Усі речовини можуть бути в різних агрегатних станах- твердому, рідкому, газоподібному та плазмовому. У давнину вважали: світ складається із землі, води, повітря та вогню. Агрегатні стани речовин відповідають цьому наочному поділу. Досвід показує, що межі між агрегатними станами є досить умовними. Гази при низьких тисках і невисоких температурах розглядаються як ідеальні, молекули в них відповідають матеріальним точкам, які можуть стикатися за законами пружного удару. Сили взаємодії між молекулами в момент удару дуже малі, самі зіткнення відбуваються без втрат механічної енергії. Але зі збільшенням відстані між молекулами доводиться враховувати взаємодію молекул. Ці взаємодії починають впливати при переході з газоподібного стану в рідкий або твердий. Між молекулами можуть виникнути різні взаємодії.
Сили міжмолекулярної взаємодії не мають насичуваності, відрізняючись від сил хімічної взаємодії атомів, що призводить до утворення молекул. Вони можуть бути електростатичні при взаємодії між зарядженими частинками. Досвід показав, що квантово-механічна взаємодія, що залежить від відстані і взаємної орієнтації молекул, зневажливо мало при відстанях між молекулами більше 10 -9 м. У розріджених газах їм можна знехтувати або вважати, що потенційна енергія взаємодії практично дорівнює нулю. При невеликих відстанях ця енергія мала, діють сили взаємного тяжіння
при - взаємного відштовхування а присили
тяжіння та відштовхування молекул врівноважені та F= 0. Тут сили визначені у зв'язку з потенційною енергією Але частки рухаються, володіючи якимось запасом кінетичної енер-
ії. Нехай одна молекула нерухома, інша стикається з нею, маючи такий запас енергії. При зближенні молекул сили тяжіння здійснюють позитивну роботу і потенційна енергія їхньої взаємодії зменшується до відстані. При цьому кінетична енергія (і швидкість) зростає. Коли відстань поменшає сили тяжіння зміняться силами відштовхування. Робота, що здійснюється молекулою проти цих сил, є негативною.
Молекула зближуватиметься з нерухомою молекулою доти, доки її кінетична енергія не перейде повністю в потенційну. Мінімальна відстань d,на яке молекули можуть зблизитися, називають ефективним діаметром молекули.Після зупинки молекула почне віддалятися під дією сил відштовхування зі зростаючою швидкістю. Пройшовши знову відстань, молекула потрапить в область сил тяжіння, які уповільнять її видалення. Ефективний діаметр залежить від початкового запасу кінетичної енергії, тобто. це величина не стала. При відстанях, рівних потенційна енергія взаємодії має нескінченно велике значення або бар'єр, що перешкоджає зближенню центрів молекул на меншу відстань. Відношення середньої потенційної енергії взаємодії до середньої кінетичної енергії та визначає агрегатний стан речовини: для газів для рідини, для твердих тіл
Конденсовані середовища - це рідини та тверді тіла. Вони атоми і молекули розташовані близько, майже стикаючись. Середня відстань між центрами молекул у рідинах та твердих тілах порядку (2 -5) 10 -10 м. Приблизно однакові та їх густини. Межатомні відстані перевищують відстані, на які електронні хмари проникають одна в одну настільки, що виникають сили відштовхування. Для порівняння, в газах за нормальних умов середня відстань між молекулами порядку 33 10 -10 м.
В рідинахміжмолекулярна взаємодія дається взнаки сильніше, тепловий рух молекул проявляється в слабких коливаннях біля положення рівноваги і навіть перескоках з одного положення в інше. Тому в них мають місце лише ближній порядок у розташуванні частинок, тобто узгодженість у розташуванні лише найближчих частинок, і характерна плинність.
Тверді тілахарактеризуються жорсткістю структури, мають точно певні обсяги і форми, які під впливом температури і тиску змінюються набагато менше. У твердих тілах можливі стани аморфні та кристалічні. Існують і проміжні речовини – рідкі кристали. Але атоми в твердих тілах зовсім не нерухомі, як можна було б подумати. Кожен їх постійно коливається під впливом пружних сил, що виникають між сусідами. Більшість елементів і сполук під мікроскопом виявляють кристалічну структуру.
Так, зерна кухонної солі мають вигляд ідеальних кубиків. У кристалах атоми закріплені у вузлах кристалічних ґрат і можуть коливатися лише поблизу вузлів ґрат. Кристали становлять істинно тверді тіла, а такі тверді тіла, як пластмаса або асфальт, займають проміжне положення між твердими тілами і рідинами. Аморфне тіло має, як і рідина, ближній порядок, але можливість перескоків мала. Так, скло можна розглядати як переохолоджену рідину, у якої підвищена в'язкість. Рідкі кристали мають плинність рідин, але зберігають упорядкованість розташування атомів і мають анізотропію властивостей.
