek, np. mąkę od maku (przesiewanie).

32.Odparowanie

Metoda rozdzielania mieszaniny jednorodnej substancji stałej rozpuszczonej w cieczy, np. wody z solą kuchenną. Mieszaninę ogrzewa się w parownicy, aż ciecz całkowicie odparuje - na dnie zostaje sól. Wykorzystuje się rozpuszczalność i temperaturę wrzenia.

33.Krystalizacja

Metoda rozdzielania mieszanin jednorodnych: wydzielenie substancji stałej w postaci kryształów z roztworu, np. przez odparowanie części rozpuszczalnika lub obniżenie temperatury roztworu.

34.Sączenie (filtracja)

Przelewanie mieszaniny niejednorodnej substancji stałej i cieczy przez sączek z bibuły filtracyjnej umieszczony w lejku, np. wody z piaskiem lub z kredą. Na sączku zostaje substancja stała, a do zlewki spływa klarowna ciecz, czyli przesącz. Wykorzystuje się różnicę stanu skupienia składników.

35.Przygotowanie sączka i zasady sączenia

Z bibuły filtracyjnej wycina się kółko, składa je dwukrotnie na połowę i odchyla jedną warstwę (z jednej strony pojedyncza, z drugiej potrójna). Sączek musi szczelnie przylegać do lejka i nie wystawać ponad jego brzeg. Mieszaninę wlewa się powoli po bagietce, która nie dotyka sączka, a nóżka lejka dotyka ścianki zlewki.

36.Sedymentacja

Opadanie na dno naczynia substancji stałej o gęstości większej od gęstości cieczy, do której ją wsypano. Tworzy się osad. Sedymentacja nie jest metodą rozdzielania mieszanin na składniki.

37.Dekantacja

Oddzielenie substancji stałej od cieczy przez zlanie cieczy znad osadu, który wcześniej opadł na dno (sedymentacja), np. wody znad piasku. Wykorzystuje różnice gęstości, stanu skupienia i rozpuszczalności składników.

38.Destylacja

Metoda rozdzielania mieszaniny jednorodnej cieczy różniących się temperaturami wrzenia, np. wody z alkoholem. Mieszaninę ogrzewa się: najpierw odparowuje składnik o najniższej temperaturze wrzenia, jego pary skraplają się w chłodnicy. Gdy temperatura rośnie, to samo dzieje się z kolejnym składnikiem; rozdzielone składniki zbiera się w osobnych naczyniach.

39.Rozdzielacz

Służy do rozdzielania cieczy, które mają różne gęstości i nie mieszają się ze sobą, np. oleju z wodą (mieszanina niejednorodna). Mieszanina rozwarstwia się: górną warstwę tworzy olej, dolną woda, więc dolną ciecz można spuścić przez kranik do zlewki.

40.Sposoby rozdzielania mieszanin - podsumowanie

Mieszaniny niejednorodne: magnes (siarka z żelazem), sito (mąka z makiem), dekantacja (woda z piaskiem), sączenie (woda z kredą), rozdzielacz (olej z wodą). Mieszaniny jednorodne: odparowanie (woda z solą kuchenną), destylacja (woda z alkoholem), krystalizacja.