Правила техники безопасности при выполнении работы
При выполнении практической работы строго выполняйте только те опыты, которые прописаны в инструкции или оговорены учителем. Обратите внимание, что данная работа предусматривает работу с хрупкой стеклянной и фарфоровой посудой, нагревательными приборами. Перед началом работы повторите правила работы со стеклянной, фарфоровой посудой и нагревательными приборами.
Работу необходимо выполнять в застегнутом халате или фартуке.
Составление плана эксперимента
Вам выдана смесь, состоящая из железных опилок, песка и поваренной соли. Необходимо разделить данную смесь на отдельные компоненты.
В тетради для практических работ составьте план разделения смеси по образцу, оговоренному учителем. Опишите способы и приемы, при помощи которых смесь будет разделена на индивидуальные вещества.
Разделение смеси
Если план разделения смеси составлен верно, то последовательность действий должна быть следующей:
1. Высыпьте смесь на лист бумаги, при помощи шпателя или стеклянной палочки разровняйте ее. Над поверхностью смеси проведите несколько раз магнитом. Что наблюдаете? Запишите свои наблюдения.
2. 
Оставшуюся смесь песка и поваренной соли высыпьте в стакан с водой. При помощи стеклянной палочки перемешивайте раствор до тех пор, пока вся соль не раствориться.
3. Изготовьте бумажный фильтр. Вставьте бумажный фильтр в воронку, а воронку –
в стакан или колбу. Отфильтруйте смесь. При выливании
смеси на фильтр периодически перемешивайте ее при помощи стеклянной палочки.
4. Небольшое количество отфильтрованного раствора соли перелейте в фарфоровую чашку при помощи пипетки. Разместите чашку в штативном кольце лабораторного штатива и начните нагрев. Внимание! Нагрев должен быть несильным. Жидкость должна слегка кипеть! При сильном нагреве, особенно при использовании сухого горючего, чашка может лопнуть! Пользуйтесь защитными очками! Что наблюдаете после выпаривания раствора?
5. Приведите рабочее место в порядок. Сформулируйте выводы о проделанной работе.
Подведем итоги
Вопросы, упражнения и задачи
Составьте план разделения смесей состоящих из:
1) порошка угля, сахара и железных опилок;
2) порошка железа, порошка алюминия и соды.
Обозначьте верное утверждение относительно физических свойств смесей:
A. Физические свойства смеси такие же, как и у преобладающего компонента.
Б. Температура плавления смеси является среднеарифметической от температур плавления всех компонентов.
B. Физические свойства смеси принципиально отличаются от физических свойств отдельных компонентов.
Г. В смеси компоненты сохраняют свои физические и химические свойства.
Какие смеси можно разделить при помощи декантации:
1) смесь песка и соли; смесь древесных опилок и песка;
2) смесь пенопласта и стружек железа;
3) смесь порошка серы и песка;
4) смесь соли и песка.
Из каких компонентов состоят следующие смеси: мед, варенье, фруктовый сок, сваренный кофе, напиток какао, молоко?
Какими должны быть ваши действия и их последовательность перед проведением химического эксперимента?
Что определяет исследователь, изучая: а) вещество; б) химическое явление?
Целесообразно ли ученому исследовать реакцию с участием раствора, приготовленного на водопроводной воде, а не на дистиллированной? Ответ обоснуйте.
Юный Химик записал наблюдения во время эксперимента не в лабораторном журнале, а на листочках, вырванных из тетради. Учитель посчитал это недостатком работы Юного Химика. Как вы думаете, почему?
Химику не удалось получить вещество. Он решил повторить опыт в таких же условиях. Другой химик предложил изменить условия эксперимента. Как объяснить решение первого химика и совет второго?
Какие ошибки случаются во время химических экспериментов и с чем они связаны?
§9. Химические элементы
Что такое химический элемент?
В химических реакциях происходят превращения одних веществ в другие. Чтобы понять, как это происходит, нужно вспомнить из курса природоведения и физики, что вещества состоят из атомов.
