Способность воды к растворению. Всероссийская олимпиада школьников по биологии (3) - Документ Вода обладает способностью растворять ионные
18.09.2018г 10 класс урок №3
Тема: Неорганические вещества клетки
Цели: изучить химический состав клетки, выявить роль неорганических веществ в клетке.
Задачи:
образовательная: показать многообразие химических элементов и соединений, входящих в состав живых организмов, значение их в процессах жизнедеятельности;
развивающая: продолжить формирование умений и навыков самостоятельной работы с учебником, умение выделять главное, формулировать выводы;
воспитательная: развитие коммуникативных навыков.
Оборудование: презентация, таблица Д.И.Менделеева, учебник.
Ход урока:
I .Оргмомент
II . Проверка домашнего задания
Беседа по вопросам(слайд 1)
Кто первым ввёл понятие «клетка»?
Кто является создателем клеточной теории?
Какой вклад в создание клеточной теории внёс Рудольф Вирхов и Карл Бэр?
Какие методы изучения клетки существуют?
Для каких представителей органического мира понятие «клетка» и «организм» совпадают?
III .Мотивация (слайд 2)
Другого ничего в природе нет ни здесь, ни там, в космических глубинах:
все - от песчинок малых до планет - из элементов состоит единых.
Как формула, как график трудовой строй Менделеевской системы строгой.
Вокруг тебя творится мир живой, входи в него, вдыхай, руками трогай.
(Щипачев «Читая Менделеева»)
Подумайте, о чем это стихотворение? Какое отношение оно может иметь к сегодняшнему уроку? Попробуйте сформулировать тему урока и поставьте перед собой цели на урок.
Запись темы урока (слайд 3)
IV . Изучение нового материала
Вспомните из курса биологии 8 класса химический состав клетки и воспроизведите данную схему (устно) (слайд 4)
Полностью ли отображает данная схема химический состав клетки?
Из чего состоят вещества? (из химических элементов).
Значит правильнее предложенную схему изобразить по-другому(слайд 5)
Что мы отнесем к первой группе? Ко второй группе?
Самостоятельная работа с учебником(п. 2 Л.Н.Сухорукова, В.С.Кучменко «Биология 10-11 класс). Найти ответы на вопросы:
Какие химические элементы входят в состав клеток живых организмов?
Как их классифицируют?
Привести примеры каждой группы.
В состав клетки входят примерно 80 химических элементов системы Менделеева. Все эти элементы встречаются и в неживой природе(слайд 6).
О чем свидетельствует сходство живой и неживой природы?
Веществ в клетках разное количество (слайд 7).
Их классифицируют на 3 группы(слайд 8).
Их примеры и значение (слайды 9-23).
Какие неорганические вещества входят в состав клеток?
Поработаем в группах. Первая группа изучит и подготовит нам рассказ о минеральных солях, входящих в состав клеток, а вторая о воде(об их роли в клетке).
Рассказ представителя 2-й группы.
Антуан де Сент-Экзюпери(слайд 28)сказал:
Вода, - у тебя нет
ни вкуса, ни цвета, ни запаха.
Тобой наслаждаются,
не ведая, что ты такое…
Ты – сама жизнь!
Ваши мысли по - этому поводу?
Свойства воды необычны (слайды 29-31). От чего они зависят? (от строения молекулы воды). Вспомним их курса химии строение молекулы воды(слайд 32).
Свойства воды (слайд 32-34)
Значение воды (слайд 35 -39)
V . Закрепление изученного материала
Тест «Неорганические вещества клетки» (слайд 40-49)
1. Какие химические элементы, содержащиеся в клетке, относят к макроэлементам?
а) S, Na, Ca, K; б) O, H, C, N; в) Ni, Cu, I, Br.
2.Каковы функции воды в клетке?
а) Передача наследственной информации;
б) среда для химических реакций;
в) источник энергии.
3. К гидрофобным веществам относят:
а) соли; б) сахар; в) жиры.
