Исследовательская работа на тему "Вода - растворитель"

МБОУ СОШ №8 имени героя Советского Союза Будника Г.Д.

Город Лобня, Московской области

Исследовательская работа на тему: «Вода – растворитель».

Авторы  работы: Климова Яна, Саввина Ангелина,

Папава Гванца, Гриценко Ирина

ученица 8 класса

Руководитель: Кудинова Н.Ф.,

к.п.н.,учитель химии высшей

квалификационной категории

2012

Введение.

Вода — одно из самых распространенных соединений на Земле. Она есть не только в реках и морях; во всех живых организмах тоже присутствует вода. Без нее невозможна жизнь. Вода — хороший растворитель (в ней легко растворяются разные вещества). Кровь животных и сок растений состоят преимущественно из воды. Вода существует вечно; она постоянно переходит из почвы в атмосферу и организмы и обратно. Более 70%  земной поверхности покрыто водой.

 Есть у воды одно важное свойство: она может легко растворять в себе многие вещества: твердые вещества, жидкости и газы. Поэтому в природе редко встречается чистая вода.  Именно растворенный в воде кислород обеспечивает жизнь водных организмов. А сероводород, образующийся при разложении остатков организмов, делает водоем безжизненным, как, например, в глубинах Черного моря.

«Нельзя сказать, что вода необходима для жизни: она и есть жизнь»,- так сказал Сент-Экзюпери об этой жидкости. Наш организм на 60-70% состоит из воды. Вода доставляет в клетки организма питательные вещества (витамины, минеральные соли и др.) и уносит отходы жизнедеятельности. Необходимо пить, как минимум, 1,5 литра воды в день, чтобы обеспечить организму достаточную термическую стабильность и не терять более 15% содержащейся в нем воды: иначе организму грозит обезвоживание. Ведь человек чрезвычайно остро ощущает изменение содержа ния воды в своем организме и может прожить без нее всего несколько суток.

Помимо питья, человек использует воду в лечебных, гигиенических и хозяйственных целях, широко используются также лечебные минеральные воды.

Задачи исследования:

1. Собрать и обобщить информацию по теме «Вода – растворитель».
2. Познакомиться с явлениями диффузии и осмоса.
3. Провести опыт «Силикатный сад». Сделать выводы.

Вода и ее особенности.

В молекуле воды электрические заряды слегка разделены, так как атомы водорода располагаются с одной стороны молекулы. Из-за этого ионные соединения (соединения, состоящие из ионов) так легко растворяются в ней. Ионы заряжены, и молекулы воды притягивают их.

Вода, как и все растворители, может растворить только ограниченное количество вещества. Раствор называется насыщенным, когда растворитель не может растворить дополнительную порцию вещества. Обычно количество вещества, которое способен растворить растворитель, возрастает при нагревании. В горячей коде сахар растворяется легче, чем в холодной. Шипучие напитки — это водные растворы углекислого газа. Чем выше давление, тем большее количество газа способен поглотить раствор. Поэтому когда мы открываем банку с напитком и тем самым, уменьшаем давление, из напитка вырывается углекислый газ. При нагревании растворимость газов уменьшается. В 1 литре речной и морской воды обычно растворено около 0,04 грамма кислорода. Этого хватит водорослям, рыбам и другим обитателям морей и рек.

Растворенные в воде минеральные вещества являются важнейшими питательными компонентами растений на Земле. Там, где воды  мало – образуются пустыни, полупустыни, саваны.

Пышная растительность образуется там, где воды много, т.е. много питательных веществ, растворенных в воде.

Питьевая вода из разных источников может иметь различный химический состав, что сказывается на ее вкусе.

Морская вода — это раствор 44 химических элементов. Важную роль играют соли. Если всю морскую соль в сухом виде распределить по поверхности суши, то ее слой составит почти 150 м.
Вода океанов содержит около 35 г/л растворенных веществ, главным образом солей, в том числе «соленого» хлорида натрия.    

По составу солей Мертвое море резко отличается от всех других морей планеты. Соленость Мертвого моря в 8 раз превышает соленость Атлантического океана и 40 раз Балтийского моря. В то время как в водах других морей содержание хлорида натрия составляет 77% от всего солевого состава, в водах Мертвого моря его доля составляет 25-30%, а на долю солей магния приходится до 50%, содержание брома рекордно: в 80 раз выше, чем в Атлантическом океане.

Из-за того, что вода способна растворять другие вещества , она никогда не бывает чистой.

Растворение.

Если смешаем воду и другое вещество, то в зависимости  от природы веществ и условий может быть:

1. Химическая реакция.

Взаимодействие воды с металлами.

Активные металлы (щелочные, щелочноземельные  металлы) взаимодействуют с водой при обычных условиях с образованием гидроксидов и выделением водорода:

 2Nа + 2Н2О == 2NаОН + Н2

 Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + Н2

Взаимодействие воды с оксидами неметаллов.