Существует ограниченное число видов атомов. Атомы могут различным образом соединяться друг с другом. Как при складывании букв алфавита образуются сотни тысяч разных слов, так из одних и тех же атомов образуются молекулы или кристаллы разных веществ.
Атомы могут образовать молекулы – мельчайшие частицы вещества, которые сохраняют его свойства.
Известно, например, несколько веществ, образованных всего из двух видов атомов – атомов кислорода и атомов водорода, но разными видами молекул. К числу таких веществ относятся вода, водород и кислород, схемы молекул которых изображены на рисунке 53.
Молекула воды состоит из трех частиц, связанных друг с другом. Это и есть атомы. К атому кислорода (атомы кислорода обозначаются в химии буквой О) присоединены два атома водорода (они обозначаются буквой Н). Молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода; молекула водорода – из двух атомов водорода.
Молекулы могут образовываться в ходе химических превращений, а могут и распадаться.
Так, каждая молекула воды распадается на два атома водорода и один атом кислорода. Две молекулы воды образуют вдвое больше атомов водорода и кислорода. Одинаковые атомы связываются попарно в молекулы новых веществ – водород и кислород. Молекулы, таким образом, разрушаются, а атомы сохраняются.
Рисунок 53. Схема молекул водорода (а), кислорода (б), воды (в) и отдельных атомов водорода и кислорода (г)
Отсюда и произошло слово «атом», что значит в переводе с древнегреческого
«неделимый».
В химических превращениях образуются другие вещества из тех же атомов, из которых состояли исходные вещества.
Как микробы стали доступны наблюдению с изобретением микроскопа, так атомы и молекулы – с изобретением приборов, дающих еще большее увеличение и даже позволяющих атомы и молекулы фотографировать. На таких фотографиях атомы выглядят в виде расплывчатых пятен, а молекулы – в виде сочетания таких пятен.
Рисунок 54. Изображение атомов, полученное при помощи атомно- силового микроскопа
Рисунок 55. Изображение молекулы, полученное при помощи туннельного микроскопа
Однако существуют и такие явления, при которых атомы делятся, атомы одного вида превращаются в атомы других видов. При этом получены искусственно и такие атомы, которые в природе не найдены.
Но эти явления изучаются не химией, а другой наукой – ядерной физикой.
Как уже говорилось, существуют и другие вещества, в состав которых входят атомы водорода и кислорода. Но, независимо от того, входят эти атомы в состав молекул воды, или в состав других веществ – это атомы одного и того же химического элемента.
Сколько всего существует видов атомов? На сегодняшний день человеку достоверно известно о существовании 118 видов атомов, то есть 118 химических элементов. Из них в природе встречаются 90 видов атомов, остальные получены искусственно в лабораториях.
Символы химических элементов
В химии для обозначения химических элементов используют химическую символику. Это язык химии. Для понимания речи на любом языке необходимо знать буквы, в химии точно так же. Чтобы понимать и описывать свойства веществ, и изменения,
Рисунок 56. Обозначения химических элементов алхимиками
происходящие с ними, прежде всего, необходимо знать символы химических
элементов.
В эпоху алхимии химических элементов было известно намного меньше, чем сейчас. Алхимики отождествляли их с планетами, различными животными, античными божествами (рисунок 56).
В настоящее время во всем мире пользуются системой обозначений, введенной шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом. В его системе химические элементы обозначают начальной или одной из последующих букв латинского названия данного элемента. Например, элемент серебро обозначается символом – Ag (лат. Argentum).
Ниже приведены символы, произношения символов, и названия наиболее распространенных химических элементов. Их нужно заучить на память!