Хімічні зв'язки атомів (іонів) у кристалах такі ж, як і в молекулах. Структура і жорсткість твердих тіл визначаються різницею в електростатичних силах, що зв'язують разом тіло атоми. Механізм, що зв'язує атоми молекули, може призводити до утворення твердих періодичних структур, які можна розглядати як макромолекули. Подібно до іонних і ковалентних молекул, існують іонні та ковалентні кристали. Іонні грати у кристалах скріплені іонними зв'язками (див. рис. 7.1). Структура кухонної солі така, що кожен іон натрію має шість сусідів - іонів хлору. Цьому розподілу відповідає мінімум енергії, т. е. за такої конфігурації виділяється максимальна енергія. Тому при зниженні температури нижче від точки плавлення спостерігається прагнення утворювати чисті кристали. Зі зростанням температури теплова кінетична енергія є достатньою для розриву зв'язку, кристал почне плавитися, структура - руйнуватися. Поліморфізм кристалів – це здатність утворювати стани з різною кристалічною структурою.
Коли розподіл електричного заряду в нейтральних атомах змінюється, може виникнути слабка взаємодія між сусідами. Цей зв'язок називається молекулярним або ван-дер-ваальсовий (як у молекулі водню). Але сили електростатичного тяжіння можуть і між нейтральними атомами, тоді ніяких перебудов в електронних оболонках атомів немає. Взаємне відштовхування при зближенні електронних оболонок зміщує центр тяжкості негативних зарядів щодо позитивних. Кожен з атомів індукує в іншому електричний диполь, і це призводить до їхнього тяжіння. Це дія міжмолекулярних сил чи сил Ван-дер-Ваальса, які мають великий радіус дії.
Оскільки атом водню дуже малий і його електрон легко усунути, він часто притягається відразу до двох атомів, утворюючи водневий зв'язок. Водневий зв'язок відповідальний і за взаємодію один з одним молекул води. Нею пояснюються багато унікальних властивостей води і льоду (рис. 7.4).
Ковалентний зв'язок(або атомна) досягається через внутрішній взаємодії нейтральних атомів. Прикладом такого зв'язку є зв'язок у молекулі метану. Різновидом вуглецю із сильним зв'язком є алмаз (чотири атоми водню замінюються чотирма атомами вуглецю).
Так, вуглець, побудований на ковалентному зв'язку, утворює кристал у формі алмазу. Кожен атом оточений чотирма атомами, що утворюють правильний тетраедр. Але кожен із них є одночасно вершиною сусіднього тетраедра. В інших умовах ті ж атоми вуглецю кристалізуються в графіт.У графіті вони з'єднані також атомними зв'язками, але утворюють площини із шестикутних сотоподібних осередків, здатних до зсуву. Відстань між атомами, розташованими у вершинах шестигранників, дорівнює 0,142 нм. Шари розташовані з відривом 0,335 нм, тобто. пов'язані слабко, тому графіт пластичний та м'який (рис. 7.5). У 1990 р. виник бум дослідних робіт, викликаний повідомленням про отримання нової речовини - фулериту,що складається з молекул вуглецю - фулеренів. Ця форма вуглецю молекулярна, тобто. Мінімальним елементом є атом, а молекула. Вона названа на честь архітектора Р.Фуллера, який у 1954 р. отримав патент на будівельні конструкціїіз шестикутників та п'ятикутників, що становлять півсферу. Молекула з 60 атомів вуглецю діаметром 0,71 нм було відкрито 1985 р., потім знайшли молекули тощо. Усі вони мали стійкі поверхні,
але найбільш стійкими виявилися молекули 60 З 70 . Логічно припустити, що графіт використаний як вихідна сировина для синтезу фулеренів. Якщо це так, то радіус шестикутного фрагмента має бути 0,37 нм. Але він виявився рівним 0,357 нм. Ця відмінність у 2 % пов'язана з тим, що атоми вуглецю розташовуються на сферичній поверхні у вершинах 20 правильних шестигранників, успадкованих від графіту, та 12 правильних п'ятигранників, тобто. конструкція нагадує футбольний м'яч. Виходить, що при «зшиванні» у замкнуту сферу частина плоских шестигранників перетворилася на п'ятигранники. При кімнатній температурі молекули 60 конденсуються в структуру, де кожна молекула має 12 сусідів, віддалених один від одного на відстані 0,3 нм. При Т= 349 До відбувається фазовий перехід 1-го роду - грати перебудовується на кубічну. Сам кристал - напівпровідник, але при додаванні лужного металу в кристалічну плівку С 60 виникає надпровідність при температурі 19 К. Якщо в цю порожню молекулу впровадити той чи інший атом, його можна використовувати як основу для створення запам'ятовує середовища з надвисокою щільністю інформації: щільність запису досягне 4-10 12 біт/см2. Для порівняння - плівка феромагнітного матеріалу дає щільність запису порядку 10 7 біт/см 2 а оптичні диски, тобто. лазерна технологія - 10 8 біт/см 2 . Цей вуглець має й інші унікальні властивості, особливо важливі в медицині та фармакології.
