Apa are capacitatea de a dizolva substanțe deoarece... Olimpiada de biologie a întregii Ruse pentru școlari (3) - Document

Cu toate acestea, cea mai uimitoare caracteristică a apei este capacitatea sa de a dizolva alte substanțe. Capacitatea substanțelor de a se dizolva depinde de constanta lor dielectrică. Cu cât este mai mare, cu atât substanța este mai capabilă să dizolve pe altele. Deci, pentru apă această valoare este de 9 ori mai mare decât pentru aer sau vid. Prin urmare, apele proaspete sau curate nu se găsesc practic niciodată în natură. Întotdeauna există ceva dizolvat în apa pământului. Acestea pot fi gaze, molecule sau ioni de elemente chimice. Se crede că toate elementele din tabelul periodic al elementelor pot fi dizolvate în apele Oceanului Mondial, cel puțin 80 dintre ele au fost descoperite astăzi.

Duritatea apei, cauza și soluțiile acesteia

Duritatea apei este înțeleasă ca o proprietate a apei naturale determinată de prezența în ea a sărurilor de calciu și magneziu dizolvate în principal. Duritatea apei se împarte în carbonat(prezența bicarbonaților de magneziu și calciu)Şi necarbonat (prezența clorurilor sau sulfaților de calciu și magneziu). Suma durității carbonatice și necarbonatice determină duritatea generală.

Necesitatea de a elimina duritatea apei este cauzata in primul rand de un efect nedorit datorat proprietatilor sale.

Efectele termice asupra apei dure duc la formarea de calcar pe pereții structurilor metalice (cazane de abur, conducte etc.). Acest fenomen este asociat cu costuri suplimentare de energie, deoarece scara este un slab conductor de căldură. Procesele de coroziune au loc mult mai rapid în apa dură.

Duritatea apei este exprimată în milimole echivalenți ai unei substanțe la 1 litru de apă - mmol-eq/l. 1 mmol-echiv duritate calciu sau magneziu corespunde conținutului de 20,4 mg Ca 2+ și 12,11 mg Mg 2+ în 1 litru de apă.

Duritatea apei se calculează folosind formula:

unde m este masa unei substanțe care determină duritatea apei sau este utilizată pentru a elimina duritatea apei, mg;

Mae- masa molară a echivalenților acestei substanțe, g/mol;

V- volumul de apă, l.

duritatea carbonatului se numește temporal, pentru că de multă vreme apă clocotită Cu o astfel de duritate, bicarbonatul se descompune:

Ca(HCO3)2 →CaCO3 ↓ + CO2 + H20

M g (HCO 3) 2 → M g (OH) 2 ↓ + 2CO 2

Se numește duritatea apei cauzată de prezența clorurilor sau sulfaților de magneziu și calciu constant. Duritatea permanentă poate fi eliminată chimic, de exemplu prin adăugarea de carbonat de calciu sau hidroxid de calciu:

CaS0 4 (p) + Na 2 CO 3 (p) = CaCO e (t)↓ + Na 2 SO 4 (p)

Ca(HCO3)2 (p) + Ca(OH)2 (p) = 2CaCO3 (t) ↓ + 2H2O

M g SO 4 (p) + Ca (OH) 2 (p) = Mg (OH) 2 (t) ↓ + CaSO 4 (p)

Pentru îndepărtarea ionilor de Ca 2+ și Mg 2+ se folosesc și fosfați de sodiu, borax, carbonat de potasiu și alte săruri.

Apă. Metoda de dedurizare a apei

Apa naturală dizolvă întotdeauna sărurile din ea, care determină duritatea apei. Împărțiți duritatea instantanee a apei care conține hidrocarbonați de calciu și magneziu (Ca(HCO 3) 2, Mg(HCO 3) 2. Se numește astfel încât la fierbere să poată fi puse în drocarbonați, care sunt transformați în descompunere importantă a carbonatului (CaCO). 3, MgCO 3), pe măsură ce cad în asediu, scara se instalează.

Duritatea constantă a apei este determinată de clorurile și sulfații de calciu și magneziu (CaCl 2, CaSO 4, MgCl 2, MgSO 4). Această duritate a apei nu este supusă fierberii și este necesar să se folosească reactivi chimici pentru a o reduce.