Рисунок 57. Йёнс Якоб Берцелиус (1779–1848)
| Название химического элемента | Химический символ | Произношение символа |
| Водород | Н | Аш |
| Гелий | Не | Гелий |
| Литий | Li | Литий |
| Бериллий | Be | Бериллий |
| Бор | В | Бор |
| Углерод | С | Цэ |
| Азот | N | Эн |
| Кислород | О | О |
| Фтор | F | Фтор |
| Название химического элемента | Химический символ | Произношение символа |
| Натрий | Na | Натрий |
| Магний | Mg | Магний |
| Алюминий | Al | Алюминий |
| Кремний | Si | Силициум |
| Фосфор | Р | Пэ |
| Сера | S | Эс |
| Хлор | Cl | Хлор |
| Калий | К | Калий |
| Кальций | Са | Кальций |
| Хром | Cr | Хром |
| Марганец | Mn | Марганец |
| Железо | Fe | Феррум |
| Медь | Cu | Купрум |
| Цинк | Zn | Цинк |
| Бром | Br | Бром |
| Серебро | Ag | Аргентум |
| Олово | Sn | Станум |
| Иод | I | Иод |
| Барий | Ba | Барий |
| Золото | Au | Аурум |
| Ртуть | Hg | Гидраргирум |
| Свинец | Pb | Плюмбум |
Периодическая Система химических элементов Д.И. Менделеева
Русский химик Дмитрий Иванович Менделеев первым упорядочил разнообразие химических элементов, и на основании открытого им Периодического Закона составил Периодическую Систему химических элементов.
Как устроена Периодическая Система химических элементов?
На рисунке 58 изображен короткопериодный вариант Периодической Системы. Периодическая Система состоит из вертикальных столбцов и горизонтальных строк.
Горизонтальные строки называются периодами. На сегодняшний день все известные элементы размещаются в семи периодах. Периоды обозначают арабскими цифрами от 1 до 7.
Периоды 1–3 состоят из одного ряда элементов – их называют малыми. Периоды 4–7 состоят из двух рядов элементов, их называют большими.
Вертикальные столбцы Периодической Системы называют группами элементов. Всего групп восемь, и для их обозначения используют римские цифры от I до VIII. Выделяют главные и побочные подгруппы.
Периодическая Система – универсальный справочник химика, с ее помощью можно получить информацию о химических элементах.
Существует еще один вид Периодической Системы – длиннопериодный (рисунок 60). В длиннопериодной форме
Периодической Системы элементы сгруппированы иначе, и распределены на 18 групп. В данном варианте
Периодической Системы элементы сгруппированы по «семействам», то есть в каждой группе элементов расположены элементы со сходными, похожими свойствами. В данном варианте Периодической Системы, номера групп, как и периодов, обозначают арабскими цифрами.
Элементы 1, 2, 13–18 групп являются элементами главных подгрупп. Элементы групп 3–12 – элементы побочных подгрупп.
Рисунок 58. Периодическая Система химических элементов Д.И. Менделеева (короткопериодная форма)
Рисунок 59. Характеристики элемента в Периодической Системе
Рисунок 60. Периодическая Система химических элементов Д.И. Менделеева (длиннопериодная форма)
Распространенность химических элементов в природе
Атомы элементов, встречающихся в природе, распределенные в ней очень неравномерно. В космосе самым распространенным элементом является водород – первый элемент Периодической Системы. На его долю приходится около 93% всех атомов Вселенной (рисунок 61). Около 6,9% составляют атомы гелия – второго элемента Периодической Системы. Остальные 0,1% приходится на все остальные элементы.
Распространенность химических элементов в земной коре значительно отличается от их распространенности во Вселенной (рисунок 61). В земной коре больше всего атомов кислорода и кремния. Вместе с алюминием и железом они формируют основные соединения земной коры. А железо и никель – основные элементы, из которых состоит ядро нашей планеты.
Живые организмы также состоят из атомов различных химических элементов. В организме человека больше всего содержится атомов углерода, водорода, кислорода и азота.
Рисунок 61. Распространенность химических элементов во Вселенной (в % от общего числа атомов) и в земной коре (в % от общей массы)
Подведем итоги
Вопросы, упражнения и задачи
Что такое химический элемент?
