Text
                    ii .

WARSZAWA PAŃSTWOWE ZAKŁADY WYDAWNICTW SZKOLNYCH HALINA GRÓDECKA BARBARA WINNICKA CHEMIA DLA KLASY VII
•WSE-’*'’ Redaktor Antoni Audycki Redaktor techniczny Maria Stopień Książka zatwierdzona przez Ministerstwo Oświaty jako podręcznik Państwowe Zakłady Wydawnictw Szkolnych. Warszawa 1967 Wydanie IV. Nakład 224 000 4- 180 egz. Ark. druk. 7,5; wyd. 7,16 Zamówiono 19. VI. 1967 r. Podpisano do druku 16. VIII. 1967 r. Druk ukończono w październiku 1967. Papier wklęslodr. kl. V, 70 gr. •zer. roli 34 cm — Skolwin. Zam. 8223. Cena zł 4. — Okładkę projektował Andrzej Antoni Kowalewski Ilustracje wykonał Józef Marzec Fotografie: CAJF.; H. Hermanowicz; F. Karasiewicz; A. Marczak; Muzeum Ziemi; K. Najdenow W rym roku zaczynacie uczyć się chemii; nauka ta otworzy Wam oczy na wiele zjawisk, których nie spostrzegaliście lub obok których prze- chodziliście obojętnie. Teraz będziecie je badać i tłumaczyć; dowiecie się także, jak człowiek stosuje zdobytą wiedzę dla poprawienia warunków swego życia. „Chemia żywi, leczy, ubiera i brom” — powiedziano o tej nauce — a to dowodzi, jak wielkie jest jej znaczenie w życiu społeczeństwa. Istotnie, wiedza chemiczna umożliwiła rozwój wszystkich gałęzi prze- mysłu o wielkim znaczeniu dla gospodarki narodowej. Chemia żywi — bo dostarcza rolnikom nawozów sztucznych, by mogli uzyskać znacznie większe plony. Gdy roślinom uprawnym zagraża plaga szkodników, rolnik zwalcza szkodniki za pomocą środków chemicznych. Na zdobyczach chemii opiera się także hodowla zwierząt, przemysłowa produkcja cukru, olejów, margaryny, konserw i wielu innych produktów spożywczych. Chemia leczy — bo dzięki dobrze rozwiniętemu przemysłowi che- micznemu mamy mnóstwo cennych i skutecznych leków. Słyszeliście na pewno o tym, jak to w dawnych czasach różne epidemie dziesiątko- wały ludność miast i osiedli. Dzisiaj choroby zakaźne zwalczane są spraw- nie i szybko dzięki licznym środkom leczniczym produkowanym przez przemysł chemiczny. Chemia ubiera — bo dostarcza środków do przeróbki i barwienia na- turalnych włókien roślinnych i skóry; przemysł chemiczny produ- kuje takie materiały, jakich nie spotyka się w przyrodzie, np. nylon, stylon, elana, sztuczna skóra, kauczuk syntetyczny, tworzywa sztuczne itp.
Czy wymieniliśmy już wszystko, co zawdzięczamy chemii? ą nas?c budownictwo? Przecież do postawienia domu potrzebne są: cement, Wap. no, cegły, stal, szkło, tworzywa sztuczne, farby — a chemia nauczyła nas, jak je produkować. Zaopatrywanie miast w wodę do picia, zakładanie instalacji elektry zLaopauy"x r * ----vlc*urycz- nych i urządzeń służących do ogrzewania mieszkań i utrzymywania ich w czystości' wymagają wielu materiałów, które otrzymuje się dzięki zna. jomości chemii. Otrzymaliście w tym roku nowy, ładnie wydany podręcznik chemii. Traktujcie go jak przyjaciela, który wprowadzi Was w nieznane krainy. Dzięki chemii nauczycie się lepiej rozumieć otaczający nas świat i pozna- cie wiele sposobów7 przeobrażania bogactw naturalnych Ziemi dla dobra człowieka. Pamiętajcie, że dobrze rozwinięty przemysł chemiczny w kraju jest podstawą dobrobytu ludności. Now7a Huta, Dwory pod Oświęcimiem, Kędzierzyn, Tarnobrzeg, Pu- ławy, Płock są to miasta, o których z dumą mówi się w całej Polsce. Na * lekcjach geografii dowiedzieliście się, że powstały w nich lub są w budo- wie nowoczesne zakłady przemysłowe o ogromnym znaczeniu dla naszej gospodarki narodowej. Rozwijający się przemysł chemiczny potrzebuje coraz więcej zdolnych, pełnych zapału pracowników. Wielka Chemia czeka na Was. W celu ułatwienia korzystania z podręcznika zamieszczono w nie- których miejscach znaki: pytania i zadania; doświadczenia do wykonania w domu; doświadczenia przeznaczone do wykonania w klasie; czarna kolbka — to znak, że wykonanie doświadczenia wymaga szczególnej ostrożności, gdyż substancje, którymi się posługuje my, są żrące, trujące, bądź wybuchowe. METALE Metale spotykamy w życiu codziennym na każdym kroku. Na przy- kład żelazo stosuje się do konstrukcji maszyn, lokomotyw, wagonów, szyn, potężnych budowli żelazobetonowych oraz wyrabia się z niego narzędzia i wiele przedmiotów powszechnie stosowanych. Z aluminium produkuje się naczynia kuchenne, części samochodów, samolotów i silników elek- trycznych. Nie ma dziedziny życia praktycznego, w której nie spotykali- byśmy się z metalami. Stanowią one niezwykle cenne surowce do bu- dowy narzędzi pracy; są dla człowieka niezbędne. 1. Badanie metali Naukę chemii rozpoczniemy od zapoznania się z metalami. Nie bę- dziemy przy tym zastanawiać się, czy oglądany przez nas kawałek np. że- laza jest gwoździem, blaszką od buta, podkową czy innym przedmiotem. Nie będziemy badać ciał: gwoździa, blaszki, podkowy, lecz żelazo, to jest substancję, z której te przedmioty są wykonane. DOŚWIADCZENIE 1. a) Obejrzyj otrzymane próbki żelaza, miedzi, cynku i glinu*, staraj się uważnie zbadać ich cechy tak, byś umiał zawsze metale te rozpoznać. Określ ich stan skupienia, barwę i po- łysk, a następnie oczyść powierzchnię i porównaj z poprzednim wy- glądem. Zwanego Dorocznie aluminium.
2. Badanie temperatury topnienia metali 1. Porównanie twardości niektórych metali okucia do wozów b) Zbadaj twardość tych metali, próbując zarysować jeden metal drugim, a także rysując je scyzorykiem. Na podstawie doświadczenia ułóż metale według ich twardości i porównaj wyniki z podanymi na wykresie (rys. 1). Na lekcjach zajęć technicznych zapoznałeś się z właściwościami nie których metali. Postaraj się określić, jakie cechy wspólne posia dają metale. Metale — z wyjątkiem rtęci łymi barwy szarej o różnych odcieniach. Tylko miedź i złoto mają inną barwę. Na ogół metale spłaszczają się pod uderzeniem młotka, zwłaszcza po ogrzaniu; mówimy, że są kowalne. Po nagrzaniu żelaza kowal wykuwa z niego podkowy, części do Dwa kawałki rozżarzonego żelaza, położone jeden na drugim i ude- rzone młotem, łączą się ze sobą w jedną całość. Metale można także wal- cować na blachy i wyciągać w druty. Na podstawie wykonanych doświadczeń wymień wspólne cechy ba danych metali oraz różnice między nimi. c) Uderzaj młotkiem na kowadełku końce drutów z tych i zanotuj, jakie zachodzą przy tym zmiany. Czy wszystkie dadzą się kuć jednakowo łatwo? d) Ująwszy w imadło koniec cienkiego drutu miedzianego, go za pomocą obcążków, badając w ten sposób jego wytrzymałość na zerwanie. Powtórz doświadczenie z drutami: aluminiowym o tym samym przekroju. e) Przeprowadź próby wymienione w punktach a, b i c z kawałkami cyny, ołowiu i magnezu. f) Obejrzyj rtęć w naczyniu i opisz właściwości tego metalu. g) Porównaj (w ręku) ciężary właściwe wszystkich wymienionych metali. Które z nich zaliczysz do lekkich, a które do ciężkich? h) Porównaj temperatury topnienia następujących metali: cyny, oło- wiu, cynku i glinu. Metale wyróżniają się charakterystycznym połyskiem, tak zwanym połyskiem metalicznym. Nie mają go metale w stanie rozdrobnionym, na przykład pył żelaza. Znamy wiele substancji obdarzonych połyskiem, na przykład szkło, diament, woda — lecz nie można o nich powiedzieć, że mają połysk me- taliczny. Jest on zupełnie różny od połysku wypolerowanego kawałka
3. Stopy metali Tak zwana „cyma do lutowania” jest stopem cyny z ołowiem. 4. Zachowanie się metali w powietrzu Mosiądz jest stopem miedzi z cynkiem; jest twardszy od miedzi i cyn- ku, nadaje się lepiej niż miedź na odlewy. Jest stosowany do wyrobu części maszyn. Najdawniej znanymi stopami miedzi są tak zwane brązy, składające się zwykle z miedzi i cyny. Z brązu ludzie pierwotni wyrabiali narzędzia DOŚWIADCZENIE 2. Porównaj twardość miedzi, cynku i mosią- dzu, próbując zarysować płytkę mosiężną krawędziami płytek cynko- wej i miedzianej, i odwrotnie: zarysowując płytki cynkową i miedzia- ną — krawędzią płytki mosiężnej. Obejrzyj próbki brązu i hitu miękkiego. __ _____ 651 660 1755 1529 Rys. 3, Temperatury topnienia niektórych metali w 6C 10631089 961 .jfii j £ 232 -39 W 2. Właściwości metali MetL 2,70 cma 13,55 19,30 7OH 7,86 8,93 10,50 Zestawmy wyniki przeprowadzonych badań. Metale są w zwykłej temperaturze substancjami stałymi, tylko rtęć jest cieczą. Barwa większości z ruch jest srebrzystoszara o różnych od- cieniach — tylko złoto i miedź mają inną barwę. Wszystkie metale mają tak zwany połysk metaliczny. Metale są do- brymi przewodnikami ciepła i elektryczności, o czym przekonaliście się na lekcjach przyrody 1 fizyki. Metaic, których ciężar właściwy jest mniejszy niż 5 G cm3, nazywa- my lekkimi, a metale, których ciężar właściwy’ przekracza 5 G cm3 — ciężkimi. ____ ______________________________' Metalami lekkimi są np.: magnez, glin — ciężkimi: żelazo, cynk, miedź, srebro, ołów\ Temperatury’ topnienia metali też znacznie się różnią. Na podstawie doświadczenia udało się nam porównać temperatury topnienia cyny, oło- wiu, cynku i głmu. Istnieją metale znacznie łatwiej topliwe niż cyna i takie, które topią się trudniej niż glin (rys. 3). Stopione metale można odlewać wt formach. Stapiając zmieszane ze sobą różne metale otrzymujemy tak zwane stopy. Mają one inne właściwości niż metale, z których się składają. Temperatura topnienia stopów jest zwykle niższa niż temperatura top- nienia metali, z których je otrzymano; mają one również inną twardość, wytrzymałość, ciągliwość. Duże znaczenie techniczne mają tak zwane stopy lekkie, których głównymi składnikami są glin i magnez. Odznaczają się one twardością, wytrzymałością na rozerwanie, a jednocześnie mają mały ciężar właściwy Stopy te są używane do budowy samolotów, samochodów', części okrę- tów itp. Z obserwacji wiemy, że powierzchnia wielu przedmiotów metalo- wych pokrywa się na powietrzu nalotem i trzeba ją starannie czyścić, aby odzyskała swój pierwotny wygląd. Zeskrobując ten nalot możemy stwierdzić, że jest on substancją nie mającą właściwości metalu. Niektóre metale pokrywają się nalotem bardzo szybko — u większości jednak proces ten zachodzi powoli, a są i takie, które nie ulegają żad- nym zmianom. Zbadajmy, jak zachowują się metale podczas ogrzewa- nia wr powietrzu.
rżyj powierzchnię DOŚWIADCZENIE 4. 1. Cie kształt koperty, przyklep młot- kiem, a następnie ujmij w szczy- pce i ogrzewaj silnie w płomieniu (rys. 4). Po ostygnięciu rozwiń blaszkę i zaobserwuj, które części jej powierzchni uległy zmianie. 2. Ogrzewaj ołów w tyglu, do którego wrzuciłeś kafwałek para- finy; obserwuj wygląd powierz- chni metalu po jego stopieniu. Jak wygląda ołów po zakrze- pnięciu? Rys. 4. Ogrzewanie złożonej blaszki miedzianej Czy nie znacie jednak metali, których wygląd nie zmienia się na po wietrzu, nawet podczas ogrzewania? DOŚWIADCZENIE 3. 1. Paseczek oczyszczonej blachy miedzianej albo drut żelazny włóż do probówki i ogrzewaj silnie w płomieniu; ostudź metal i zbadaj jego powierzchnię, a następnie oczyść ją noży- kiem nad kartą papieru. Porównaj właściwości zebranego proszku z właściwościami metalu. 2. Ogrzewaj w parowniczce kawałki ołowiu, a po stopieniu metalu obserwuj zmiany na jego powierzchni; tworzącą się powłokę zgarniaj na brzeg parowniczki. Porównaj właściwości ołowiu i zgarniętego nalotu. DOŚWIADCZENIE 6. 1. Odważ w parowniczce opiłków żelaznych, a następnie i “ ’ kiem. Po ostygnięciu zważ 7* wartością (rys. 5). Co zauważyłeś? DOŚWIADCZENIE 5. Wprowadź do płomienia drut platynowy Dotrzymaj, aź się rozżarzy, a następnie ostudź go w powietrzu i obej ‘---: około 20 g czystych : silnie je ogrzewaj, mieszając pręci- ponownie parowniczkę wraz z jej za- 2. Zważ parowniczkę z około 10 g ołowiu, a następnie silnie ogrzewaj, odsuwając stale na brzeg parowniczki tworzący się nalot. Po kilku minutach ostudź parowniczkę, a następnie zważ razem z powstałym proszkiem. Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń możemy stwierdzić, że na powierzchni wielu metali podczas ogrzewania powstaje nalot, któ- rego właściwości są zupełnie inne niż właściwości metali. Co powoduje powstanie nalotu na metalu — czy wysoka temperatura? Przecież nalot powstaje także w zwykłej temperaturze, tylko bardzo wolno. Może zetknię- cie z płomieniem? Przecież ołów ogrzewany w tygielku nie stykał się bez- pośrednio z płomieniem. Więc może zetknięcie z powietrzem? Aby się o tym przekonać, będziemy ogrzewać metale bez dostępu powietrza. Z doświadczeń wynika, że na powierzchni metalu tworzy się nalot wskutek zetknięcia się z powietrzem — i że ogrzewanie przyśpiesza to zjawisko. Widzieliście nieraz, jak z płyt kuchennych po silnym nagrza- niu odpadają szare płatki; możecie także sprawdzić, że i barwę już po ogrzaniu w płomieniu zapałki. Jeżeli podczas ogrzewania metali na powietrzu tworzy się na nich nalot, to następuje przyrost ich ciężaru. Przyczynę tego wyjaśnimy w na- stępnych rozdziałach. Na niektórych metalach, takich jak platyna, złoto, srebro, nie two- rzy się nalot na powietrzu nawet podczas ogrzewania. Takie metale na- zywamy szlachetnymi. Metale szlachetne są używane w złotnictwie oraz do bicia monet. Zbadajmy, czy powstawaniu nalotu na powierzchni metali towarzyszą jeszcze inne zjawiska.
PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU Praca domowa PYTANIA I ZADANIA 1. Daj przykłady zastosowania: aj aluminium, b) cynku i wytłumacz jakie właściwości tych metali są przy tym wykorzystane. Odrębne cechy metali Metale różnią się między sobą: a) ciężarem właściwym, b) temperaturą topnienia, c) twardością, d) także przewodnictwo cieplne i elektryczne jest różne metali. Metale dzielimy na nieszlachetne i szlachetne. Metale nieszlachetne na powietrzu pokrywają się nalotem, na szlachetnych nalot nie po- wstaje. 1. Przygotuj sobie kolekcję różnych metali. W tym celu poszukaj w domu niepotrzebnych kawałków różnych metali; mogą to być blaszki, kapsle i zakrętki do butelek, kawałki drutu. Postaraj się rozpoznać, jakie to są metale. 2. Oczyść dokładnie paseczki blachy miedzianej, żelaznej, cynkowej i aluminiowej. Przebij je gwoździem i zawieś na sznurku za oknem. Obserwuj codziennie zmiany, jakie zachodzą na powierzchni metali. Po kilku dniach przynieś blaszki do szkoły i porównaj wyniki swego doświadczenia z wynikami doświadczeń kolegów. Zanotuj w zeszycie spostrzeżenia i wnioski, które można wysnuć z doświadczenia. Wspólne cechy metali Metale są substancjami stałymi (z wyjątkiem rtęci) o barwie sre brzystoszarej (wyjątek: miedź i złoto), o swoistym połysku metalicz nym; większość z nich jest kowalna i ciągliwa, wytrzymała na roz ciąganie; dobrze przewodzą ciepło i elektryczność. 2. Dlaczego do produkcji przewodów elektrycznych używamy mie- dzi? 3. Jakie metale nazywamy szlachetnymi? Wymień kilka zastosowań: srebra, złota, platyny. 4. Które metale mają mały ciężar właściwy, a które duży? Które metale mają niską temperaturę topnienia, a które wysoką? Które metale przewodzą ciepło dobrze, a które słabiej? 5. Oblicz, jaką objętość ma żelaza, a jaką 1 kg platyny?
* Doświadczenia lecz jako pokaz. azot zaś około 78%. Pozostałą część objętości (około 1%) zajmują inne gazy, które poznacie w dalszym ciągu nauki. 1 litr powietrza w temperaturze 0°C i pod ciśnieniem 1 atmosfery wa- ży 1,293 g. na początku doświadczenia Rys. 7. Badanie składu powietrza uuŚWIADCZENIE 7.N* Na krążek azbestowy nasypmy drobnych opiłków żelaza, rozżarzmy je i szybko umieśćmy na małym trójnogu ustawionym na dnie płaskiego szklanego naczynia z wodą. Następ- ---- . oznaczone literą N są przewidziane nie jako ćwiczenia uczniowskie, nie nakryjmy je skalibrowaną butelką bez dna, którą zaraz potem szczelnie zakorkujmy (rys. 7). Po pewnym czasie spostrzeżemy, że poziom wody w butelce podniósł się, a opiłki pokryły się czarnym nalotem. Teraz dolejmy do szklanego naczynia tyle wody, aby zrównać po- ziomy na zewnątrz i wewnątrz butelki. Odczytajmy, o jaką część objętości początkowej zmniejszyła się ilość powietrza zawartego w butelce. Za pomocą zapalonej drzazgi zbadajmy pozostały w niej Ilość powietrza w butelce zmniejszyła się mniej więcej o 1 /5 poprzed- niej objętości. Pozostała część powietrza (4/5) ma inne właściwości niż powietrze „zwykłe”, bo umieszczona w nim paląca się drzazga gaśnie. z butelki? Przypomnijmy sobie podobne doświadczenie z opiłkami żelaznymi, w którym stwierdziliśmy, że ciężar opiłków z nalotem powstałym pod- czas ogrzewania jest większy, niż ciężar samych opiłków bez nalotu (doświadczenie 6, str chodzimy do wniosku, że ta „ubywająca” w ćwiczeniu 7 część powie- trza przyłączyła się do ogrzewanego żelaza. Ten przyłączający się do żelaza składnik powietrza nazywamy tlenem. Pozostała część powietrza — ów gaz, w którym gaśnie paląca się drzaz- ga— nazywamy azotem. Głównymi składnikami powietrza są dwa gazy: tlen i azot. DOŚWIADCZENIE 8. Wprowadź pod wodą tlen z dętki gumowej do dużej probówki; zatkaj probówkę korkiem i wyjmij z wody. Po- równaj wygląd tlenu i powietrza zawartego wr drugiej, „pustej” pro-
Tlen jest gazem bezbarwnym, bezwonnym, trochę cięższym od po Rys. 8. Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski W cylindrze z tlenem utlenianie żelaza zachpdzi gwałtownie, sypią się z niego iskry; żelazo pali się w tlenie. Produktem spalania drucików żelaznych jest taki sam tlenek żelaza jak ten, który powstaje na po- wierzchni metalu podczas jego ogrzewania w powietrzu. bówce. Uchyl korek i sprawdź, czy tlen posiada zapach. Włóż do probówki z tlenem tlejące łuczywo. DOŚWIADCZENIE 11N. Do tego doświadczenia użyjemy metalu wapnia. Wapń tak łatwo przyłącza tlen, że — dla ochrony przed zetknięciem z powietrzem — przechowujemy go w nafcie. Należy on do metali lekkich. Wyjmujemy z nafty szczypcami wiór wapnia, wycieramy go bibułą, i zapalamy w silnym płomieniu palnika gazowego lub palnika spi- rytusowego Barthla. Po spaleniu badamy otrzymany produkt. DOŚWIADCZENIE 10. Kawałek wstążki magnezowej ujmij w szczypce i po zapale- niu w płomieniu palnika trzymaj nad siatką azbestową. Zapalony magnez wprowadź na- stępnie do cylindra z tlenem. Porównaj, jak spala się magnez w powietrzu, a jak w tle- nie. Zbadaj produkt spalania. Łuczywo, które w powietrzu tli się i ' ' jasnym płomieniem. Za pomocą takiej próby rozpoznajemy tlen w pra cowni chemicznej. (1883 r.) dwaj polscy uczeni: Karol Olszewski (1846—1915), profesor chemii, i Zygmunt Wróblewski (1845—1888), profesor fizyki Uniwer- sytetu Jagiellońskiego w Krakowie, którzy prowadzili wspólnie prace nad skraplaniem gazów. Świetne osiągnięcia polskich uczonych przy- niosły im światowy rozgłos, y W przemyśle otrzymuje się tlen ze skroplonego powietrza; podczas parowania najpierw ulatnia się sób od mniej lotnego tlenu. Tlen silnie sprężony przechowuje się w stalo- wych grubościennych butlach. ry waży7 1,429 g. W wodzie rozpuszcza się stosunkowo słabo, dlatego można go zbierać nad wodą. Przez silne oziębienie i zwiększenie ciśnie- nia można tlen skroplić. Dokonali tego w końcu dziewiętnastego wieku DOŚWIADCZENIE 9N. Napełniamy słoik lub cylinder tlenem — lecz tak, by w naczyniu pozostało trochę wody; przykrywamy je pod wodą płytką szklaną i ustawiamy na stole. Drucik żelazny zwijamy w spiralę i na jed- I nym jego końcu przytwierdzamy kawałek zapałki; drugi koniec spirali przymocowu- J jemy do grubego drutu żelaznego, przetknię- —R tego przez korek lub kawałek tektury azbes- J K. towej. f Zapałkę zapalamy i szybko przenosimy spi- ralę do naczynia z denem (rys. 9). Obserwu- jemy przebieg spalania żelaza i badamy I jego produkty. x x
cesu Rys. 10. Antoni Wawrzyniec Lavoisici powietrze y gwałtowne utlenianie, któremu -> tlenek magnezu tlenek wapnia. Jeżeli dwa różne pierwiastki połączą się ze sobą, to taką przemianę nazywamy syntezą związku chemicznego. DOŚWIADCZENIE 12. Obejrzyj próbki tlenków żelaza, miedzi cynku, ołowiu, rtęci, wapnia, magnezu. Magnez i wapń palą się jasnym światłem już w powietrzu, lecz znacznie intensywniej zachodzi ten proces w tlenie. Zestawmy wyniki naszych obserwacji i doświadczeń. Podczas ogrzewania w powietrzu większości badanych metali powsta- ją nowe substancje, mające inne właściwości niż te metale i od tych metali cięższe. Jednocześnie z powietrza zostaje zużyty tlen. Metale łączą się z tlenem, czyli ulegają utlenieniu. Nową substancję, która powstaje w wyniku utlenienia metalu, nazywamy tlenkiem tego metalu. Spalanie towarzyszy wydzielanie się ciepła i świecenie Podobnie z magnezu i tlenu powstaje tlenek magnezu, a z wapnia i tlenu — tlenek wapnia. Poznane tlenki metali są ciałami stałymi, zupełnie niepodobnymi do metali, z których zostały otrzymane. Z naszych doświadczeń wynika, że palenie się metalu jest utlenia- niem, czyli łączeniem się metalu z tlenem. W czystym tlenie proces spalania przebiega dużo inten- sywniej niż w powietrzu. Nic w tym dziwnego, wszak powie- trze zawiera objętościowo tylko 1/5 tlenu. Prawidłowe objaśnienie pro- spalania podał dopiero w końcu XVIII w. uczony fran- cuski Antoni Wawrzyniec Lavoisier (czytaj: Lawuazje) (rys. 10). Przed jego badaniami nie znano składu powietrza. La- yoisier wykazał doświadczalnie, że powietrze jest mieszaniną tle- nu z azotem i określił skład pro- centowy powietrza. Na tej pod- stawie mógł on wyjaśnić rolę tlenu w procesie spalania. Doświadczenie, które wykonał Lavoisier dla ustalenia składu powietrza, było w zasadzie podobne do przeprowa-
Rys. 12. Jędrzej Śniadecki dzonego przez nas doświadczenia z opiłkami żelaza. Ogrzewał on rtęć w naczyniu z powietrzem (rys. 11); metal lotem ubyła trza. pokrył się czerwonym na- (tlenkiem rtęci), z naczynia 1/5 część objętości powie- W pozostałym gazie świeca W Polsce postępowi wiedzy chemicznej utorował drogę Jędrzej Śniadecki (rys. 12), żyjący współ- cześnie z Lavoisierem. Jędrzej Śnia- decki był profesorem Akademii Wileńskiej i członkiem Towarzyst- wa Przyjaciół Nauk w Warszawie. W’prowadził on do swoich wykła- dów teorię Lavoisiera, która tłuma- czyła we właściwy sposób spalanie i utlenianie. Jędrzej Śniadecki był jednym z pierwszych profesorów, którzy wykładali po polsku, a nie po łacinie; napisał pierwszy podręcznik chemii w języku ojczystym. 8. Rozkład związku — analiza Doświadczenie Lavoisiera, w którym otrzymał on tlenek rtęci, trwa bardzo długo, dlatego nie możemy przeprowadzić go w szkole. Zbadajmy natomiast, co nastąpi, jeżeli tlenek rtęci będziemy ogrzewać do tempe- ratur}7 wyższej niż to czynił Lavoisier. DOŚWIADCZENIE 13.N Wsypmy do probówki z trudno topliwe- go szkła około 1 4g tlenku rtęci i zamknijmy ją korkiem z rurką odprowadzającą frys. 13). Koniec rurki umieśćmy w wodzie pod wylotem probówki odwróconej do góry dnem i napełnionej wodą. Pro- bówkę z tlenkiem rtęci ogrzewajmy stopniowo coraz mocniej. Obserwujmy, jak zmienia się jej zawartość oraz jakie powstają pro- Rys. 13. Rozkład tlenku rtęci Po zakończeniu doświadczenia natychmiast wyjmijmy z wody rurkę, a następnie wypełnioną gazem probówkę; wprowadźmy do probówki tlejące łuczywo. Podczas ogrzewania tlenku rtęci, jego ilość stopniowo się zmniejsza. Jednocześnie na chłodnych ściankach probówki osiadają drobne kropel- ki rtęci metalicznej, w probówce zaś zbiera się tlen. W czasie ogrzewania tlenku rtęci następuje jego rozkład, czyli analiza Jeżeli związek chemiczny ulega rozkładowi, to przemianę taką nazywamy analizą. Tlenek nęci -> tlen J- rtęć. Zapamiętaj jednak, że tylko z nielicznych tlenków metali można uwalniać metal tak łatwo, jak z tlenku rtęci.