Durata oră și duritatea constantă determină duritatea finală a apei, care este caracterizată sau măsurată prin concentrația totală de ioni de calciu și magneziu în miligram echivalent la 1 kg de apă (mg-eq/kg). Echivalentul miligramului este un număr de cuvinte care indică masa atomică apoasă. Astfel, 1 mg-eq/kg este echivalent cu 0,02 mg Ca și 0,012 mg magneziu per 1 kg de apă. Pentru a asigura funcționarea sigură și fără probleme a centralelor moderne cu abur de nave, este necesar să se înghețe o serie de intrări legate de solidificarea diverșilor reactivi chimici. Li se furnizează reactivi pentru a vopsi apa cazanului și a apelor vii și pentru a regla procesele fizice și chimice interne ale cazanului.

Creșteți concentrația de săruri din apa cazanului până când se formează depuneri, ceea ce are ca rezultat creșterea transferului de căldură și supraîncălzirea cazanului, ceea ce poate duce la fierbere. Sub acțiunea amestecului de apă, abur și abur-apă, suprafața metalică a cazanului de încălzire promovează coroziunea intercristalină, un astfel de metal își păstrează forma și dimensiunile, dar se prăbușește la impact. Acest tip de coroziune poate fi detectat rapid numai cu ajutorul detectoarelor de defecte cu ultrasunete și magnetice.

18.09.2018 clasa a X-a lecția nr 3

Subiect: Substante anorganice ale celulei

Obiective: studiază compoziția chimică a celulei, identifică rolul substanțelor anorganice în celulă.

Sarcini:

educațional: arătați varietatea elementelor și compușilor chimici care alcătuiesc organismele vii, semnificația acestora în procesele vieții;

dezvoltare: continuați formarea abilităților și abilităților de muncă independentă cu manualul, capacitatea de a evidenția principalul lucru, de a formula concluzii;

educațional: dezvoltarea abilităților de comunicare.

Echipament: prezentare, tabelul lui D.I Mendeleev, manual.

Progresul lecției:

eu .Moment organizatoric

II . Examinare teme pentru acasă

Conversație despre probleme (diapozitivul 1)

Cine a introdus prima dată conceptul de „celulă”?

Cine este creatorul teoriei celulare?

Ce contribuții au adus Rudolf Virchow și Karl Baer la crearea teoriei celulare?

Ce metode de studiere a celulelor există?

Pentru ce reprezentanti? lumea organică Conceptele de „celulă” și „organism” coincid?

III .Motivație (diapozitivul 2)

Nu există nimic altceva în natură, nici aici, nici acolo, în adâncurile spațiului:

totul - de la granule mici de nisip la planete - este format din elemente unice.

Ca o formulă, ca un program, sistemul de muncă al sistemului Mendeleev este strict.

O lume vie se petrece în jurul tău, intră în ea, inspiră-o, atinge-o cu mâinile tale.

(Șchipaciov „Citind Mendeleev”)

Gândiți-vă despre ce este poezia asta? Cum ar putea avea legătură asta cu lecția de astăzi? Încercați să formulați subiectul lecției și stabiliți obiective pentru lecție.

Înregistrarea subiectului lecției (diapozitivul 3)

IV . Învățarea de materiale noi

Amintiți-vă compoziția chimică a unei celule de la cursul de biologie de clasa a VIII-a și reproduceți această diagramă (oral) (diapozitivul 4)

Această diagramă reflectă pe deplin compoziția chimică a celulei?

Din ce constau substantele? (din elemente chimice).

Aceasta înseamnă că ar fi mai corect să descriem schema propusă în mod diferit (diapozitivul 5)

Ce includem în primul grup? La al doilea grup?

Lucru independent cu manualul (paragraful 2 de L.N. Sukhorukova, V.S. Kuchmenko „Clasele de biologie 10-11”). Găsiți răspunsuri la întrebări:

Care elemente chimice se găsesc în celulele organismelor vii?

Cum sunt ele clasificate?

Dați exemple pentru fiecare grupă.

Celula conține aproximativ 80 de elemente chimice ale sistemului periodic. Toate aceste elemente se găsesc și în natura neînsuflețită (diapozitivul 6).

Ce înseamnă asemănarea dintre a trăi și natura neînsuflețită?

Substanțe din celule cantități diferite(diapozitivul 7).

Ele sunt clasificate în 3 grupe (diapozitivul 8).

Exemplele și semnificația lor (diapozitivele 9-23).

Ce substanțe anorganice alcătuiesc celulele?

