ПОВІТРЯ, ЙОГО СКЛАД І ВЛАСТИВОСТІ

Тема 2 КИСЕНЬ

У цій темі ви дізнаєтесь про:

– Якісний та кількісний склад повітря і його властивості, проблему чистого повітря

– Оксиген і його поширення в природі

– кисень, склад його молекули, фізичні та хімічні властивості

– закон збереження маси речовин під час хімічних реакцій

– добування кисню в лабораторії та промисловості, способи збирання кисню

– хімічні рівняння, реакції розкладу і сполучення

– каталізатори і їх роль у хімічних явищах

– оксиди й окиснення

– умови виникнення

та припинення горіння

– маркування небезпечних речовин

– колообіг Оксигену в природі

– озон

– застосування та біологічну роль кисню

& 21. ПОВІТРЯ, ЙОГО СКЛАД І ВЛАСТИВОСТІ

Вивчення параграфа допоможе вам:

· характеризувати фізичні властивості повітря;

· називати якісний та кількісний склад повітря.

У попередніх класах ви дізнались про повітря. З деякими його властивостями ознайомилися на уроках природознавства та географії. Тепер ми продовжуємо вивчати повітря у взаємозв’язку відомих вам знань про нього та нового навчального матеріалу,

що стосується саме хімії.

ЧИМ Є ПОВІТРЯ З ПОГЛЯДУ ХІМІКА? З тим, що тіла живої і неживої природи складаються з речовин, ви обізнані” Але речовини бувають різними – чистими й такими, що утворюють суміші, простими і складними, неорганічними та органічними. До яких із них віднести повітря?

Розпочнемо зі складу повітря, щоб одержати відповідь на запитання, чистою речовиною чи сумішшю речовин воно є.

Вчені встановили, що близько 4/5 об’ємного складу повітря становить газоподібна речовина азот N2, що не має кольору і запаху. Hа другому місці перебуває кисень O2 – теж газоподібна речовина без запаху и кольору. Третіми за об’ємним вмістом у складі повітря є інертні гази, серед яких переважає аргон Аr, а на четвертому місці – вуглекислий газ CO2. Тож відповідь однозначна – повітря є природною сумішшю газоподібних речовин. У ньому також міститься водяна пара Н2O та деякі інші речовини, зокрема ті, що утворюють частинки пилу.

Як пов’язані зі складом повітря вранішня роса на траві та туман?

Друге запитання хімічного змісту – до простих чи складних речовин належать компоненти повітря? Погляньте на якісний склад наведених у тексті параграфа формул компонентів повітря і ви побачите серед них три формули простих речовин і дві формули складних. Отже, повітря – це природна газоподібна суміш простих і складних речовин.

І нарешті трете запитання – до неорганічних чи органічних речовин належать компоненти повітря?

Пригадайте, які речовини називають органічними. Чи є вони серед компонентів повітря?

Безперечно, прості речовини не можуть бути органічними, а вуглекислий газ, хоча й містить Карбон, відносять до неорганічних речовин. От ми й отримали відповідь на останнє поставлене запитання: складові повітря є неорганічними речовинами.

Повітря – це природна однорідна суміш газоподібних неорганічних речовин азоту, кисню, інертних газів, вуглекислого газу, парів води та в невеликій кількості деяких інших речовин.

Те, що у складі повітря є газоподібні речовини – азот, кисень і вуглекислий газ, встановив французький учений Антуан Лавуазье у 1774 році.

КІЛЬКІСНИЙ СКЛАД ПОВІТРЯ. З’ясувавши якісний склад повітря, розглянемо кількісний, скориставшись діаграмою (мал. 73)

Зверніть увагу, що на два компоненти – азот та кисень – припадав 99 % складу повітря. І наведені дані у тексті параграфа, і діаграма доводять, що основна складова повітря – азот. Походження назви доволі цікаве: “зоо” – життя, префікс “а” – заперечення. Так його спершу назвали через те, що він не бере участі у важливому процесі живої природи – диханні. Однак на сьогодні думка щодо азоту змінилася. Його розглядають як важливу для живої природи речовину. Це тому, що всі білкові молекули у своєму складі містять Нітроген.

Близько 1/5 складу повітря припадає на кисень. У тому, що це дійсно так, переконує нескладний дослід. Помістимо в посудину з водою свічку на легкій підставці. Підпалимо гніт і накриємо свічку циліндром з попередньо розміченим на п’ять рівних частин простором над водою. Поки в циліндрі є кисень – полум’я горить (мал. 74а). Під час горіння кисень поступово витрачається, і об’єм, який він займав, заповнює вода. Спостерігаємо, як вода в циліндрі піднімається. Коли кисню в циліндрі не залишиться, свічка згасне. Виявиться, що вода піднялася приблизно на одну поділку (мал. 74б).

В углекислого газу на перший погляд у повітрі дуже мало – менше, ніж неактивних інертних газів. Але, якщо зважати на великий об’єм повітряної оболонки Землі, стає зрозумілим, що його цілком достатньо для фотосинтезу.

Пригадайте, що називають фотосинтезом?

Мал. 73. Об’ємний склад повітря

Мал. 74. Дослід, що підтверджує кількісний вміст кисню у повітрі

ВЛАСТИВОСТІ ПОВІТРЯ. Розглянемо фізичні властивості повітря. Повітря не має кольору й запаху, тому для нас воно невидиме. Та в існуванні його навколо нас: легко переконатися. Візьміть аркуш паперу й зробіть ним кілька помахів на відстані 10-15 см від свого обличчя. Ви одразу ж відчуєте рух спрямованого на нього повітря.