9. Związek che II iczny. Pierwiastek Tlenek rtęci składa się z dwóch związanych ze sobą pierwiastków: tlenu i rtęci, czyli jest związkiem chemicznym. W pewnych warunkach ze związku chemicznego można ponownie otrzymać pierwiastki, które wchodzą w jego skład; w naszym przykładzie wystarczyło ogrzać tlenek rtęci. Gdybyśmy próbowali w dalszym ciągu rozłożyć rtęć lub tlen i otrzymać z nich inne, prostsze substancje, nie udałoby się nam tego dokonać. Rtęć i tlen są pierwiastkami. Tlenek rtęci jest związkiem tych dwu pierwiastków. Znamy obecnie ponad sto pierwiastków, to jest substancji, których chemik nie może rozłożyć na prostsze. Do pierwiastków zaliczamy na I przykład tlen, rtęć, miedź, żelazo, cynk, magnez, wapń. DOŚWIADCZENIE 14.N Napełnijmy kolbę tlenem i zatkajmy ją szczelnie korkiem, w którym zamocowane są dwa druty połączone cienkim żelaznym drucikiem tak, jak pokazano na rysunku 14. Tak zamkniętą kolbę zważmy. 10. Prawo zachowania 11 asy Gdy ogrzaliśmy w otwartym naczyniu opiłki żelazne, stwierdziliśmy przyrost masy, gdyż żelazo połączyło się z tlenem powietrza. Sprawdźmy teraz za pomocą wagi, jakie zjawiska zachodzą, gdy ogrzewamy metal w obecności powietrza w naczyniu zamkniętym. Wystające z korka końce dru- tów włączmy do źródła prądu. Rozżarzony drucik ulegnie spa- leniu. Teraz zważmy kolbę ponownie. Waga wykazuje, że masa kolby wraz z zawartością jest taka sama, jak przed spa- leniem drucika. Żelazny drucik, spalając się, pobrał tlen z zamkniętej kolby. Masa powstałego tlenku żelaza jest, jak wiemy, większa od masy spa- lonego drucika, ale masa całości nie zmieniła się. Widocznie masa tlen- ku żelaza jest o tyle większa od masy drucika żelaznego, o ile zmniejszyła się masa wolnego tlenu w zamknię- Rys. 15. Michał Łomonosow tej kolbie. Utlenianiem się metali oraz przed doświadczeniem po doświadczeniu Rys. 14. Spalanie żelaza w tlenie pod kontrolą wagi przyrostem ich masy podczas ogrzewania w powietrzu zajmował się przed przeszło dwustu laty rosyjski uczony Michał Łomonosow. Ogrzewał on metale w naczyniach szklanych zatopionych tak, że podczas doświadczenia powietrze nie mogło ani z nich uchodzić, ani do nich do- pływać. Ważąc naczynia przed i po doświadczeniu stwierdził, że ich masa nie uległa zmianie. Łomonosow udowodnił swoimi doświadczeniami, że przyrost masy obserwowany przy ogrzewaniu metalu w powietrzu nie powstaje z ni- czego: Metal zwiększa swą masę o tyle, o ile zmniejszyła się masa po- wietrza. Masa zamkniętego naczynia wraz z zawartością nie wzrosła, choć metal uległ utlenieniu. Michał Łomonosow (rys. 15), jeden z największych badaczy przyro- dy, urodził się w roku 1711 jako syn ubogiego rybaka. Naukę rozpoczął dopiero w roku 1730 w Moskwie, następnie studiował chemię i meta- lurgię. Jego prace naukowe dotyczą prawie wszystkich dziedzin fizyki i chemii. Łomonosow był także poetą i działaczem oświatowym. 22 23
W dwadzieścia kilka lat później Lavoisier doszedł do tych samych wniosków. Ogrzał on tlenek rtęci, który otrzymał w doświadczeniu opi- sanym na str. 19, i stwierdził, że po jego rozkładzie wydzieliło się do- kładnie tyle tlenu, ile go ubyło z powietrza podczas powstawania tlenku. Na podstawie doświadczeń Lavoisier sformułował treść podstawo- wego prawa chemicznego, zwanego prawem zachowania masy. W przemyśle tlen jest stosowany do uzyskiwania wysokich temperatur, głównie w palnikach acetylenowo-tlenowych używanych do spawania i cięcia metali. Obserwowaliście nieraz pracę spawacza. Widzieliście w jego ręku palnik, w którym spalał się gaz, a płomień skierowany na metal rozżarzał go do białości. Do takiego palnika zamiast powietrza doprowadzany jest specjalnymi przewodami tlen z butli i gaz palny — acetylen (rys. 16). Masy substancji użytych do przemiany chemicznej i otrzy- manych w wyniku tej przemiany są sobie równe. Masa związku chemicznego równa jest sumie mas .pierwiastków, z których ten związek powstał. Prawo zachowania masy zostało potwierdzone bardzo wieloma róż- nymi przykładami, jest ono zasadniczym prawem całej przyrody. 11. Znaczenie i zastosowanie tlenu O tym, że tlen jest niezbędny do oddychania dla wszystkich organiz- mów żywych, wiesz już z wiadomości o przyrodzie (kl. IV i V). Bez tlenu giną zwierzęta i rośliny. Już przy obniżeniu zawartości tlenu w powietrzu do 15% występują zaburzenia w naszym organizmie. Jeżeli człowiek ma przebywać w przestrzeni zawierającej mało tlenu lub zupełnie go po- zbawionej, to musi się zaopatrzyć w aparat tlenowy. Aparat taki jest po- łączony ze stalową butlą zawierającą sprężony tlen, który (po uprzednim zmieszaniu z azotem) dostaje się podczas wdechu do płuc człowieka. Z aparatów tlenowych korzystają lotnicy, nurkowie, strażacy, członkowie brygad ratowniczych w kopalniach. W zbiorniki z tlenem zaopatrzone są łodzie podwodne. Specjalne aparaty tlenowe stosuje się w lecznictwie, aby ułatwić oddychanie ludziom ciężko chorym. Zwierzęta i rośliny wodne korzystają z tlenu rozpuszczonego w wodzie. Tlen znajdujący się w powietrzu bierze udział w spalaniu węgla, drewna, benzyny i innych paliw; do nagrzania płyty kuchennej tlen z powietrza jest równie potrzebny jak węgiel. tlen Płomień acetylenowe-tlenowy ma bardzo wysoką tempera- turę — do 3000°C. To wy- starcza do stopienia części me- talu przylegających do siebie. Jednocześnie spawacz przy- kłada do miejsca spawanego pręt z tego samego metalu; pręt topi się i zalewa szcze- linę (rys. 17). Stosując palnik do cięcia metali, trzeba doprowadzić większe ilości tlenu. Wtedy silnie nagrzany metal spala się, a wytworzony tlenek roz- pryskuje się w postaci iskier. Metal zostaje w tym miejscu rozcięty. W ten sposób można przecinać twarde płyty sta- lowe, belki używane do bu- dowy mostów itp. Rys. 17. Spawanie metalu 25 24
DOŚWIADCZENIE 15. Oczyść papierem ściernym kawałek za- rdzewiałego żelaza. Przyjrzyj się jego powierzchni po oczyszcze- niu. Powierzchnia żelaza nie jest gładka: można spostrzec na niej wgłębienia, które powstały pod- czas rdzewienia metalu. Nie wszystkie metale nieszla- co żelazo. Na powierzchni gli- nu np. wytwarza się silnie przyle- gająca warstewka tlenku, który chroni głębsze warstwy metalu przed zniszczeniem. Korozja jest przyczyną wielkich strat gospodarczych. Obliczono na przykład, że w Polsce powoduje ona zniszczenie około 1 miliona ton żelaza rocznie, podczas gdy cała roczna polska produkcja żelaza z rud wynosi około 7 milionów ton. Aby zapobiec korozji, staramy się chronić łatwo utleniające się Niszczenie metali pod działaniem otaczającego powietrza i wody nazywamy korozją. Korozja metali zaczyna się na ich powierzchni. 12. Korozja metali Stwierdziliśmy doświadczalnie, że na powierzchni metali nieszlachet- nych tworzą się na powietrzu naloty. Może ich powstać tak dużo, iż metal ulega zniszczeniu i nie nadaje się do użytku. Szczególnie wyraźnie występuje to w przypadku żelaza, które styka się z wilgotnym powie- trzem. Widzieliście nieraz wśród złomu żelaza gwóźdź lub obręcz żelazną, przeżarte przez rdzę; przedmioty te dadzą się rozkruszyć w palcach. metale przed działaniem powietrza. W tym celu pokrywamy po- wierzchnię metalu warstwą ochronną. Może nią być: a) lakier lub farba olejna (metalowe słupy, wagony, przęsła mostów, (rys. 18), b) smoła, wazelina, oliwa lub oleje, c) emalia (miednice, wiadra, garnki). Emalia jest polewą o składzie zbliżonym do szkła. Przylega ona mocno do powierzchni metalu, lecz przy uderzeniu łatwo pęka i odpada. Stosuje się również warstwy ochronne z innych metali, nie utleniają- cych się tak łatwo pod działaniem powietrza. Blacha żelazna ocynkowana służy do pokrywania dachów, do wyrobu wiader, wanienek; blacha że- lazna pokryta cyną, tak zwana blacha biała — do wyrobu puszek do konserw. Również chrom i nikiel dobrze chronią żelazo przed korozją. Bardzo dobrą warstwę ochronną stanowią oczywiście metale szlachet- ne. Widzieliście na pewno srebrzone nakrycia stołowe lub ozdobne pozła- cane przedmioty metalowe.
Każdy z nas powinien należycie konserwować wszelkie narzędzia i sprzęty metalowe, aby je ochraniać przed korozją. Nie nadające się do użytku czy skorodowane części urządzeń należy oddawać na złom, aby po przerobieniu w hucie odzyskać zawarty w nich metal (rys. 19). PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU Najważniejsze składniki powietrza to tlen i azot. Powietrze zawiera objętościowo około 21% tlenu, 78% azotu i 1% innych gazów. Proces łączenia się tlenu z metalami nazywamy ich utlenianiem; produktami utleniania są tlenki metali. Spalanie to intensywne utlenianie; towarzyszy mu świecenie i wydzie- lanie się ciepła. W tlenie zachodzi spalanie znacznie gwałtowniej niż w powietrzu. Łączenie się metalu z tlenem jest przykładem syntezy. Rozkład denku metalu na den i metal jest przykładem analizy. Pierwiastek to najprostsza substancja chemiczna. Związek chemiczny to substancja złożona, która składa się z pierwiastków. W przemianach chemicznych obowiązuje prawo zachowania masy (Łomonosow, Lavoisier). Masa w czasie przemian chemicznych nie ulega zmianie; choć z jednych substancji powstają inne, to ich łączna masa ani się nie zwiększa, ani nie zmniejsza. Korozja metali to ich niszczenie pod wpływem powietrza i wilgoci. Praca domowa 1. Ochrona metali przed korozją. Przygotuj kilka gwoździ żelaznych, oczyść dokładnie ich powierz- chnię i pokryj je kolejno: a) warstwą oliwy, b) naftą, c) lakierem bezbarw- nym, d) parafiną, e) wazeliną. Gwoździe te — oraz dwa inne, niczym nie pokryte — zawieś za oknem. Zbadaj, czy substancje pokrywające metal chronią go przed korozją. Możesz wypróbować jeszcze inne sposoby ochrony przed korozją. Po kilkunastu dniach przynieś gwoździe do szkoły i porównaj wyniki swego doświadczenia z wynikami doświad- czeń kolegów. 2. Postaw na talerzu małą świecę, zapal ją i przykryj słoikiem. Jakie wnioski można wysnuć na podstawie wyników doświadczenia? 28 PYTANIA I ZADANIA 1. Jakie doświadczenia dowodzą, że tlenki metali powstają przez łą- czenie się metali z tlenem? 2. Dlaczego przy podawaniu ciężaru właściwego denu wymieniono ciśnienie i temperaturę, w których tlen był ważony? 3. Wymień kilka tlenków metali. 4. Człowiek w pozycji siedzącej zużywa przy jednym wdechu około 0,25 1 denu. Policz, ile wykonasz wdechów w ciągu 1 minuty. Jaka objętość denu zostaje zużyta w ciągu 45 minut w klasie liczącej 40 uczniów? W jaki sposób należy podczas pauzy uzupełnić ubytek tlenu w powietrzu? 5. Oblicz, jaka objętość a) powietrza, b) denu znajduje się w pokoju o wymiarach 6 m X 4 m X 3,5 m. Podczas rozkładu 2,17 g denku rtęci wytworzyło się 2,01 g rtęci. Ile denu powstało jednocześnie? Z jakiego prawa korzystasz przy ob- liczeniach? Daj przykłady zastosowania blachy żelaznej: a) cynkowanej, b) cy- nowanej. Jak można wykazać, że tlenek rtęci jest związkiem chemicznym? Wymień metale, których używałeś podczas zajęć praktycznych. Przypomnij sobie, jak była zabezpieczona przed korozją blacha że- lazna lub drut żelazny? W jaki sposób zabezpieczono przed korozją metalowe podstawy do ławek i inne przedmioty żelazne?
WODA. WODÓR Otrzymaliśmy nowy gaz, inny niż dotychczas poznane tlen i azot DOŚWIADCZENIE 18N. Zbadajmy działanie opiłków cynkowych rTfrittei w doświadczeniu 16 kształcie szyszki. W otwartej początkowo kolbie w powietrzu, choć probówkę wypełniała para wodna. Wskutek działania żelaza na parę wodną powstał tlenek żelaza i wydzielił się bezbarwny DOŚWIADCZENIE 17.N Wyjmujemy z wody probówkę z gazem, za- tkawszy ją uprzednio palcem. Zbliżamy płonącą drzazgę do wylotu probówki. Gaz zapala się, płomień jego jest blady, prawie niewi- doczny. piasek lub azbest napojone wodq Po doświadczeniu badamy, jak wyglądają opiłki. Czy piasek lub azbest *ły zmianie? Gaz zebrany w probówce pozostawiamy do dalszego DOŚWIADCZENIE 16N. Na dno trudno topliwej probówki wsypu- jemy trochę piasku (na wysokość 2—3 cm) i zwilżamy go ostrożnie za pomocą rurki szklanej, uważając by nie zamoczyć ścianek probówki. Woda jest substancją bardzo rozpowszechnioną w przyrodzie O właściwościach i znaczeniu wody uczyliście się na lekcjach fizyki geografii, biologii; teraz poddamy wodę innym badaniom. DOŚWIADCZENIE 19.N Kolbę destylacyjną z wodą umocowujemy na statywie nad palnikiem. Na rurkę kolby naldadamy wężyk gumowy (rys. 21). W korku kolby umieszczamy drut żelazny skręcony na końcu spiralnie w kształcie szyszki. W otwartej początkowo kolbie doprowadzamy wodę do wrzenia. Do „szyszki” na końcu drutu wkła- damy wióry magnezowe, zapalamy je i szybko a szczelnie zamykamy kolbę korkiem, tak by drut z płonącym magnezem znalazł się w parze wstać z wody. Gaz ten nazywa się wodorem; jest on pierwiastkiem Działanie żelaza na parę wodną można zapisać tak: żelazo 4- woda -* tlenek żelaza 4- wodór.
