|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЗАВАЖЛИВІ ДОСВІДИ БУДИНКУ
Увага, швидкість! Хімічні експерименти
Цікаві досліди вдома / Досліди з хімії для дітей У хімічній науці є особлива область, яка вивчає швидкості та механізми різних реакцій – хімічна кінетика. Хоча хімічна теорія може пояснити багато, передбачити теоретично швидкість будь-якої реакції поки що не можна. Її вивчають експериментально, в лабораторії, а потім розробляють способи, як цю швидкість змінити. Є чимало реакцій, важливих для промисловості, які йдуть надто повільно, треба вміти прискорювати їх. Інші реакції, навпаки, доводиться гальмувати, оскільки вони шкідливі. Словом, хімічна кінетика – експериментальна наука. У справедливості її законів можна переконатись, поставивши кілька нескладних дослідів. Для початку переконаємося в тому, що швидкість однієї й тієї реакції дійсно може змінюватися, і досить значно. (Втім, це можна припустити на підставі не хімічного, а життєвого досвіду; наприклад, продукти на морозі псуються повільніше, ніж на жарі, тому що при різних температурах одні й ті ж біохімічні реакції йдуть з різними швидкостями.) Для перевірки повторіть досвід із розділу "Хімічний годинник", але змінюйте цього разу не концентрації речовин (це вам вже знайоме), а температуру. ніж при використанні теплої води Зауважте тільки, що у дуже гарячій воді забарвлення не з'являється зовсім, оскільки пофарбована сполука йоду з крохмалем нестійка. Отже, ви з'ясували на досвіді: що вища концентрація і температура, то швидше йде реакція. Але деякі реакції на перший погляд здаються винятком із правила. Ось приклад. Налийте в пробірку на висоту 1-2 см оцтової кислоти і киньте кілька шматочків цинку. Цинк треба попередньо очистити, зануривши його секунд на двадцять розчин соляної кислоти і промив водою. Оцтова кислота слабка, і цинк розчиняється в ній дуже повільно – бульбашки водню ледве виділяються. Як прискорити реакцію? Нагріти розчин. Правильно. А чи не можна інакше? Вчинимо так: потроху додаватимемо в пробірку чисту воду, щоразу добре перемішуючи. Уважно слідкуйте за бульбашками. Дивна річ: кислота вже розбавлена вдвічі, втричі, а реакція замість того, щоб уповільнюватися, йде все швидше! Якщо ви ставите цей досвід на заняттях гуртка, замініть цинк маленьким шматочком магнієвої стружки і нічим її не обробляйте. З розведеною оцтовою кислотою магній реагує ще енергійніше, ніж цинк. Таке "виключення" із правила стає зрозумілим, якщо його добре вивчити. Наш досвід з оцтовою кислотою пояснюється так. Швидкість, з якою цинк чи магній взаємодіють із кислотою, залежить від концентрації іонів водню у розчині. Ці іони утворюються при розчиненні у воді будь-якої кислоти. Але коли води мало, слабка оцтова кислота знаходиться у розчині майже виключно у вигляді недисоційованих молекул. У міру розведення водою все більше молекул оцтової кислоти розпадається на іони і реакція йде швидше. Але якщо додати дуже багато води, то реакція знову сповільниться, вже з іншої причини: через сильне розведення концентрація іонів водню знову зменшиться. Найшвидше реагує з цинком 15% оцтова кислота. Звичайно, ми розібрали цей досвід аж ніяк не заради того, щоб просто показати, якими незвичними бувають хімічні перетворення. Ми хотіли звернути вашу увагу на що: для управління швидкістю реакції обов'язково треба знати, як вона йде. Будь-яка реакція починається з того, що молекули речовин стикаються одна з одною. Подивимося, як починається реакція.