У кристалах металів виявляє себе металевий зв'язок,коли всі атоми у металі віддають «у колективне користування» свої валентні електрони. Вони слабо пов'язані з атомними остовами, можуть вільно рухатися кристалічною решіткою. Близько 2/5 хімічних елементів становлять метали. У металах (крім ртуті) зв'язок утворюється при перекриванні вакантних орбіталей атомів металу та відриву електронів через утворення кристалічних ґрат. Виходить, що катіони грат оповиті електронним газом. Металевий зв'язок виникає, коли атоми зближуються на відстань, меншу за розміри хмари зовнішніх електронів. За такої конфігурації (принцип Паулі) зростає енергія зовнішніх електронів, і ядра сусідів починають притягувати ці зовнішні електрони, розмиваючи електронні хмари, рівномірно розподіляючи їх по металу і перетворюючи на електронний газ. Так виникають електрони провідності, що пояснюють велику електричну провідність металів. В іонних та ковалентних кристалах зовнішні електрони практично пов'язані, і провідність цих твердих тіл дуже мала, їх називають ізолятори.
Внутрішня енергія рідин визначається сумою внутрішніх енергій макроскопічних підсистем, на які її можна подумки розділити, та енергій взаємодії цих підсистем. Взаємодія здійснюється через молекулярні сили з радіусом дії порядку 10 -9 м. Для макросистем енергія взаємодії пропорційна площі зіткнення, тому вона мала, як і частка поверхневого шару, але це не обов'язково. Її називають поверхневою енергією і слід враховувати у завданнях, пов'язаних із поверхневим натягом. Зазвичай рідини займають більший об'єм за рівної ваги, тобто мають меншу щільність. Але чому обсяги льоду та вісмуту зменшуються при плавленні і навіть після точки плавлення якийсь час зберігають цю тенденцію? Виходить, що ці речовини в рідкому стані щільніші.
У рідині на кожний атом діють його сусіди, і він коливається усередині анізотропної потенційної ями, що вони створюють. На відміну від твердого тіла, ця яма неглибока, тому що далекі сусіди майже не впливають. Найближче оточення частинок у рідині змінюється, тобто рідина тече. Досягши певного значення температури рідина закипить, під час кипіння температура залишається постійною. Надходить енергія витрачається на розрив зв'язків, і рідина при їх повному розриві перетворюється на газ.
Щільності рідин значно більші за щільності газів при тих же тисках і температурах. Так, обсяг води при кипінні становить лише 1/1600 обсягу тієї ж маси водяної пари. Об'єм рідини мало залежить від тиску та температури. За нормальних умов (20 °С та тиску 1,013 10 5 Па) вода займає об'єм 1 л. При зниженні температури до 10 °С обсяг зменшиться лише на 0,0021, зі збільшенням тиску - удвічі.
Хоча простої ідеальної моделі рідини поки що немає, мікроструктура її досить вивчена і дозволяє якісно пояснити більшість її макроскопічних властивостей. Те, що у рідинах зчеплення молекул слабше, ніж у твердому тілі, помітив ще Галілей; його здивувало, що на листі капусти накопичуються великі краплі води і не розтікаються на лист. Пролита ртуть або краплі води на жирній поверхні набувають із-за зчеплення форми маленьких кульок. Якщо молекули однієї речовини притягуються до молекул іншої речовини, то говорять про змочуванні,наприклад клей і дерево, масло та метал (попри величезний тиск, масло утримується в підшипниках). Але вода піднімається в тонких трубочках, званих капілярними, і піднімається тим вище, що тонша трубка. Іншого пояснення, крім ефекту змочування води і скла, тут бути не може. Сили змочування між склом та водою більші, ніж між молекулами води. З ртуттю – ефект зворотний: змочування ртуті та скла слабше, ніж сили зчеплення між атомами ртуті. Галілей зауважив, що змащена жиром голка може триматися на воді, хоч це суперечить закону Архімеда. Коли голка плаває, мож-
Однак помітити невеликий прогин поверхні води, що прагне ніби розпрямитися. Сили зчеплення між молекулами води є достатніми, щоб не дозволити голці провалитися у воду. Поверхневий шар як плівка захищає воду, це і є поверхневий натяг,яке прагне надати формі води найменшу поверхню – кульову. Але по поверхні спирту голка вже не плаватиме, тому що при додаванні спирту у воду зменшується поверхневий натяг, і голка тоне. Мило теж зменшує поверхневий натяг, тому гаряча мильна піна, проникаючи в тріщини і щілини, краще відстирає бруд, особливо жир, тоді як чиста вода просто згорнулася б у крапельки.