Rys. 21. Działanie magnezu na parę wodną tlenek cynku + wodór. i wodoru, czyli jest tlenkie chemicznym, który składa się z tlenu wodoru. II w wodnej. Wydzielający się gaz odprowadzamy rurką gumową do pro- bówki wypełnionej wodą. Podobnie jak żelazo działają na parę wodną cynk, magnez i niektóre inne metale. Cynk 4- woda Magnez 4- woda -> tlenek magnezu 4- wodór. Czy możemy stąd wnioskować o składzie wody? Zestawmy wyniki doświadczenia: 1) tlen w utworzonym tlenku metalu pochodził z wody; 2) z wody także wydzielił się wodór, zebrany w probówce. Nasuwa się wniosek, że: Użyte do doświadczeń metale działają na parę wodną, wypierają z niej wodór i same łączą się z tlenem. Proces tego rodzaju nazywamy wymianą: jeden pierwiastek wymienia swe miejsce z drugim — tu metal z wodorem. Czy wszystkie metale zachowują się w ten sposób w zetknięciu z wodą? Wiecie na podstawie codziennych obserwacji, że powierzchnia metali szlachetnych nie zmienia się w zetknięciu z wodą, np. z parą wodną powietrza lub wilgocią ziemi. Widocznie więc nie następuje reakcja wymiany pomiędzy wodą i tymi metalami. 14. Właściwości wodoru DOŚWIADCZENIE 20. a) Ustaw w łapach statywu dwie probówki wypełnione wodorem, jak na rysunku 22. Po paru minutach zbliż płomień zapałki do obydwu probówek. W której z nich pozostał wo- dór? Czy wodór posiada zapach? Czy jest lżejszy, czy cięższy od powietrza? Dwie szerokie probówki: jedną z powietrzem, drugą z wodorem, trzymamy dnem do góry, równolegle do siebie, tak że brzegi ich się stykają (rys. 23). Probówkę z wodorem powoli Rys. 22. Porównanie ciężaru właściwego wodoru i powietrza Rys. 23. Przelewanie wodoru 4 3 — Chemia dla kl. VII
wodoru otrzymanych z wody woda DOŚWIADCZENIE 21N. Roz- kład wody przeprowadzamy v aparacie Hofmanna (rys. 24) Rurki a i b, zaopatrzone w po- Przy elektrodzie ujemnej (—), połączonej z biegunem ujemnym Na każdy litr tlenu wydziela się jednocześnie 2 litry wodoru. Inaczej przedstawia się stosunek wagowy gazów wydzielonych z wody, bo wodór jest przecież znacznie lżejszy od tlenu. Znając stosunek objętości tlenu i łatwo obliczymy ich stosunek wagowy Stosunek objętości tlenu i wodoru wydzielonych ilości wody wynosi 1:2. 15. Rozkład wody prądem elektrycznym elektrody, połączone z przewo- dami przetkmętymi przez korki. Obie rurki połączone są z trzecią, środkową rurką c, zaopatrzoną w kulisty zbiornik. Nalewamy do środkowej rurki wody zakwaszo- nej, a gdy wypełni ona rurki a i ó, zamykamy krany i łączymy prze- wody z biegunami baterii ogniw lub akumulatorów. Sprawdźmy, gdzie wydzielają się i gdzie zbierają gazy. Odczy- tajmy i porównajmy objętości gazów, wydzielonych w obu rur- kach. przechylamy, aż jej wylot znajdzie się pod wylotem probówki z po wietrzem. Za pomocą płonącego łuczywa sprawdzamy, w której pro bówce znajduje się wodór. Wodór jest gazem bez barwy w wodzie, lżejszym od powietrza. Dlatego z wodorem umieszczamy nie nad, lecz pod naczyniem, do którego być przelany. Litr wodoru waży 0,0899 g w temperaturze 0°C i pod ciśnieniem 1 atmosfery. Jest on najlżejszym z gazów. Wodór można skroplić przez bardzo silne i wywieranie ciśnienia (12,8 atmosfery). zapachu, słabo rozpuszczalnym doświadczeniu 20 probówkę ma źródła prądu, wydzieliła się dwukrotnie większa objętość gazu niż przy elektrodzie dodatniej (+). Sprawdźmy, co to za gazy. —l DOŚWIADCZENIE 22N. Otwieramy kranik rurki b3 której elektroda 9^1 połączona była z dodatnim biegunem źródła prądu. Nad wylotem rurki trzymamy tlejące łuczywo. Gaz z rurki a, której elektroda po- łączona była z ujemnym biegunem źródła prądu, wypuszczamy do małej probówki. Gaz zebrany w probówce zapalamy. W aparacie Hofmanna woda uległa rozkładowi na tlen i wodór. Rozkład wody spowodowany przepływem prądu elektrycznego nazywamy elektrolizą wody. Woda (tlenek wodoru) -> tlen 4- wodór. Dzielimy masę 1 litra tlenu przez masę 2 litrów wodoru: 1,429 g —-----— ^8 • 1 0,1798 g * ' Taki sam stosunek otrzymamy biorąc inne niż w naszym przykładzie ilości tlenu i wodoru, na przykład: 15 cm3 tlenu i 30 cm3 wodoru; 500 cm3 tlenu i 1000 cm3 wodoru itp Wydzielone objętości gazów: 1 litr tlenu 2 litry wodoru Ich masy: • 1,429 g 2 • 0,0899 g « = 0,1798 g
16. Spalanie wodoru Z doświadczeń przekonaliśmy się, że woda jest związkiem tlenu i wo- doru. Aby upewnić się, że w skład jej nie wchodzą jeszcze inne pierwiastki, dokonamy syntezy wody. I DOŚWIADCZENIE 23N. Zebrany w zbiorniku, czysty wodór zapa- r lamy u wylotu zwężonej rurki metalowej. Nikły, ledwie widoczny płomień wodoru skierujmy na zimną płytkę szklaną. Na powierzchni płytki, spostrzegamy wyraźnie produkt spalania wodoru. Na płytce osiada rosa powstała ze skroplenia pary wodnej. wykonać próbę czystości wodoru. W tym celu wodór z aparatu, w którym go otrzymujemy, wprowadza się do małej probówki (rys. 25), trzy- mając ją wylotem na dół. Gdy strumień wodoru wypchnie już powietrze z probówki, wyjmujemy z niej ostrożnie rurkę, zatykamy otwór pro- bówki palcem i zbliżamy do jej wylotu płomień. Jeżeli wodór jest czy- sty, spala się spokojnie, gdy zaś przy spalaniu słyszymy charakterystyczny dźwięk, musimy chwilę odczekać i powtórzyć próbę. Przeprowadźmy syntezę wody mierząc użyte do procesu objętości tlenu i wodoru. Uwaga! Do ieszka powietrza II oże spowodować wybuch. ..... r Można zebrać większą jej ilość i sprawdzić, że ma ona wszystkie właściwości zwykłej wrody. Produktem spalania wodoru jest woda. Po- twierdza to nasz pogląd, że woda jest tlenkiem wodoru. Płomień wodoru ma bardzo wysoką temperaturę, stosuje się go do spawania i cięcia metali w palnikach tleno-wodorowych. DOŚWIADCZENIE 24. Dwie probówki — jedną z wodorem, drugą z powietrzem — złóż otworami i zmieszaj ich zawartość przez obró- cenie o 180°. Wyloty obu probówek ko- lejno zbliż do płomienia. Wodór czysty spala się spokojnie, zmieszany zaś z powietrzem lub tlenem spala się gwałtownie i wybuchowo. Gdy Ryi. 25. Sprawdzanie czystości wodoru spalanie odbywało się w probówce ot- wartej, słyszeliśmy coś w rodzaju szczek- nięcia. Gdyby wodór zmieszany z powie- trzem zapalił się w naczyniu zamkniętym, wybuch rozerwałby naczynie. Szczególnie gwałtownie wybucha mie- szanina 1 objętości tlenu i 2 objętości wo- doru, tzw. mieszanina piorunująca. Aby przy doświadczeniach z wodorem DOŚWIADCZENIE 25N. Jeden otwór grubo- 3E1 ściennej rurki szklanej zamykamy mocno ko- rkiem gumowym, przez który przewleczone są dwa druty miedziane. Końce drutów w rurce są zagięte ku sobie. Na rurkę nakładamy w je- dnakowych odległościach (mierząc pd góry) cztery pierścienie gumowe, zaznaczając cztery równe objętości wewnątrz rurki (rys. 26). W ten sposób sporządziliśmy prymitywny eudio- metr, tj. rurkę z podziałką służącą do mie- rzenia objętości gazów. Do eudiometru wpro- wadzamy pod wodą najpierw czysty tlen do wysokości dwu podziałek, a następnie taką samą objętość wodoru. W eudiometrze wy- wołujemy iskrę elektryczną, która przeskakuje między drucikami. Następuje wybuch świad- czący o zachodzącym procesie chemicznym, o połączeniu się wodoru z tlenem. Po ostygnię- ciu mierzymy objętość gazu pozostałego w eu- diometrze. Następnie, zatkawszy rurkę palcem, wyjmujemy ją z wody i za pomocą tlącego się hiczywka sprawdzamy, co to za gaz w niej po- został. 36 uniknąć niebezpiecznego wybuchu, na- leży zawsze przed zbliżeniem płomienia Doświadczenie potwierdza dotychczasowa wia- domości o składzie wody: podczas syntezy wody łacza się ze sobą dwie objętości wodoru i je- dna objętość tlenu (odmierzone w tych samych warunkach temperatur}’ i ciśnienia). Rys. 26. Synteza wody w eudiometrze 37 u
39 DOŚWIADCZENIE 26N. Do probówki ze szkła trudno topliwego nasypu jemy niewielką ilość czarnego tlenku miedzi. Probówkę umieszczamy w położeniu wskazanym na rysunku 27. Do probówki wprowadzamy nastę- pnie strumień suchego wodoru, a gdy już zo- wodór stanie wypchnięte z niej powietrze, ogrzewamy tlenek miedzi. Po paru minutach odsuwamy palnik i w dalszym cią- gu przepuszczamy przez probówkę wodór, aż do jej ostygnięcia. 17. Redukcja Z tlenku miedzi wy- dzieliła się miedź meta- Rys. 27. Redukcja tlenku miedzi wodorem liczna, na zimnych zaś ścia- nkach probówki osiadła rosa. Wodór odebrał tlen od tlenku miedzi i sam połączył się z nim, two- rząc W'odę. Zaszła tu wymiana: tlenek miedzi 4" wodór -> miedź 4“ woda (tlenek wodoru). Odbieranie tlenu od tlenków nazywamy redukcją. Tlenek miedzi uległ redukcji — otrzymaliśmy z niego wolną miedź. Wodór łączy się nie tylko z tlenem gazowym, lecz może go odbierać od innych substancji, na przykład od tlenków metali. Mówimy, że wo- dór ma właściwości redukcyjne, jest dobrym reduktorem. Znamy wiele innych substancji, posiadających właściwości redukcyjne. Redukcja jest procesem odwrotnym do utleniania. Utlenianie: metal 4- tlen -> tlenek metalu. Redukcja: tlenek metalu + wodór -> metal 4- woda. Po zredukowaniu tlenku metalu otrzymujemy na nowo metal. 38 18. Stałość składu związku chemicznego Wykonajmy doświadczenie, które pozwoli nam zbadać, czy istnieje zależność pomiędzy ilością użytego do redukcji tlenku miedzi a ilością otrzymanej miedzi. • i DOŚWIADCZENIE 27N. Wrażymy (tarujemy) probówkę ze szkła trudno topliwego i wsypujemy do niej odważoną niewielką ilość (np. 1 g, 1,5 g, 2 g) czarnego tlenku miedzi. Przeprowadzamy redukcję tlenku miedzi wodorem, a następnie ogrzewamy całą probówkę, aby usunąć osiadłe na jej ściankach krople rosy. Probówkę studzimy, wciąż przepuszczając wodór, a po ostygnięciu zamykamy dopływ wodoru i ważymy probówkę wraz z zawartością. Teraz obliczamy: a) ile miedzi i ile tlenu zawierała użyta do doświad- czenia próbka tlenku miedzi, b) jaki jest stosunek wagowy miedzi do tlenu w tlenku miedzi. Oto przykład obliczeń. Wiemy, że zgodnie z prawem zachowania masy, masa tlenku miedzi = masa miedzi 4- masa tlenu o“g 03 g II 0,8 g 2,0 g Odejmując masę miedzi od masy m użytego do reakcji tlenku, uzyskujemy masę tn2 zawartego w nim tlenu. Stosunek wagowy miedzi do tlenu w tlenku miedzi wynosi: _ °>8g _ w2 0,4g Aby mieć pewność, że otrzymaliśmy prawidłowe wyniki, należy doświadczenie przeprowadzić wielokrotnie, redukując różne ilości tlenku. Wszystkie pomiary potwierdzają tę zależność. Stosunek wagowy r stały i wynosi 4 :1. iedzi do tlenu w tlenku miedzi jest
Przeprowadzając elektrolizę wody (str. 35) stwierdziliśmy, że stosu- nek wagowy wodoru do tlenu w wodzie jest również stały i wynosi 1:8. Dokonując analizy dokładnie odważonej ilości tlenku rtęci, możemy się przekonać, że zawsze z 1,08 g tego związku otrzymamy 0,08 g tlenu, a więc na 1 g rtęci przypada zawsze 0,08 g tlenu. We wszystkich przeprowadzanych syntezach i analizach można stwier- dzić, że w każdym związku na daną liczbę gramów jednego pierwiastka przypada ściśle określona liczba gramów drugiego. Na podstawie bardzo wielu doświadczeń zostało sformułowane przez uczonego francuskiego J. L. Prousta (czytaj: Prusta) w 1792 r. prawo stałości składu. Pierwiastki tworzące związek chemiczny łączą się ze sobą w ściśle określonych stałych stosunkach Wagowych. Podczas redukcji 1 g tlenku miedzi wodór przepływał nad nim w du- żych ilościach, lecz zużyła się tylko określona jego część, potrzebna do związania tlenu, zawartego w tej ilości tlenku miedzi. Po syntezie wody w eudiometrze (doświadczenie 25) pozostał nadmiar tlenu, bo nie wystarczyło wodoru do jego związania. Gdy znamy stosunek wagowy pierwiastków w danym związku, mo- PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU Żelazo i niektóre inne metale wypierają z wody wodór, przy czym powstaje tlenek metalu. W skład wody wchodzą tlen i wodór. Podczas działania wielu metali na wodę zachodzi wymiana składników: metal wypiera wodór i zajmuje jego miejsce, przy czym powstaje tlenek metalu. Podczas elektrolizy wody wydziela się na elektrodzie ujemnej wodór, na dodatniej zaś tlen. Stosunek objętościowy wydzielonego z wody tlenu do wodoru wy- nosi 1 :2. Stosunek wagowy wydzielonego tlenu do wodoru wynosi 8:1. Podczas spalania wodoru w powietrzu powstaje woda. Woda jest tlenkiem wodoru. Przeprowadzając syntezę wody w eudiometrze stwierdzamy, że tlen i wodór łączą się w stosunku objętościowym 1 : 2, tworząc wodę. Redukcja polega na odbieraniu tlenu od tlenków za pomocą substancji, które same łatwo łączą się z tlenem. Wszystkie związki chemiczne cechuje stałość składu: tworzące je pierwiastki są połączone nie w dowolnym, lecz w stałym stosunku wagowym. żemy wyrazić go w procentach. W tlenku miedzi np. stosunek wagowy miedzi do tlenu wynosi 4:1, co oznacza, że na przykład w 5 g tlenku miedzi zawiera się 4 g miedzi Praca do owa i 1 g tlenu. 4 . 1 Zatem w tlenku miedzi — stanowi miedź, a — — tlen. Ponieważ 4=80%, 4=2o%’ 5 5 przeto możemy powiedzieć, że w tlenku miedzi jest 80% miedzi i 20% tlenu. Przeprowadź elektrolizę wody. W tym celu przygotuj dwa ka- wałki drutu izolowanego, bate- ryjkę do latarki kieszonkowej i małą miseczkę z wodą. Usuń izolację z obu końców drutu i połącz je z biegunami ba- teryjki (rys. 28). Wolne końce każdego z drutów dołącz do dwu żelaznych gwoździ. Gwoździe włóż do miseczki z wodą, do której dosy- pałeś uprzednio szczyptę sody. Wydzielające się gazy możesz zebrać w dwu małych probówkach, Rys. 28. Elektroliza wody w prostym przyrządzie
które po napełnieniu wodą trzeba umieścić w miseczce nad elektrodami. Przeprowadź próbę na tlen i wodór (doświadczenie 22). Pamiętaj, że przy wszystkich pracach domowych powinieneś za- chowywać jak największą ostrożność. Do doświadczeń używaj małych ilości substancji i przeprowadzaj do- świadczenia uważnie i dokładnie według wskazówek podręcznika. Nie próbuj wykonywać żadnych innych doświadczeń własnego pomysłu, do- póki nie omówisz ich ze swoim nauczycielem. Niedokładność w pracy, lekkomyślność i nierozsądna brawura mogą być przyczyną nieszczę- śliwych wypadków, grożących kalectwem. PYTANIA 1 ZADANIA 1. Porównaj fizyczne i chemiczne właściwości tlenu i wodoru. Jakie wspól- ne cechy mają te pierwiastki, a czym różnią się od siebie? 2. W jednej probówce znajduje się tlen, w dnigiej wodór. Jak rozpoznasz te gazy? 3. Obmyśl doświadczenia, za pomocą których wykażesz, że wodór jest lżejszy od powietrza. 4. Dlaczego podczas syntezy wody z wodoru i tlenu w eudiometrze (doświadczenie 25) nie można było zauważyć wytworzonej wody? 5. Oblicz, ile razy 1 litr a) powietrza, b) tlenu jest cięższy od 1 litra wodoru. Ile w’odoru i ile tlenu zawarte jest W 18 g wody? W eudiometrze zmieszano 10 cm3 tlenu z 16 cm3 wodoru i spowo- dowano wybuch mieszaniny za pomocą iskry elektrycznej. Który z gazów i w jakiej ilości pozostał po syntezie? Podczas elektrolizy wody, na elektrodzie ujemnej wydzieliło się 0,6 1 wodoru. Ile tlenu zebrano na elektrodzie dodatniej? Ile trzeba zużyć tlenu, aby utlenić 8 g miedzi? IV. ZWIĄZKI METALI Z CHLOREM I SIARKĄ Wiemy, że metale łączą się z tlenem, a z wody wypierają wodór. Zbadajmy, jak zachowują się w zetknięciu z niektórymi innymi substan- cjami, np. chlorem lub siarką. 19. Chlor Zapoznajmy się z chlorem. DOŚWIADCZENIE 28N. Na tle białego arkusza papieru ustawiamy szklane cylindry z chlorem, przykryte doszlifowanymi płytkami. Obser- wujemy barwę chloru. Przesunąwszy nieznacznie płytkę, kierujemy ostrożnie ruchem dłoni ku sobie powietrze znad cylindra, aby dowie- dzieć się, jaki jest zapach chloru. Chlor jest żółtozielonym gazem o przykrym, duszącymi zapachu, który7 można wyczuć nawet przy bardzo małej zawartości tego gazu w po- wietrzu. Chlor jest pierwiastkiem; jego nazwa pochodzi od wyrazu greckiego: chloros — żółtozielony. Jest on gazem cięższym od powietrza; w wodzie rozpuszcza się dość dobrze; daje się skraplać znacznie łatwiej niż tlen lub wodór, bo już w zwykłej temperaturze i pod ciśnieniem około 6 atmosfer. Chlor ciekły jest przechowywany i przewożony w grubo- ściennych butlach stalowych pod zwiększonym ciśnieniem. Dla organizmu ludzkiego chlor nawet w małych ilościach jest szko- dliwy. Działa zabójczo na bakterie. 43
21. Siarka 20. Działanie chloru na metale Zapoznajmy się z siarką Siarka jest substancją stałą, dość miękką i kruchą połysku szklistym. W wodzie nie rozpuszcza się. Z dwu pierwiastków: chloru i metalu powstaje związek chemiczny — chlorek metalu. Łączenie się chloru z metalami następuje już w temperaturze pokojo- wej, można je jednak znacznie przyspieszyć przez ogrzanie metali Reakcja jest wtedy gwałtowna, metal rozgrzewa się i świeci powiedzieć, że pali się w chlorze. Chlor łączy się także chętnymi. Nawet złoto i platyna ulegają jego działaniu; mówimy, że chlor jest pierwiastkiem bardzo aktywnym (czynnym). DOŚWIADCZENIE 30N. Do tego doświadczenia użyjemy sodu. Sód jest metalem bardzo lekkim i miękkim. Można nożem Żelazo tworzy z siarką siarczek żelaza (podczas syntezy wydziela się dużo ciepła — obserwowaliśmy żarzenie się substancji na siatce): DOŚWIADCZENIE 29N. Mamy dwa cylindry z chlorem. a) Do jednego z nich wprowadzamy szybko pęczek drucików mie dzianych silnie rozgrzanych w płomieniu palnika; b) do drugiego wprowadzamy rozgrzany do czerwoności drucik że lazny skręcony w spiralkę. Obejrzyjmy otrzymane produkty. DOŚWIADCZENIE 31. Zauważ, jaka jest barwa siarki i określ jej połysk. Zbadaj, czy rozpuszcza się w wodzie. Spróbuj zarysować ka- wałek siarki paznokciem, drutem miedzianym, scyzorykiem; uderz młotkiem kawałek siarki na kowadełku. a jak po paru minutach leżenia na powietrzu. Biorąc sód posługujemy się szczypcami — nie dotykamy go ręką. Sód nie powinien również stykać się z wodą. Do cylindra z chlorem wrzucamy dokładnie oczyszczony cienki skra- wek sodu i zakrywamy cylinder doszlifowaną płytką szklaną. Po kil- kunastu minutach badamy, jak wygląda powierzchnia metalu, na następnej zaś lekcji wysypujemy otrzymaną substancję na płytkę szkla- mozna metalami szla- DOŚWIADCZENIE32. a) Do probówki z wrzącą siarką włóż zwitek cienkiego drutu miedzianego lub blaszkę miedzianą, trzymając miedź w parze siarki. b) 7 g opiłków żelaza i 4 g pyłu siarki zmieszaj dokładnie i wysyp na siatkę azbestową, formując z proszku stożek.. Do wierzchołka stożka wprowadź rozżarzony koniec drutu żelaznego lub tlejącą drzazgę. Otrzymany produkt pozostaw do dalszych doświadczeń. c) W małym moździerzu porcelanowym rozetrzyj kropelkę rtęci z pyłem siarki. Metale łatwo łączą się z siarką. Miedź rozżarza się w zetknięciu z parą siarki, przy czym powstaje niebieskoczarny, kruchy siarczek miedzi: Metale łączą się z chlorem, przy czym wydziela się ciepło c- Sód 4- chlor -> chlorek sodu, miedź 4- chlor -> chlorek miedzi, żelazo 4- chlor -> chlorek żelaza. Synteza siarczków w zwykłej temperaturze zachodzi wolno. Znacznie przyspiesza ją ogrzewanie. Synteza siarczku miedzi i synteza siarczku żelaza odbywały się szybko i gwałtownie, wśród objawów ciepła i światła — można powiedzieć, że było to spalanie.
iczny Mieszanina Związek chemiczny Składników nie można odróżnić DOŚWIADCZENIE 34. Rozetrzyj w moździerzu porcelanowym pro Tlenek miedzi Miedź Składniki można odróżnić gołym okiem albo za pomocą lupy lub mikroskopu. Składniki zachowują swe właściwości dzięki czemu można je rozdzielić. Składniki połączone są w ściśle okre ślonym stosunku wagowym. Oddziel od siebie składniki otrzymanej mieszaniny: a) zbliżając do niej magnes sztabkowy lub namagnesowaną igłę, b) wstrząsając niewielką jej ilość w probówce z wodą. żelazo i siarkę w innym stosunku wagowym, to okazałoby się, że nadmiar jednego lub drugiego pierwiastka pozostanie niezwiązany. Porównajmy właściwości mieszaniny i związku chemicznego: Takie przemiany, jak synteza, analiza i wymiana, nazywamy reakcjami chemicznymi. Składniki można dobierać w dowolnym stosunku wagowym. się z drobnych ziarenek żelaza i siarki, różniących się barwą i kształtem. % Jest ona niejednorodna, choć tego nie można zauważyć gołym okiem. Składniki tej mieszaniny można oddzielić posługując się magnesem, który przyciąga żelazo. Gdy mieszaninę siarki w probówce z wodą, żelazo, jako cięższe, szybko opada na dno; odlewając wodę z siarką możemy rozdzielić oba składniki mieszaniny. Stan skupienia Barwa Połysk Ciężar właściwy Przewodnictwo Ma inne właściwości niż jego skład niki. stały czarna bez połysku ok. 6,4 G/cm3 słaby przewodnik ciepła i elek- tryczności kruchy, odpada z powierzchni metalu w postaci łuseczek, tworzy czarny proszek stały czerwonawa metaliczny 8,93 G/cms bardzo dobry przewodnik cie pła i elektryczności kowalna, ciągliwa, daje się walcować Posługując się lupą stwierdzamy, że sproszkowany siarczek żelaza składa się z jednakowych cząstek — jest substancją jednorodną. Nie moż- Poznaliśmy szereg procesów, w których biorą udział metale: z tlenem tworzą one tlenki, z chlorem — chlorki, z siarką — siarczki. Zwróćmy uwagę, że we wszystkich tych przypadkach powstają nowe substanqe mające zupełnie inne właściwości niż metale. Porównajmy na przykład właściwości miedzi i tlenku miedzi: czeniu 33*. Siarczek żelaza jest związkiem chemicznym. Różni się on od siarki i żelaza barwą, ciężarem właściwym — ma zupełnie inne właści- wości niż jego składniki. Podobnie woda ma inne właściwości niż tlen lub wodór, a tlenek me- talu inne niż tlen lub metal. Składniki mieszaniny można dobierać w dowolnych stosunkach, lecz gdy powstaje związek, pierwiastki łączą się w ściśle określonych stosun- kach wTagowych, zgodnie z prawem stałości składu. Mała ilość wodoru może być zmieszana z dowolnie dużą ilością tlenu i na odwrót; gdy jednak pierwiastki te tworzą związek chemiczny, to z daną ilością wo- doru łączy się ściśle określona ilość tlenu. Żelazo z siarką można mie- szać w dowolnych stosunkach, ale podczas syntezy siarczku żelaza na 7 g żelaza musi przypaść 4 g siarki. Gdybyśmy spróbowali połączyć * Badając właściwości siarczku żelaza nieraz możemy spostrzec, że magnes przy- ciąga jednak niewielką ilość roztartego proszku. Zdarza się to wtedy, gdy podczas reakcji część siarki ulotni się; w siarczku pozostanie wtedy trochę wolnego żelaza.
PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU Chlor i siarka to pierwiastki niemetaliczne (podobnie jak tlen i wodór). Metale w reakcji z chlorem tworzą chlorki, a z siarką — siarczki. Chlorki i siarczki metali są to związki chemiczne; ich właściwości są zupełnie inne niż właściwości pierwiastków, z których powstały. Przemiaha, w której z danych substancji powstają substancje nowe o odmiennych właściwościach, nazywa się reakcją chemiczną. Syn-r teza chlorków i siarczków metali, spalanie wodoru, rozkład tlenku rtęci, redukcja tlenku miedzi za pomocą wodoru to przykłady reakcji chemicznych. Reakcjom chemicznym towarzyszą zjawiska cieplne. Gdy z danej substancji nie powstaje inna, lecz zmienia się np. jej kształt, objętość, stan skupienia, to zachodzi zjawisko fizyczne. Powstanie tlenków, chlorków i siarczków metali, spalanie wodoru, rozkład wody to przykłady reakcji chemicznych. Poznaliśmy trzy typy reakcji chemicznych. a) reakcję łączenia, czyli syntezy, w której z dwu pierwiastków pow- staje związek chemiczny, np.: wodór + tlen -> woda (tlenek wodoru); b) reakcję rozkładu, czyli analizy, w której ze związku chemicznego powstają dwa pierwiastki, np.; c) reakcję wymiany, w której jeden pierwiastek wypiera ze związku inny i sam zajmuje jego miejsce, np.: Praca domowa Obmyśl sposoby rozdzielania następujących mieszanin: 1) piasku z solą, 2) piasku z roztartym węglem drzewnym, 3) sproszkowanej kredy z solą kuchenną. Do doświadczenia będą ci potrzebne probówki, lejek, sączki z bibuły, miseczka lub spodeczek emaliowany, parowniczka porcelanowa, palnik spirytusowy, blaszka żelazna, trójnóg z drutu. 4 — Chemia dla kl. VII tlenek rtęci -> tlen + rtęć; woda (tlenek wodoru) + magnez -> tlenek magneźu + wodór Zwróćmy uwagę na to, że reakcjom chemicznym towarzyszy wydzie- lanie lub pochłanianie ciepła. Na lekcjach fizyki omawialiście liczne zjawiska, podczas których nie powstawały nowe substancje różniące się składem od substancji wyjścio- wych — na przykład wydłużanie się sprężyny pod wpływem siły, zmiany objętości ciała przy ogrzewaniu itp. Były to zjawiska fizyczne. Badając jakąś substancję, opisujemy jej właściwości fizyczne np. stan skupienia, barwę, gęstość, temperaturę topnienia, wrzenia, rozpuszczal- ność itp., oraz właściwości chemiczne, np. jak zachowuje się ona w zetk- nięciu z tlenem, z wodą, czy jest aktywna chemicznie, to znaczy czy łatwo wchodzi w reakcje chemiczne z innymi pierwiastkami i związkami. PYTANIA I ZADANIA 1. Wymień właściwości fizyczne i chemiczne chloru — porównaj je z właściwościami tlenu. Po czym możesz poznać, że w naczyniu znaj- duje się chlor? 2. Czym różni się mieszanina od związku chemicznego? 3. W lampce spirytusowej spirytus paruje, a jego pary spalają się. Które z tych zjawisk zaliczysz do fizycznych, a które do chemicznych? Odpo- wiedź uzasadnij. 4. Podaj przykłady zjawisk fizycznych i przemian chemicznych. 5. Z jaką ilością tlenu połączy się 10 g wodoru, tworząc związek chemicz- ny? 6. Zmieszano 8 g opiłków żelaza z 4 g pyłu siarki i mieszaninę zapalono. Ile powstało siarczku żelaza? Który pierwiastek pozostał niezwiązany i w jakiej ilości? 7. Na przykładzie doświadczenia Lavoisiera (str. 20) wykaż, że synteza jest reakcją odwrotną względem reakcji analizy. 8. Do jakiego typu reakcji zaliczysz redukcję tlenku miedzi za pomocą wodoru? 9. Zapisz, jak przebiega proces łączenia się a) chloru, b) tlenu z następu- jącymi metalami: miedzią, magnezem, cynkiem. Przykład: miedź -|- chlor -> chlorek miedzi. 10. Woda w basenach kąpielowych jest chlorowana. Dlaczego?