Să lucrăm în grupuri. Primul grup va studia și ne va pregăti o poveste despre sărurile minerale care alcătuiesc celulele, iar al doilea despre apă (despre rolul lor în celulă).

Povestea unui reprezentant al grupei a 2-a.

Antoine de Saint-Exupéry (diapozitivul 28) a spus:

Apa - nu ai
fără gust, fără culoare, fără miros.
Ei se bucură de tine
nu stiu ce esti...
Tu ești viața însăși!

Ce părere aveți despre această chestiune?

Proprietățile apei sunt neobișnuite (diapozitivele 29-31). De ce depind ele? (în funcție de structura moleculei de apă). Să ne amintim cursul lor de chimie privind structura moleculei de apă (diapozitivul 32).

Proprietățile apei (diapozitivul 32-34)

Semnificația apei (diapozitivul 35 -39)

V . Consolidarea materialului învățat

Testul „Substanțe anorganice ale celulelor” (diapozitivul 40-49)

1. Ce elemente chimice conținute în celulă sunt clasificate ca macroelemente?

O ) S, Na, Ca, K; b) O, H, C, N; c) Ni, Cu, I, Br.

2.Care sunt funcțiile apei într-o celulă?

a) transferul de informații ereditare;

b) mediu pentru reactii chimice;

c) sursa de energie.

3. Substanțele hidrofobe includ:

a) sare; b) zahăr; c) grăsimi.

4. Ce ioni fac parte din hemoglobina?

a) Mg2+; b) Fe2+; c) Zn2+.

5. Apa este baza vieții, pentru că ea:

a) poate fi în trei stări (lichid, solid și gazos);

b) este un solvent care asigură atât afluxul de substanțe în celulă, cât și îndepărtarea produselor metabolice din aceasta;

c) răcește suprafața în timpul evaporării.

6. Substanțele care sunt foarte solubile în apă se numesc:

a) hidrofil; b) hidrofob; c) amfifil.

7. Apa are capacitatea de a dizolva substanțe deoarece moleculele sale:

A) polar; B) au molecule mici;

C) conțin atomi legați prin legături ionice; D) formează legături de hidrogen între ele

8. Funcția principală a sărurilor minerale din celulă este de a menține:

A) difuziune; B) tamponare; B) osmoza

9. Ce legături chimice formează moleculele de apă între ele:

A) covalent; B) hidrofob; B) hidrogen

10. O moleculă de apă care poartă o sarcină pozitivă la un capăt și o sarcină negativă la celălalt se numește: A) dipol; B) dimol; B) dirol

VI . Tema pentru acasă (diapozitivul 50)

P. 2, răspunde la întrebări.

Toate organismele vii de pe planeta Pământ sunt făcute din apă. Acest lichid se găsește peste tot și viața este imposibilă fără el. Valoarea mare a apei se datorează proprietăți unice lichide și compoziție simplă. Pentru a înțelege toate caracteristicile, se recomandă să vă familiarizați în detaliu cu structura moleculei de apă.

Modelul structurii apei

O moleculă de apă conține doi atomi de hidrogen (H) și un atom de oxigen (O). Elementele care alcătuiesc lichidul determină toată funcționalitatea și caracteristicile. Modelul unei molecule de apă are forma unui triunghi. Partea de sus a acestei figuri geometrice este reprezentată de elementul mare oxigen, iar în partea de jos sunt mici atomi de hidrogen.

O moleculă de apă are doi poli de sarcină pozitiv și doi negativi. Sarcinile negative se formează din cauza unui exces de densitate electronică în atomii de oxigen, iar sarcinile pozitive se formează din cauza lipsei densității electronilor în hidrogen.

Distribuția neuniformă a sarcinilor electrice creează un dipol, în care momentul dipolar este de 1,87 debye. Apa are capacitatea de a dizolva substanțe deoarece moleculele sale încearcă să neutralizeze câmpul electric. Dipolii duc la faptul că la suprafața substanțelor scufundate într-un lichid, legăturile interatomice și intermoleculare devin mai slabe.

Apa este foarte rezistentă la dizolvarea altor compuși. În condiții normale, din 1 miliard de molecule, doar 2 se dezintegrează, iar protonul intră în structura ionului hidroniu (format la dizolvarea acizilor).

Apa nu își schimbă compoziția atunci când interacționează cu alte substanțe și nu afectează structura acestor compuși. Un astfel de lichid este considerat un solvent inert, care este deosebit de important pentru organismele vii. Substanțele benefice ajung la diferite organe prin soluții apoase, de aceea este important ca compoziția și proprietățile lor să rămână neschimbate. Apa păstrează memoria substanțelor dizolvate în ea și poate fi folosită în mod repetat.