Найдите в Периодической Системе и прочтите вслух символы следующих элементов: Li, N, Al, H, O, Na, Cu, Hg, S, P, Cl, Br, Mg.
Прочтите символы химических элементов, из которых состоят следующие вещества: мел – CaCO3, вода – Н2O, поваренная соль – NaCl, метан – CH4, сахар – С12Н22О11.
Выпишите из Периодической Системы символы всех элементов, которые начинаются с буквы А. Сколько всего существует таких элементов?
Выпишите из Периодической Системы символы элементов, названия которых начинаются с буквы М. Сколько всего существует таких элементов?
При помощи дополнительных источников информации составьте короткое сообщение о происхождении названия какого-либо элемента.
Какой элемент лишний в каждой тройке: а) Li, Na, Be; б) F, Cl, S; в) Mg, P, H; г) K, Cr, Ag?
Укажите группу, подгруппу, период для водорода, серы, аргона, кальция, марганца, цинка, иода, серебра, бария, брома, мышьяка, вольфрама.
Выпишите как можно больше символов элементов, названия которым даны в честь
1) знаменитых ученых, 2) различных стран и городов, 3) античных божеств и т.п.
Какой элемент является наиболее распространенным: а) в земной коре; б) в гидросфере; в) в атмосфере; г) в космосе?
курса Берцелиус стал ассистентом в Медико-хирургическом институте Стокгольма, а в 1807 г. был избран на должность профессора химии и фармации.
Йёнсу Якобу Берцелиусу не исполнилось и тридцати, когда его избрали президентом Шведской академии наук. В одной из своих работ он назвал кислород центром, «вокруг которого вращается вся химия». Можно сказать, что химия первой половины XIX в.
«вращалась» вокруг Берцелиуса, и это не преувеличение.
Вот как характеризовал его деятельность видный химик и историк науки Пауль Вальден: «Берцелиус включил в свой строительный план неорганическую и органическую химию, аналитическую и минералогическую, физиологическую и электрохимию. Он дал строительный материал, исследуя химические элементы, число которых увеличил новыми открытиями. Он положил фундамент, расположив атомы по размеру, числу и весу, и связал их электрическими силами. Он больше, чем кто-либо до него, способствовал основанию века количественной химии. Он оставил этому веку новый язык символов, ценные новые понятия и новых мастеров химии».
Антуан Лавуазье и Джон Дальтон почитаются «отцами» классической химии, окончательно сформировавшейся на исходе XVIII в. В начале XIX столетия их «дитя» делало лишь первые робкие шаги. Берцелиус стал одним из тех «наставников», которые помогли ему обрести уверенную поступь.
На фундаменте атомно-молекулярного учения возводилось здание классической химии. Шведский исследователь разработал стройную систему атомных весов, с большой точностью определил значения многих из них. До него фактически отсутствовали общепризнанные обозначения элементов. Состав соединений и течение реакций химики описывали словесно, притом на разных языках. Берцелиус создал международный химический язык: он ввёл буквенные обозначения латинских названий элементов. Предложенные им символы почти без изменений сохранились до нашего времени.
Четыре химических элемента открыл сам Берцелиус: церий, селен, кремний и торий. Учёному помогало искусное владение методами химического анализа, а также то, что он был непревзойдённым знатоком минералов и разработал их оригинальную классификацию.
Особую славу принесла Берцелиусу электрохимическая (дуалистическая) теория: каждое химическое соединение состоит из двух частей – положительно и отрицательно заряженной. Хотя при жизни учёного эта идея подвергалась критике, в начале XX в. ей предстояло возродиться в новой ипостаси – в виде электронных теорий химической связи.
Он обогатил химическую науку многими терминами и понятиями: «катализ», «катализатор»,
«изомерия», «аллотропия»; впервые употребил название «органическая химия». Написанный Берцелиусом пятитомный «Учебник химии» стал настольной книгой для исследователей – его современников. Начиная с 1821 г. учёный издавал
«Ежегодные сообщения об успехах химии и физики»
– прообраз будущих реферативных журналов.