\TOM. CZWW-ZKA Atomy różnych pierwuirków i innvmi w|a*ciwr>k mmi Zgodnie x tymi założeniami my starki, a inne — żelaza różnią we ed tiebtc miM, widkoiaą w cząweczki --- ~r j w— pum IUUUKTJ U 1 cm’ wodoru test na przykład tyk atomów, ze gdyby liczyć po dw< atomy na sekundę, to na policzenie wtryni ich tneba by nk 4o md toru milionów far’ Przyjęcie teorii atomistycznei Ddtons pozwoliło wywiiuć wek zjawisk i przyczyniło się do szybkiego rozwoju nauk prryrodmczwh 25. Ciężar atomowy jednakowe. * ’ "* wkJJ[X,sób »«k znikomo małej cząttk. owm. uM b by podzielić >y można bez może wreszcie H • - X-----—--- — maku w tonach, choć w jednej tonie jest bez porównania mniej łarurs maku niż atomów w jednym gramie żelaza ’’u2 * staruaytnoic! zastanawiali się nad tym filozofowie greccy i nie- ktńrr. z nich wyrazali przypuszczenie, ze rozdrabniając pierwiastek uzy- dUlib mdv * końcu ukir (niezmiernie małe cząstki, które iuż dalej - - - -- 99 J * ' — J ~ 1 • końcu akie (niezmiernie małe cząstki, które już dałej — — — — — — —-— — _______ _a^ wodoru. Ponieważ atom wodoru jest najlżejszy ze wszystkich. więc ,eg.i masa została przyjęta za jednostkę. Masy atomów, wyrażone w sre umru do masy atomu wodoru, nazwano ciężarami atomowymi. X> prxvkted ciężar atomowy sodu jest równy 23, bo atom sodu waży 23 razy »x- cej, niż atom wodoru. - - M <**-----9 - W Ka początku XIX Wteku ucaooy angielski J Dalton, opieraią< się na vM<lcn^«£. formułował zakferua teorii atonuatycznej (1808 r.), Liczbę, wskazującą ile razy masa danego atomu jest większa od m.»y atomu wodoru, nazywamy ciężarem atomowym danego pierwuuka Ciężar ato ii owy wodo/ u Pierwiastki składa rą s*C z cząuek, rwanych atomami. - Kazd) atom ma określoną wielkość, masę i inne whśawosci \ Ml wwikic atomy jednego pierwiastka są jednakowe. Ciężar atomowy tlenu 16 (iciiicj 15,88* gdyż I atom tknu wszy 16 razy więcej niż 1 atom wodoru*
W klasie VII będziemy przy obliczeniach chemicznych stosować za- okrąglone wartości ciężarów atomowych. Warto też wspomnieć, żc uczeni współcześni znają sposoby — i to bardzo dokładne — wyznaczania mas atomów w gramach. Wiemy na przykład, że masa atomu wodoru wyraża się następującym ułamkiem grama: 0,000 000 000 000 000 (XX) 000 001 67 g. W ułamku tym pierwsza cyfra znacząca znajduje się na 24 miejscu po przecinku. Masa atomu tlenu = 0,000 000 000 000 000 000 000 026 56 g. Obliczmy na podstawie tych liczb, ile razy masa atomu tlenu jest większa od masy atomu wodoru: 0,000 000 000 000 000 000 000 026 56 g g _ J5 9 0,000 000 000 000 000 000 000 001 67 g g ’’ Otrzymany wynik jest w przybliżeniu równy liczbie, którą podaliśmy wyżej jako ciężar atomowy denu. Liczby wyrażające masy atomów w gramach są wielocyfrowe i po- sługiwanie się mmi jest kłopotliwe; znacznie praktyczniej jest stosować ciężary atomowe pierwiastków. 26. Symbole chemiczne Uczony szwedzki J.Berzelius wyprowadził w 1815 roku do nauki metodę oznaczania pierwiastków symbolami literowymi. Atom pierwia- stka oznacza się pierwszą (wielką) literą jego nazwy, najczęściej łacińskiej. Na przykład symbolem atomu wndoru jest H od jego nazwy „Hydroge- mum”, a symbolem atomu denu jest O — od „Oxygenium”. Jeżeli nazwy kilku pierwiastków zaczynają się od tej samej litery, to dla ich odróżnienia umieszcza się w symbolu drugą literę, jedną z dal- szych liter nazwy, np. H to symbol atomu wodoru, Hg zaś to symbol atomu rtęci — od słowa Hydrargyrum. A oto symbole chemiczne atomów kilku innych pierwiastków': — od Cuprum (czytaj: kuprumj. — od Zincum (czytaj: cmkum). — od Plum bum. — od Ferrum. atom miedzi oznacza oznacza t oznacza atom ołowiu Pb Fe 52 w V Cu jak ce-u, nic cu; Fe jak cf-c, nie fc. oznacza 1 atom siarki — od Sulphur (czytaj: sulfur). Cl oznacza 1 atom chloru — od Chlorom. Odczytując symbole należy wymienić każdą literę oddzielnie, np. Cu jak ce-u, nic cu; Fe jak ef-e, nie fe. Symbolu chemicznego używa się czasem jako skrótu nazwy danego pierwiastka. Tak więc symbol H oznacza nic tylko jeden atom wodoru, ale i pierwiastek wodór w ogóle. W tabeli zamieszczonej na str. 116 znajdziecie symbole niektórych pierwiastków i ich ciężary atomowe. 27. Łączenie się atomów w reakcjach syntezy. Cząsteczka Na podstawie teorii atomistycznei możemy lepiej zrozumieć procesy chemiczne. Rozpatrzmy na przykład syntezę tlenku miedzi. Zarówno tlen, jak miedź składają się z atomów. Stosunek wagowy tlenu do miedzi w’ tlenku miedzi wynosi 1:4 (patrz § 18). Wiemy, ze ciężar atomowy denu wynosi 16, a w tablicy ciężarów atomowych znajdziemy, że ciężar atomowy miedzi wynosi prawie 64. Stosunek liczb 16 :64 równa się także 1:4, zatem stosunek mas denu i miedzi zawartych wr dowolnej porcji tlenku miedzi jest taki sam, jak stosunek mas pojedynczych atomów denu i miedzi. Wr skład denku miedzi wchodzi więc tyle samo atomów denu, co miedzi. W wyniku reakcji syntezy atom tlenu łączy się z atomem miedzi i powsta- je cząsteczka tlenku miedzi. nu atom miedzi cząsteczką Rys. 29. Graficzne przedstawienie syntezy tlenku miedzi 1 atom tlenu 4-1 atom miedzi 1 cząsteczka denku miedzi Wyobrażając sobie atomy w postaci drobnych kulek (tak je sobie wyobrażał Dalton) możemy przebieg reakcji przedstawić graficznie (rys. 29*). Rysunek me uwzględnia różnic wielkości atomów różnych pierwiastków.
z których zbudowany jest cząsteczki cząsteczkowy cząsteczka wodoru gazowego składa się z dwu atomów i ma Również cząsteczka gazowego tlenu jest złożona z dwu ato- ze istotnie przy powstawaniu i przypada jeden atom siarki? 1 atom siarki Ciężar cząsteczkowy tlenku atomowych magnezu i tlenu Rys. 30. Graficzne przedstawienie magnezu, MgO, równa się sumie ciężarów i wynosi 40. Masę cząsteczki związku chemicznego wyraża się, podobnie jak masę atomu, nie w Wyrażenie składu cząsteczki związku chemicznego za po mocą symboli chemicznych nazywamy wzorem chemicz nym związku. wyraża się liczbą, która ma masę większą od masy Nowo powstały związek jest zbiorem ogromnej liczby pojedynczych jego cząsteczek. Cząsteczki są „cegiełkami związek chemiczny. Wszystkie cząsteczki tej samej substancji mają jed- nakową wielkość, masę i inne właściwości. Istnieją cząsteczki złożone z trzech, czterech i większej liczby atomów. Na przykład cząsteczka wody składa się z dwu atomów wodoru i jednego atomu tlenu, jak to wyjaśnimy w § 29. Wzór chemiczny cząsteczki wody napiszemy w postaci H2O. Mała cyfra umieszczona z prawej strony symbolu atomu wskazuje, ile takich atomów’ znajduje się w jednej cząsteczce. Odczytujemy ten wzór: „ha dwa o”. Są też cząsteczki utworzone z jednakowych atomów pierwiastków. Cząsteczki takie mogą składać się z dwu lub kilku ato mów; np wzór Ht. mów i ma wzór O ciężar atomowy magnezu = 24, ciężar atomowy tlenu = 16, u 4- 1 atom tlenu = 1 cząsteczka tlenku magnezu Posługując się symbolami atomów i wzorami cząsteczek, możemy w łatwy i prosty sposób zapisywać przebieg reak 1. W reakcji syntezy siarczku żelaza każdy atom mem siarki i sługiwać W taki właśnie sposób przercagowały ws nia atomy miedzi, wiążąc potrzebne do syntez)7 atomy tlenu. Skład czą- steczki związku chemicznego można krótko i dokładnie podać za pomocą wzoru chemicznego, pisząc obok siebie symbole atomów tworzących tę cząsteczkę. Wzór CuO oznacza cząsteczkę tlenku miedzi, złożoną z 1 atomu mie- dzi i 1 atomu tlenu. Wzór MgO oznacza cząsteczkę tlenku magnezu, złożoną z 1 atomu magnezu i 1 atomu tlenu. Wzór FeS oznacza cząsteczkę siarczku żelaza, złożoną z 1 atomu że- Mając wzór cząsteczki, możemy obliczyć jej ciężar cząsteczkowy sumując ciężary atomowe tworzących ją atomów, przy czym należy uwzględnić, ile atomów poszczególnych pierwiastków wchodzi w skład cząsteczki. Na przykład: żelaza łączy się z ato- powstaje cząsteczka siarczku żelaza (rys. 30). Zamiast po- się rysowaniem modeli atomów, możemy napisać: FeS. 1 cząsteczka siarczku żelaza czqsłeczka siarczku syntezy siarczku żelaza
16:200 1 atom tlenu 1 atom tlenu 1 atom magnezu 1 atom rtęci 2 atomy wodoru 2 atomy wodoru 1 cząsteczka wody h2o. 1 cząsteczka wody Inaczej nieco przebiega synteza wody. Wiemy, że stosunek wagowy wodoru do łączącego się z nim tlenu wynosi 1:8, inaczej 2:16; odpowiada to stosunkowi mas dwu atomów wodoru i 1 atomu tlenu (rys. 31). Może- MgO 1 cząsteczka tlenku magnezu z nich nie ginie. Na przykład cząstecz- a więc we wzorze reakcji należałoby dowolnej ilości jednej cząsteczce tego związku. Wiemy, że żelazo łączy się z siarką w stosunku wagowym 7:4, który moż- na wyrazić (mnożąc obie liczby przez 8) jtko lówny 56:32; zwróćmy uwa- gę, że jest to właśnie stosunek masy jednego atomu żelaza do masy 1 ato- mu siarki (tabela str. 116). W siarczku żelaza FeS otrzymanym podczas reakcji jest wielka ilość jednakowych cząsteczek, a więc każda cząsteczka tego związku składa się z jednego atomu żelaza i jednego atomu siarki. Zwróćcie uwagę, że liczbę oddzielnych atomów lub cząsteczek za- znaczamy za pomocą dużej cyfry z lewej strony symbolu pierwiastka lub wzoru cząsteczki: 3. Podczas reakcji wymiany, jaka zachodzi między magnezem i parą g magnezu wypiera z wody 1 g wodoru. Stosunek wa- = 24:2, a więc odpo- magnezu i dwu atomów wodoru. Prze- 2H — dwa atomy wodoru, 2H2O — dwie cząsteczki wody. 9 Cyfra u dołu z prawej strony symbolu wskazuje, ile atomów wchodzi w skład cząsteczki. Wzór H2O oznacza, że w skład cząsteczki wody wcho- dzą dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu. 2. Podczas rozkładu tlenku rtęci na każde 2 g tlenu przypada 25 g rtęci; stosunek wagowy wydzielonych pierwiastków wynosi 2:25 Stosunek wagowy między pierwiastkami w związku jest taki sa wodną, każde 12 go wy magnezu do wypartego wodoru wynosi 12:1 wiada stosunkowi mas 1 atomu bieg reakcji zapisujemy tak: W takim równaniu strzałki wskazują kierunek reakcji. Zauważcie, że w każdym równaniu po obu stronach strzałki znajduje się taka sama liczba atomów każdego pierwiastka. Prawidłowo napisane równanie musi być zgodne z prawem zachowa- nia masy, ponieważ podczas przemian chemicznych atomy pierwiastków łączą się lub rozdzielają, ale żaden: ki tlenu i wodoru są dwuatomowe, napisać: za pomocą wzorów związków che micznych lub symboli pierwiastków nazywamy równanien reakcji chemicznej. jest więc równy stosunkowi mas 1 atomu tlenu kład cząsteczki tlenku rtęci (rys. 32) możemy więc zapisać tak HgO 1 cząsteczka tlenku rtęci *
Ale reakcja musi przebiegać zgodnie z prawem zachowania masy, wobec czego z cząsteczką tlenu muszą przereagować dwie cząsteczki wodoru zgodnie z równaniem: 2H2 + O2 2H2O. Z tego samego powodu przebieg reakcji analizy tlenku rtęci możemy wy- razić równaniem: 2HgO -> 2Hg + a reakcję wody z magnezem — równaniem: HoO 4- Mg MgO 4 H2. 30. Wartościowość Rozpatrzmy przykład syntezy wody oraz tlenku magnezu: 1) 1 atom tlenu wiąże 2 atomy wodoru, tworząc cząsteczkę wody H2O; 2) 1 atom tlenu łączy się tylko z 1 atomem magnezu, tworząc czą- steczkę tlenku magnezu MgO. Atom każdego pierwiastka wykazuje zdolność do łączenia się z okre- śloną liczbą atomów jakiegoś innego pierwiastka. Atom wodoru może przyłączyć tylko jeden inny atom, natomiast znamy wiele pierwiastków, których atomy mogą przyłączyć dwa lub więcej atomów wodoru, np. tlen łączy się z dwoma atomami wodoru. Mówimy, że wodór jest jedno- wartościowy, a tlen jest dwuwartościowy. Są pierwiastki, które nie tworzą związków z wodorem. Możemy wtedy ustalić ich wartościowość na podstawie związków z innym pierwiastkiem o znanej wartościowości. Na przykład jeden atom magnezu łączy się ' z jednym atomem tlenu. Ale tlen jest dwuwartościowy, a więc i magnez jest dwuwartościowy. Do tego samego wniosku dojdziemy na podstawie reakcji wymiany pomiędzy magnezem i wodą. Jeden atom magnezu wy- piera (zastępuje) dwa atomy wodoru, a więc jest dwuwartościowy. Mg 4 H2O MgO 4 2H Określimy więc wartościowość w sposób bardziej ogólny: Wartościowość pierwiastka wyraża się liczbą, wskazującą ile atomów wodoru przyłącza lub wypiera atom tego pier- wiastka. Pierwiastki, których atomy przyłączają albo wypierają 1 atom wo- doru, są jednowarteściowe. Należy do nich chlor, sód i wiele innych. Dwuwartościowymi nazywamy pierwiastki, których atomy wiążą lub wypierają dwa atomy wodoru. Zaliczamy do nich tlen, magnez, wapń, cynk i inne. Glin jest pierwiastkiem trójwartościowym. Wartościowość oznaczamy cyframi rzymskimi: On, H1, lub rysując przy danym symbolu tyle kresek, iłowa ilościowy jest atom, np. O=, H—. Łącząc się ze sobą i tworząc cząsteczki, atomy „wysycają”wzajemnie swoje wartościowości. Chcąc np. opisać sposób łączenia się dwóch ato- mów wodoru z jednym atomem tlenu w cząsteczkę wody mówimy, że dwuwartościowy atom tlenu wiąże dwa jednowartościowe atomy wodoru, albo że w cząsteczce wody dwie wartościowości atomu tlenu zostają wy- sycone wartościowościami dwóch atomów wodoru. O H Tak napisany wzór cząsteczki wody nazywa się wzorem struktural- nym, czyli wzorem budowy. Uwidocznione są w nim „wiązania” między atomami. Wiele pierwiastków ma w różnych związkach różną wartościo- wość. Znamy na przykład dwa związki miedzi z tlenem: w denku mie- dzi (czarnym) CuO miedź jest dwuwartościowa; w denku miedzi (czer- wonym) Cu2O — jednowartościowa. Każdy z tych dwu związków ma inną nazwę, zależnie od wartościo- wości miedzi: 4 CuJO — to denek miedziawy, Cu110 — to denek miedziowy. Drugi wyraz nazwy związku jest przymiotnikiem i posiada końcówkę „owy” przy wyższej, zaś „awy” przy niższej wartościowości wymienio- nego w nim pierwiastka. 58 I 59
trójwartościowe 32. Obliczenia chemiczne chlorek żelazawy ' żelazo dwa drugi o składzie Przypomnijcie sobie, że znając ciężary atomowe i stosunek wagowy pierwiastków, które tworzą związek chemiczny, możemy wywnioskować, jaki jest skład cząsteczki związku. Na przykład: 3 g magnezu łączą się z 2 g tlenu, tworząc tlenek magnezowy. Ciężar atomowy magnezu jest 24 3 równy 24, a ciężar atomowy tienu 16. Stosunek tych liczb wynosi tj. tyle co stosunek wagowy magnezu do tlenu w tlenku magnezowym. Jak napisać wzór związku którym atomy jednego z pierwiastków są np. dwuwarto- a z drugiego Musimy wtedy znaleźć takie liczby atomów obu pierwiastków, żeby sumy wartościowości atomów jednego i drugiego pierwiastka w jednej cząsteczce zwi, ściowym. Tlenek glinu atomów trójwartościowego glinu wynosi 2 X 3 = । trzech atomów dwuwartościowego tlenu wynosi również 3x2 2. Podobnie atom miedzi jednowartościowej tworzy z jedno war tościo wym chlorem związek o budowie Cu—Cl, zwany chlorkiem miedzią wym, CuCl. Natomiast atom miedzi dwuwartościowej wiąże dwa atonr jedno wartościowego chloru, tworząc związek o budowie Znając wartościowości pierwiastków łatwo możemy przewidzieć, jaki będzie skład i budowa cząsteczek związków, które z nich powstaną. 1. Chlor w związkach z metalami jest jednowartościowy. Atom chloru łącząc się z atomem jednowartościowego metalu sodu, tworzy cząsteczkę o składzie NaCl. W cząsteczce chlorku sodowego wartościowość sodu wiąże (wysyca) wartościowość chloru i powstaje jedno wiązanie między atoma- mi, co zaznaczamy jedną kreską. ązku były sobie równe. Np. glin jest pierwiastkiem trój warto - ma wzór A12O3, gdyż łączna wartościowość dwu 6, a łączna wartościowość W cząsteczce związku wszystkie wartościowości pierwiastków muszą być wysycone. Wzór cząsteczki złożonej z dwu pierwiastków jest wtedy napisany prawidłowo, gdy suma wartościowości atomów jednego pierwiastka równa się sumie wartościowości atomów drugiego pierwiastka. W cząsteczce związku nie może być wolnych wartościo- wości. Jeżeli cząsteczka składa się tylko z dwu atomów, to muszą one mieć jednakową wartościowość. Jeżeli związek składa się z dwu pierwiastków o różnej wartościo- wości, to w cząsteczce tego związku jest więcej atomów pierwiastka o wartościowości mniejszej, np. H2O, FeCl chemicznego ściowe zwany chlorkiem miedziowym, CuCl2. 3. Znamy takie związki, w których atom żelaza jest dwuwartościowy, i takie, w których jest trójwartościowy. Z chlorem tworzy chlorki: jeden o składzie FeCl FeCl3 — chlorek żelazowy. W cząsteczce chlorku żelazawego dwuwartościowy atom żelaza wiąże dwa atomy jednowartościowego chloru,
Obliczenie Obliczenie Odpowiedź. Z 2 gramami siarki wiąże się 8 gramów miedzi. Ile waży otrzymany siarczek? Zgodnie z prawem zachowania masy musimy otrzymać 2 g akcji użyto 2 g siarki i 8 g miedzi. Obliczenia takie mają duże znaczenie praktyczne. Gdy chcemy otrzy- mać syntetycznie określoną ilość substancji złożonej, musimy do reakcji dobrać odpowiednie ilości wagowe pierwiastków, aby wzięły udział w re- akcji bez reszty. 2. Obliczmy, ile tlenu otrzymamy rtęciowego, w którym i rtęć, i tlen są dwuwartościowe Ze 108 g tlenku rtęciowego można więc otrzymać 8 g tlenu. Wiedząc, — w danych warunkach — waży 1 litr tlenu, moglibyśmy obliczyć, Obliczenie powyższe można przeprowadzić w inny sposób. Znając wzór cząsteczki tlenku rtęciowego, ustalamy najpierw, ile procent tlenu zawiera ten związek. Wiemy, że ciężar cząsteczkowy tlenku rtęciowego HgO jest równy 216, a ciężar atomowy tlenu — 16. Zawartość procento- Obliczenie Wzór cząsteczki otrzymanego siarczku jest Cu2S, gdyż — zgodnie z wa runkami zadania Skoro siarka i żelazo mają jednakową wartościowość, to 1 atom że- laza łączy się z 1 atomem siarki; cząsteczka powstałego związku ma wzór FeS. Ciężar atomowy żelaza wynosi w przybliżeniu 56, siarki zaś 32. Na każde 32 g siarki przypada więc w siarczku żelaza 56 g żelaza. Na 2 g siarki przypadnie żelaza proporcjonalnie mniej: 32 56 2-56 Wynika z tego, że stosunek wagowy miedzi do siarki wynosi (2 • 64): 32 z 1 g siarki łączą się 4 g miedzi, z 2 g siarki łączy się x g miedzi. Ciężar atomowy rtęci wynosi ok. 200, tlenu— 16. Wzór cząsteczki tlenku rtęciowego jest HgO, a masa cząsteczkowa 216. Stosunek wagowy tlenku rtęciowego do tlenu wynosi 216 : 16 = = 27 : 2. Zapisujemy zależność: z 27 g tlenku rtęciowego — 2 g tlenu, z 108 g tlenku rtęciowego — x g tlenu; Wynika stąd, że w cząsteczce tlenku magnezowego jeden atom magnezu połączył się z jednym atomem tlenu, a więc cząsteczka tlenku magnezo- wego ma wzór MgO. I na odwrót, mając wzór cząsteczki, możemy obliczyć, jaki jest sto- sunek wagowy tworzących ją pierwiastków. W cząsteczce tlenku magne- zowego MgO na 1 atom magnezu przypada 1 atom tlenu. Uwzględniając ciężary atomowe magnezu i tlenu, łatwo wywnioskujemy, że stosunek wagowy tych pierwiastków w związku (tak, jak w jednej cząsteczce) wynosi 24: 16 = 3:2. w Znając wartościowości pierwiastków oraz ich masy atomowe, możemy przeprowadzać w praktyce wiele pożytecznych obliczeń, na przykład: do- bierać odpowiednie ilości pierwiastków do reakcji, przewidywać ilość pro- duktu reakcji, ustalać skład procentowy związku oraz zawartość poszcze- gólnych pierwiastków w danej jego ilości itp. 1. Obliczmy na przykład, ile żelaza połączyło się z 2 g siarki, jeżeli w otrzymanym związku żelazo i siatka są dwuwartościowe. Zatem z 2 gramami siarki połączy się 3,5 grama żelaza. Obliczmy teraz, ile miedzi połączyło się z 2 gramami siarki i ile powstało przy tym siarczku, jeżeli wiadomo, że w powstałym związku siarka jest dwuwartościowa, miedź zaś jednowartościowa.
