Способы определения физических свойств веществ

Учебный эксперимент
в начале курса химии

На первых уроках химии ученики узнают, что наука химия изучает вещества, их строение, свойства и процессы превращения одних веществ в другие. Учащиеся должны сразу же усвоить, что изучить вещество – это значит определить его свойства, которые устанавливаются только опытным путем. Некоторые из них можно установить с помощью наших органов чувств (агрегатное состояние, цвет, запах, вкус, звучание при ударе предмета о предмет или при его разламывании, состояние поверхности предмета при его исследовании на ощупь). Большинство других свойств (температуры изменения агрегатных состояний, плотность, растворимость, электропроводность, горючесть, изменение при нагревании, взаимодействие с другими веществами и т.д.) можно определить лишь с помощью специальных экспериментов и приборов. После показа опытов рекомендуем проведение беседы с использованием заданий (приведены курсивом) или составление сводных таблиц.

ОПЫТ 1. Вещество и тело

Разложите на столе две группы предметов:

1) стеклянная трубка, медная трубка, стальная трубка, резиновая трубка, пластмассовая трубка и другие трубки из различных веществ;

2) стеклянный стакан, стеклянная трубка, стеклянная пластинка, стеклянная колба и другие предметы из стекла.

Рассмотрите и назовите каждый предмет и вещество, из которого состоит предмет. Дайте развернутый ответ на вопрос «Чем отличается понятие “тело” от понятия “вещество?».

ОПЫТ 2. Определение свойств вещества
с помощью органов чувств

Оборудование и реактивы. Вода, лед. уксусная кислота, сера, сахар, клетчатка (вата), крахмал, цинк, медь, ванилин, аммиак (2–3 капли 25%-го раствора в плотно закрытой колбе), древесные лучинки, полиэтиленовая пленка и другие вещества, изделия из различных веществ. Рассмотрите вещества и изделия, определите их агрегатные состояния и внешние признаки.

Внимание! Определение запаха и проба вещества на ощупь проводятся строго по указанию учителя с соблюдением всех правил техники безопасности. Определение вкуса веществ в лаборатории (школьном кабинете химии) категорически запрещается!

Ваши наблюдения занесите в табл. 1.

Особенные свойства веществ

Свойство	Вещество
	……….	……….	………..	……….	……….
Агрегатное состояние
Цвет
Запах
Звук при ударе
Звук при разламывании
Проба на ощупь

Опыты по определению физических свойств
веществ специальными методами

Оборудование и реактивы. Нагревательные приборы, термометр (от 10 до 150 °С), весы, прибор для определения электропроводности, ареометры, цилиндры, колбы, пробирки, стеклянные палочки, гайки из различных сплавов массой 50–100 г, нитки, лед, вода, раствор поваренной соли (20–30%), мел, медная проволока, медный купорос, растительное масло.

ОПЫТ 3. Температура плавления вещества

Поместите в колбу несколько кусочков льда, закройте колбу пробкой со вставленным в нее термометром и отметьте температуру плавления льда (замерзания воды).

ОПЫТ 4. Температура кипения вещества

Налейте в колбу 50–60 мл воды, закройте колбу пробкой с термометром и газоотводной трубкой, нагрейте до кипения и отметьте температуру кипящей воды.

ОПЫТ 5. Определение плотности жидкости

Налейте в один цилиндр воду, в другой – раствор поваренной соли и определите с помощью ареометра значения плотностей этих жидкостей.

ОПЫТ 6. Определение плотности твердых тел

Определите на весах массу (в граммах) гайки и привяжите к ней нить длиной 40–50 см. В мерный цилиндр налейте определенный объем воды, опустите в воду гайку и по разнице объемов жидкости в цилиндре установите объем (в миллилитрах) гайки. На основе полученных данных рассчитайте плотность (в г/см 3 ) вещества, из которого сделана гайка, по формуле:

плотность = масса/объем (г/см 3 ).

Полученный результат сравните со справочными данными по плотности различных металлов и сделайте вывод, из какого металла или сплава сделана взятая для эксперимента гайка.

ОПЫТ 7. Определение электропроводности веществ

С помощью прибора по определению электропроводности веществ определите, проводят ли испытуемые вещества электрический ток (напряжение в сети не выше 36 В).