Візьміть не дуже широку скляну трубку завдовжки кілька десятків сантиметрів і підберіть до неї дві пробки, З внутрішньої сторони, зверненої до трубки, вставте в обидві пробки по невеликому скляному стриженьку і намотайте на них по шматочку вати. Один шматочок змочіть кількома краплями концентрованої соляної кислоти, інший – концентрованим розчином аміаку. Одночасно вставте пробки з ватками в трубку з обох кінців. Через кілька хвилин - залежно від довжини трубки - в ній, ближче до ватки із соляною кислотою, з'явиться біле кільце хлориду амонію NH4Cl. Зазвичай, при хімічних реакціях суміш перемішують, щоб процес йшов швидше. Ми навмисне цього не зробили і не намагалися навіть допомогти молекулам зустрітися - вони рухалися самі. Таке самостійне пересування молекул у тій іншій середовищі називають дифузією. Випаровуючись з вати, молекули обох речовин зазнавали мільярдів зіткнень на секунду з молекулами повітря та один з одним. І хоча швидкість молекул дуже велика, вона обчислюється сотнями метрів за секунду, при 0°З нормальному тиску вільний пробіг, т. е. відстань, яке встигає пройти молекула від однієї зіткнення до іншого, становить цих речовин лише близько 0,0001 мм . Тому аміак і хлористий водень (із соляної кислоти) так повільно рухалися в трубці. Так само повільно поширюється по кімнаті з нерухомим повітрям пахуча речовина. Але чому біле кільце з'явилося не посередині трубки? Тому, що молекули аміаку менші, вони просуваються через повітря швидше. Якщо з трубки відкачати повітря, то молекули аміаку і хлористого водню зустрінуться через частки секунди - довжина вільного пробігу молекул значно збільшиться. Радимо вам самостійно провести невелике дослідження, щоб дізнатися, як впливають на дифузію сили тяжкості та температура. Для цього розташовуйте трубку вертикально і похило, а також нагрівайте окремі її частини (включаючи місце, де осідає хлорид амонію). Висновки спробуйте зробити самі. Від газів перейдемо до рідин. Вони дифузія йде ще повільніше. Перевіримо це з досвіду. На гладку і чисту скляну пластинку капніть поряд по кілька крапель трьох рідин: у середині - води, з боків від неї - розчинів соди та соляної кислоти. Рідини до початку досвіду не повинні стикатися. Потім дуже обережно, уникаючи перемішування, з'єднайте паличкою розчини. Має виділятися діоксид вуглецю, але це станеться не відразу. А коли газ почне виділятися, то бульбашки його розташуються вздовж кордону, що розділяє ділянку дифузії кислоти і соди. Замість соди і кислоти можна взяти дві будь-які розчинні у воді речовини, які при змішуванні забарвлюються або дають осад. Втім, у таких дослідах важко уникнути потоків рідини, що спотворюють картину, тому краще ставити досліди у загущених розчинах. А загущати їх можна желатиною. Приготуйте 4% розчин желатини, опустивши її в гарячу воду (не кип'ятити!). Гарячий розчин налийте в пробірку і, коли він охолоне, в центр пробірки швидко, одним рухом, введіть пінцетом кристал перманганату калію, мідного купоросу або іншої яскраво забарвленої і розчинної у воді речовини. Пінцет відразу ж вийміть обережним, але швидким рухом. Протягом кількох годин можна спостерігати дуже гарну картину дифузії. Речовина, що розчиняється, поширюється у всіх напрямках з однаковою швидкістю, утворюючи забарвлену сферу. Із загущеним розчином можна поставити ще один дослід. Налийте гарячий желатиновий розчин у дві пробірки і додайте в одну розчину трохи лугу, а в іншу - фенолфталеїну. Коли вміст пробірок застигне, пінцетом швидко введіть у центр першої пробірки шматочок таблетки фенолфталеїну, центр другої - грудок кальцинованої соди. В обох випадках з'явиться малинове забарвлення. Але зауважте: у другій пробірці фарбування поширюється набагато швидше. Іони гідроксиду, що утворилися при дисоціації лугу, набагато менші і легші за складну органічну молекулу фенолфталеїну, і тому вони рухаються в розчині швидше. Перейдемо тепер до твердих речовин. У реакціях з-поміж них (чи між твердим речовиною з рідиною чи газом) молекули можуть зіштовхуватися лише з поверхні. Чим більша поверхня розділу, тим швидше йде реакція. Переконаємось у цьому. Залізо в повітрі не горить. Однак це справедливо лише для залізних предметів. Наприклад, у цвяхів поверхня зіткнення з повітрям невелика, реакція окислення йде надто повільно. Залізна тирса реагує з киснем набагато швидше: на холоді раніше перетворюються на іржу, а в полум'ї можуть і спалахнути. Найдрібніші крупинки здатні спалахнути взагалі без нагрівання. Таке залізо називають пірофорним. Його неможливо настругати навіть найдрібнішим напилком, так що одержують його хімічним шляхом, наприклад, розкладаючи сіль щавлевої кислоти - оксалат заліза. Змішайте водні розчини будь-якої солі двовалентного заліза, наприклад залізного купоросу, та щавлевої кислоти або її розчинної солі. Жовтий осад оксалату заліза відфільтруйте і заповніть пробірку не більше ніж на п'яту частину об'єму. Нагрійте речовину в полум'ї пальника, при цьому тримайте пробірку горизонтально або трохи похило отвором вниз і вбік від себе. Краплі води, що виділяються, знімайте джгутом фільтрувального паперу або ватою. Коли оксалат розкладеться і перетвориться на чорний порошок, закрийте пробірку та охолодіть її. Помалу і дуже обережно висипайте вміст пробірки на металевий або азбестовий лист: порошок спалахуватиме яскравими іскрами. Особливо ефектний досвід у затемненому приміщенні. Важливе попередження: не можна зберігати пірофорне залізо, це може призвести до пожежі! По закінченні досвіду порошок обов'язково прожарите на повітрі або обробіть кислотою, щоб не залишилося частинок, що не згоріли - вони можуть самозаймистись. Далі досліджуємо, як впливає розмір поверхні твердої речовини на швидкість реакції з рідиною. Візьміть два однакових шматочки крейди і один з них розітріть на порошок. Помістіть обидва зразки в пробірки та залийте однаковими обсягами соляної кислоти. Дрібнороздрібна крейда, як і слід було очікувати, розчиниться набагато швидше. Ще один шматочок крейди помістіть у пробірку із сірчаною кислотою. Початок .