4. Какие ионы входят в состав гемоглобина?
а) Mg2+; б) Fe2+; в) Zn2+.
5. Вода – основа жизни, т.к. она:
а) может находиться в трех состояниях (жидком, твердом и газообразном);
б) является растворителем, обеспечивающим как приток веществ в клетку, так и удаление из нее продуктов обмена;
в) охлаждает поверхность при испарении.
6. Вещества, хорошо растворимые в воде, называются:
а) гидрофильными; б) гидрофобными; в) амфифильными.
7. Вода обладает способностью растворять вещества, поскольку её молекулы:
А) полярны; Б)имеют малые молекулы;
В) содержат атомы, соединенные ионной связью; Г) образуют между собой водородные связи
8.Главная функция минеральных солей в клетке-это поддержание:
А) диффузности; Б) буферности; В)осмоса
9.Какие химические связи образуют между собой молекулы воды:
А) ковалентные; Б) гидрофобные; В) водородные
10.Молекула воды, несущая на одном конце положительный заряд, а на другом-отрицательный, называется: А)диполь; Б) димоль; В) дироль
VI . Домашнее задание(слайд 50)
П. 2, отвечать на вопросы.
Однако самая удивительная особенность воды - ее способность растворять другие вещества. Способность веществ к растворению зависит от их диэлектрической постоянной. Чем она выше, тем больше способно вещество растворять другие. Так вот, для воды эта величина выше, чем для воздуха или вакуума в 9 раз. Поэтому пресные или чистые воды практически не встречаются в природе. В земной воде всегда что-то растворено. Это могут быть газы, молекулы или ионы химических элементов. Считается, что в водах Мирового океана могут быть растворены все элементы таблицы периодической системы элементов, по крайней мере, на сегодня их обнаружено более 80.
Жесткость воды, ее причина и способы устранения
Под жесткостью воды понимают свойство природной воды, определяемое присутствием в ней в основном растворенных солей кальция и магния. Жесткость воды подразделяется на карбонатную (присутствие гидрокарбонатов магния и кальция) и некарбонатную (присутствие хлоридов или сульфатов кальция и магния) . Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую жесткость.
Необходимость в устранении жесткости воды вызвана прежде всего нежелательным действием, обусловленным ее свойствами.
Термическое воздействие на жесткую воду приводит к образованию накипи на стенках металлических конструкций (паровых котлов, труб и т. д.). Это явление связано с дополнительными энергозатратами, поскольку накипь является плохим проводником теплоты. В жесткой воде значительно быстрее происходят коррозионные процессы.
Жесткость воды выражается в миллимольэквивалентах вещества на 1 л воды - ммоль-экв/л. 1 ммоль-экв кальциевой или магниевой жесткости соответствует содержанию 20,4 мг Са 2+ и 12,11 мг Mg 2+ в 1 л воды.
Жесткость воды рассчитывается по формуле:
где m -масса вещества, определяющего жесткость воды или применяемого для устранения жесткости воды, мг;
Мэ - молярная масса эквивалентов этого вещества, г/моль;
V - объем воды, л.
Карбонатную жесткость называют временной, так как при длительном кипячении воды с такой жесткостью гидрокарбонат разлагается:
Са(НСО 3) 2 →СаСO 3 ↓ + СO 2 + Н 2 0
М g (НСO 3) 2 → М g (ОН) 2 ↓ + 2СO 2
Жесткость воды, обусловленная наличием хлоридов или сульфатов магния и кальция, называется постоянной. Постоянная жесткость может быть устранена химическим путем, например добавлением карбоната или гидроксида кальция:
СаS0 4 (р) + Nа 2 СO 3 (р) = СаСО э (т)↓ + Nа 2 SO 4 (р)
Са(НСО 3) 2 (р) + Са(ОН) 2 (р) = 2СаСО 3 (т) ↓ + 2Н 2 O
М g SO 4 (р) + Са (ОН) 2 (р) = Мg (ОН) 2 (т) ↓ + СаSO 4 (р)
Для удаления ионов Са 2+ и Мg 2+ применяют также фосфаты натрия, буру, карбонат калия и другие соли.