ОПЫТ 8. Определение растворимости веществ

Налейте в колбы по 20–30 мл воды и добавьте небольшие порции (1–2 г) медного купороса, мела и растительного масла. Перемешайте полученные смеси и запишите результаты о растворимости исследованных веществ.

Для обобщения результатов всех проведенных измерений и исследований физических свойств веществ заполните табл. 2.

Физические свойства веществ

Свойство	Вещество
	……….	……….	………..	……….	……….
Агрегатное состояние
Цвет
Запах
Температура плавления, °С
Температура кипения, °С
Плотность, г/см 3
Электропроводность (да, нет)
Растворимость в воде (да, нет)

П р и м е ч а н и е. Значения температур плавления и кипения, а также плотности веществ, не установленные экспериментально, найдите в химическом справочнике.

Опыты по изучению
химических свойств веществ

Свойства веществ, проявляющиеся в процессе их превращения в другие вещества, называются химическими свойствами. Явления, которые при этом происходят, называются химическими явлениями. Химические свойства веществ также определяются с помощью специальных методов, простейшие из которых – нагревание и приведение веществ в непосредственное соприкосновение друг с другом. На первом этапе обучения, когда ученики еще не усвоили химическую символику, уравнения реакций не записываются. Даются лишь названия веществ, участвующих в процессе.

Оборудование и реактивы. Штатив, горелка, стаканы, пробирки, древесные лучинки; вода, мел или мрамор, раствор соляной кислоты, раствор нитрата серебра, железная, медная и алюминиевая проволока.

ОПЫТЫ 1–4. Вещества горючие и негорючие

Подожгите лучинку в пламени горелки. Отметьте ваши наблюдения, сделайте предположения о превращении вещества лучинки в процессе ее горения. Погасите лучинку, опустив ее в стакан с водой. Внесите в пламя горелки с помощью пинцета небольшие отрезки железной, медной и алюминиевой проволоки. Обратите внимание, что эти вещества не горят, но медная проволока покрывается черным налетом, а образец алюминия плавится.

ОПЫТ 5. Разложение древесины

Поместите несколько тонких лучинок в пробирку, закрепите ее почти в горизонтальном положении с наклоном отверстия вниз, подставьте под отверстие стакан и сильно нагрейте содержимое пробирки. Наблюдайте образование ряда новых веществ в различных агрегатных состояниях.

ОПЫТ 6. Мрамор превращается в газ

Поместите кусочек мела или мрамора в пробирку и прилейте 2–3 мл раствора соляной кислоты. Наблюдайте выделение нового вещества – углекислого газа и исчезновение исходного вещества.

ОПЫТ 7. Образование нерастворимых веществ

В пробирку с раствором соляной кислоты объемом 2–3 мл добавьте несколько капель раствора нитрата серебра. Наблюдайте образование нового вещества в виде белого творожистого осадка (нерастворимого в воде хлорида серебра).

ОПЫТ 8. Из белого вещества – черное

Осадок, полученный в опыте 7, выставьте на яркий свет. Наблюдайте потемнение вещества (образование серебра).

Результаты опытов 1–8 занесите в табл. 3, указав в ней: исходные вещества, название опыта, внешние признаки, продукты реакции, химическое свойство вещества (горючесть, разложение при нагревании, реакция с кислотой, реакция с нитратом серебра, разложение под действием света).

Химические свойства веществ

Исходные вещества	Название опыта	Признаки реакции	Продукты реакции	Свойство вещества
…………….	……….	………….	…………..	………….

Описать вещество – это значит перечислить его свойства. На данном этапе изучения химии можно рекомендовать следующий план описания свойств вещества:

• цвет, запах (вкус) и другие внешние признаки;

• нахождение в природе;

• температура плавления (замерзания);

• изменения при нагревании;

• значение для растений и животных (необходимо, губительно или безразлично);

• свойства, на которых основано применение;

Источник

Вещества и их свойства. Физические и химические явления.

Разнообразие веществ

За последние 200 лет человечество изучило свойства веществ лучше, чем за всю историю развития химии. Естественно, количество веществ так же стремительно растет, это связано, прежде всего, с освоением различных методов получения веществ.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с множеством веществ. Среди них – вода, железо, алюминий, пластмасса, сода, соль и множество других. Вещества, существующие в природе, например, кислород и азот, содержащиеся в воздухе, вещества, растворенные в воде, и имеющие природное происхождение, называются природными веществами. Алюминия, цинка, ацетона, извести, мыла, аспирина, полиэтилена и многих других веществ в природе не существует.