Плазма - четвертий агрегатний стан речовини, що є газ із сукупності заряджених частинок, що взаємодіють на великих відстанях. При цьому число позитивних та негативних зарядів приблизно рівне, так що плазма електрично нейтральна. З чотирьох стихій плазма відповідає вогню. Щоб перевести газ у стан плазми, потрібно його іонізувати,відірвати електрони від атомів Іонізацію можна здійснити нагріванням, впливом електричного розряду або жорсткого випромінювання. Речовина у Всесвіті перебуває в основному в іонізованому стані. У зірках іонізація викликається термічно, в розріджених туманностях і міжзоряному газі. ультрафіолетовим випромінюваннямзірок. З плазми складається і наше Сонце, його випромінювання іонізує верхні шари земної атмосфери, які називаються іоносферою,від її стану залежить можливість далекого радіозв'язку. У земних умовах плазма зустрічається рідко - у лампах денного світла чи дузі електрозварювання. У лабораторіях та техніці плазму найчастіше отримують електричним розрядом. У природі це роблять блискавки. При іонізації розрядом виникають електронні лавини, подібні до процесу ланцюгової реакції. Для отримання термоядерної енергії використовують метод інжекції: розігнані до дуже великих швидкостей газові іони впорскуються в магнітні пастки, притягують до себе електрони довкілляутворюючи плазму. Використовують і іонізацію тиском – ударними хвилями. Цей спосіб іонізації - у надщільних зірках і, можливо, в ядрі Землі.
Будь-яка сила, що діє на іони та електрони, викликає електричний струм. Якщо він не пов'язаний із зовнішніми полями і не замкнений усередині плазми, вона поляризується. Плазма підпорядковується газовим законам, але за накладення магнітного поля, що впорядковує рух заряджених частинок, вона виявляє зовсім незвичні газу властивості. У сильному магнітному полі частинки починають крутитись навколо силових ліній, а вздовж магнітного поля вони рухаються вільно. Кажуть, що цей гвинтоподібний рух зміщує структуру силових ліній поля та поле «вморожене» у плазму. Розріджена плазма описується системою частинок, більш щільна - моделлю рідини.
Висока електропровідність плазми – головна відмінність її від газу. Провідність холодної плазми поверхні Сонця (0,8 10 -19 Дж) досягає провідності металів, а при термоядерній температурі (1,6 10 -15 Дж) воднева плазма проводить струм у 20 разів краще за мідь за нормальних умов. Оскільки плазма здатна проводити струм, до неї часто застосовують модель провідної рідини. Вона вважається суцільним середовищем, хоча стисливість відрізняє її від звичайної рідини, але ця відмінність проявляється тільки при течіях, швидкість яких більша за швидкість звуку. Поведінка провідної рідини досліджується в науці, яка називається магнітної гідродинаміки.У космосі будь-яка плазма є ідеальним провідником і закони вмороженого поля мають широке застосування. Модель провідної рідини дозволяє зрозуміти механізм утримання плазми магнітним полем. Так, із Сонця викидаються плазмові потоки, що впливають на атмосферу Землі. Сам потік немає магнітного поля, а й стороннє полі неспроможна у нього проникнути за законом вмороженности. Плазмові сонячні потоки виштовхують сторонні міжпланетні магнітні поля з околиць Сонця. Виникає магнітна порожнина, де поле слабше. Коли ці корпускулярні плазмові потоки наближаються до Землі, вони стикаються з магнітним полем Землі і змушені обтікати його за законом. Виходить якась каверна, де зібране магнітне поле та куди не проникають плазмові потоки. На її поверхні накопичуються заряджені частинки, які були виявлені ракетами та супутниками, – це зовнішній радіаційний пояс Землі. Ці ідеї використовувалися і під час вирішення завдань утримання плазми магнітним полем у спеціальних пристроях - токамаках (від скорочення слів: тороїдальна камера, магніт). З повністю іонізованою плазмою, що утримується у цих та інших системах, пов'язують надії отримання на Землі керованої термоядерної реакції. Це дало б чисте та дешеве джерело енергії (морська вода). Ведуться роботи з отримання та утримання плазми за допомогою сфокусованого лазерного випромінювання.
Презентація на тему "Спирти" з хімії у форматі PowerPoint. Презентація для школярів містить 12 слайдів, де з точки зору хімії розповідається про спирти, їх фізичні властивості, реакції з галогеноводородами.
Фрагменти із презентації
З історії
Чи знаєте ви, що ще IV в. До зв. е. люди вміли виготовляти напої з етиловим спиртом? Вино отримували зброджуванням фруктових та ягідних соків. Однак виділяти з нього дурманний компонент навчилися отримувати значно пізніше. У ХІ ст. алхіміки вловили пари леткої речовини, що виділялася під час нагрівання вина.