PYTANIA I ZADANIA PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU Praca domowa Szczególnie duże znaczenie mają obliczenia chemiczne w przemyśle; stosując je można na przykład przewidzieć, ile metalu otrzyma się z danej ilości rudy lub ile wodoru i tlenu powstanie podczas elektrolizy określonej masy wody; można porównać zawartość procentową metalu w różnych jego kruszcach lub obliczyć, ile produktu reakcji otrzymamy przy do- wolnej syntezie, analizie, wymianie. H&; U?" jednakowych. Masy różnych atomów i cząsteczek wyra stosunku do masy 1 atomu wodoru (najlżejszego z pierwia Według teorii atomistycznej Daltona atom jest najmniejszą i niepo- dzielną w reakcjach chemicznych cząstką materii. Atomy jednego pierwiastka są jednakowe i mają właściwości odróżniające je od ato- mów innego pierwiastka. Atomy pierwiastków oznaczamy za pomocą symboli chemicznych. Cząsteczka jest najmniejszą porcją danej substancji, posiadającą jej właściwości chemiczne. Cząsteczka składa się z atomów. Cząsteczki związków chemicznych składają się z atomów różnych, cząsteczki pier- wiastków żamy w stków), którą przyjęto za jednostkę ciężarów atomowych. Są to tak zwane ciężary atomowe i cząsteczkowe. Wartościowość pierwiastka wyraża się liczbą wskazującą, ile atomów wodoru przyłącza lub wypiera atom tego pierwiastka. wa tlenu w tym tlenku wynosi więc ~ , • 100% = 7,41%. Teraz już A * łatwo obliczamy, ile g tlenu zawiera 108 g tlenku rtęciowego. 108 g • 7,41 Kryształek nadmanganianu potasowego wrzuć do 1 litra wody Oblicz w gramach, ile tej barwnej substancji znajdzie się w 1 cm ; w 1 litrze kryształki o masie 1 mg. Jak wythima czysz zabarwienie wody przez tak małą ilość substancji? 2. Przygotuj różnobarwne kulki z plasteliny jako modele różnych ato- mów. Łącząc kulki za pomocą małych patyczków zbuduj z nich modele cząsteczek: a) wody, b) tlenku magnezowego, c) siarczku żelazawego, d) siar- czku miedziawego, e) tlenku glinowego. 1. Jak wytłumaczysz za pomocą teorii atomistycznej: 1) rozchodze- nie się zapachu perfum, 2) parowanie wody, 3) słony smak wody, w której rozpuszczono nieco soli kuchennej? Czy wymienione zjawiska zaliczysz do zjawisk fizycznych czy chemicznych? 2. Wiadomo, że przy powstawaniu tlenku wapniowego jeden atom wapnia łączy się z jednym atomem tlenu. Dlaczego stosunek wa- gowy wapnia i tlenu nie wynosi 1:1, choć w reakcji biorą udział jednakowe liczby atomów obydwu pierwiastków? Oblicz, jaki jest stosunek wagowy wapnia do tlenu w tlenku wapniowym. 3. Co oznaczają symbole: Hg, Na, Cl, S? 4. Napisz i odczytaj wzory cząsteczek: tlenku wapniowego, chlorku magnezowego, siarczku cynkowego. 5. Napisz równanie reakcji syntezy chlorku sodowego. 6. Napisz wzory strukturalne cząsteczek związków wymienionych w § 32 (obliczenia chemiczne). 7. Napisz wzory strukturalne chlorku magnezowego, siarczku cynko- wego i siarczku sodowego, wiedząc, że cynk i magnez są dwuwar- tościowe, sód zaś jest jednowartościowy. 8. Objaśnij znaczenie następujących wzorów: H2O, CuO, Cu2O, 2CuO, 2Fe, 5FeS. Która z wymienionych substancji ma: a) naj- większą, b) najmniejszą masę cząsteczkową? 9. Oblicz, jaka jest masa cząsteczkowa: a) tlenku glinowego, b) tlenku cynkowego, c) chlorku sodowego; wartości mas atomowych pier- wiastków znajdziesz w tabeli na str. 116. 10. Napisz wzory strukturalne tlenku magnezowego, chlorku cyn- kowego i tlenku sodowego, wiedząc, że cynk i magnez są dwuwar- tościowe, sód zaś jednowartościowy. 11. Jak obliczasz wartościowość pierwiastka w jego połączeniu: a) z wodorem, b) z tlenem? Podaj przykłady. 12. Na podstawie wzorów cząsteczek tlenku rtęciowego i tlenku ma- gnezowego oblicz, ile części Wagowych rtęci i magnezu przypada w tych związkach na jedną część wagową tlenu. 13. Oblicz, ile procent magnezu zawiera tlenek magnezowy.
kami niemetalicznymi 33. Siarka DOŚWIADCZENIE 35. Umieść na łyżeczce do spalań NIEMETALE I ICH TLENKI Rys. 33. Spa- lanie siarki w tlenie 34. Dwutlenek węgla Zapoznajmy się z produktem utlenienia węgla. W tym celu spalać będziemy węgiel drzewny, który otrzymuje się z drewna. Węgiel drzewny Rys. 35. Spa lanie węgla 5 tlenie Płonące drewienko gaśnie w cy- lindrze z dwutlenkiem siarki. Dwu- tlenek siarki jest gazem duszącym, szkodliwym dla zdrowia; działa on także zabójczo na owady, bakterie i pleśnie, dlatego jest używany do tępienia owadów-szkodników, do dezynfekcji mieszkań po chorobach zakaźnych, do odkażania piwnic itp. W wodzie rozpuszcza się dobrze. wodę, a następnie pozostaw tak, jak wskazuje rys. 34. Dlaczego pro- bówka przylega do dłoni? Rys. 34. Badanie rozpusz- czalności dwutlenku siarki w wodzie z tlenem (rys. 33). Podczas spalania siarki w powietrzu jej płomień jest nikły, bladoniebieski; po zanurzeniu łyżeczki w tlenie siarka pali się gwałtowniej, płomieniem większym i ja- śniejszym. Reakcja spalania siarki zachodzi w myśl zapisu S-|-2O->SO2; jej produktem jest dwutlenek siarki SO2, gaz bezbarwny o ostrym, niemiłym zapa- chu, pobudzającym do kaszlu*. W poprzednich rozdziałach poznaliśmy wiele pospolitych metali, badaliśmy ich cechy fizyczne oraz niektóre właściwości chemiczne. Sprawdziliśmy mianowicie, że reagują one z tlenem, chlorem, siarką. Pierwiastki: tlen, chlor, siarka nie mają właściwości metalicznych, zali- DOŚWIADCZENIE 36. 1) Do cylindra napełnionego dwutlenkiem siarki wprowadź płonące drewienko. 2) Wlej trochę wody do probówki napełnionej dwu- tlenkiem siarki Przytrzymaj probówkę drugą dłonią, wstrząśnij w niej Dwutlenek siarki jest gazem przezroczystym. Zawartość cylindra jest zwykle mętna, gdyż podczas spalania siarki niewielka jej ilość nie spala się, lecz paruje, a po oziębieniu zestala się w postaci drobnego pyłu. DOŚWIADCZENIE 37. Do probówki zawierającej kilka kawałków węgla drze- wnego i zatkanej korkiem z dwiema rurkami, jak to wskazuje rys. 35, węgiel
DOŚWLADCZENIE 39. Do cylindra lub probówki z dwutlenkiem rką do probówki lub cylindra DOŚWIADCZENIE 35. Tlenek węgla 37. Przelewanie dwutlenku węgla DOŚWIADCZENIE 40. a) Posługując się rurką szklaną, wprowadź powietrze z płuc do wody wapiennej w probówce. b) Jeden drugi — 4. Sprawdź, czy dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie — po- stępuj tak, jak z dwutlenkiem sia- rki w doświadczeniu 36. Zmętnienie wody wapiennej wskazuje na obecność dwutlenku węgla w naczyniu. Dwutlenek węgla powstaje podczas spalania węgla i w wielu procesach utleniania substancji złożonych, zawierających w swym składzie węgiel. do produkcji napojów musujących, np saturatorach polega ni powietrzu; w stosunku do innych co znaczy, że 10 000 Poznajmy właściwości tego gazu. Można go otrzymać bez trudu, gdyż znajduje się w wodzie sodowej. Wy- starczy nałożyć gumową rurkę na rurkę syfonu z wodą sodową, syfon odwrócić dnem do góry (rys. 36), dwu szklanych cylindrów umieść na wolnym powietrzu, niewietrzonej klasie szkolnej; po godzinie nalej do nich po kilkanaście ml wody wapiennej, przykryj je płytkami i wstrząśnij. doprowadź tlen rurką sięgającą dna. Probówkę ogrzewaj do chwili rozżarzenia sie węgla. Uchodzący druga rurka ra-z Tlenek węgla, o wzorze cząsteczki CO, powstaje, gdy spalanie węgla zachodzi przy słabym dopływie powietrza. Tlenek węgla jest gazem bezbarwnym, bez zapachu, trochę lżejszym od powietrza, bardzo słabo rozpuszczalnym w wodzie. Jest to gaz silnie trujący. Oddychanie powietrzem zawierającym nawet minimalną do- znaczenie dla zdrowia ma staranne wietrzenie mieszkań przed ułożeniem się do snu oraz klas szkolnych w przerwach międzylekcyjnych. Dwutlenek węgla jest sprzedawany w butlach stalowych pod zwiększo- nym ciśnieniem. Służy m wody sodowej. Wytwarzanie wody sodowej rozpuszczaniu pod ciśnieniem dwutlenku węgla w wodzie ny na rysunku, do drugiego zaś zbie- rać gaz pod wodą (jak tlen i wodór). Produktem spalania węgla jest dwutlenek węgla o wzorze cząste- czki CO,. Dwutlenek węgla znajduje się składników jest go tu niewiele, bo zaledwie 0,03%, litrów czystego powietrza zawiera tylko 3 litry dwutlenku węgla. Podczas oddychania zużywa się tlen, a wydziela się dwutlenek węgla — oddychanie jest więc szczególnym przypadkiem powolnego utleniania. Zawartość dwu- tlenku węgla w powietrzu wydychanym jest około 100 razy większa niż w powietrzu czystym. Gdy w powietrzu znajduje się 0,4% dwutlenku Dwutlenek węgla jest gazem bezbarwnym, bez zapachu. W wodzie rozpuszcza się dość dobrze. Nie pali się i nie podtrzymuje palenia. Jest raza cięższy od powietrza. Jeden litr dwutlenku węgla waży 1,96 g w temp. 0cC i pod ciśnieniem 1 atmosfery. - 38. 1. Do cylindra z dwutlenkiem węgla włóż zapaloną świecę osadzoną na zgiętym drucie. 2. „Przelej” węgla 2 jakby to była woda. Sprawdź za pomocą płonącej świecy, czy Ci się to udało. 3. „Przelej” dwutlenek węgla z jednej zlewki do drugiej, zrów- noważonej na wadze (rys. 37). Jakie wnioski możesz wysnuć na podstawie wyników doświadczeń Rys. 36. Uzyskiwanie dwutlenku węgla z wody sodowej
mieszkę tlenku węgla może spowodować śmiertelne zatrucie, zwane „zaczadzeniem”. Wypadki zaczadzenia zdarzają się najczęściej przy nieumiejętnym obchodzeniu się z piecami. Gdy za wcześnie zakręcimy drzwiczki od pieca, odcinając przez to dopływ tlenu do paleniska, przez szczeliny wydostaje się tak zwany „czad”, którego głównym składnikiem jest tlenek węgla. Niebieskie płomyki, pełgające po rozżarzonym węglu, które widzimy przez otwarte drzwiczki pieca, to płonący tlenek wę- gla. Spala się on przy dostępie powietrza, a produktem reakcji jest dwutlenek węgla: CO 4-O CO., ha Tlenek węgla znajduje się też w gazie świetlnym, dlatego tak groźne w skutkach jest niedokładne zamykanie kurków od przewodów z gazem. Znajduje się on również w gazach uchodzących z silników spalinowych, nie należy więc zapuszczać motorów samochodowych ani motocyklowych w zamkniętych pomieszczeniach, np. garażach. 36. Redukcja tlenków metali za pomocą węgla Wiemy, że węgiel łatwo łączy się z tlenem wolnym. Zbadajmy, czy może on także odbierać tlen od tlenków metali. “ f DOŚWIADCZENIE 41. Do probówki z trudno topliwego szkła wsyp mieszaninę tlenku miedziowego ze sproszkowa- nym węglem drzewnym w stosunku: 0,6 g węgla na 4 g CuO. Zamknij probówkę kor- kiem z rurką odprowadzającą i silnie ją ogrzewaj, wprowa- dziwszy rurkę do wody wa- piennej (rys. 38). Po wypale- niu się węgla sprawdź, co zo- stało w probówce. Rys. 38. Redukcja tlenku miedziowego węglem Węgiel nie tylko łączy się z tlenem wolnym, lecz może go odbierać od tlenków metali. 70 Można by to zapisać tak: CO2 + Cu. Jeżeli jednak po obu stronach wzoru zaznaczymy po jednej cząsteczce i jednym atomie reagujących substancji, to zapis nasz będzie niedokładny. Aby równanie reakcji było napisane prawidłowo, mu si- my dobrać współczynniki przy wzorach cząsteczek i sym- bolach atomów w ten sposób, by liczba atomów każdego pierwiastka po obu stronach równania była jednakowa. Do utworzenia cząsteczki dwutlenku węgla potrzebne są dwa atomy tlenu, a więc z jednym atomem węgla musiały przereagować dwie czą- steczki CuO, zgodnie z równaniem 2CuO + C Rozpatrując istotę procesu chemicznego, jaki tu nastąpił, spostrzega- my, że węgiel odebrał tlen od tlenku miedziowego, a więc tlenek miedzio- CO2 -F 2Cu. Przeprowadzimy teraz redukcję tlenku ołowiawego Pb O. —i DOŚWIADCZENIE 42. Do » małego wgłębienia w węglu drzewnym nasyp trochę tlenku ołowiawego PbO, zwanego glej- tą. Za pomocą dmuchawki ust- nej skieruj ostrożnie płomień na glejtę i węgiel w jej otoczeniu (rys. 39). Po paru minutach usuń węgiel z płomienia, zbadaj właściwości otrzymanego metalu i sprawdź, czy jest kowalny. Rys. 39. Redukcja tlenku ołowiawego węglem Tlenek ołowiawy uległ redukcji za pomocą węgla zgodnie z równaniem i otrzymaliśmy ołów metaliczny.
37. Dwutlenek krzemu ! • Węgiel jest bardzo dobrym środkiem redukcyjnym; łatwo odbiera tlen od wielu tlenków metali. Tę właściwość węgla wykorzystano w hut- nictwie; rudy żelaza są najczęściej tlenkami żelaza. Żelazo metaliczne otrzymuje się z rud, redukując je węglem. Bardzo rozpowszechnionym pierwiastkiem jest krzem, oznaczany symbolem Si. Jest on niemetalem. Nie spotykamy go w przyrodzie w stanie wolnym, występuje tylko w postaci związków, tworzących większość skał i minerałów. Najpospolitszym związkiem krzemu jest dwutlenek krzemu SiO2, zwany krzemionką. Znamy wiele różnych postaci krzemionki; jedną z nich jest kwarc. DOŚWIADCZENIE 43. Obejrzyj okazy kwarcu, kryształu górskiego, ametystu, granitu. Zbadaj, jaka jest ich twardość, połysk, barwa. Wskaż, który składnik granitu jest kwarcem. Rys. 40. Kryształy kwarcu Kwarc jest minerałem kry- stalicznym, twardym, trudno to- pliwym. Jest odporny na dzia- łania chemiczne i trudno się ściera. Piasek, który powstaje w procesie wietrzenia granitów, składa się głównie z ziarenek kwarcu, gdyż kwarc jest odpor- niejszy i twardszy od innych składników wietrzejących skał. Pięknie ukształtowane bezbar- wne kryształy kwarcu znane są pod nazwą kryształu górskiego (rys. 40); zabarwione fioletowo noszą nazwę ametystu. Znane są odmiany dwutlenku krzemu nie mające wyraźnej bu- dowy krystalicznej. Jedną z nich jest krzemień. Jest on twardy, a jednocześnie na tyle kruchy, że — uderzając umiejętnie dru- gim kawałkiem krzemienia — można mu przez odlupywanie nadawać rozmaite kształty. Ko- rzystał z tego człowiek pierwot- ny, który z krzemienia wyrabiał noże, topory, ostrza dzid i strzał (rys. 41). Rys. 41. Narzędzia z krzemienia 38. Fosfor Fosfor to pierwiastek niemetaliczny oznaczany symbolem P. W przy- rodzie fosfor nie występuje w stanie wolnym; otrzymuje się go ze związ- ków. DOŚWIADCZENIE 44.N Zapalmy trochę fosforu na łyżeczce do spa- lań, a następnie przenieśmy łyżeczkę do cylindra z tlenem i przykryjmy cylinder płytką szklaną. Fosfor spala się świecąc jaskrawo, a jako produkt reakcji powstaje pięciotlenek fosforu w postaci białego dymu: 2P+5O^P2O5. Pięciotlenek fosforu jest ciałem stałym. Zebrany w większych ilościach stanowi białą sypką substancję, która rozpływa się w powietrzu, gdyż bardzo łatwo wchłania wilgoć. Fosfor ma zastosowanie w produkcji zapałek. Łebki zapałek składają się z łatwopalnej masy, lecz nie zawierają fosforu; natomiast na bocznych ściankach pudełka od zapałek znajduje się fosfor zmieszany z mielonym szkłem i innymi dodatkami. Potarty o tę masę łebek zapałki zapala się. 39. Rozpowszechnienie pierwiastków na Ziemi W toku dotychczasowej nauki poznaliście już kilkanaście pierwiastków. Jedne zaliczamy do metali, inne do niemetali. Jedne z nich są bardzo pospolite, inne spotyka się rzadko. Uczeni znają już ponad 100 pierwiastków. Niektóre (bardzo nieliczne) 73
PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU Rys. 42. Rozpowszechnienie pierwiastków na Ziemi Praca domowa żelazo wapń potas magnez wodór inne Siarka, węgiel, krzem, fosfor to niemetale; w reakcjach spalania pier- wiastki te tworzą związki z tlenem. Węgiel ma właściwości redukujące: odbiera tlen od tlenków metali; wykorzystano to przy otrzymywaniu metali z ich rud. Znamy ponad sto różnych pierwiastków, ich rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej jest niejednakowe. Wszechświat i Ziemię cechuje jedność budowy: na Słońcu, gwiazdach i planetach występują te same pierwiastki, co na Ziemi. wowane zjawisko. 3. Przygotuj zbiór różnych okazów krzemionki. Umieść je w pudeł- kach z kartonu. Przy każdym podaj nazwę minerału i miejsce, w którym go znalazłeś. Wśród okazów mogą się znaleźć kawałki skał, np. granitów, w których można wyróżnić ziarna kwarcu. pierwiastki spotykamy w przyrodzie w stanie wolnym, większość występu je w postaci związków. p Zbadano, jaki jest udział różnych pierwiastków w budowie ziemskiej (z wodami i atmosferą). Wyniki tych badań, podane w tach wagowych, (w przybliżeniu) przedstawia rysunek 42. 1. Do słoika (lub butelki), w którym spaliłeś siarkę, i do słoika „puste- go” włóż po kawałku pleśniejącego chleba. Słoiki zatkaj, po pewnym czasie porównaj rozwój pleśni. 2. Jeżeli rozporządzasz syfonem z wodą sodową, wypuść z niego tro- chę dwutlenku węgla i przeprowadź następujące doświadczenia: a) Zanurz w słoiku z tym gazem płonące drewienko. b) Ustaw na stole płonącą świecę i przechyl nad nią naczynie z dwutlen- Z podanego zestawienia widać, że rozpowszechnienie pierwiastków w skorupie ziemskiej jest nierównomierne. Tlen stanowi niemal połowę krzem zaś przeszło 1 /4 masy wszystkich pierwiastków; nie dziwi nas to, gdy przypomnimy sobie, że tlen i krzem są podstawowymi pierwiastkami wchodzącymi w skład minerałów skałotwórczych, tlen zaś wchodzi ponadto w skład wody i powietrza. Jak wynika z podanego zestawienia masa dziewięciu wymienionych pierwiastków stanowi około 99% całej masy skorupy ziemskiej, a masa wszystkich pozostałych pierwiastków Na podstawie przeprowadzonych badań ustalono, skorup wszystkich pierwiastków tworzy całe bogactwo związków chemicznych procen w naszym otoczeniu, pozostałe zaś są znacznie mniej rozpowszechnione. Dzięki ciągle doskonalonym metodom badań naukowych udało się ustalić, jaki jest skład chemiczny planet, Słońca i dalekich gwiazd. Można też łatwo poddać badaniom chemicznym przybyszów z kosmosu—meteo- ryty, spadające od czasu do czasu na Ziemię. Okazało się, że gwiazdy, Słońce, planety i meteoryty złożone są z tych samych pierwiastków, co Ziemia.