Их получают в лаборатории, и производит промышленность. Искусственные вещества не встречаются в природе, их создают из природных веществ. Некоторые вещества, существующие в природе, можно получить и в химической лаборатории.

Так, при нагревании марганцовки выделяется кислород, а при нагревании мела – углекислый газ. Ученые научились превращать графит в алмаз, выращивают кристаллы рубина, сапфира и малахита. Итак, наряду с веществами природного происхождения существует огромное множество и искусственно созданных веществ, не встречающихся в природе.

Вещества, не встречающиеся в природе, производятся на различных предприятиях: фабриках, заводах, комбинатах и т.п.

В условиях исчерпания природных ресурсов нашей планеты, сейчас перед химиками стоит важная задача: разработать и внедрить методы, при помощи которых можно искусственно, в условиях лаборатории, или промышленного производства, получать вещества, являющиеся аналогами природных веществ. Например, запасы топливных ископаемых в природе на исходе.

Может настать тот момент, когда нефть и природный газ закончатся. Уже сейчас ведутся разработки новых видов топлива, которые были бы такими же эффективными, но не загрязняли окружающую среду. На сегодняшний день человечество научилось искусственно получать различные драгоценные камни, например, алмазы, изумруды, бериллы.

Агрегатное состояние вещества

Вещества могут существовать в нескольких агрегатных состояниях, три из которых вам известны: твердое, жидкое, газообразное. Например, вода в природе существует во всех трех агрегатных состояниях: твердом (в виде льда и снега), жидком (жидкая вода) и газообразном (водяной пар). Известны вещества, которые не могут существовать в обычных условиях во всех трех агрегатных состояниях. Например, таким веществом является углекислый газ. При комнатной температуре это газ без запаха и цвета. При температуре –79°С данное вещество «замерзает» и переходит в твердое агрегатное состояние. Бытовое (тривиальное) название такого вещества «сухой лед». Такое название дано этому веществу из-за того, что «сухой лед» превращается в углекислый газ без плавления, то есть, без перехода в жидкое агрегатное состояние, которое присутствует, например, у воды.

Таким образом, можно сделать важный вывод. Вещество при переходе из одного агрегатного состояния в другое не превращается в другие вещества. Сам процесс некоего изменения, превращения, называется явлением.

Физические явления. Физические свойства веществ.

Явления, при которых вещества изменяют агрегатное состояние, но при этом не превращаются в другие вещества, называют физическими. Каждое индивидуальное вещество обладает определенными свойствами. Свойства веществ могут быть различными или сходными друг с другом. Каждое вещество описывают при помощи набора физических и химических свойств. Рассмотрим в качестве примера воду. Вода замерзает и превращается в лед при температуре 0°С, а закипает и превращается в пар при температуре +100°С. Данные явления относятся к физическим, так как вода не превратилась в другие вещества, происходит только изменение агрегатного состояния. Данные температуры замерзания и кипения – это физические свойства, характерные именно для воды.

Свойства веществ, которые определяют измерениями или визуально при отсутствии превращения одних веществ в другие, называют физическими

Испарение спирта, как и испарение воды – физические явления, вещества при этом изменяют агрегатное состояние. После проведения опыта можно убедиться, что спирт испаряется быстрее, чем вода – это физические свойства этих веществ.

К основным физическим свойствам веществ можно отнести следующие: агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде, плотность, температура кипения, температура плавления, теплопроводность, электропроводность. Такие физические свойства как цвет, запах, вкус, форма кристаллов, можно определить визуально, с помощью органов чувств, а плотность, электропроводность, температуру плавления и кипения определяют измерением. Сведения о физических свойствах многих веществ собраны в специальной литературе, например, в справочниках. Физические свойства вещества зависят от его агрегатного состояния. Например, плотность льда, воды и водяного пара различна.