Берцелиус опубликовал более двухсот пятидесяти научных работ; среди них – пятитомный «Учебник химии» (1808-1818), выдержавший пять изданий и переведённый на немецкий и французский языки. С 1821 г. Берцелиус издавал ежегодный «Обзор успехов химии и физики» (всего вышло 27 томов), являвшийся наиболее полным собранием новейших достижений науки своего времени и оказавший существенное влияние на выработку теоретических представлений химии. Берцелиус пользовался огромным авторитетом у химиков-современников. В 1808 г. он стал членом шведской Королевской Академии наук, в 1810-1818 гг. был её президентом. С 1818 г. Берцелиус – непременный секретарь Королевской Академии наук. В 1818 г. он был посвящен в рыцари, в 1835 г. ему был пожалован титул барона.
Берцелиус был избран иностранным членом многих академий и научных обществ; с 1820 г. он являлся почётным членом Петербургской академии наук.
В 1855 году в столице Швеции был поставлен памятник Берцелиусу.
В 1935 г. Международный астрономический союз присвоил имя Берцелиуса кратеру на видимой стороне Луны.
29. ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ МЕНДЕЛЕЕВ (1834–1907)
Русский химик Дмитрий Иванович Менделеев родился в Тобольске в семье директора гимназии. Дмитрий был в семье последним, семнадцатым (по другим данным, четырнадцатым) ребёнком. Во время обучения в гимназии Менделеев имел весьма посредственные оценки, особенно по латинскому языку. В 1850 г. он поступил на отделение естественных наук физико-математического факультета Главного педагогического института в Петербурге. Среди профессоров института были тогда такие выдающиеся учёные, как физик Э.Х. Ленц, химик А.А. Воскресенский, математик Н.В. Остроградский. В 1855 г. Менделеев окончил институт с золотой медалью и был назначен старшим учителем гимназии в Симферополь, но из-за начавшейся Крымской войны перевёлся в Одессу, где работал учителем в Ришельевском лицее.
В 1856 г. Менделеев защитил в Петербургском университете магистерскую диссертацию, в 1857 г. был утверждён приват-доцентом этого университета и читал там курс органической химии. В 1859–1861 гг. Менделеев находился в научной командировке в Германии, где работал в лаборатории Р. Бунзена и Г. Кирхгофа в Гейдельбергском университете. К этому периоду относится одно из важных открытий Менделеева – определение «температуры абсолютного кипения жидкостей», известной ныне под названием критической температуры. В 1860 г. Менделеев вместе с другими русскими химиками принимал участие в работе Международного конгресса химиков в Карлсруэ, на котором С. Канниццаро выступил со своей интерпретацией молекулярной теории А. Авогадро. Это выступление и дискуссия по поводу разграничения понятий атома, молекулы и эквивалента
послужили важной предпосылкой к открытию периодического закона.
Вернувшись в Россию в 1861 г., Менделеев продолжил чтение лекций в Петербургском университете. В 1861 г. он опубликовал учебник «Органическая химия», удостоенный Петербургской Академией Наук Демидовской премии. В 1864 г. Менделеев был избран
профессором химии Петербургского технологического института. В 1865 г. он защитил докторскую диссертацию «О соединении спирта с водой» (тема диссертации часто используется для обоснования легенды об изобретении им 40-градусной водки). В том же году Менделеев был утверждён профессором технической химии Петербургского университета, а через два года возглавил кафедру неорганической химии.
Приступив к чтению курса неорганической химии в Петербургском университете, Менделеев, не найдя ни одного пособия, которое мог бы рекомендовать студентам, начал писать свой классический труд «Основы химии». В предисловии ко второму выпуску первой части учебника, вышедшему в 1869 г., Менделеев привёл таблицу элементов под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», а в марте 1869 г. на заседании Русского химического общества Н.А. Меншуткин доложил от имени Менделеева его Периодическую Систему элементов. Периодический Закон явился фундаментом, на котором Менделеев создал свой учебник. При жизни Менделеева «Основы химии» издавались в России 8 раз, ещё пять изданий вышли в переводах на английский, немецкий и французский языки.