Фізичні властивості
- Нижчі спирти - це рідини, добре розчинні у воді, без кольору, із запахом.
- Вищі спирти – тверді речовини, що у воді не розчиняються.
Особливість фізичних властивостей: агрегатний стан
- Метиловий спирт (перший представник гомологічного ряду спиртів) – рідина. Можливо, у нього велика молекулярна маса? Ні. Набагато менше, ніж у вуглекислого газу. Тоді в чому річ?
- Виявляється, вся справа у водневих зв'язках, що утворюються між молекулами спиртів, і не дають окремим молекулам відлетіти.
Особливість фізичних властивостей: розчинність у воді
- Нижчі спирти розчиняються у воді, вищі – не розчинні. Чому?
- Водневі зв'язки дуже слабкі, щоб утримати молекулу спирту, що має велику нерозчинну частину між молекулами води.
Особливість фізичних властивостей: контракція
- Чому під час вирішення розрахункових завдань будь-коли користуються обсягом, лише масою?
- Змішаємо 500 мл спирту та 500 мл води. Отримаємо 930 мл розчину. Водневі зв'язки між молекулами спирту та води настільки великі, що відбувається зменшення сумарного об'єму розчину, його стиснення (від латинського contraktio – стискання).
Спирти – це кислоти?
- Спирти реагують із лужними металами. При цьому атом водню гідроксильної групи замінюється на метал. Схоже на кислоту.
- Але кислотні властивості спиртів дуже слабкі, слабкі настільки, що спирти не діють на індикатори.
Дружба із ДАІ.
- Спирти дружать із ДАІ? Але яким чином!
- Вас колись зупиняв інспектор ДАІ? А у трубочку Ви дихали?
- Якщо вам не пощастило, то пройшла реакція окислення спирту, за якої колір змінився, а вам довелося платити штраф.
Віддаємо воду 1
Відібрання води – дегідротація може бути внутрішньомолекулярною, якщо температура більше 140 градусів. При цьому потрібний каталізатор – концентрована сірчана кислота.
Віддаємо воду 2
Якщо температуру зменшити, а каталізатор залишити той же, то пройде міжмолекулярна дегідротація.
Реакція із галогеноводородами.
Ця реакція оборотна і вимагає каталізатора - концентрованої сірчаної кислоти.
Дружити чи не дружити зі спиртом.
Питання цікаве. Спирт відноситься до ксенобіотиків - речовин, що не містяться в людському організмі, але що впливають на його життєдіяльність. Все залежить від дози.
- Спирт– це поживна речовина, яка забезпечує організм енергією. У середні віки за рахунок споживання алкоголю організм отримував близько 25% енергії.
- Спирт – це лікарський засіб, що має дезінфікуючу та антибактеріальну дію
- Спирт - це отрута, що порушує природні біологічні процеси, руйнує внутрішні органиі психіку і при надмірному вживанні спричиняє смерть.
Лекція 4. Агрегатні стани речовини
1. Жорсткий стан речовини.
2. Рідкий стан речовини.
3. Газоподібний стан речовини.
Речовини можуть перебувати у трьох агрегатних станах: твердому, рідкому та газоподібному. За дуже високих температур виникає різновид газоподібного стану – плазма (плазмовий стан).
1. Тверде стан речовини характеризується тим, що енергія взаємодії частинок між собою вище кінетичної енергії їхнього руху. Більшість речовин у твердому стані має кристалічну будову. Кожна речовина утворює кристали певної форми. Наприклад, хлорид натрію має кристали у формі кубів, галун у формі октаедрів, нітрат натрію у формі призм.
Кристалічна форма речовини є найбільш стійкою. Розташування частинок у твердому тілі зображується у вигляді грат, у вузлах якої ті чи інші частинки, з'єднані уявними лініями. Розрізняють чотири основні типи кристалічних ґрат: атомні, молекулярні, іонні та металеві.
Атомні кристалічні гратиутворена нейтральними атомами, пов'язаними ковалентними зв'язками (алмаз, графіт, кремній). Молекулярні кристалічні гратимають нафталін, сахароза, глюкоза. Структурними елементами цих ґрат є полярні і неполярні молекули. Іонні кристалічні гратиутворена зарядженими іонами (хлорид натрію, хлорид калію), що правильно чергуються в просторі позитивно і негативно. Металеву кристалічну решітку мають усі метали. У її вузлах є позитивно заряджені іони, між якими знаходяться електрони у вільному стані.
Кристалічні речовини мають низку особливостей. Одне їх анизотропия - це неоднаковість фізичних якостей кристала у різних напрямах всередині кристала.
