ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 1 Вопрос 5 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Изучите физические свойства: а) сахара и соли; б) лимонной кислоты и соды. Для определения температуры плавления и кипения веществ используйте Интернет. Результаты проведённого анализа оформите в виде таблицы.

Давайте углубимся в объяснение физических свойств этих распространённых веществ. Понимание этих характеристик крайне важно для их правильного использования, хранения и идентификации, как в повседневной жизни, так и в промышленности.

Общая методология анализа физических свойств

При изучении любого вещества, физические свойства являются первым шагом к его идентификации и пониманию его поведения. Они делятся на:

• Органолептические свойства и визуальные наблюдения:
  Это те свойства, которые можно определить с помощью органов чувств (зрения, обоняния) без использования сложного оборудования. Они дают первичное представление о веществе.
• Физические константы:
  Это измеряемые величины, которые являются уникальными для каждого чистого вещества и не зависят от его количества. Для их определения часто требуются специальные приборы или справочные данные.

1. Визуальное наблюдение и органолептические свойства

Цвет:

Для всех четырёх веществ (сахар, соль, лимонная кислота, сода) в чистом виде характерен белый цвет. Это связано с их кристаллической структурой и отсутствием в их составе химических групп (хромофоров), которые поглощали бы свет в видимом диапазоне и придавали бы окраску. Любое отклонение от белого цвета обычно указывает на наличие примесей.

Агрегатное состояние (при нормальных условиях):

При комнатной температуре (около 20-25 °C) и нормальном атмосферном давлении все эти вещества находятся в твёрдом агрегатном состоянии. Они представляют собой кристаллические порошки. Это означает, что их молекулы или ионы прочно связаны между собой и образуют упорядоченную структуру – кристаллическую решётку.

Запах:

Все четыре вещества в чистом виде не имеют выраженного запаха. Это объясняется их низкой летучестью при комнатной температуре. Молекулы или ионы этих веществ не испаряются в достаточном количестве, чтобы достичь обонятельных рецепторов человека. Наличие запаха у этих веществ также может указывать на примеси или их разложение.

2. Физические константы

Эти параметры являются фундаментальными для каждого вещества и отражают силу связей между его частицами.

Температура плавления (\(t_{пл}\), °C):

Это температура, при которой твёрдое вещество переходит в жидкое состояние. Для плавления требуется энергия для разрушения кристаллической решётки. Чем прочнее связи в решётке, тем выше температура плавления.

Температура кипения (\(t_{кип}\), °C):

Это температура, при которой жидкость переходит в газообразное состояние. Для кипения требуется энергия для преодоления межмолекулярных сил в жидкой фазе.

Важное замечание о разложении:
Многие органические вещества, а также некоторые неорганические, разлагаются (химически распадаются на более простые вещества) при нагревании до высоких температур, прежде чем они достигнут истинной температуры кипения или даже плавления. В таких случаях указывается температура начала разложения, а не истинная температура кипения.

Плотность (г/мл):
Это масса вещества, содержащаяся в единице его объёма. Плотность отражает, насколько плотно упакованы молекулы или ионы в веществе. Она важна для расчётов массы по объёму и наоборот, а также для понимания поведения вещества при смешивании с другими (например, будет ли оно плавать или тонуть в жидкости).

Подробный анализ каждого вещества:

Сахар (Сахароза, \(C_{12}H_{22}O_{11}\))

Это органическое соединение, дисахарид. Молекулы сахарозы связаны между собой относительно слабыми межмолекулярными силами, в основном водородными связями.

• \(t_{пл}\): Около 160-186 °C. Это относительно невысокая температура плавления для твёрдого вещества, что характерно для многих органических соединений с водородными связями.
• \(t_{кип}\): Сахароза не имеет истинной температуры кипения. При нагревании выше температуры плавления (около 190 °C) она начинает химически разлагаться – происходит процесс карамелизации, при котором молекулы сахарозы распадаются и образуют новые соединения, придающие характерный цвет и вкус.
• Плотность: Приблизительно 1,59 г/мл. Это типичная плотность для органических кристаллических веществ.

Соль (Хлорид натрия, \(NaCl\))

Это ионное соединение. Кристаллическая решётка хлорида натрия состоит из положительно заряженных ионов натрия (\(Na^+\)) и отрицательно заряженных ионов хлора (\(Cl^-\)), удерживаемых очень сильными электростатическими силами.

• \(t_{пл}\): 801 °C. Это очень высокая температура плавления, что является характерной чертой ионных соединений. Для разрушения прочной ионной решётки требуется значительно больше энергии, чем для преодоления межмолекулярных сил в органических соединениях.
• \(t_{кип}\): 1413 °C. Также очень высокая температура кипения, что говорит о сохранении сильных ионных взаимодействий даже в расплавленном состоянии.
• Плотность: Около 2,17 г/мл. Выше, чем у сахара, что объясняется более плотной упаковкой ионов в кристаллической решётке и большей атомной массой составляющих элементов по сравнению с органическими соединениями.

Лимонная кислота (Моногидрат лимонной кислоты, \(C_6H_8O_7 \cdot H_2O\))

Это органическая карбоновая кислота. Молекулы лимонной кислоты также образуют сильные водородные связи между собой и с молекулами воды (в случае моногидрата).

• \(t_{пл}\): Около 153 °C. Схожа с температурой плавления сахара, что также обусловлено наличием сильных водородных связей.
• \(t_{кип}\): Лимонная кислота, как и сахар, разлагается при нагревании выше температуры плавления (около 175 °C). Она не кипит, а распадается на более простые соединения.
• Плотность: Около 1,67 г/мл. Схожа с плотностью сахара.

Сода (Гидрокарбонат натрия, \(NaHCO_3\), пищевая сода)

Это неорганическая соль, содержащая полиатомный ион гидрокарбоната
(\(HCO_3^-\)).

• \(t_{пл}\): Гидрокарбонат натрия не плавится в обычном смысле. Он начинает разлагаться при относительно низких температурах – уже при 100-120 °C начинается выделение воды и углекислого газа, а при 270 °C разложение становится очень интенсивным. Продуктами разложения являются карбонат натрия (\(Na_2CO_3\)), вода (\(H_2O\)) и углекислый газ (\(CO_2\)):
  \(2NaHCO_3(тв) \rightarrow Na_2CO_3(тв) + H_2O(г) + CO_2(г)\)
• \(t_{кип}\): Поскольку сода разлагается, она не имеет истинной температуры кипения. Указанное значение 851 °C, вероятно, относится к температуре плавления карбоната натрия (\(Na_2CO_3\)), который является продуктом её разложения.
• Плотность: Около 2,1-2,2 г/мл. Значение 2,53 г/мл может относиться к очень плотной упаковке или быть усреднённым для различных форм. Плотность соды схожа с плотностью соли, так как оба вещества являются неорганическими солями.

Заключение

Изучение физических свойств позволяет не только идентифицировать вещества, но и предсказывать их поведение в различных условиях, что критически важно для их применения. Например, знание температуры плавления соли объясняет, почему её можно использовать для посыпки дорог зимой (она не плавится от тепла окружающей среды, а растворяется в воде, понижая температуру замерзания), а знание о разложении сахара и лимонной кислоты при нагревании важно для кулинарии. Различие в плотностях влияет на то, как вещества будут смешиваться или разделяться.