PYTANIA 1. Dlaczego w tlenie spalanie siarki zachodzi znacznie intensywmei „u w powietrzu? ntz 2. Stare beczki do kiszenia kapusty należy przed użyciem „wykadzir” spalając w nich siarkę. Dlaczego? 7 yRadzlc , Rys. 43. Tarnobrzeg. Składowisko rudy siarkowej 3. Czym różnią się sposoby „przelewania” dwutlenku węgla i wodoru? Wytłumacz, co jest powodem różnicy. 4. Dlaczego dwutlenek węgla używany jest do wypełniania gaśnic? 5. Do jakiego typu reakcji zaliczysz redukcję tlenków metali za pomocą węgla? 6. Wymień cechy znanych Ci pierwiastków niemetalicznych. Czym się te pierwiastki różnią między sobą? 7. Napisz wzory strukturalne dwutlenku siarki, dwutlenku węgla i dwu- tlenku krzemu. 76 vn. WODA JAKO ROZPUSZCZALNIK 40. Rozpuszczanie substancji w wodzie '• DOŚWIADCZENIE 45. Wlej do trzech probówek po 10 ml wody; do jednej wrzuć mielonej kredy, do drugiej kilka kryształków nadman- ganianu potasu, a do trzeciej nieco cukru. Po dokładnym wymiesza- niu zawartości każdej z probówek ustaw je na statywie. Woda z kredą tworzy ciecz mętną, tak zwaną zawiesinę, której cząstki można dostrzec nawet gołym okiem; po pewnym czasie opadają one na dno probówki, oddzielając się od wody. Mówimy, że kreda nie rozpuszcza się w wodzie. Inaczej wygląda zawartość obu pozostałych probówek; już podczas mieszania substancji można było spostrzec, że stopniowo ubywa kryształ- ków nadmanganianu potasu i cukru i że w końcu znikły one zupełnie. Ciecz jest przezroczysta i nawet pod mikroskopem nie znaleźlibyśmy w niej śladów żadnego z tych ciał. Nadmanganian potasu i cukier rozpuszczają się w wodzie i powstają roztwory wodne nadmanganianu potasu i cukru. Woda jest rozpusz- czalnikiem, sól lub cukier są substancjami rozpuszczonymi. W roztworze cząsteczki substancji rozpuszczonej są tak do- kładnie wymieszane z cząsteczkami rozpuszczalnika, że nie można ich wyróżnić nawet przy silnych powiększeniach. /Mówimy, że roztwory są mieszaninami jednorodnymi. Substancje rozpuszczalne w wodzie tworzą z nią roztwory. Należą
78 do nich na przykład: cukier, sól kuchenna, soda. Oprócz nich istniej również substancje nierozpuszczalne w wodzie, na przykład kreda piasek, siarka. Sprawdźmy, czy w danej ilości wody może się rozpuścić każda dowolna ilość soli. — DOŚWIADCZENIE 46. Odważ cztery porcje po 10 g soli kuchennej. wT Do. 100 g (100 ml) wody w zlewce wsyp pierwszą porcję soli i wymie- szaj ją z wodą. Po całkowitym rozpuszczeniu się soli powtórz kolejno tę samą czynność z drugą, trzecią i czwartą porcją soli. Przekonaliśmy się, że w danej ilości wody nie może rozpuścić się dowolna ilość soli. W temperaturze pokojowej w 100 g wody rozpuściło się 30 g soli, lecz dalsze 10 g rozpuszcza się tylko częściowo, choć starannie mieszamy. Część soli opada na dno. Roztwór, w którym w danej temperaturze już więcej soli nie może się rozpuścić, nazywamy nasyconym. Roztwór nasycony soli kuchennej w temperaturze 20°C zawiera 36 g soli i 100 g wody. Zbadajmy, jak przy podwyższaniu temperatury zmienia się ilość substancji potrzebna do otrzymania roztworu nasyconego. DOŚWIADCZENIE 47. Do probówki zawierającej około 5 ml wody wsypuj po trochu saletrę potasową aż do otrzymania roztworu nasy- conego, to znaczy do momentu, kiedy na dno probówki zaczną opadać kryształki, które już nie mogą się rozpuścić. Ogrzej zawartość pro- bówki, a gdy kryształki się rozpuszczą, dosypuj po trochu nowe porcje saletry. Nasycony w temperaturze pokojowej (20“C) roztwór saletry stał się nienasycony po ogrzaniu. Im wyższa temperatura, tym więcej saletry potrzeba, aby doprowadzić daną objętość jej roztworu do stanu nasy- cenia. Jest reguła, że im wyższa temperatura, tym więcej substancji roz- puści się w danej ilości rozpuszczalnika. W temperaturze 20cC w 100 g roztworu nasyconego znajduje się np. 24 g saletry potasowej, a w temperaturze 80°C już 62,8 g, to jest blisko trzy razy tyle. Nie wszystkie substancje jednakowo łatwo rozpuszczają się w wodzie. Gips na przykład rozpuszcza się w niej w tak niewielkich ilościach, że gdy po ukończeniu mieszania opadnie na dno naczynia, trudno zauważyć, że go cokolwiek ubyło; cukier natomiast rozpuszcza się w wodzie bardzo dobrze. Rozróżniamy więc substancje dobrze rozpuszczalne, słabo rozpusz- czalne i nierozpuszczalne w wodzie. Do tych ostatnich zaliczamy na przy- kład kredę lub szkło. Substancje te przechodzą do roztworu w tak mini- malnym stopniu, że możemy je uważać praktycznie za nierozpuszczalne. 41. Stężenie procentowe roztworu W doświadczeniu 46 w danej ilości roztworu znajdowało się coraz więcej rozpuszczonej soli; mówimy, że wzrastało stężenie roztworu. . W życiu codziennym i w technice bardzo duże znaczenie ma umiejęt- ność przygotowywania roztworów o określonym stężeniu. Stężenie wy- raża się często w procentach, podając, ile gramów substancji rozpuszczonej znajduje się w 100 g roztworu. Na przykład roztwór 2% (czytaj: dwupro- centowy) zawiera w 100 gramach roztworu 2 gramy substancji rozpusz- czonej. Obliczmy, jakie było procentowe stężenie roztworu z doświadczenia 46 po dodaniu pierwszej porcji soli do wody. Obliczamy masę roztworu: 100 g 4-10 g = 110 g woda sól roztwór i stosujemy znany schemat: 110 g roztworu — 10 g soli, 100 g roztworu — x g soli, x _ 100 10 “ 110 ’ x = • 100 = 9,09. 110 Zawartość soli w tym roztworze wynosiła 9,09%.
DOŚWIADCZENIE 49. Ogrzej w parowniczce kilka ml roztworu Chemia dla kleVII Rys. 45. Sączenie Gdyby mętny, Przy szybkim stygnięciu roztworu wydzielają się z niego drobne kryształy saletry. Gdy pozostawimy roztwór przez dłuższy czas w tempe- raturze pokojowej, wtedy w zlewce wskutek powolnego parowania wody powstają duże kryształy saletry. Woda wyparowała z roztworu, sól zaś pozostała w naczyniu w posta- ci drobniutkich kryształków. Kryształki substancji rozpuszczonej można też wydzielić z roztworu innym sposobem. Roztwór, który zawiera mały procent substancji rozpuszczonej zywamy rozcieńczonym, gdy zaś procent ten jest duży — Roztwór stężony można rozcieńczyć, mieszając go z wodą DOŚWIADCZENIE 48. a) Pozostaw w zlewce na kilka godzin za- wiesinę kredy w wodzie. Po „ustaniu się” zawiesiny zlej wodę znad 42. Wydzielanie substancji stałej z zawiesiny i z roztworu wodnego Cząstki kredy w zawiesinie są olbrzymie w porównaniu z cząstecz- kami wody; opadają one na dno naczynia i znad osadu można odlać czystą wodę. Gdy składniki zawiesiny rozdzielamy za pomocą sączenia, cząstki kredy pozostają na sączku, a cząsteczki wody przenikają przez pory w bibule i spływają do naczynia pod lejkiem. W jaki sposób można wydzielić substancję stałą z roztworu? Obie stosowane poprzednio metody zawodzą. Cząsteczki substancji rozpusz- czonej ani nie opadają na dno naczynia, ani nie dadzą się oddzielić od rozpuszczalnika za pomocą sączenia, gdyż są tak maleńkie, że przenikają przez pory sączka razem z cząsteczkami wody. Są jednak inne sposoby rozdzielania składników roztworu. DOŚWIADCZENIE 50. Sporządź w zlewce gorący, nasycony roz- twór saletry i wstaw zlewkę z roztworem do zimnej wody. Obserwuj powstawanie kryształków w miarę ostygania roztworu. Zlej znad kryształków do drugiej zlewki zimny, nasycony roztwór, wrzuć do niego parę kryształków saletry. Obejrzyj kryształy po upływie paru Wszystkie wody naturalne zawierają większą lub mniejszą ilość roz- puszczonych substancji. Woda z kranu, pozornie czysta, jest bardzo rozcieńczonym roztwo rem różnych związków, które tworzą nikły osad na szkiełku. DOŚWIADCZENIE 51. Ogrzewaj ostrożnie na szkiełku parę kropli wody z kranu, a gdy szkiełko wyschnie, obejrzyj je uważnie. osadu, b) Przygotuj z bibuły sączek, tak jak to wskazuje rys. 44. W tym celu złóż dwukrotnie kwadrat bi- buły (J, B), zetnij jego naroże (C) i rozwiń otrzymany krążek, nadając mu kształt lejka (D). Umieść sączek w lejku i po zwilżeniu bibuły wodą przefiltruj kilka ml zawiesiny, jak wskazuje rys. 45. Zwróć uwagę na sposób wprowa- dzania cieczy na sączek oraz na ustawienie rurki lejka w zetknięciu ze ścianą zlewki. Postaraj się ob- jaśnić celowość takiego postępowa- nia. Zastanów się, dlaczego sączek nie dotyka brzegów lejka otrzymany przesącz był przefiltruj go powtórnie.
PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU Rys. 46. Hodowanie kryształów soli PYTANIA I ZADANIA Praca domowa na pręciku. Po paru godzinach wyjmij ostroż- nie nitkę z roztworu i usuń osadzone na niej kryształki, pozostawiając jeden lub dwa naj- większe. Nitkę zanurz ponownie w roztwo- rze; dla ochrony przed kurzem przykryj luźno szklankę podziurkowanym papierem i pozo- staw ją na kilka dni w miejscu o stałej tempe- raturze (rys. 46). 3. Oczyść sól kuchenną od domieszek pias- ku za pomocą rozpuszczania, sączenia i odpa- rowania roztworu. Jak można oczyścić wodę od nielotnych składników w niej rozpusz czonych? Przy odparowywaniu wydzielają się z roztworu substancje roz puszczone, a czysta woda ulatnia się w postaci pary. Aby więc z wody naturalnej (morskiej, rzecznej, studziennej) uzy- skać czystą wodę, należy przeprowadzić tę parę skroplić. Proces ten nazywamy destylacją. Dokładny opis de stylacji znaj dziecię w podręczniku fizyki dla kl. VII. Woda deszczowa powstaje także przez skroplenie pary wodnej; jes więc produktem naturalnej destylacji, która zachodzi w przyrodzie. Roztwory wodne otrzymujemy przez dodanie do wody substancji w niej rozpuszczalnych. Cząsteczki substancji rozpuszczonej mieszają się z cząsteczkami wody tak dokładnie, że nie można ich rozróżnić na- wet przy użyciu mikroskopu. W odróżnieniu od zawiesiny roztwory są przezroczyste; cząstki substancji rozpuszczonej nie opadają na dno naczynia. Mówimy, że roztwory są mieszaninami jednorodnymi. Roztwór, zawierający w określonej ilości rozpuszczalnika małą ilość substancji rozpuszczonej, nazywamy rozcieńczonym — w odróżnieniu od stężonego, który rozpuszczonej substancji zawiera dużo. Roztwór, w którym danej substancji nie można już więcej rozpuścić, nazywa się nasyconym. Stężenie roztworu podane w procentach wskazuje, ile gramów substan- cji rozpuszczonej zawiera się w 100 g roztworu. Substancję stałą można wydzielić z roztworu przez odparowanie. Z wody naturalnej otrzymuje się czystą wodę przez destylację. 1. Przygotuj 500 g czteroprocentowego roztworu soli kuchenne]; oblicz potrzebne ilości wody i soli, odważ je i wymieszaj w garnuszku lub słoiku. Zbadaj, jaki jest smak roztworu o tym stężeniu i porównaj ze smakiem solonej zupy. 2. „Wyhoduj” kryształy soli kuchennej. W tym celu przygotuj w szklance nasycony na gorąco roztwór soli i zanurz w nim nitkę zawieszoną 1. Podaj kilka przykładów substancji rozpuszczalnych i nierozpusz- czalnych w wodzie. 2. Jak oddziela się wodę od składników stałych, które tworzą w niej zawiesinę, a jak od składników, które są w niej rozpuszczone? 3. Oblicz, jaki jest skład procentowy roztworu z doświadczenia 46 po dodaniu do tego roztworu a) drugiej, b) trzeciej porcji soli. 4. Ile procent soli kuchennej zawiera jej roztwór nasycony w tem- peraturze równej 20°C (patrz § 40)? 5. Która z wód naturalnych jest najbardziej zbliżona składem do wody destylowanej? Jakie zawiera domieszki?
ZASADY W życiu codziennym tlenek wapniowy nazywamy wapnem palonym, wodorotlenek wapniowy — wapnem gaszonym, a reakcję wapna palone- go z wodą — gaszeniem wapna. O gaszeniu wapna będziecie się jeszcze uczyli w klasie VIII. Wiemy już, jak powstają tlenki metali; otrzymaliśmy niektóre z nich doświadczalnie i poznaliśmy ich właściwości fizyczne. Obecnie zbadamy, czy zachodzi reakcja pomiędzy tlenkami metali i wodą. DOŚWIADCZENIE 52. Wymieszaj z wodą w probówkach małe ilości: a) tlenku żelazowego, b) tlenku miedziowego, a następnie oddziel ciecz od osadów przez filtrowanie. Kroplę każdego przesączu prze- nieś pałeczką szklaną na różowy papierek lakmusowy*. Do po- zostałej porcji jednego i drugiego przesączu dodaj po parę kropel alkoholowego roztworu fenoloftaleiny**. Obserwuj, czy nastąpią jakie zmiany. DOŚWIADCZENIE 53. Spal parę wiórów wapnia i zbierz otrzyma- ny tlenek wapniowy do parowniczki. a) Część tlenku wapniowego wsyp do probówki i dodawaj wody krop- lami dopóki będzie wsiąkać. Obserwuj przebieg zjawiska. Tlenek wapniowy nasiąka wodą i silnie się rozgrzewa. b) Dolej do probówki jeszcze kilka mililitrów wody i wstrząśnij. Gdy osad nieco osiądzie, zlej ciecz znad osadu. c) Kroplę roztworu przenieś pałeczką szklaną na różowy papierek lakmusowy. * Papierek lakmusowy to bibuła nasycona roztworem lakmusu, barwnika otrzyma- nego z pewnych roślin. ** Fenoloftaleina — to substancja otrzymana sztucznie. Do doświadczeń używamy jej roztworu alkoholowego. Papierek lakmusowy i roztwór fenoloftaleiny nie zmieniają zabarwienia ani w zetknięciu z czystą wodą, ani po jej uprzednim wymieszaniu z tlen- kiem żelazowym lub miedziowym. Bezwodny roztwór fenoloftaleiny nie zmienia się również w zetknięciu z tlenkiem wapniowym. Natomiast w cieczy, otrzymanej w wyniku doświadczenia 53, fenoloftaleina przy- brała barwę malinową, a papierek lakmusowy — niebieską. Widocznie między tlenkiem wapniowym i wodą zaszła reakcja chemiczna i produkt tej reakcji spowodował zmianę barwy fenoloftaleiny i lakmusu. Cząsteczki tlenku wapniowego łączą się z cząsteczkami wody — pro- dukt syntezy jest związkiem chemicznym, którego cząsteczki złożone są z atomów wapnia oraz atomów tlenu i wodoru, tworzących grupy wodo- rotlenowe —O—H. O- H > Ca Ten związek nazywamy wodorotlenkiem wapniowym. W cząs- teczce wodorotlenku wapniowego każda wartościowość atomu wapnia łączy się z jednowartościową grupą wodorotlenową. Przebieg reakcji łączenia się tlenku wapniowego z wodą zapisujemy w postaci następującej: DOŚWIADCZENIE 54. Nieco suchego wodorotlenku wapniowego ogrzewaj w probówce, trzymając ją pochyło. Po zakończeniu procesu ostudź probówkę i dodaj do otrzymanego proszku parę kropel wody. H2O cząsteczka wody Ca(OH)2. cząsteczka wodorotlenku wapniowego 43. Działanie wody na tlenki metali CaO cząsteczka tlenku wapniowego d) Dolej roztworu fenoloftaleiny do części pozostałego przesączu. e) Dolej roztworu fenoloftaleiny do tlenku wapniowego w parow- niczce. f) Powtórz próbę c) i d) z czystą wodą.
Przy ogrzewaniu wodorotlenku wapniowego na zimnych ściankach probówki osiadają krople wody. Wodorotlenek wapniowy rozkłada się na tlenek wapniowy i wodę: Ca(OH)- - Ca O 4- H2O. Gdy powstały’ tlenek wapniowy zmieszamy z wodą, to z powrotem otrzymamy wodorotlenek wapniowy. ““1 DOŚWIADCZENIE 55. Rozetrzyj w palcach bardzo małą ilość otrzy- manego wodorotlenku wapniowego. Kilka kropel przesączu, otrzy- manego w doświadczeniu 53, ogrzewaj ostrożnie na szkiełku, dopóki nie ulotni się woda. Po zmieszaniu z wodą wodorotlenek wapniowy tworzy zawiesinę. Czy to dowodzi, że nie rozpuszcza się w wodzie? Odsączona ciecz (doświadczenie 53) jest roztworem, gdyż po odpa- rowaniu pozostawia na szkiełku osad. Wynika z tego, że wodorotlenek wapniowy wprawdzie w niewielkim tylko stopniu) rozpuszcza się jednak w wodzie. W roztworze wodorotlenku wapniowego, zwanym wodą wa- pienną, papierek lakmusowy barwi się na niebiesko, roztwór zaś fenolo- ftaleiny — na malinowo*. Wodorotlenek wapniowy działa żrąco na tka- niny i skórę. Po roztarciu w palcach wilgotnego wapna skóra staje się śliska, gdyż zasada rozmiękcza i niszczy naskórek; podczas nieostrożnej pracy z wapnem mogą powstać na dłoniach rany. Wodorotlenek wap- niowy niszczy’ także bakterie, grzybki pasożytnicze oraz jajeczka i larwy owadów’. DOŚWIADCZENIE 56. Spal nieco magnezu, zbierz otrzymany tle- nek magnezowy do parowniczki, dolej wody i rozetrzyj pałeczką szklaną. Zawartość parowniczki przesącz i przeprowadź próbę z fenoloftaleiną i papierkami lakmusowymi (por. doświadczenie 53). Tlenek magnezowy przereagował z wodą, a produkt reakcji tworzy z wodą roztwór, w którym lakmus barwi się na niebiesko, a fenolofta- leina na malinowo. * Zamiast, roztwor fenoioftaleiny, papierek lakmusowy — będziemy odtąd często W reakcji tlenku magnezowego z wodą powstał wodorotlenek magne- zowy: O—H Mg O • O H O—H MgO + H2O —Mg(OHj2. Cząsteczka wodorotlenku magnezowego składa się z atomu magnezu i dwu grup wodorotlenowych. Z wielu tlenków metali i wody powstają wodorotlenki metali. Nie wszystkie tlenki metali reagują z wodą. Przekonaliśmy się o tym, przeprowadzając doświadczenie 52. 44. Działanie wapnia i sodu na wodę g DOŚWIADCZENIE 57N. Do probówki, zaopatrzonej w korek z rurką szklaną połączoną z rurką gumową, nalewamy kilka mililitrów wody, wyrzucamy wiórek wapnia, szybko zatykamy korek i zbieramy nad wfodą wydzielający się gaz (rys. 47). Zebrany gaz badamy pło- nącym łuczywem; do produktu działania wrody na wapń dodaje- my parę kropel fenoioftaleiny. W reakcji pomiędzy wapniem i wodą powstał wodór i wodorotle- nek wapniowy: Ca -4- 2H2O - 2H -4- Ca(OH).». Fł DOŚWIADCZENIE 58N. Ka- Ry* 47’ Dziabnie wody na uapn ^7 wałeczek sodu wielkości grochu r “ oczyszczamy bibułą z nafty’, owijamy bardzo starannie w gęstą siatkę miedzianą, a następnie za pomocą szczypiec szybko wkłada - dla wygody mówić: fenoloftaleina, lakmus. 87
więc z jedną grupą wodo 45. Wodorotlenek sodowy Zapoznajmy się bliżej z wodorotlenkiem sodowym dołów ustępowych, bielenia oor oraz łatwo sodu jest jednowartościowy, łączy ro tlenową: Z przebiegu tego doświadczenia mo- żemy wywnioskować, że podczas działa- nia wody na sód powstał również wo- wodorotlenek sodowy, który rozpuszcza się w wodzie. Atom 1 DOŚWIADCZENIE 59. 1. Parę kawałków wodorotlenku sodowego -!• wrzuć do probówki z małą ilością wody, wstrząśnij lekko, a po chwili dotknij ręką dna probówki. Parę kropel stężonego roztworu wodoro- tlenku sodowego przenieś pręcikiem szklanym na: a) kawałek drewna, b) bibułę, c) skrawek skóry. Kroplę rozcieńczonego roztworu rozetrzyj między palcami oraz sprawdź jego działanie na lakmus i fenoloftaleinę. 2. Kawałek wodorotlenku sodowego umieść na szkiełku i obejrzyj go po kilkunastu minutach. UWAGA! Przy wykonywaniu doświadczenia zachowaj ostrożność — używaj szczypiec, gdyż wodorotlenek sodowy i jego roztwór mają właściwości żrące. Wodorotlenek sodowy jest substancją stałą, bardzo dobrze rozpusz- czalną w wodzie. Jego cząsteczka ma wzór NaOH. W roztworze wod- nym wo się w puszkach, gdyż wchłaniając wilgoć z powietrza, rozpływa się w wodzie i mają tak silne właściwości zasadowe jak wodorotlenek sodowy. Wodorotlenek sodowy ma zastosowanie w wielu gałęziach przemy- słu: używa się go do produkcji mydła, papieru, sztucznych włókien, barwników. W przemyśle naftowym jest używany do oczyszczania nafty i innych produktów, w hutnictwie aluminium stego tlenku glinowego. Wodorotlenek wapniowy ma przede wszystkim zastosowanie w bu- downictwie. Mieszając wapno gaszone z piaskiem i wodą otrzymujemy zaprawę murarską, która wiąże cegły i tworzy tynk. Gęsta zawiesina wapna gaszonego w wodzie, zwana mlekiem wapien- nym, jest używana do odkażania ścieków wodorotlenku sodowego fenoloftaleina barwi się na malino- a lakmus na niebiesko. Stały wodorotlenek sodowy przechowuje szczelnie zamkniętych naczyniach lub zalutowanych blaszanych handlu wodorotlenek sodowy nosi nazwę sody kaustycznej lub sody żrącej. Istot- nie, ma on właściwości żrące; niszczy drewno, papier, tkaniny i skórę. Palce zwilżone roztworem wodorotlenku sodowego są śliskie. Przepro- wadzając z nim doświadczenia należy zachować ostrożność, w szczegól- ności zaś trzeba chronić oczy, gdyż może on spowodować trudno gojące się rany, a nawet utratę wzroku. Zestawmy wzory cząsteczek poznanych wodorotlenków: NaOH — wodorotlenek sodowy, Ca(OH)2 — wodorotlenek wapniowy, Mg(OH)2 — wodorotlenek magnezowy. Każdy z tych związków zawiera w cząsteczce atom metalu i jedną lub dwie grupy wodorotlenowe. Atom jednowartościowego sodu związany jest z jedną grupą —OH, atomy zaś metali dwuwarto- ściowy ch — z dwiema. Przekonaliśmy się, że wszystkie te związki mają podobne właściwości — nazywamy je zasadami. W roztworach zasad lakmus zmienia barwę na niebieską, a fenoloftaleina barwi się na malinowo. Zasadami są wodo- rotlenki: sodowy, potasowy, wapniowy, magnezowy i wiele innych. Zasady, które bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie i mają wła- ściwości żrące, nazywamy alkaliami, ich roztwory zaś — ługami. Roztwór wodny wodorotlenku sodowego nazywa się ługiem sodowym.