N205 + Н20 = 2HN03

S02 + H20 = H2S03

Соединения оксидов неметаллов с водой относят к кислотам.

Взаимодействие воды с оксидами металлов.

Оксиды меди, железа и цинка в воде не растворяются и не соединяются с ней. Иначе ведет себя оксид кальция, или негашеная известь.

При обливании кусков негашеной извести водой наблюдается такое сильное разогревание, что часть воды превращается в пар, а куски негашеной извести, рассыпаясь, превращаются в сухой рыхлый порошок — гашеную известь, или гидроксид кальция   Ca(OH)2 :

СаО + Н20 = Са(ОН)2

Подобно оксиду кальция, соединяются с водой оксиды натрия и калия:

Na20 + H20 = 2NaOH

К20+Н20 = 2КОН

При этих реакциях образуются гидроксид натрия NaOH и гидроксид калия КОН.

Таким образом, одни оксиды металлов не реагируют с водой (их большинство) другие (оксид калия, оксид натрия, оксид кальция, оксид бария и др.) соединяются с ней, образуя гидроксиды, которые относятся к основаниям.

2.Образуется раствор - система, образованная несколькими веществами, между которыми нет границ раздела.  Растворение — переход молекул вещества из одной фазы в другую (раствор, растворенное состояние). Происходит в результате взаимодействия атомов (молекул) растворителя и растворённого вещества .  При растворении межфазная граница исчезает, при этом многие физические свойства раствора (например, плотность, вязкость, иногда — цвет, и другие) меняются.

Диффузия и осмос.

Как известно, при температуре выше абсолютного нуля все молекулы находятся в постоянном беспорядочном движении. Это показывает, что они обладают определенной кинетической энергией. Благодаря постоянному движению при смешении двух жидкостей или двух газов их молекулы равномерно распределяются по всему доступному объему.

Диффузия — это процесс, ведущий к равномерному распределению молекул растворенного вещества и растворителя. Как всякое движение, диффузия требует энергии. Диффузия всегда направлена от большей концентрации данного вещества к меньшей, от системы, обладающей большей свободной энергией, к системе с меньшей свободной энергией. Свободной энергией называется часть внутренней энергии системы, которая может быть превращена в работу. Свободная энергия, отнесенная к 1 молю вещества, носит название химического потенциала. Таким образом, химический потенциал — это мера энергии, которую данное вещество использует на реакции или движение. Химический потенциал — функция концентрации. Скорость диффузии зависит от температуры, природы вещества и разности концентраций. Чем выше концентрация данного вещества, тем выше его активность и его химический потенциал. Диффузионное передвижение вещества всегда идет от большего к меньшему химическому потенциалу. Наибольший химический потенциал у чистой воды. Добавление к воде молекул растворенного вещества приводит к возникновению связи между молекулами воды и растворенного вещества, что уменьшает ее активность, ее свободную энергию, ее химический потенциал. В том случае, если диффундирующие вещества встречают на своем пути мембрану, движение замедляется, а в некоторых случаях прекращается. Диффузия воды по направлению от своего большего к меньшему химическому потенциалу через мембрану носит название осмоса. Иначе говоря, осмос — это диффузия воды или другого растворителя через полупроницаемую перепонку, вызванная разностью концентраций или разностью химических потенциалов.

Описание опыта «Силикатный сад».

Наливаем  в стеклянный  стакан  разбавленный примерно в два раза силикатный клей (раствор силиката натрия Na2SiO3). Вносим  в раствор кристаллики различных растворимых в воде солей: хлорид кобальта СоСl2∙6Н2O, хлорид никеля NiС12∙6Н2O , хлорид железа (ІІІ) FеС13∙6Н2O, сульфат алюминия А12(SO4)3∙18Н2O, хлорид марганца МnС12∙4Н2O.

Через несколько минут из кристалликов начинают вырастать очень красивые разноцветные «водоросли». Соли кобальта, никеля, железа (II), железа (III), марганца образуют «растения» соответственно розового, изумрудно-зеленого, темно-зеленого, бурого, телесного цвета, из алюминия - бесцветные «водоросли».

Вывод:

 Из кристалла опущенной соли вытягивается тоненькая полая трубочка, стенки которой состоят из образующегося осадка. Осадок имеет свойство полупроницаемой пленки: она пропускает воду только в направлении до кристаллика. Далее растворение кристаллика продолжается в своеобразном мешочке из полупроницаемых стенок. Стенки этого мешочка под давлением жидкости разрываются (в разных местах) и образуется новая пленка-осадок. Кристаллик соли будто превращается в «кустик».

Наблюдается осмос – одностороннее перемещение вещества через полупроницаемую мембрану.

Вода – это, на первый бесхитростный взгляд, простое химическое соединение водорода и кислорода. Но на самом деле, вода – необычайно интересное вещество, обладающее уникальными свойствами.