2. У рідкому стані речовини енергія міжмолекулярної взаємодії частинок співмірна з кінетичною енергією їх руху. Цей стан є проміжним між газоподібним та кристалічним. На відміну від газів між молекулами рідини діють великі сили взаємного тяжіння, що визначає характер молекулярного руху. Тепловий рух молекули рідини включає коливальний та поступальний. Кожна молекула протягом якогось часу коливається біля певної точки рівноваги, а потім переміщається і знову займає рівноважне становище. Це визначає її плинність. Сили міжмолекулярного тяжіння не дають молекулам за їх руху далеко відходити друг від друга.
Властивості рідин залежить також від обсягу молекул, форми їх поверхні. Якщо молекули рідини полярні, то відбувається їх об'єднання (асоціація) в складний комплекс. Такі рідини називають асоційованими (вода, ацетон, спирт). Вони мають більш високі t стосів, мають меншу летючість, більш високу діелектричну проникність.
Як відомо, рідини мають поверхневий натяг. Поверхневий натяг- це поверхнева енергія, віднесена до одиниці поверхні: = Е/S, де – поверхневе натяг; Е – поверхнева енергія; S – площа поверхні. Чим міцніше міжмолекулярні зв'язки в рідині, тим більший її поверхневий натяг. Речовини, що знижують поверхневе тяжіння, називаються поверхнево-активними речовинами.
Іншою властивістю рідин є в'язкість. В'язкість - це опір, що виникає при русі одних шарів рідини щодо інших при її переміщенні. Одні рідини мають високу в'язкість (мед, мала), а інші – малу (вода, етиловий спирт).
3. У газоподібному стані речовини енергія міжмолекулярної взаємодії частинок менша від їх кінетичної енергії. Тому молекули газу не утримуються разом, а вільно переміщуються в обсязі. Для газів характерні властивості: 1) рівномірний розподіл по всьому об'єму судини, в якому вони знаходяться; 2) мала щільність порівняно з рідинами та твердими речовинами; 3) легка стисливість.
У газі молекули знаходяться на великій відстані один від одного, сили тяжіння між ними малі. При великі відстані між молекулами ці сили практично відсутні. Газ у такому стані прийнято називати ідеальним. Реальні гази при високих тискахі низьких температурахне підкоряються рівнянню стану ідеального газу (рівняння Менделєєва-Клапейрона), так як у цих умовах починають проявлятися сили взаємодії між молекулами.
«Спирти» З історії Чи знаєте ви, що ще в IV ст. До зв. е. люди вміли виготовляти напої з етиловим спиртом? Вино отримували зброджуванням фруктових та ягідних соків. Однак виділяти з нього дурманний компонент навчилися отримувати значно пізніше. У ХІ ст. алхіміки вловили пари леткої речовини, яка виділялася при нагріванні вина Визначення Спирти (застаріле алкоголю) - органічні сполуки, що містять одну або кілька гідроксильних груп (гідроксил, OH), безпосередньо пов'язаних з атомом вуглецю у вуглеводневому радикалі n Загальна формула одноатомних граничних спиртів СnН2n+1ОН Класифікація спиртів За кількістю гідроксильних груп CxHy(OH)n Одноатомні алкоголі CH3 - CH2 - CH2 OH Двохтомні гліколі CH3 - CH - CH2 OH OH Триохомні CH CH CH По характеру вуглеводневого вуглеводневого радикала радикала CxHy(OH)n CxHy(OH)n Граничні Граничні CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH Ненасичені Ненасичені CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = CH CH CH2 OH 2 --OH Номенклатура спиртів Перегляньте таблицю та зробіть висновок про номенклатуру спиртів НОМЕНКЛАТУРА ТА ізомерія При утворенні назв спиртів до назви вугілля водню, що відповідає спирту, додають (родовий) суфікс - ОЛ. Цифрами після суфікса вказують положення гідроксильної групи головного ланцюга: H | H-C - O H | H метанол H H H |3 |2 |1 H-C - C - C-OH | | | H H H пропанол-1 H H H | 1 | 2 | 3 H - C - C - C -H | | | H OH H пропанол -2 ВИДИ ІЗОМЕРІЇ 1. Ізомерія положення функціональної групи (пропанол-1 і пропанол-2) 2. Ізомерія вуглецевого скелета CH3-CH2-CH2-CH2-OH бутанол-1 CH3-CH-CH2-OH | CH3 2-метилпропанол-1 3. Ізомерія міжкласова – спирти ізомерні простим ефірам: СН3-СН2-ОН етанол СН3-О-СН3 диметиловий ефір Висновок Назви одноатомних спиртів утворюються з назви вуглеводню з найдовшим вуглецевим ланцюгом суфікса -ол Для багатоатомних спиртів перед суфіксом -ол грецькою (-ді-, -три-, ...) вказується кількість гідроксильних груп Наприклад: CH3-CH2-OH етанол Види ізомерії спиртів Структурна 1. Вуглецевий ланцюг 2. Положення функціональної