KWASY PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU 47. Działanie wody na tlenki niemetali DOŚWIADCZENIE 60. W trzech napełnionych tlenem cylindrach PYTANIA I ZADANIA sodu zawiera wodorotlenek pięciotlenek fosforu Po zbadaniu działania wody na tlenki metali przeprowadzimy podobne próby z tlenkami niemetali. ścian i pni drzew owocowych; jest ona także składnikiem płynów używa- nych do spryskiwania roślin w walce z ich szkodnikami. Wapnem nawozi się pewne gatunki gleby w celu zwiększenia ich urodzajności. W przemyśle cukrowniczym wodorotlenek wapniowy jest stosowany do oczyszczania soku buraczanego, a w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym — do otrzymywania wielu cennych produktów. 1. Co to jest woda wapienna? 2. Napisz równania reakcji zachodzących przy następujących prze mianach: Ca^CaO^Ca(OH)2- 3. Jakie właściwości wodorotlenku sodowego odróżniają go od wo doro tlenku magnezowego? 4. Oblicz, ile procent tlenu, wodoru sodowy. 5. Do jakiego typu reakcji zaliczamy gaszenie wapna? 6. Ile wodorotlenku sodowego zawiera się w 150 g jego dwudziesto- procentowego roztworu? 7. Napisz wzór strukturalny cząsteczki: a) wody, b) wodorotlenku sodowego. Porównaj skład obu cząsteczek. * Mocne zasady w stężonych roztworach niszczą również fenoloftaleinę, może się więc zdarzyć, że w doświadczeniu zabarwienie fenoloftaleiny nie wystąpi lub zniknie po wystąpieniu. przykryj cylindry płytkami szklanymi i wstrząsaj przez parę minut. Sprawdź, jaki jest smak otrzymanych roztworów, a następnie za- wartość każdego cylindra podziel na dwie części; z jednej przenieś po kilka kropel cieczy na niebieski i różowy papierek lakmusowy, do drugiej wpuść kilka kropli fenoloftaleiny. Użyte do doświadczenia tlenki niemetali przereagowały z wodą, a pro- dukty ich reakcji mają smak kwaśny i zmieniają barwę lakmusu na różo- wą. Nazywamy je kwasami. W obecności kwasów fenoloftaleina nie ulega zabarwieniu. Produktem reakcji dwutlenku siarki z wodą jest kwas siarkawy: SO2 + H2O H2SO3. dwutlenek siarki woda kwas siarkawy Dwutlenek węgla z wodą tworzy kwas węglowy: H2CO3} kwas węglowy cząsteczki H3PC\ 2H3PO4. kwas fosforowy Tlenek wapniowy i tlenek magnezowy reagują z wodą; pro- duktami reakcji są wodorotlenki: Ca(OH)2 i Mg(OH)2, będące zasadami. Cząsteczki tych wodorotlenków składają się z atomu metalu i jedno war teściowych grup wodorotlenowych —OH. Zasadą jest także wodorotlenek sodowy NaOH, zwany sodą żrącą. W wod- nych roztworach zasad fenoloftaleina barwi się na kolor malinowy*, lakmus zaś na niebieski. Mocne zasady: sodowa i wapniowa mają właściwości żrące; niszczą papier, tkaniny, skórę, są w dotyku śliskie. Wodorotlenki sodowy i wapniowy mają bardzo duże zastosowanie w wielu dziedzinach gospodarki narodowej. CO2 I H2O dwutlenek węgla woda pięciotlenek fosforu — kwas fosforowy o wzorze P2O5 -I 3H2O woda
nii zasady, inaczej * nUM zupełnie mne właś< dnab* na l*kmv» t fcooloftalcinę, mny jest ich *kbd chemiczny. Ram wy rtMd od różnią Mę od roztworów kwasów za pomocą lak- musu lub feooioftBkiny SuKtinck te nmemaR zabarwienie w <rodo- wisku kwa-m-m lub zasadowym, w^kazun obecność kwasów i zas^.l Kwas fosforowy HJH3, fest substancją bardzo dobrze rozpuszczającą aię w wodzie U’ handlu spotyka się go najczckiej w postaci uczonego roztworu widnego, jako gę*tą ciecz, działającą żrąco na skórę, Jego roz- twór wodny nu smak bardziej kwa ny i barwi lakmus mocniej rur kwas węglowy lub siarkawy, jest on kwasem trwałym O roztworach. w których lakmus barwi się na niebiesko, a fe- noloftaieina na malinowo, mówimy, że mają odczyn zasadowy Roztwory , w których lakmus barwi się na różowo, a fenolo- ftaleina nie zmienia zabarwienia, maja odczyn kwaśny. Sok z czerwone) kapusty, płatków bratka lub z czarnvch tagód także .mienia zabarwienie w zależności od tego, czy znajduje się w środowisku cxa zasadowym — może więc być również użyty jako wskaźnik. DOS W IADCZEN1E61. Sprawdź za pomocy papierka lakmusowego < odcx> n roztworu kwasu; a) siarkawego, b) węglowego; ogrzej obydwa roztwory pod wyciągiem, a po paru minutach zbadaj ponownie ich Kwas węglowy i siarkawy są kwasami nietrwałymi; przy ogrzewaniu aiepną rozkładowi HfCOM ~H4O CO/*. HfSOM SO/. Przez odparowanie wody nie można więc otrzymać ich roztworów stę- żonych, a rym bardziej kwasów bezwodnych. Stopniowy rozkład tych kwasów zachodzi nawet w zwykłych tempera- turach. dlatego kwas siarkawy ma zapach dwutlenku siarki. Roztworem kwasu węglowego w wodzie test woda sodowa i stąd po chodzi jej kwaskowary, orzeźwiający smak. Zawiera ona dwutlenek węgla dwu Genek uęgL woda „musuje”. zaczyna się gwałtownie wydzielać — mówimy, ze 48. Kwas siarkowy w Wiemy już, ze atom siarki może przyłączyć dwa atomy Genu i utwo- rzyć z nimi cząsteczkę dwutlenku siarki Możliwe jest >cdxuk również połączenie jednego atomu siarki z trzema atomami tienu, < wyn.ku czego powstaje trójtlenek siarki. Trójtlenek siarki SOs można otrzymać dołączając tlen O dc darutkru siarki SOF W zwykłych warunkach reakcja taka prz niezmiernie powoli, ale można ją łatwo przyspieszyć, wystarczy rruar-7*i- cie ogrzewać mieszaninę dwutlenku siarki z tlenem łub z p.’*<trzem. zawierającym, jak wiadomo, tlen) w obecności niektórych saE-.trcji, np. platyny lub związku zwanego pięciotlenkiem wanacu Jes: rzeczą cie- kawą, że ani platyna, ani pięciotlenek wanadu nie zmieiuają uę prz> rym — sama ich obecność wystarcza do spowodowania reakcji Substancje, które przyspieszają jakąś reakcje, choć same nie ulegają przy rym zmianie, nazywamy katalizatorami. Katalizator działa tylko tam, gdzie styka się z substancjami reagują- cymi. Dlatego staramy się, by miał on dużą powierzchnię, używamv go przeważnie w postaci ziaren lub porowatej masy DOŚWIADCZENIE 62N. W parowniuzce umieszczafTA nieco ciarki, nad nią w odległości 1—2 cm umocowujemy leiek szklany, szerszą stroną w dół (rys. 49). Lejek jest połączony x rurłą x xzkta trudno tophwego, wypełnioną ziarenkami mieszaniny pięciotlenku wanadu z cementem lub szkłem wodnym Za rurką znajduic «ę pusu kolba, a za kolbą duża butla z wodą, zaopatrzona u <k4u w korek i rurkę * l>wuoc krjc Markj dwucicno ’*-ęgu ulatniali *ię 1 roztworu, co * równaniu r<
katalizator siarka Rys. 49. Aparatura do syntezy kwasu siarkowego aparatury mieszanina dwutlenku siarki z powietrzem. Po pewnym czasie przerywamy doświadczenie, odstawiamy kolbę, dolewamy do niej trochę wody i wstrząsamy kilkakrotnie. Otrzymany roztwór go- tujemy pod wyciągiem, aby ulotniły się z niego resztki dwutlenku siarki, a następnie badamy go papierkiem lakmusowym. Po przejściu mieszaniny dwutlenku siarki i powietrza przez rurę z katalizatorem w temperaturze 400°—450°C zjawiają się gęste białe dymy trójtlenku siarki. W tych warunkach dwutlenek siarki ulega utlenieniu: Trójtlenek siarki ściele się po dnie kolby w postaci białych dymów. Trójtlenek siarki łączy się z wodą tworząc kwas, który nazywamy kwasem siarkowym: DOŚWIADCZENIE 63. Zbadaj właściwości stężonego kwasu siarko- wego. 1. Wlej (ostrożnie) po ściankach probówki około 1 ml stężone- go kwasu siarkowego do takiej samej objętości wody w probówce. Obserwuj, patrząc pod światło, jak miesza się kwas z wodą. Dotknij dna probówki, by sprawdzić, jaka jest jej temperatura. 2. Zważ w małej parowniczce około 10 ml stężonego kwasu siarkowe- go i pozostaw na powietrzu, a po upływie paru godzin sprawdź, jaka jest masa parowniczki z kwasem. 3. Pod kloszem umieść parowniczkę ze stężonym kwasem siarkowym, a obok na szkiełku zegarkowym — trochę pokrojonych świeżych ja- rzyn (marchew, ziemniaki). Taką samą porcję jarzyn umieść w przy- krytym słoiku. Na drugi dzień porównaj wygląd jarzyn pod klo- szem i w słoiku. 4. Do dwu parowniczek wsyp trochę: a) cukru, b) mąki i wlej po ok. | ml stężonego kwasu siarkowego. 5. Opuść po parę kropel stężonego kwasu siarkowego na: a) drewno, b) tkaninę, c) papier. Stężony kwas siarkowy jest cieczą oleistą, bezbarwną, bez zapachu, prawie dwa razy cięższą od wody. Gdy kwas wlewamy do wody, opada on na dno naczynia i miesza się z nią, przy czym wydziela się dużo ciepła. Przygotowując roztwór kwasu siarkowego, wlewamy zawsze stężony kwas siarkowy do wody — w przeciwnym razie stę- żony gorący kwas siarkowy mógłby wyprysnąć z naczynia i spowodować poparzenie (rys. 50). HoSO Rys. 50. Rozcieńczanie kwasu siarkowego Stężony kwas siarkowy wchłania wilgoć z powietrza i dlatego „przy- bywa” go (oczywiście pozornie\ gdy jest przechowywany w nieszczelnie zamkniętym naczyniu. Dzięki tej zdolności wchłaniania wilgoci stężony kwas siarkowy używany jest do osuszania gazów. ' Kwas siarkowy stężony niszczy tkaniny, zwęgla cukier, drewno, skórę. Należy więc obchodzić się z nim ostrożnie, gdyż może spowodować niebezpieczne oparzenia, zniszczyć ubranie, sprzęty, podłogę. I 95
ton Chemia dla kl. VII 1946 1950 1955 1960 1961 1962 1964 1965 49. Kwas azotowy W § 5 dowiedzieliśmy się o istnieniu pierwiastka niemetalicznego — azotu. Nie jest łatwo otrzymać jego tlenek, a z tlenku kwas. O wytwarzaniu kwasu azotowego (HNO3) będzie mowa w klasie VIII, ale jego właści- wości poznacie teraz. DOŚWIADCZENIE 64. 1. Kroplę stężonego kwasu azotowego opuść na a) papier, b) kawałek jasnej tkaniny wełnianej, c) pióro ptasie. 2. Sprawdź, jaki zapach ma kwas azotowy i jaka jest jego rozpuszczal- ność w wodzie. 3. Opuść parę kropel rozcieńczonego kwasu azotowego: a) na nie- bieski papierek lakmusowy, b) do wywaru z czerwonej kapusty. Czysty kwas azotowy jest cieczą bezbarwną, lotną, o charakterystycz- nym, nieprzyjemnym zapachu, półtora raza cięższą od wody. W wodzie rozpuszcza się w każdym stosunku. W handlu spotyka się najczęściej jego 68-procentowy roztwór wodny, czyli stężony kwas azotowy. Powo- duje on żółknięcie papieru, piór, wełny, skóry; nie zwęgla włókien tak jak kwas siarkowy, ale niszczy tkanki roślinne i zwierzęce, wywołując nie- bezpieczne i bolesne oparzenia. W roztworze kwasu azotowego wskaźniki zmieniają zabarwienie podobnie jak w roztworach innych kwasów, lecz znacznie intensywniej niż na przykład w roztworze kwasu węglowego czy siarkawego. Kwas azotowy jest jednym z najmocniejszych kwasów. Kwas azotowy jest stosowany do otrzymywania barwników, materia- łów wybuchowych, nawozów sztucznych i wielu innych produktów. Rozbudowa przemysłu przetwarzającego azot na związki azotowe warunkuje należyty rozwój rolnictwa i wielu innych dziedzin gospodarki narodowej. W Polsce mamy duże zakłady przemysłu azotowego w Kędzierzynie, Chorzowie i Tarnowie; powstający w Puławach nowy kombinat chemiczny będzie również produkował związki azotowe. skałach osadowych zmieszana z materiałem skalnym W przemyśle kwas siarkowy otrzymuje się za pomocą metody podob- nej do tej, którą zastosowaliśmy w doświadczeniu 62. Dwutlenek siarki wytwarzamy przy tym przez spalanie siarki lub utlenianie naturalnych siarczków metali. Kwas siarkowy ma wielkie zastosowanie w różnych gałęziach prze- mysłu. Służy do produkcji innych kwasów, do wyrobu barwników, włókien i tworzyw sztucznych, środków wybuchowych, nawozów sztucz- nych; w przemyśle naftowym jest używany do oczyszczania olejów, nafty i parafiny; w elektrotechnice — do napełniania akumulatorów. Jest także stosowany do osuszania wilgotnych substancji oraz do wielu innych celów. Słusznie ktoś nazwał kwas siarkowy „krwią prze- mysłu chemicznego”, gdyż jest on dla rozwoju tego przemysłu tak potrzebny jak krew dla organizmu. Dlatego w narodowym planie gospodarczym uwzględnia się szeroko rozbudowę zakładów przemysłowych dostarczających kwasu siarkowego. Jego produkcja w Polsce Ludowej stale wzrasta. wyprodukowano 124 tys 1001 1062 Wzmożona produkcja kwasu siarkowego gwarantuje rozwój naszego przemysłu chemicznego. Siarka występuje w przyrodzie jako pierwiastek w stanie wolnym (siarka rodzima) lub też w postaci związków, na przykład siarczków me- tali. Siarka rodzima tworzy najczęściej złoża w Wydobyta z pokładów siarkonośnych jest od którego oddziela się ją przez wytapianie. W Polsce odkryto niedawno ogromne złoża siarki w okolicy Tarno- brzega. Według obliczeń geologów nasze zasoby siarki należą do naj- większych w Europie. Wydobycie siarki w Polsce stale wzrasta; część siarki zużywa się do produkcji kwasu siarkowego i innych związków siarki. Dużą ilość siarki sprzedaje się do innych krajów. Rok 1949 1950 1954 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 Produkcja siarki । w tysiącach ton l 8,7 10,6 12,3 17,2 1 25,4 132 210 235 295 431 j
50. Kwas solny Kwas solny, o wzorze cząsteczki HC1, otrzymał nazwę od soli kamien- nej, z której można go otrzymać. Zbadajmy właściwości tego kwasu. DOŚ\X IADCZENIE 65. 1. Opuść parę kropli stężonego kwasu sol- gt ne£° na kawałek tkaniny, cukru, papieru. 2. Spróbuj, jaki jest smak bardzo rozcieńczonego kwasu solnego otrzymanego przez rozpuszczenie około 5 kropel stężonego kwasu w 100 ml wody. 3. Zbadaj za pomocą lakmusu odczyn tego roztworu. Kwas solny jest roztworem wodnym chlorowodoru HC1, gazowego związku chloru z wodorem. Stężony kwas solny jest cieczą bezbarwną, przezroczystą, cięższą od wody; na powietrzu „dymi”, gdyż ulatnia się z niego chlorowodór. Nie zwęgla cukru, ani tkaniny. W wodzie rozpuszcza się w’ każdym stosunku i — podobnie jak inne kwasy — barwi lakmus na różowo. Jest kwasem mocnym. Kwas solny techniczny jest zwykle zanieczyszczony i dlatego ma zabarwienie żółte. Bardzo rozcieńczony kwas solny znajduje się w soku żołądkowym, jako składnik niezbędny w procesie trawienia białka. W przypadkach „niedokwasoty” żołądka stosuje się rozcieńczony kwas solny jako lekarstwo. Kwas solny ma szerokie zastosowanie w przemyśle: używa się go do produkcji barwników, dó oczyszczania powierzchni metali, do otrzy- mywania różnych związków chloru. W przemyśle spożywczym jest stosowany do wyrobu syropu ziemniaczanego, żelatyny i innych produk- tów. W laboratoriach chemicznych jest najpospolitszym odczynnikiem. stosunku i — podobnie jak inne kwasy — barwi lakmus 51. Skład i właściwości kwasów H2SO4 — kwas HN03 — kwas HC1 — kwas siarkowy azotowy solny Napiszmy wzory cząsteczek poznanych kwasów: H2SO3 — kwas siarkawy H2CO3 — kwas węglowy HJPO4 — kwas fosforowy Zwróćmy uwagę, że cząsteczki kwasów mają zawsze w swym składzie atomy wodoru. W cząsteczce każdego kwasu atomy wodoru związane są z grupą atomów, zwaną resztą kwasową. Reszta kwasowa jest w czą- steczce każdego kwasu inna: kwas siarkowy zawiera resztę kwasową dwuwart ościową, związaną z dwoma atomami- wodoru: H2SO4, kwas 99 98 azotowy — resztę jednowartościową związaną z jednym atomem wodoru: HNOa, a kwas fosforowy — resztę trójwartościową związaną z trzema atomami wodoru: H3PO4. W cząsteczce kwasu solnego HC1 reszta kwaso- wa składa się tylko z jednego atomu i nie zawiera tlenu, dlatego kwas ten zaliczamy do kwasów beztlenowych. Poznawszy skład i właściwości kwasów, możemy je opisać dokładniej: ów wodoru i z reszt kwasowych; w roztworach Kwasy są to związki chemiczne, których cząsteczki składają się z ato wodnych kwasów lakmus barwi się na różowo. PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU Dwutlenek siarki, trójtlenek siarki, dwutlenek węgla i pięciotlenek fosforu reagują z wodą, a produktami reakcji syntezy są kwasy. Roztwory kwasów barwią lakmus na różowo. Bardzo duże znaczenie w przemyśle mają kwasy: siarkowy, azotowy, solny. Praca domowa • 1. Przygotuj wywar z liści czerwonej kapusty. Otrzymany roztwór będzie Ci służył za wskaźnik. Przynieś go na lekcję chemii i sprawdź, jak zmienia się jego zabarwienie po dodaniu: a) kwasu, b) zasady. 2. Posługując się tym wskaźnikiem poszukaj w domu kwasów, na przykład wśród produktów spożywczych. Możesz sprawdzić swe spo- strzeżenia za pomocą papierka lakmusowego. PYTANIA I ZADANIA 1. Napisz wzory cząsteczek kilku znanych Ci kwasów. Jakie pierwiastki wchodzą w skład reszt kwasowych? W jednej probówce znajduje się kwas, w drugiej zasada, w trzeciej woda. Podaj sposoby, które zastosowałbyś do rozróżnienia tych substancji. Co nazywamy wskaźnikami? Dlaczego kwas siarkowy nazwano „krwią przemysłu chemicznego”? Wymień zastosowania kwasów: azotowego i solnego. Lavoisier nazwał tlen Oxygenium, co znaczy „kwasotwórczy . Zastanów się, czy ta nazwa jest w każdym przypadku słuszna. Oblicz, ile kwasu siarkowego zawiera się w 200 g jego 10-procento- wego roztworu.