було енергійна реакція незабаром затихає, а потім і зовсім припиняється. Від чого ж? Адже сірчана кислота не слабша за соляну... При реакції крейди з соляною кислотою утворюється хлорид кальцію СаСl2 який легко розчиняється у воді та не заважає припливу до поверхні крейди нових порцій кислоти. При взаємодії із сірчаною кислотою виходить сульфат кальцію CaSO4, А він дуже погано розчиняється у воді, залишається на поверхні крейди і закриває її. Щоб реакція пішла далі, треба час від часу очищати поверхню крейди або заздалегідь перетворити її на порошок. Знання таких подробиць процесу дуже важливе для хімічної технології. І ще один досвід. Змішайте у ступці дві тверді речовини, що дають пофарбовані продукти реакції: нітрат свинцю та йодид калію, залізний купорос і червону кров'яну сіль, і т. д. - і розітріть суміш маточкою. Поступово, у міру розтирання, суміш почне фарбуватись, оскільки поверхня взаємодії речовин все збільшується. Якщо ж налити на суміш трохи води, то одразу з'явиться інтенсивне забарвлення – адже у розчині молекули пересуваються значно легше. І на закінчення дослідів з кінетики поставимо кількісний експеримент; єдиний інструмент, який знадобиться - це секундомір або годинник з секундною стрілкою. Приготуйте 0,5 л 3% розчину сірчаної кислоти (лити кислоту у воду!) і стільки ж 12% розчину тіосульфату натрію. Перед розчиненням тіосульфату додайте кілька крапель нашатирного спирту. На дві циліндричні склянки (склянки, стоси) місткістю 100 мл нанесіть мітки на рівні 50; 25; 12,5 і 37,5 мл, послідовно поділяючи висоту навпіл. Позначте склянки і налийте до верхніх міток (50 мл) приготовані розчини. Звичайну тонку склянку місткістю 200 або 250 мл поставте на темний папір і вилийте в нього розчин тіосульфату, а потім кислоти. Відразу зауважте час і перемішуйте суміш протягом однієї-двох секунд. Щоб не розбити склянку, краще скористатися дерев'яною паличкою. Як тільки розчин почне каламутніти, запишіть час, що минув від початку реакції. Досвід зручно проводити удвох: один стежить за годинником, інший зливає розчини та сигналізує про помутніння. Вимийте склянку та проведіть досвід ще тричі; розчин тіосульфату наливайте у склянку до третьої (37,5), другої (25) та першої (12,5 мл) міток, доливаючи щоразу воду до верхнього поділу. Кількість кислоти у всіх дослідах залишається постійним, і загальний обсяг реагує суміші завжди дорівнює 100 мл. Тепер накресліть графік: як залежить швидкість реакції концентрації тіосульфату. Концентрацію зручно виразити у довільних одиницях: 1, 2, 3 та 4. Відкладіть їх на осі абсцис. Але як підрахувати швидкість реакції? Точно це зробити не можна хоча б тому, що момент помутніння ми визначаємо на око, певною мірою суб'єктивно. До того ж помутніння показує лише, що найдрібніші частинки сірки, що виділяються в ході реакції, досягли такого розміру, що їх можна побачити. І все ж, через брак кращого, приймемо початок помутніння за закінчення реакції (що, до речі, не дуже далеко від істини). Зробимо ще одне припущення: швидкість реакції обернено пропорційна її тривалості. Якщо реакція йшла 10 секунд, то вважатимемо, що швидкість дорівнює 0,1. Відкладіть швидкості на осі ординат. Чотири досвіди дали чотири точки, п'ята – початок координат. Усі п'ять точок розташуються приблизно на одній прямій. Її рівняння записується так: v == k [На2S2O3] де v - це швидкість реакції, квадратні дужки - прийняте в хімічній кінетиці позначення концентрації, а К- константа швидкості, яку легко знайти із графіка. Але швидкість реакції має залежати від концентрації сірчаної кислоти. Залишаючи кількість тіосульфату незмінною і розбавляючи сірчану кислоту, перевірте, як змінюється швидкість реакції. Як не дивно, вона не змінюється! Такі випадки не рідкість. У нашому досвіді йде складна реакція, і її продукт - сірка виділяється не відразу за безпосередніх зіткнень молекул тіосульфату та кислоти. І взагалі реакцій, де продукти виходять відразу, не так уже й багато. У складних послідовних реакціях якась стадія протікає повільніше за інших. У нашому випадку – остання, в якій і утворюється сірка. Саме її швидкість ми, по суті, і вимірювали. Автор: Ольгін О.М.
▪ Уповільнення реакцій у желатиновому розчині ▪ Цукор (цукроза) перетворюється на глюкозу та фруктозу
Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024 Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024
▪ Стільниковий як пульт дистанційного керування ▪ Економічні ARM-процесори Toshiba для Інтернету
▪ розділ сайту Гірлянди. Добірка статей ▪ стаття Позитивне мислення. Крилатий вислів ▪ стаття Робота з циркулярною пилкою. Типова інструкція з охорони праці ▪ стаття Проста система радіо сповіщення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві досліди з фізики:
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page