групи ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ Нижчі спирти (С1-C11)-летючі рідини з різким запахом Вищі спирти (C12- і вище) тверді речовини з приємним запахом ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ Назва Формула Пл. г/см3 tпл.C tкіп.C Метиловий CH3OH 0CH 8CH 8 CH2 властивостей: агрегатний стан Метиловий спирт (перший представник гомологічного ряду спиртів) – рідина. Можливо, у нього велика молекулярна маса? Ні. Набагато менше, ніж у вуглекислого газу. Тоді в чому річ? R - O ... H - O ... H - O H R R Виявляється, вся справа у водневих зв'язках, які утворюються між молекулами спиртів, і не дають окремим молекулам відлетіти. Чому? СН3 – О …Н – О … Н – О Н Н СН3 А якщо радикал великий? СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – О… Н – О Н Н Водневі зв'язки надто слабкі, щоб утримати молекулу спирту, що має велику нерозчинну частину, між молекулами води. Особливість фізичних властивостей: контракція. а лише масою? Змішаємо 500 мл спирту та 500 мл води. Отримаємо 930 мл розчину. Водневі зв'язки між молекулами спирту та води настільки великі, що відбувається зменшення сумарного об'єму розчину, його стиснення (від латинського contraktio – стискання). Окремі представники спиртів Одноатомний спирт - метанол Рідина без кольору з температурою кипіння 64С, характерним запахом Легше за воду. Горить безбарвним полум'ям. Застосовується як розчинник та паливо в двигунах внутрішнього згоряння Метанол - отрута Отруйна дія метанолу заснована на ураженні нервової та судинної системи. Прийом всередину 5-10 мл метанолу призводить до важкого отруєння, а 30 мл і більше - до смерті. Легше за воду. Змішується з нею у будь-яких відносинах. Легко спалахує, горить слабким блакитним полум'ям. Дружба із ДАІ Спирти дружать із ДАІ? Але яким чином! Вас колись зупиняв інспектор ДАІ? А у трубочку Ви дихали? Якщо вам не пощастило, то пройшла реакція окислення спирту, при якій колір змінився, а вам довелося сплачувати штраф Питання цікаве. Спирт відноситься до ксенобіотиків - речовин, що не містяться в людському організмі, але що впливають на його життєдіяльність. Все залежить від дози. 1. Спирт – це поживна речовина, яка забезпечує організм енергією. У середні віки з допомогою споживання алкоголю організм отримував близько 25% енергії; 2. Спирт – це лікарський засіб, що має дезінфікуючу та антибактеріальну дію; 3. Спирт – це отрута, що порушує природні біологічні процеси, що руйнує внутрішні органи та психіку і при надмірному вживанні спричиняє смерть Застосування етанолу Етиловий спирт вживається при приготуванні різних спиртних напоїв; У медицині для приготування екстрактів з лікарських рослин, а також для дезінфекції; У косметиці та парфумерії етанол - розчинник для парфумів та лосьйонів Шкідливий вплив етанолу На початку сп'яніння страждають структури кори великих півкуль; активність центрів мозку, управляючих поведінкою, придушується: втрачається розумний контроль за вчинками, знижується критичне ставлення себе. І. П. Павлов називав такий стан «буйством підкорки» При дуже великому вмісті алкоголю в крові пригнічується активність рухових центрів мозку, головним чином страждає функція мозочка - людина повністю втрачає орієнтацію. незворотні, і навіть після тривалої помірності від вживання спиртних напоїв вони зберігаються. Якщо ж людина не може зупинитися, то органічні і, отже, психічні відхилення від норми йдуть за наростаючою шкідливою дією етанолу. На початку сп'яніння вони розширюються, кровообіг у них уповільнюється, що призводить до застійних явищ у головному мозку. Потім, коли в крові, крім алкоголю, починають накопичуватися шкідливі продукти його неповного розпаду, настає різкий спазм, звуження судин, розвиваються такі небезпечні ускладнення, як мозкові інсульти, що призводять до важкої інвалідності і навіть смерті. ПИТАННЯ ДЛЯ ЗАКРІПЛЕННЯ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. В одній посудині без підпису знаходиться вода, а в іншій – спирт. Чи можна скористатися індикатором, щоб їх розпізнати? Кому належить честь одержання чистого спирту? Чи може бути спирт твердою речовиною? Молекулярна маса метанолу 32, а вуглекислого газу 44. Зробіть висновок про агрегатний стан спирту. Змішали літр спирту та літр води. Визначте об'єм суміші. Як провести інспектора ДАІ? Чи може безводний абсолютований спирт віддавати воду? Що