atom magnezu cząsteczka (dwa atomy) wodoru Żelazo innych metali. Miedź z kwasem solnym nie reaguje Otrzymana sól to chlorek magnezowy. Wzór cząsteczki MgCl2 wskazuje na to, że składa się ona z jednego atomu magnezu i dwu atomów chloru. W reakcji kwasu solnego z cynkiem i żelazem powstają sole: chlorek cynkowy i chlorek żelazawy. W reakcji kwasu solnego z wielu metala i wodór. DOŚWIADCZENIE 66. Wrzuć do probówki, w której jest rozcień- czony kwas solny (w stosunku 1:5), kilka wiórków magnezowych. Zamknij szybko probówkę korkiem z rurką odprowadzającą i zbieraj Rys. 51. Działanie kwasu solnego na metale W zetknięciu magnezu z rozcieńczonym kwasem solnym tworzą się pęcherzyki — wydziela się wodór, metalu zaś stopniowo ubywa. Po od- parowaniu cieczy uzyskujemy na szkiełku proszek, który nie ma już właściwości metalu, ani właściwości kwasu. Otrzymany produkt reakcji nazywamy solą. wydzielający się gaz nad wodą (rys. 51). Zbliż płonące drewienko do wylotu probówki z gazem; kilka kropel cieczy pozostałej po reakcji odparuj ostrożnie na szkiełku nad płomieniem palnika. Powtórz to doświadczenie wrzucając do kwasu trochę: a) pociętej blachy cynkowej, b') opiłków lub gwoździków żelaznych, c) opiłków lub pociętych dru- cików miedzianych. Na czym polega „znikanie” metalu w tej reakcji? Wodór, związany w cząsteczce kwasu z resztą kwasową, wydziela się jako wolny gaz, na jego zaś miejsce wchodzi magnez. Atomy magnezu wypierają wodór z cząsteczek kwasu i łączą się z resztami kwasowymi, tworząc cząsteczki soli. Każdy atom magnezu wypiera dwa atomy wodoru (gdyż jest dwuwartościowy), musi więc reagować z dwiema cząsteczkami kwasu solnego. 2 HC1 -> MgCl2 2 cząsteczki cząsteczka kwasu solnego chlorku magnezowego
53. Działanie kwasu solnego na tlenki etali DOŚWIADCZENIE 67. Wsyp do trzech probówek po troszku: a) tlen- ku magnezowego, b) tlenku cynkowego, c) tlenku miedziowego i dolej rozcieńczonego kwasu solnego. Ogrzej probówkę, aby przyspieszyć reakcję, która w temperaturze pokojowej zachodzi powoli. Po reakcji odparuj na szkiełku po kilka kropli każdego roztworu. W wyniku reakcji kwasu z zasadą otrzymaliśmy substancję, której roztwór nie ma ani właściwości zasadowych, ani kwasowych; nie barwi się w nim fenoloftaleina, nie zmienia barwy lakmus. Mówimy, że odczyn roztworu jest obojętny. Reakcję zasady z kwase II nazywamy reakcją zobojętnienia; Tlenki metali reagują z kwasem solnym, a produktami reakcji są sole — substancje o innych zupełnie właściwościach niż kwas i tlenki. Czarny i nierozpuszczalny w wodzie proszek, tlenek miedziowy, w reakcji z kwasem solnym tworzy niebieskozieloną sól, chlorek miedziowy, dobrze rozpuszczalny w wodzie. CuO + 2HC1 -> CuCl2 4- H2O I I . • I-------------------------1 cząsteczka 2 cząsteczki cząsteczka cząsteczka tlenku miedziowego kwasu solnego chlorku wody miedziowego Podczas reakcji nie wydziela się gazowy wodór, gdyż wiąże się on z tlenem, tworząc wodę. W podobny sposób przebiega reakcja między kwasem solnym i po- zostałymi tlenkami; jako jej produkty powstają sole: chlorek magnezowy i chlorek cynkowy. MgO + 2 HC1 -> MgCl2 + H2O i l ZnO + 2 HC1 -*> ZnCl2 + H2O i! W reakcjach kwasu solnego z tlenkami metali powstają sole i woda. 54. Działanie kwasu solnego na zasady DOŚWIADCZENIE 68. Do probówki, zawierającej kilka ml roz- cieńczonego roztworu zasady sodowej z dodatkiem fenoloftaleiny, dolewaj kroplami rozcieńczonego kwasu solnego, stale wstrząsając cieczą. Gdy zabarwienie fenoloftaleiny zacznie blednąc, wkraplaj dalej kwas bardzo uważnie — do momentu, kiedy jedna jego krop a o barwi roztwór całkowicie. Produkt reakcji przelej do parowrucz i odparuj do suchości. Obejrzyj otrzymaną substancję, rozpuść J w wodzie, zbadaj roztwór niebieskim i czerwonym papier e lakmusowym i spróbuj, jaki jest smak roztworu. jej produktami są sól i woda. NaOH 4- HC1 . l_____________________i cząsteczka cząsteczka zasady sodowej kwasu solnego NaCl 4- cząsteczka wody cząsteczka chlorku sodowego W reakcji zobojętnienia grupa wodorotlenowa (z cząsteczki zasady) łączy się z atomem wodoru (z cząsteczki kwasu) i tworzy z nim cząsteczkę wody. „Znika” więc z roztworu kwas i zasada. Atom metalu łączy się z resztą kwasową, tworząc cząsteczkę soli. Po odparowaniu roztworu, na dnie parowniczki pozostaje biały osad o smaku słonym — chlorek sodowy NaCl. Związek ten otrzymaliśmy już poprzednio przez syntezę z chloru i sodu (§ 20). Znamy go dobrze z życia codziennego pod nazwą soli kuchennej. Chlorek sodowy jako minerał zwany jest solą kamienną. Wytworzyliśmy w pracowni związek, który występuje w przyrodzie. 55. Chlorki Sole kwasu solnego nazywamy chlorkami. Można je otrzymać podczas reakcji chloru z metalami lub przez działanie kwasu solnego na metale, tlenki metali i zasady. W reakcji powstawania chlorków metal zastępuje wodór w cząsteczkach kwasów. Zestawmy wzory cząsteczek paru poznanych chlorków oraz kwasu solnego: HC1 — kwas solny, NaCl — chlorek sodowy, MgCl2 — chlorek magnezowy, ZnCl2 — chlorek cynkowy, CuCl2 — chlorek miedziowy. 102 103
Rys. 53. Wpływ nawożenia solami potasowymi nich jest chlorek sodowy NaCl, zwany pospolicie solą kuchen W przyrodzie występuje jako minerał zwany sylwinem, a także jako składnik innych minerałów. Sole potasowe są niezbędne do prawidłowego rozwoju roślin, a ich niedobór w glebie znacznie obniża plony (rys. 53). Dlatego chlorek po- tasowy jest stosowany jako nawóz mineralny. DOŚWIADCZENIE 69. 1. Wrzuć do probówki: a) trochę pociętej blachy cynkowej, b) kawałki magnezu i zalej je kilku ml roztworu kwasu siarkowego. Zbadaj produkty reakcji, tak jak w doświadczeniu 66. 2. Pocięty lub zwinięty w kłębuszek cienki drucik miedziany zalej w probówce roztworem kwasu siarkowego. Obserwuj, czy zachodzi reakcja. 3. Roztwór kwasu siarkowego (1:5) ogrzewaj w zlewce i dosypuj do niego po trochu tlenku miedziowego do momentu, kiedy zakończy się reakcja. Po odsączeniu otrzymanego roztworu, pozostaw go w spo- koju, aż do wykrystalizowania otrzymanej w reakcji soli. Większość chlorków to substancje krystaliczne, dobrze rozpuszczalne w wodzie. Niektóre występują w przyrodzie w postaci minerałów. Najważ- niejszym z ną lub kamienną. Jest to substancja o słonym smaku, tworząca przezro- czyste kryształy w kształcie sześcianów (rys. 52). Rozdrobniona — tworzy biały krystaliczny proszek. Sól kuchenną stosuje się jako dodatek do potraw oraz jako środek konserwujący produkty spożywcze: ryby, mięso, warzywa. Spożycie soli w Polsce wynosi 7 kg rocznie na głowę ludności. Zwierzęta domowe także zużywają duże ilości soli kuchennej, którą hodowcy dostarczają im razem z paszą. Jeszcze większe ilości soli kuchennej zużywa przemysł. Sól jest su- rowcem chemicznym do produkcji wodorotlenku sodowego, chloru, kwasu solnego i do wielu innych celów. Duże znaczenie praktyczne ma także chlorek potasowy KC1. Jest to sól krystaliczna, bezbarwna, bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie. 56. Działanie kwasu siarkowego na metale, tlenki i wodoro tlenki metali
4. Wlej do probówki kilka ml i kwasowymi CuSO NaOH NaOH cząsteczka wody cząsteczka tlenku mie dziowego atom magnezu cząsteczka kwasu siarko wego cząsteczka siarczanu magnezowego cząsteczka kwasu siarko wego cząsteczka (dwa atomy) wodoru cząsteczka siarczanu miedziowego i wodorotlenkami zwane siarczanami. W tej reakcji jeden dwuwartościowy atom wapnia zastępuje dwa atomy wodoru, wiąźąc się z resztą kwasową. roztworu kwasu siarkowego, dodaj -iny, a następnie wkraplaj roztwór j , . t . ^ia się bardzo słabo różowej barwy po dodaniu kropli kwasu (doświadczenie 68). Odparuj na atomy wodoru siar- Gdy zobojętniamy kwas siarkowy zasadą wapniową, powstaje sól siarczan wapniowy: W reakcji zobojętnienia na każdy atom wodoru z kwasu przypada jedna grupa wodorotlenowa zasady. Ponieważ cząsteczka k\* asu siarkowe go zawiera dwa atomy wodoru, reagują z nią dwie cząsteczki zasa y sodowej i w wyniku powstają dwie cząsteczki wody. W cząsteczce so i z dwuwartościową resztą kwasową łączą się dwa atomy jednowartościo wego sodu. Z roztworu siarczanu miedziowego wydzielają się po pewnym czasie niebieskie kryształy tego związku. 3. Gdy kwas siarkowy reaguje z zasadą, zachodzi reakcja zobojętnienia, a jej produktami są także sól i woda: zasady sodowej aż do chwili która zniknie i szkiełku kilka kropel ruztwori Kwas siarkowy reaguje z wielu metalami, tlenkami metali, tworząc jako produkty reakcji sole, 1. W reakcji kwasu z metalem wydziela się wodór Mg + H2SO 57. Skład soli i sposoby ich otrzymywania Na podstawie poznanych przykładów możemy ustalić skład soli Sole są to związki chemiczne, których cząsteczki składają się z atomów metalu związanych z reszta wypiera z cząsteczki kwasu dwa i łączy się z resztą kwasową; w ten sposób powstaje cząsteczka soli czanu magnezowego. W podobny sposób powstaje siarczan cynkowy w reakcji pomiędzy cynkiem i kwasem siarkowym. 2. W reakcji kwasu z tlenkiem metalu powstaje sól i woda: Można je uważać za związki, które powstały jako skutek zastąpienia atomu wodoru w cząsteczkach kwasów przez atomy metalu. HC1 — NaCl H2SO4 — Na2SO4 Napiszmy wzory cząsteczek kilku soli: Ca Cl 2 chlorek wapniowy CaSO4 ~~ siarczan wapniowy NaCl -—chlorek sodowy Na2SO siarczan sodowy Zauważcie, że w cząsteczce soli suma wartościowości atomów metalu równa jest wartościowości reszt kwasowych. Nazwy soli składają się z dwu wyrazów. Pierwszy z nich — rzeczownik — pochodzi od nazwy kwasu, z którego sól powstała, drugi — przymiotnik — od nazwy metalu. Na przykład: MgSO4 — siarczan magnezowy. Zestawmy poznane sposoby otrzymywania soli. Mogą one powstawać w reakcjach: a) metali z kwasami; atomy metalu wypierają wtedy z cząsteczek kwasów atomy wodoru, tworząc cząsteczki soli: Mg +2HCl^MgCl2 +H2
ze względu na ich duże znaczenie prak oicLi czan siarczan siarczan siarczan wodach wielu źródeł r postaci krystalicznej DOŚWIADCZENIE 71. Obejrzyj próbki azotanów: sodowego, po tasowego i wapniowego. Sprawdź, czy dobrze rozpuszczają się w wo dzie. tene stosuje się do spryskiwania drzew i krzewów, przed siewem żytniczym). MgCl2 + h2O i we każdy kwas reagują ze sobą), Niektóre azotany występują w przyrodzie w postaci minerałów, je- dnak większość soli kwasu azotowego otrzymuje się sztucznie. Azotan sodowy NaNO3, zwany saletrą sodową lub chilijską (czy- taj: czylijską), spotyka się w postaci dużych pokładów w Chile w Ame- ryce Południowej. Jest to sól tworząca bezbarwne kryształy dobrze roz- puszczalne w wodzie. Pozostawiona na dłuższy czas w nieszczelnym Siarczan magnezowy MgSO4 jest składnikiem wód wielu źró- deł mineralnych i wody morskiej. Wchodzi także w skład niektórych mi- nerałów. Pod nazwą soli gorzkiej stosuje się go w lecznictwie, jako środek przeczyszczający. Siarczan wapniowy CaSO4 występuje w przyrodzie jako minerał gips. Z minerału tego wytwarza się tzw. gips palony używany w budow- nictwie a także — na małą skalę — do zalepiania drobnych uszkodzeń tynku w ścianach. Pokłady gipsu występują w Polsce na Dolnym Śląsku i w wojewódz- twie kieleckim w dolinie Nidy. Siarczan miedziowy CuSO4 wydziela się z roztworu w postaci niebieskich kryształków. Roztwór siarczanu miedziowego niszczy bak- pleśnie i grzybki pasożytnicze. Sporządza się z niego ciecz, którą a także do moczenia — ziarna zbóż (jeżeli były one porażone grzybem paso- (również nie ' c) wodorotlenk Sole kwasu siarkowego nazywamy siarczanami, kwas siarkowy sodowy wapniowym miedziowy magnezowy denek metalu wodorotienek metalu H2SO4 Na2SQ CaSO4 CuSO4 MgSO. Cząsteczki siarczanów składają się z atomów metali i dwuwartościo wych reszt kwasu siarkowego. Wiele siarczanów występuje w przyrodzie w postaci minerałów, nie które otrzymuje się sztucznie tyczne. “} DOŚWIADCZENIE 70. Obejrzyj kryształy siarczanu sodowego, 3tl. siarczanu magnezowego, gipsu, siarczanu miedziowego. Zwróć uwagę na ich kształt, połysk, barwę, twardość. Siarczan sodowy Na2SO4 znajduje się v leczniczych. Z roztworów wodnych wydziela się soli, zwanej solą glauberską. Azotanami nazywamy sole kwasu azotowego. Oto kilka z nich kwas azotowy — HNO3, azotan sodowy — NaNOa, azotan potasowy — KNO3, azotan wapniowy — Ca(NO3)2.
nie wchłania HNO okolic Krakowa Rys. 54. Skały wapienne 60. Węglany i szorowania H2CO3 Na2CO CaCO3 MgCO; OH HNO Węglany są to sole kwasu węglowego. Np.: kwas węglowy, węglan sodowy, węglan wapniowy, węglan magnezowy Soda używana jest do produkcji szkła, mydła, papieru, do wypełnia- nia rraćnir - - - . wr------rlnmnWW Soda jest stosowana opakowaniu saletra sodowa rozpływa się, gdyż wchłania wilgoć z powietrza. Sól ta ma zastosowanie jako nawóz mineralny. W gospodarstwie domo- wym i przy wyrobie wędlin używa się jej do konserwowania mięsa. W ska- li przemysłowej otrzymuje się saletrę sodową z innych związków sodu i z kwasu azotowego. Azotan potasowy KNO3 zwany jest saletrą potasową. Tworzy bezbarwne kryształy dobrze rozpuszczalne w wodzie, lecz nie wchłania tak silnie wilgoci jak saletra sodowa. Jest stosowany jako nawóz mineral- ny, a także do wyrobu prochu strzelniczego czarnego (mieszaniny sa- letry, siarki i węgla drzewnego). Azotan wapniowy Ca(NO3)2, czyli saletra wapniowa, jest solą krystaliczną, dobrze rozpuszczalną w wodzie. Wytwarza się ją na skalę przemysłową, gdyż ma szerokie zastosowanie jako nawóz mineralny. Jed- nym ze sposobów otrzymywania saletry wapniowej jest działanie kwasu azotowego na wapno gaszone. Mamy tu typową reakcję zobojętnienia: znaczenie praktyczne i rozmiary myślę chemicznym pierwsze miejsce po Produkcja sody w Polsce stale wzrasta. Wynosiła produkcji, soda zajmuje w prze kwasie siarkowym. ona: Węglan wapniowy CaCO3 spotykamy w przyrodzie jako tzw. wa- pień. Tworzy on skały wapienne, a także pokłady kredy i marmuru Marmur posiada budowę krystaliczną. 1947 — 81,2 1950 — 149 1955 — 219 1960 — 533 1962 — 540 1963 — 543 1964 — 596 1965 — 614 Węglan cynowaną” - -----------,__ _ dzie w niewielkich ilościach w wodach niektórych jezior. Duże ilości te) soli produkuje przemysł oraz do wielu innych celów. W gospodarstwie domowym do zmiękczania wody do prania
Pisząc wzór cząsteczki fosforanu wapniowego pamiętamy, że sól ta powstaje przez zastąpienie atomów wodoru w cząsteczce kwasu fosforowego przez atomy metalu. Reszta kwasu fosforowego jest trójwartościowa, atom wapnia zaś — dwuwartościowy. W czą- steczce fosforanu wapniowego na dwie reszty kwasowe (2x3 wartościowości = 6 warto- ściowości) przypadają trzy atomy wapnia (3x2 wartościowości = 6 wartościowości), a więc jej skład wyraża się wzorem Ca3(POa) Fosforan wapniowy Ca3(PO4)2, sól nierozpuszczalna w wodzie, jest głównym składnikiem minerałów zwanych fosforytami; zawierają g° także kości zwierzęce. Sól ta jest stosowana w rolnictwie jako nawóz mi- neralny, dostarczający roślinom fosforu. Przez zmielenie naturalnych DOŚWIADCZENIE 72. Obejrzyj okazy kamienia wapiennego, kredy, ~~ marmuru; zbadaj ich twardość, połysk, rozpuszczalność w wodzie." Ze skał wapiennych zbudowana jest Wyżyna Krakowsko-Częstochow- ska, spotykamy je też w Pieninach, Tatrach, Górach Świętokrzyskich, na Wyżynie Lubelskiej. Pasma górskie utworzone ze skał wapiennych odznaczają się wielką malowniczością (dolina Prądnika, Dolina Koście- liska). Kreda występuje w okolicach Chełma w województwie lubelskim, marmury zaś koło Krzeszowic w woj. krakowskim i w okolicach Chęcin — w woj. kieleckim. Kamień wapienny stosowany jest jako materiał budowlany; stosuje- my go także do produkcji wapna, cementu i szkła oraz przy otrzymywa- niu żelaza. Węglan magnezowy MgCO3 to lekki, biały proszek nierozpusz- — — - 1 _ -/ —J — > — składnik niektórych leków, a także do wyrobu pasty i proszku do zębó W * V V — 61. Fosforany 2- 112 czalny w wodzie; jest używany w przemyśle farmaceutycznym jako w Węglan magnezowy jest składnikiem wielu skał. Fosforanami nazywamy sole kwasu fosforowego. H3PO4 — kwas fosforowy Na3PO4 — fosforan sodowy Ca3(POJ2 — fosforan wapniowy fosforytów otrzymuje się tzw. mączkę fosforytową, po odpowiedniej zas przeróbce kości — mączkę kostną. Fosforan wapniowy nie rozpuszcza się w wodzie i dlatego rośliny mo- gą z tego nawozu korzystać dopiero wtedy, gdy w glebie po jakimś cza- sie powstaną z niego związki rozpuszczalne. W produkcji na skalę przemysłową fosforyty przerabia się na super- fosfat, nawóz fosforowy, dość dobrze rozpuszczalny w wodzie i dlatego szybciej wpływający na rozwój roślin. W Polsce niewielkie ilości fosforytów znajdują się nad Wisłą koło An- nopola. 62. Zastosowanie soli Omawiając różne sole, wspominaliśmy już, jak wielkie znaczenie prak- tyczne mają te związki. Wiele soli wchodzi w skład skorupy ziemskiej. Z węglanu wapniowego i węglanu magnezowego są zbudowane całe pas- Rys. 55. Krynica. Pijalnia wód 8— Chemia dla kl. VII
tkankach żywych organizmów są konieczne PODSUMOWANIE TREŚCI ROZDZIAŁU c) metalami. W skład cząsteczek poznanych soli wchodzą atomy metalu i reszty kwasowe. jezior, źródeł mineralnych, rzek, zawierają rozpuszczone sole; niektóre celach leczniczych. Znamy źródła Li, potasu, magnezu, żelaza. się m.in. w równanie reakcji otrzymywania soli mag równa ma górskie. Gips, sól kamienna, chlorek potasowy tworzą pokłady, któ re eksploatuje człowiek. Sole znajdują się w wodach mórz Wszystkie niemal wody naturalne wody źródlane wykorzystuje się w * lecznicze zawierające roztwory soli sodu W Polsce źródła mineralne znajdują _________ yiuvy. Iwoniczu, Dusznikach, Polanicy, Lądku, Inowrocławiu, Ciechocinku. Sole stanowią surowce chemiczne bardzo cenne w gospodarce naro- dowej. Poznaliśmy już olbrzymie znaczenie węglanu wapniowego, wie- my, że używa się go bezpośrednio jako budulca, stosuje się w hutnictwie metali i szkła, do nawożenia gleby, do produkcji sody lub też przerabia na wapno i cement. Omawialiśmy również zastosowania soli kamiennej i gipsu. Z niektórych soli, występujących w przyrodzie otrzymuje się metale: wapń, magnez, cynk, ołów wielkie znaczenie gospodarcze jako Nie sposób wymienić wszystkich rodowej 1. Napisz równanie reaKcji k’ 2. a) Podaj przykłady i napisz _ _ nezowej kwasu siarkowego różnymi sposobami. Odczytaj te nia. b) Odczytaj podane na str. 106 równanie reakcji kwasu siarkowego z zasadami: sodową i wapniową. 3. Napisz wzory cząsteczek soli sodowych kwasów: a) solnego, b) siar- kowego, c) azotowego, d) węglowego. 4. Dlaczego murarze zakopują wapno gaszone do dołu, jeżeli chcą je cząsteczek: a) siarczanu sodowego, b) siarczanu __________ w _ :) chlorku sodowego, d) chlorku potasowego, e) chlor- ku wapniowego, f) chlorku glinowego (Al111), g) cndn- wego. 6. Napisz trzy równania reakcji zobojętnienia i nazwij powstały w tych reakcjach. 7. Wymień spośród poznanych soli te, które: a) dobrze rozpuszczają się w wodzie, b) są nierozpuszczalne w wodzie. Napisz wzory ich cząsteczek. 8. Dlaczego woda destylowana nie może służyć jako napój? Praca domowa B 1. Poszukaj różnych soli w swoim otoczeniu domowym. Zapisz w ze- szycie, które z poznanych w szkole soli udało Ci się odnaleźć. 2. Słyszałeś na pewno o glebach kwaśnych i o tym, że nie udaje się na nich uprawa roślin. Obmyśl, jak mógłbyś zbadać, czy dana gleba jest kwaśna. Wykonaj taką próbę. Rolnicy mówią, że gleby kwaśne należy wapnować. Jak przetłumaczysz to powiedzenie na „język chemiczny”? O jaką tu chodzi reakcję? 3. Posługując się barwnymi kulkami plasteliny jako modelami atomów, sporządź modele cząsteczek zasady sodowej i kwasu solnego i przedstaw z ich pomocą reakcję zobojętnienia. w postaci minerałów, i inne. Sole mają też nawozy sztuczne. zastosowań soli w gospodarce na- podaliśmy tu zaledwie kilka przykładów. odarstwie domowym niezbędna jest nie tylko sól kamienna. Do zmiękczania wody stosujemy sodę, która jest także zawarta w prosz- kach do prania. Węglan magnezowy lub kreda zawarte są w paście i prosz- kach do czyszczenia zębów. Sole znajdują się w tkankach żywych organizmów — są konieczne dla przebiegu wielu procesów życiowych. Krew, pot i łzy są słone. Sole dostają się do organizmu z pokarmami roślinnymi i zwierzęcymi oraz z napojami. z zasadami: sodową i wapniową- — a ’ ( * ” ---------r kowego, c) azotowego, d) węglowego — o ' przechować przez dłuższy czas? 5. Napisz wzory - -s magnezowego,
Zad. 4. Tlenu 40%, wodoru 2,5%, sodu 57,5% Zad. 6. 30 g IX Zad. 7. 20 ę Tabela bardziej znanych pierwiastków Nazwa Argon Azot 4- Chlor -f- Chrom ♦ A Cynk 9 Fosfor 4 Hel Magnez a Miedź a -- Neon Ołów < I Platyna Potas $ - Siarka Tlen — Uran Wanad Wapń ( Węgiel Wodór 4- - Wolfram ♦ -( Złoto o p Źelazo <• i Symbol Ciężar atomowy* Wartościowość N Cl Sn Zn Al He Mg Cu Ne Ni Pb Pt Na U Ca H W Au Fe 39,948 14,0067 AM 51,996 b 118,69 11 30,9738 ? > 26,9815 Q 4 4,0026 28,086 Q 4 24,312 • 63,54 bU 20,183 58,71 5 (ą 207,19 ; fjr' 195,09 39,102 200,59 5 < 32,064 < 0, 22,9898 J 3 107,870 15,9994 Ab 238,03 50,942 40,08 U 0 12,01115 A 1,00797 A 183,85 r U 196,967 r < Y 55,847 ‘ j G 0 II, III, IV, V I, III, V, VII ODPOWIEDZI II III, V III 0 IV u L u 0 II, IV I, II II, IV, VI II u n, IV II, III * Przy rozwiązywaniu zadań wartości ciężarów atomowych zaokrąglamy liczb całkowitych. Zad. 5 a) 370,37 cm’, b) 127,22 cm’, Zad. 4. Człowiek robi średnio 16 oddechów na 1 minutę; klasa zużywa podczas godziny lekcyjnej 7200 litrów tlenu. Zad. 5. Zad. 6. a) 84 m3, b) około 17 m 0,16 g a) około 14,4 raza, b) około 15,9 raza Zad. 5. Zad. 7. Tlen; objętość = 2 cm’ Zad. 5. 80 g Zad. 12. a) 12,5 : 1, b) 1,5: 1 Zad. 13. 60% VII 20 g (masa soli) Zad. 3. a) ——----------- 120 g (masa roztworu) Zad. 4. 26,5%
SPIS TREŚCI analiza na tlenki niemetali Siarka kwasu siarkowego na metale, tlenki i wodorotlenki metali CZĄSTECZKA atomu metale tlenki metali Wstęp........................... I. METALE 1. Badanie metali............... 2. Właściwości metali .... 3. Stopy metali................. 4. Zachowanie się metali w powietrzu Właściwości wodoru........................... Rozkład wody prądem elektrycznym............. Spalanie wodoru.............................. Redukcja................................... Stałość składu związku chemicznego........... ZWIĄZKI METALI Z CHLOREM I SIARKĄ Chlor...................................... kwasu solnego na kwasu solnego na kwasu solnego na zasady 47. Działanie wody 48. Kwas 49. Kwas 50. Kwas 51. Skład X. SOLE 52. Działanie 53. Działanie 54. Działanie 55. Chlorki 56. Działanie 57. Skład soli i sposoby ich otrzymywania 58. Siarczany..................... 59. Azotany........................... 60. Węglany........................... 61. Fosforany......................... 62. Zastosowania soli................. Tablica ważniejszych pierwiastków . Odpowiedzi ........ siarkowy . , azotowy .... solny . . . . . i właściwości kwasów VI. NIEMETALE I ICH TLENKI 33. Siarka............................ 34. Dwutlenek węgla................... 35. Tlenek węgla...................... 36. Redukcja tlenków metali za pomocą węgla 37. Dwutlenek krzemu.................. 38. Fosfor............................ 39. Rozpowszechnienie pierwiastków na Ziemi vn. WODA JAKO ROZPUSZCZALNIK 40. Rozpuszczanie substancji w wodzie. . . 41. Stężenie procentowe roztworu . . . . Vffl. ZASADY 43. Działanie wody na tlenki metali 44. Działanie wapnia i sodu na wodę 45. Wodorotlenek sodowy . . . . 46. Zasady i ich zastosowanie . . . IX. KWASY 26. Symbole chemiczne ................................... 27. I jeżenie się atomów w reakcjach syntezy. Cząsteczka................. 28. Ciężar cząsteczkowy.................................................. 29. Równania chemiczne................................................... 30. Wartościowość....................................................... 31. Przewidywanie wzorów cząsteczek związków chemicznych na podstawie wartościowości pierwiastków.............................................. 32. Obliczenia chemiczne................................................. DL POWIETRZE. TLEN 5. Badanie powietrza.......... 6. Tlen....................... 7. Spalanie metali w tlenie. Synteza 8. Rozkład związku 9. Związek chemiczny. Pierwiastek 0. Praw’0 zachowania masy . . . 1. Znaczenie i zastosowanie tlenu 2. Korozja metali............. DL WODA. WODÓR
Imię i nazwisko ucznia Rok szkolny Ocena stanu podręcznika (bdb, db, dost) na początku roku szk. na końcu roku szk. Szanujcie i oszczędzajcie podręczniki!