Care sunt caracteristicile organizării spațiale a unei molecule de apă:

• Conexiunea se face prin sarcini opuse;
• Apar legături intermoleculare de hidrogen, care corectează deficiența de electroni a hidrogenului cu ajutorul unei molecule suplimentare;
• A doua moleculă fixează hidrogenul la oxigen;
• Acest lucru creează patru legături de hidrogen care pot intra în contact cu până la 4 vecini;
• Acest model seamănă cu un fluture și are unghiuri egale cu 109 grade.

Atomii de hidrogen se combină cu atomii de oxigen pentru a forma o moleculă de apă cu o legătură covalentă. Legăturile de hidrogen sunt mai puternice, așa că atunci când se rupe, moleculele se atașează de alte substanțe, ajutându-le să se dizolve.

Alte elemente chimice care conțin hidrogen îngheață la -90 de grade și fierb la 70 de grade. Dar apa devine gheață când temperatura ajunge la zero și fierbe la 100 de grade. Pentru a explica astfel de abateri de la normă, este necesar să înțelegem ce este special la structura moleculei de apă. Cert este că apa este un lichid asociat.

Această proprietate este confirmată de căldura mare de vaporizare, ceea ce face din lichid un bun purtător de energie. Apa este un excelent regulator de temperatură și poate normaliza schimbările bruște ale acestui indicator. Capacitatea termică a unui lichid crește atunci când temperatura acestuia este de 37 de grade. Valorile minime corespund temperaturii corpului uman.

Greutatea moleculară relativă a apei este de 18. Acest indicator este destul de ușor de calculat. Ar trebui să vă familiarizați în avans cu masa atomică de oxigen și hidrogen, care este 16 și, respectiv, 1. În problemele chimice, fracția de masă a apei este adesea întâlnită. Acest indicator este măsurat ca procent și depinde de formula care trebuie calculată.

Structura moleculei în diferite stări de agregare a apei

În stare lichidă, o moleculă de apă constă dintr-un monohidrol, dihidrol și trihidrol. Cantitatea acestor elemente depinde de starea de agregare a lichidului. Aburul include un H₂O - hidrol (monohidrol). Două H₂O indică starea lichidă - dihidrol. Trei H₂O includ gheață.

Stari agregate ale apei:

• Lichid. Există goluri între moleculele individuale care sunt conectate prin legături de hidrogen.
• Aburi. Un singur H₂O nu se conectează între ele în niciun fel.
• Gheaţă. Starea solidă este caracterizată de legături puternice de hidrogen.

În acest caz, există stări de tranziție ale lichidului, de exemplu, în timpul evaporării sau înghețului. Mai întâi trebuie să vă dați seama dacă moleculele de apă sunt diferite de moleculele de gheață. Deci lichidul înghețat are o structură cristalină. Modelul de gheață poate avea forma unui tetraedru, sistem trigonal și monoclinic sau cub.

Apa obișnuită și cea înghețată diferă ca densitate. Structura cristalină are ca rezultat o densitate mai mică și un volum crescut. Principala diferență între starea lichidă și solidă este numărul, rezistența și tipul legăturilor de hidrogen.

Compoziția nu se modifică în nicio stare de agregare. Structura și mișcarea sunt diferite componente lichide, rezistența legăturilor de hidrogen. De obicei, moleculele de apă sunt slab atrase unele de altele și sunt plasate aleatoriu, motiv pentru care lichidul este atât de fluid. Gheața are o atracție mai puternică, deoarece creează o rețea cristalină densă.

Mulți oameni sunt interesați dacă volumele și compoziția moleculelor de apă rece și cea caldă sunt aceleași. Este important de reținut că compoziția lichidului nu se modifică în niciuna dintre stările de agregare. Când un lichid este încălzit sau răcit, moleculele diferă în aranjarea lor. Apa rece și cea caldă au volume diferite, deoarece în primul caz structura este ordonată, iar în al doilea este haotică.

Când gheața se topește, temperatura nu se schimbă. Abia după ce lichidul își schimbă stare fizică, cifrele încep să crească. Topirea necesită o anumită sumă energie, care se numește căldură specifică de fuziune sau lambda apei. Pentru gheață, cifra este de 25.000 J/kg.