таке ксенобіотики та яке відношення вони мають до спиртів? ВІДПОВІДІ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Не можна. Індикатори не діють на спирти та їх водні розчини. Звісно ж алхімікам. Можливо, якщо цей спирт містить 12 вуглецевих атомів і більше. За цими даними висновок зробити не можна. Водневі зв'язки між молекулами спирту за малої молекулярної маси цих молекул роблять температуру кипіння спирту аномально високою. Об'єм суміші буде не два літри, а набагато менше, приблизно 1л – 860 мл. Не пити, коли сідаєш за кермо. Може, якщо його нагріти та додати конц. сірчаної кислоти. Не полінуйтеся і згадайте все, що Ви чули зі спиртів, вирішите собі раз і назавжди, яка Ваша доза……. і чи потрібна вона взагалі????? Багатоатомний спирт етиленгліколь Етиленгліколь – представник граничних двоатомних спиртів – гліколів; Назву гліколі отримали внаслідок солодкого смаку багатьох представників ряду (грец. «Глікос» - солодкий); Етиленгліколь - сироподібна рідина солодкого смаку, без запаху, отруйний. Добре змішується з водою та спиртом, гігроскопічний Застосування етиленгліколю Важливою властивістю етиленгліколю є здатність знижувати температуру замерзання води, від чого речовина знайшла широке застосування як компонент автомобільних антифризів та незамерзаючих рідин; Він застосовується для отримання лавсана (цінного синтетичного волокна) Етиленгліколь - отрута Дози, що викликають смертельне отруєння етиленгліколем, варіюються в широких межах - від 100 до 600 мл. За даними ряду авторів, смертельною дозою для людини є 50-150 мл. Смертність при ураженні етиленгліколем дуже висока і становить понад 60% усіх випадків отруєння; Механізм токсичної дії етиленгліколю досі вивчений недостатньо. Етиленгліколь швидко всмоктується (у тому числі через пори шкіри) і протягом кількох годин циркулює у крові у незміненому вигляді, досягаючи максимальної концентрації через 2-5 годин. Потім його вміст у крові поступово знижується, і він фіксується в тканинах. Багатоатомний спирт гліцерин Гліцерин – триатомний граничний спирт. Безбарвна, в'язка, гігроскопічна, солодка рідина на смак. Змішується з водою у будь-яких відносинах, хороший розчинник. Реагує з азотною кислотою з утворенням нітрогліцерину. З карбоновими кислотами утворює жири та олії CH2 – CH – CH2 OH OH OH Застосування гліцерину Застосовується у виробництві вибухових речовин нітрогліцерину; При обробці шкіри; Як компонент деяких клеїв; При виробництві пластмас гліцерин використовують як пластифікатор; У виробництві кондитерських виробів і напоїв (як харчова добавка E422) Якісна реакція на багатоатомні спирти Якісна реакція на багатоатомні спирти робочу картку до уроку; Дайте відповідь на запитання тесту; Розгадайте кросворд Робоча карта уроку «Спирти» Загальна формула спиртів Назвіть речовини: CH3OH CH3-CH2-CH2-CH2-OH CH2(OH)-CH2(OH) Складіть структур атомність спирту? Перерахуйте області застосування етанолу Які спирти використовують у харчовій промисловості? Який спирт спричиняє смертельне отруєння при попаданні в організм 30 мл? Яка речовина використовується як незамерзаюча рідина? Як відрізнити багатоатомний спирт від одноатомного спирту? Способи одержання Лабораторні Гідроліз галогеналканів: R-CL+NaOH R-OH+NaCL Гідратація алкенів: CH2=CH2+H2O C2H5OH Гідрування карбонільних сполук Промислові Синтез метанолу з синтез-газу CO+2 високої температури та каталізатора оксиду цинку) Гідратація алкенів Броження глюкози: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Хімічні властивості I. Реакції з розривом зв'язку RO–H Спирти реагують з лужними та лужноземленими 2СH CH CH ONa + H 2СH CH OH + Сa (СH CH O) Ca + H 3 2 3 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2 Взаємодія з органічними кислотами (реакція етерифікації) утворюється до. CH COОH + HOC H CH COОC H (оцтовоетиловий ефір (етилацетат)) + H O 3 2 5 3 2 5 2 II. Реакції з розривом зв'язку R–OH З галогеноводородами: R–OH + HBr R–Br + H2O III. Реакції окислення Спирти горять: 2С3H7ОH + 9O2 6СO2 + 8H2O При дії окислювачів: первинні спирти перетворюються на альдегіди, вторинні на кетони IV. Дегідратація Протікає при нагріванні з водовіднімними реагентами (конц. Н2SO4). 1. Внутрішньомолекулярна дегідратація призводить до утворення алкенів CH3–CH2–OH CH2=CH2 + H2O 2. Міжмолекулярна дегідратація дає прості ефіри R-OH + H-O–R R–O–R(простий ефір) + H2O