Газообразный кислород бесцветный, а жидкий – голубой Знание физических свойств помогает «узнавать» немало веществ. Например, медь – единственный металл красного цвета. Соленый вкус имеет только поваренная соль. Иод – почти черное твердое вещество, которое при нагревании превращается в фиолетовый пар. В большинстве случаев для определения вещества нужно рассматривать несколько его свойств. В качестве примера охарактеризуем физические свойства воды:

• цвет – бесцветная (в небольшом объеме)
• запах – без запаха
• агрегатное состояние – при обычных условиях жидкость
• плотность – 1 г/мл,
• температура кипения – +100°С
• температура плавления – 0°С
• теплопроводность – низкая
• электропроводность – чистая вода электричество не проводит

Кристаллические и аморфные вещества

При описании физических свойств твердых веществ принято описывать структуру вещества. Если рассмотреть образец поваренной соли под увеличительным стеклом, можно заметить, что соль состоит из множества мельчайших кристаллов. В соляных месторождениях можно встретить и весьма крупные кристаллы. Кристаллы – твердые тела, имеющие форму правильных многогранников Кристаллы могут иметь различную форму и размер. Кристаллы некоторых веществ, таких как поваренная соль – хрупкие, их легко разрушить. Существуют кристаллы довольно твердые. Например, одним из самых твердых минералов считается алмаз. Если рассматривать кристаллы поваренной соли под микроскопом, можно заметить, что все они имеют похожее строение. Если же рассмотреть, например, частицы стекла, то все они будут иметь различное строение – такие вещества называют аморфными. К аморфным веществам относят стекло, крахмал, янтарь, пчелиный воск. Аморфные вещества – вещества, не имеющие кристаллического строения

Химические явления. Химическая реакция.

Если при физических явлениях вещества, как правило, лишь изменяют агрегатное состояние, то при химических явлениях происходит превращение одних веществ в другие вещества. Приведем несколько простых примеров: горение спички сопровождается обугливанием древесины и выделением газообразных веществ, то есть, происходит необратимое превращение древесины в другие вещества. Другой пример: со временем бронзовые скульптуры покрываются налетом зеленого цвета. Дело в том, что в состав бронзы входит медь. Этот металл медленно взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, в результате на поверхности скульптуры образуются новые вещества зеленого цвета Химические явления – явления превращений одних веществ в другие Процесс взаимодействия веществ с образованием новых веществ называют химической реакцией. Химические реакции происходят повсеместно вокруг нас. Химические реакции происходят и в нас самих. В нашем организме непрерывно происходят превращения множества веществ, вещества реагируют друг с другом, образуя продукты реакции. Таким образом, в химической реакции всегда есть реагирующие вещества, и вещества, образовавшиеся в результате реакции.

• Химическая реакция – процесс взаимодействия веществ, в результате которого образуются новые вещества с новыми свойствами
• Реагенты – вещества, вступающие в химическую реакцию
• Продукты – вещества, образовавшиеся в результате химической реакции

Химическая реакция изображается в общем виде схемой реакции РЕАГЕНТЫ -> ПРОДУКТЫ

• реагенты – исходные вещества, взятые для проведения реакции;
• продукты – новые вещества, образовавшиеся в результате протекания реакции.

Любые химические явления (реакции) сопровождаются определенными признаками, при помощи которых химические явления можно отличить от физических. К таким признакам можно отнести изменение окраски веществ, выделение газа, образование осадка, выделение тепла, излучение света.

Многие химические реакции сопровождаются выделением энергии в виде тепла и света. Как правило, такими явлениями сопровождаются реакции горения. В реакциях горения на воздухе вещества реагируют с кислородом, содержащимся в воздухе. Так, например, металл магний вспыхивает и горит на воздухе ярким слепящим пламенем. Именно поэтому вспышку магния использовали при создании фотографий в первой половине ХХ века. В некоторых случаях возможно выделение энергии в виде света, но без выделения тепла. Один из видов тихоокеанского планктона способен испускать ярко-голубой свет, хорошо заметный в темноте. Выделение энергии в виде света – результат химической реакции, которая протекает в организмах данного вида планктона.

Итог статьи:

• Существуют две большие группы веществ: вещества природного и искусственного происхождения
• В обычных условиях вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях
• Свойства веществ, которые определяют измерениями или визуально при отсутствии превращения одних веществ в другие, называют физическими
• Кристаллы – твердые тела, имеющие форму правильных многогранников
• Аморфные вещества – вещества, не имеющие кристаллического строение
• Химические явления – явления превращений одних веществ в другие
• Реагенты – вещества, вступающие в химическую реакцию
• Продукты – вещества, образующиеся в результате химической реакции
• Химические реакции могут сопровождаться выделением газа, осадка, тепла, света; изменением окраски веществ
• Горение – сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе химической реакции, сопровождающийся интенсивным выделением тепла и света (пламени)

Источник