В течение последующих двух лет Менделеев внёс в первоначальный вариант Периодической Системы ряд исправлений и уточнений, и в 1871 г. опубликовал две классические статьи – «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов» (на русском языке) и «Периодическая законность химических элементов» (на немецком языке в «Анналах» Ю. Либиха). На основе своей системы Менделеев исправил атомные веса некоторых известных элементов, а также сделал предположение о существовании неизвестных элементов и отважился предсказать свойства некоторых из них. На первых порах сама Система, внесённые исправления и прогнозы Менделеева были встречены научным сообществом весьма сдержанно. Однако после того, как предсказанные Менделеевым «экаалюминий» (галлий), «экабор» (скандий) и
«экасилиций» (германий) были открыты соответственно в 1875, 1879 и 1886 гг., Периодический Закон стал получать признание.
Сделанные в конце XIX – начале XX вв. открытия инертных газов и радиоактивных элементов не поколебали Периодического Закона, но лишь укрепили его. Открытие
изотопов объяснило некоторые нарушения последовательности расположения элементов в порядке возрастания их атомных весов (т.н. «аномалии»). Создание теории строения атома окончательно подтвердило правильность расположения Менделеевым элементов и позволило разрешить все сомнения о месте лантаноидов в Периодической Системе.
Учение о периодичности Менделеев развивал до конца жизни. Среди других научных работ Менделеева можно отметить цикл работ по изучению растворов и разработку гидратной теории растворов (1865–1887 гг.). В 1872 г. он начал изучение упругости газов,
результатом которого стало предложенное в 1874 г. обобщённое уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева). В 1880–1885 гг. Менделеев занимался проблемами переработки нефти, предложил принцип её дробной перегонки. В 1888 г. он высказал идею подземной газификации углей, а в 1891–1892 гг. разработал технологию изготовления нового типа бездымного пороха.
В 1890 г. Менделеев был вынужден покинуть Петербургский университет вследствие противоречий с министром Народного просвещения. В 1892 г. был назначен хранителем Депо образцовых мер и весов (которое в 1893 г. по его инициативе было преобразовано в Главную палату мер и весов). При участии и под руководством Менделеева в палате были возобновлены прототипы фунта и аршина, произведено сравнение русских эталонов мер с английскими и метрическими (1893–1898 гг.). Менделеев считал необходимым введение в России метрической системы мер, которая по его настоянию в 1899 г. была допущена факультативно.
Менделеев был одним из основателей Русского химического общества (1868 г.) и неоднократно избирался его президентом. В 1876 г. Менделеев стал членом-корреспондентом Петербургской Академии Наук, но кандидатура Менделеева в академики была в 1880 г. отвергнута. Забаллотирование Менделеева Петербургской Академии Наук вызвало резкий протест общественности.
Д.И. Менделеев был членом более 90 академий наук, научных обществ, университетов разных стран. Имя Менделеева носит химический элемент №101 (менделевий), подводный горный хребет и кратер на обратной стороне Луны, ряд учебных заведений и научных институтов. В 1962 г. Академия Наук СССР учредила премию и Золотую медаль им. Менделеева за лучшие работы по химии и химической технологии, в 1964 г. имя Менделеева было занесено на доску почёта Бриджпортского университета в США наряду с именами Евклида, Архимеда, Н. Коперника, Г. Галилея, И. Ньютона, А. Лавуазье.
30. Д.И. Менделеев и Донбасс
Дмитрий Иванович Менделеев представляет собой блестящий пример ученого- энциклопедиста, ученого абсолютно мирового уровня. Занимаясь фундаментальными исследованиями в широчайшем диапазоне научных знаний, гениальный исследователь- энциклопедист обязательно находил сферы непосредственного приложения полученных результатов в промышленности. Работы Менделеева и сегодня не утратили актуальности, к ним неизменно обращаются многие поколения представителей научного цеха.