Пригадайте з географії, яке відношення до виникнення та існування вітрів має повітря.

Як і все, що існує на Землі, повітря має певну масу. Пересвідчитись у цьому можна за допомогою такого досліду. На кінцях імпровізованих терезів урівноважено дві пусті повітряні кульки (мал. 75а). Після цього одну з кульок наповнили повітрям, щільно зав’язали ниткою та знову прив’язали до терезів. Рівновага порушилась, шалька з кулькою, наповненою повітрям, опустилася нижче (мал. 75б).

Встановлено, що за нормальних умов (температурі 0 °С і тиску 101,33 кПа, або 1 атм.) маса повітря об’ємом 1 л дорівнює 1,29 г, тоді як маса 1 л води – 1000 г (мал. 76).

Обчисліть, у скільки разів повітря легше за воду за нормальних умов.

Для того, щоб перевести газоподібне повітря у рідкий агрегатний стан, необхідна температура -192,0 °С. Як і всі гази та рідини, воно не має власної форми, а тому повністю заповнює простір, який йому доступний. Тобто повітря – всюдисуща суміш газів. Ми говоримо “пуста чашка”, “пуста ваза”, “пуста пляшка”, не замислюючись над тим, що насправді вони “повні”, а точніше наповнені повітрям. В цьому переконує занурення пустої пляшки у посудину з водою. Набагато важча за повітря вода витісняє: його з пляшки й ми бачимо, як бульбашки повітря виходять а неї.

Мал. 75. Дослід, який доводить, що повітря має масу

Мал. 76. Склянки об’ємом 1 л з повітрям (а) і водою (б) мають різну масу

Мал. 77. Виділення пухирців повітря з холодної води при підвищенні температури

За здатністю розчинятися у воді повітря належить до погано розчинних сумішей. Так, в 1 л води розчиняється 0,02918 л повітря. Але навіть такої невеликої кількості повітря достатньо для дихання риб, багатьох інших мешканців водойм.

З підвищенням температури здатність повітря розчинятись у воді зменшується. Можна спостерігати, як з холодної води у прозорій вазі з квітами за кімнатної температури виділяються дрібні пухирці повітря й осідають на внутрішній поверхні посудини та рослинах (мал. 77).

У повітрі добре поширюється звук. Якби астронавти, що побували на Місяці, спробували звично поговорити між собою, у них би нічого не вийшло. Це тому, що на Місяці звук не поширюється через відсутність у супутника Землі повітряної оболонки.

Проте тепло у повітрі поширюється погано. Ось чому у вікнах вставляють подвійні, а в сучасних – навіть потрійні шибки. Розташоване між ними повітря допомагає зберігати тепло у приміщеннях. Невипадково на зиму у птахів густішає пір’я, а у звірів шерсть. Між їхніми ворсинками теж затримується повітря й зменшує тепловіддачу тіла.

Повітря піддається стисненню, тобто воно пружне. У цьому переконує дослід. Якщо наповнену повітрям кульку стиснути з боків, у місці стиснення з’явиться заглиблення. Як тільки припинити стиснення, кулька завдяки пружності повітря набуде попередньої форми.

Скарбничка ерудита

Ви вже знаєте, що у суміші кожний компонент зберігав свої властивості. Однією з властивостей повітря є різні температури переходу його компонентів з рідкого агрегатного стану у газоподібний і навпаки.

На здатності повітря переходити при охолодженні з газоподібного стану у рідкий та різній температурі випаровування окремих його компонентів грунтується промислове добування азоту, кисню, аргону з рідкого повітря. Зі зрідженого повітря при його нагріванні спершу випаровується азот, а потім аргон. У результаті залишається майже чистий кисень.

До фізичних чи хімічних явищ належить промисловий спосіб добування кисню з рідкого повітря?

Щільно закрийте пробкою порожню поліетиленову пляшку з-під мінеральної води й покладіть у морозильну камеру холодильника. За кілька годин дістаньте пляшку й роздивіться, як змінилася її форма. Спостерігайте, які зміни відбудуться з формою пляшки після того, як вона кілька годин знаходитиметься за кімнатної температури.

Спробуйте пояснити зміни форми пляшки, пам’ятаючи про особливість газуватого агрегатного стану речовин.

?

1. Що називають повітрям? Які речовини є постійними складовими повітря?

2. Які властивості повітря ви знаєте?

3. Поясніть, чому з підвищенням температури повітря виділяється з води.

4. Запишіть символи й назви хімічних елементів, що утворюють речовини, які входять до складу повітря.

5. У якого компонента повітря – азоту чи вуглекислого газу – більша відносна молекулярна маса?

6. Обчисліть масову частку Карбону у вуглекислому газі.

7. Запропонуйте, як експериментально довести, який газ – азот чи кисень – важчий.

8. Розташуйте компонента повітря за збільшенням їх вмісту у цій природній суміші:

А кисень

Б аргон

В азот

Г вуглекислий газ

9. На якій підставі повітря відносять до сумішей, а не до чистих речовин. Наведіть докази.

10. Для проведення досліду взяли 2 хімічні стакани однакових розмірів. У перший налили 100 мл гарячої води, у другий – 100 мл холодної. Укажіть правильний варіант відповіді про вміст розчиненого повітря у стаканах.

А В обох стаканах вода не містить розчиненого повітря

Б У першому стакані міститься більше розчиненого у воді повітря

В У другому стакані міститься більше розчиненого у воді повітря

Г В обох хімічних стаканах розчиненого повітря порівну

Скориставшись додатковими джерелами, дізнайтесь більше про відкриття складу повітря. Одержану інформацію обговоріть у групах.