Вода. Методи пом’якшення води
Природна вода завжди містить розчинені в ній солі, які обумовлюють твердість води. Розрізняють тимчасову твердість води, яка обумовлена гідрокарбонатами кальцію і магнію (Са(НСО 3) 2 , Mg(НСО 3) 2 . Називається вона так тому, що при кип’ятінні її можна усунути, внаслідок розкладу гідрокарбонатів, які перетворюються в важко розчинені карбонати (СаСО 3 , MgСО 3), які випадають в осад, утворюється накип.
Постійна твердість води обумовлюється хлоридами і сульфатами кальцію і магнію (СаCl 2 , CaSO 4 , MgCl 2 , MgSO 4). Ця твердість води не усувається кип’ятінням і необхідно використовувати хімічні реактиви для її усунення.
Тимчасова і постійна твердість обумовлюють загальну твердість води, яка характеризується або вимірюється сумарною концентрацією іонів кальцію і магнію в міліграм-еквівалент на 1 кг води (мг-екв/кг). Міліграм-еквівалент – це кількість речовини, яка відповідає її відносній атомній масі. Так, 1 мг-екв/кг відповідає 0,02 мг Са і 0,012 мг магнію на 1 кг води. Для забезпечення довготривалої і безаварійної роботи сучасних судових паросилових установ необхідно застосовувати ряд заходів, пов’язаних із застосуванням різних хімічних реагентів. До них відносяться реагенти, які покращують якість котлових і поживних вод і регулюють внутрішньо-котлові фізико-хімічні процеси.
Підвищення концентрації розчину солей в котловій воді приводить до утворення накипу, в результаті чого гірше проводиться тепло, відбувається перегрів котла, що може призвести до вибуху. Під дією води, пара і пароводяної суміші металічна поверхня нагріву котла підлягає дії міжкристалітної корозії, такий метал зберігає форму і розміри, але при ударі руйнується. Своєчасно виявити цей вид корозії можна тільки за допомогою ультразвукових і магнітноскопічних дефектоскопів.
Все живые организмы на планете Земля состоят из воды. Эта жидкость встречается везде и без нее жизнь невозможна. Большая ценность воды обусловлена уникальными свойствами жидкости и простым составом. Чтобы разобраться во всех особенностях, рекомендуется детально ознакомиться со структурой молекулы воды.
Модель строения воды
Молекула воды включает два атома водорода (Н) и один атом кислорода (О). Элементы, из которых состоит жидкость, определяют всю функциональность и особенности. Модель молекулы воды имеет форму треугольника. Вершину этой геометрической фигуры представляет крупный элемент кислорода, а внизу находятся небольшие атомы водорода.
Молекула воды обладает двумя положительными и двумя отрицательными полюсами зарядов. Отрицательные заряды формируются из-за излишка электронной плотности у атомов кислорода, а положительные – из-за нехватки электронной плотности у водорода.
Неравномерное распределение электрических зарядов создает диполе, где диполярный момент составляет 1,87 дебай. Вода обладает способностью растворять вещества, поскольку ее молекулы пытаются нейтрализовать электрическое поле. Диполя приводят к тому, что на поверхности погруженных в жидкость веществ становятся слабее межатомные и межмолекулярные связи.
Вода отличает большой устойчивостью при растворении прочих соединений. В обычных условиях из 1 млрд молекул только 2 распадаются, а протон переходит в строение иона гидроксония (образуется при растворении кислот).
Вода не меняет свой состав при взаимодействии с другими веществами и не влияет на структуру этих соединений. Такая жидкость считается инертным растворителем, что особо важно для живых организмов. Полезные вещества поступают к различным органам через водные растворы, поэтому важно, чтобы их состав и свойства оставались неизменными. Вода сохраняет в себе память о растворенных в ней веществах и может применяться многократно.
Каковы особенности пространственной организации молекулы воды:
- Соединение проводится противоположными зарядами;
- Появляются межмолекулярные водородные связи, которые исправляют электронную неполноценность водорода с помощью дополнительной молекулы;
- Вторая молекула фиксирует водород по отношению к кислороду;
- Благодаря этому образуются четыре водородные связи, которые могут контактировать с 4 соседями;
- Такая модель напоминает бабочку и имеет углы равные 109 градусам.
Атомы водорода соединяются с атомами кислорода и образуют молекулу воды с ковалентной связью. Водородные соединения более сильные, поэтому, когда они разрываются, то молекулы присоединяются к другим веществам, способствуя их растворению.
Прочие химические элементы, в состав которых входит водород, замерзают при -90 градусах, а закипают при 70 градусах. Но вода становится льдом, когда температура достигает нуля, а закипает при 100 градусах. Чтобы объяснить такие отклонения от нормы, требуется разобраться, в чем особенность строения молекулы воды. Дело в том, что вода – это ассоциированная жидкость.
Это свойство подтверждается и большой теплотой парообразования, что делает жидкость хорошим энергоносителем. Вода – отличный регулятор температуры, способен нормализировать резкие перепады этого показателя. Теплоемкость жидкости повышается, когда ее температура 37 градусов. Минимальные показатели соответствуют температуре человеческого тела.
Относительная молекулярная масса воды составляет 18. Рассчитать этот показатель достаточно легко. Следует заранее ознакомиться с атомной массой кислорода и водорода, которая равна 16 и 1 соответственно. В химических задачах нередко встречается массовая доля воды. Этот показатель измеряется в проценте и зависит от формулы, которую требуется рассчитать.
Строение молекулы в различных агрегатных состояниях воды
В жидком состоянии молекула воды состоит из моногидроля, дигидроля и тригидроля. Количество этих элементов зависит от агрегатного состояния жидкости. Пар включает одну H₂O – гидроль (моногидроль). Две H₂O обозначают жидкое состояние – дигидроль. Три H₂O включает лед.
Агрегатные состояния воды:
- Жидкое. Между одиночными молекулами, которые связаны водородными связями, располагаются пустоты.
- Пар. Одиночные H₂O никак не соединяются между собой.
- Лед. Твердое состояние отличается прочными водородными связи.
При этом существуют переходные состояния жидкости, например, при испарении или замерзании. Для начала требуется разобраться, отличаются ли молекулы воды от молекул льда. Так замерзшая жидкость имеет кристаллическую структуру. Модель льда может иметь форму тетраэдр, тригональной и моноклинной сингонии, куба.
Обычная и замерзшая вода отличаются плотностью. Кристаллическая структура приводит к меньшей плотности и увеличению объема. Основное различие между жидким и твердым состоянием – это количество, сила и разновидность водородных связей.
Состав не меняется ни в одном агрегатном состоянии. Отличается строение и движение составных частей жидкости, сила связей водорода. Обычно молекулы воды слабо притягиваются друг к другу, размещаются хаотично, поэтому жидкость такая текучая. Лед отличается более сильным притяжением, так как создается плотная кристаллическая решетка.
Многих интересует, одинаковы ли объемы и состав молекул холодной и горячей воды. Важно запомнить, что состав жидкости не меняется ни в одном из агрегатных состояний. Молекулы при нагревании или остывании жидкости отличаются расположением. В холодной и горячей воде разные объемы, так как в первом случае структура упорядоченная, а во втором – хаотичная.
Когда лед тает, то его температура не меняется. Только после того, как жидкость меняется свое агрегатное состояние, показатели начинают подниматься. Для таяния требуется определенное количество энергии, которое называется удельной теплотой плавления или лямбда воды. Для льда показатель равен 25000 Дж/кг.
