Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №5/2006

УЧЕБНИКИ. ПОСОБИЯ

 

О.С.ГАБРИЕЛЯН,
И.Г.ОСТРОУМОВ,
А.К.АХЛЕБИНИН

СТАРТ В ХИМИЮ

7 класс

Продолжение. Начало см. в № 1, 2, 3, 4/2006

Глава 1.
Химия в центре естествознания

(окончание)

§ 7. Химия и география

Из курса географии 6-го класса вам известно, что наш общий дом – планета Земля – имеет сложное строение (рис. 45).

Рис. 45. Внутреннее строение Земли
Рис. 45.
Внутреннее строение Земли

Твердое внутреннее ядро имеет диаметр около 1370 км. Оно состоит из железа и никеля, находящихся под большим давлением, и потому, несмотря на высокую температуру, эта часть ядра твердая.

Его окружает жидкое внешнее ядро, имеющее толщину около 2000 км, которое состоит также из расплавленных железа и никеля, но кроме них, возможно, включает некоторые другие элементы. Почему мы сказали «возможно»? Потому что о внутреннем строении Земли известно гораздо меньше, чем даже о космосе. Температура веществ в ядре достигает 4000–5000 °С.

За ядром располагается покрывающая его мантия (от греч. mantion – покрывало), толщина которой около 2900 км. Мантия состоит из веществ, образованных главным образом тремя элементами: магнием, кремнием и кислородом. Она имеет температуру около 2000 °С, поэтому можно предположить, что вещества мантии должны находиться в расплавленном состоянии, но этому мешает высокое давление. В некоторых участках мантии давление меньше, и поэтому вещества, образующие ее, расплавляются, образуя магму (от греч. magma – густая мазь).

За мантией располагается земная кора, или литосфера (от греч. lithos – камень, sphaira – оболочка). Толщина океанической земной коры 5–10 км, а континентальной – до 35 км на равнине и до 70 км в горных районах. Земная кора состоит в основном из твердых минералов и горных пород.

Минералы – это однородные по составу и свойствам природные тела, возникающие в результате природных процессов, протекающих в земной коре или недрах других планет.

На Земле насчитывается около 3000 минералов, например, поделочный камень лазурит (из него изготавливали природную краску ультрамарин), один из самых твердых минералов корунд, сырье для получения меди халькопирит, содержащий мышьяк минерал аурипигмент и уже знакомые вам флюорит и галит.

Минералы обычно представляют собой составную часть горных пород или руд. В отличие от минералов горные породы неоднородны по составу и, следовательно, более сложны по строению.

По происхождению различают несколько видов горных пород.

Магматические горные породы образуются при затвердевании расплавленной магмы. Это, например, хорошо знакомый вам гранит – плотная зернистая горная порода с крупными кристаллами минералов («граны» – зерна).

Ученический эксперимент. Рассмотрите при помощи увеличительного стекла или лупы кусочек гранита. Хорошо заметно его неоднородное строение. Красноватые или сероватые зерна – это полевой шпат, полупрозрачные – кварц, блестящие чешуйчатые зернышки – слюда.

Осадочные горные породы образуются на поверхности земной коры в результате осаждения веществ под действием силы тяжести из водной среды. Различают два вида осадочных пород.

Неорганические осадочные породы представляют собой обломки различных пород, которые за тысячи лет под действием воды, ветра, солнечных лучей измельчаются, дробятся и окатываются. Так образуются валуны, щебень, галька, песок, глина. Эти породы оседают на дно водоемов или накапливаются на суше. Иногда в речных наносах обнаруживают россыпи драгоценных минералов магматического происхождения (например, золота или алмазов).

Рис. 46. Горючие осадочные породы органического происхождения: а – каменный уголь; б – торф; в – горючие сланцы

Рис. 46.
Горючие осадочные породы органического происхождения:
а – каменный уголь; б – торф; в – горючие сланцы

Органические осадочные породы образованы остатками растительных и животных организмов, накопившимися за миллионы лет на дне водоемов. Это горючие полезные ископаемые: нефть, каменный уголь, горючие сланцы, торф (рис. 46). К негорючим осадочным породам органического происхождения относятся мел (рис. 47) и известняк.

Рис. 47. Меловые горы в Белгородской области
Рис. 47.
Меловые горы
в Белгородской области

1. Какое строение имеет планета Земля?

2. Из чего состоит твердое внутреннее ядро Земли?

3. Что такое мантия Земли? Какие элементы образуют мантию?

4. Чем отличаются минералы от горных пород?

5. Какие горные породы вы знаете? Приведите примеры.

6. Какую оболочку Земли образуют минералы и горные породы?

7. Какие минералы входят в состав горной породы гранит?

§ 8. Химия и биология

На уроках биологии вы уже встречались как с химическими веществами, так и с химическими реакциями.

Так, вы узнали, что любая клетка, растительная или животная, состоит из одних и тех же групп веществ (рис. 48, схема).

Основная масса живой клетки приходится на воду, и это не случайно. Велика роль воды в клетках живых организмов. Она определяет их упругость, доставляет в клетки необходимые для жизни вещества и удаляет из них продукты жизнедеятельности, сама принимает участие в непрерывно происходящих в живых клетках процессах превращения одних веществ в другие.

Рис. 48. Растительная (а) и животная (б) клетки
Рис. 48.
Растительная (а) и животная (б) клетки

Схема

Химический состав растительной и животной клеток

Превращения одних веществ в другие называют химическими явлениями, или химическими реакциями.

Так, наиболее известная вам из курса биологии химическая реакция – процесс образования органического вещества глюкозы на свету из углекислого газа и воды, который называется фотосинтез и упрощенно описывается схемой:

Однако этот процесс невозможен без особого вещества, содержащегося в зеленых листьях, – хлорофилла (рис. 49).

Рис. 49. Без хлорофилла невозможен фотосинтез

Рис. 49.
Без хлорофилла невозможен фотосинтез

Демонстрационный эксперимент. Зеленый листок растения учитель помещает в пробирку, заливает его спиртом, а затем нагревает пробирку в стакане с горячей водой или на пламени спиртовки. Через некоторое время спирт окрасится в изумрудно-зеленый цвет. Хлорофилл, содержащийся в клетках растения, хорошо растворяется в спирте.

Этот опыт для вас проделал учитель. Какое явление – физическое или химическое – он вам продемонстрировал? А вот опыт по определению содержания неорганических и органических веществ в растениях вы с помощью учителя можете выполнить и сами.

Ученический эксперимент. Взвесьте 100 г свежего укропа или петрушки. Высушите зелень на солнце или батарее центрального отопления. На это потребуется 5–7 дней. Таким способом вы удалите из растения большую часть содержащейся в нем воды. Сколько граммов воды вы удалили высушиванием?
Сухой остаток с помощью учителя прокалите в муфельной печи. При этом из сухого остатка вы удалите все органические вещества, содержащиеся в растении. Взвесьте остаток после прокаливания, который состоит из негорючих минеральных солей. Массы воды, органических и неорганических веществ (в граммах) покажут вам процентное содержание каждой группы этих соединений в зеленом растении, взятом для опыта.

В повседневной жизни вы постоянно сталкиваетесь с такими важными веществами, как жиры.

Как правило, по консистенции жиры делятся на жидкие и твердые. Жидкие жиры имеют растительное происхождение, а твердые – это жиры животные.

Рис. 50. Подсолнечное масло – жир растительного происхождения

Рис. 50.
Подсолнечное масло –
жир растительного происхождения

На любой кухне обязательно найдется жидкий растительный жир, который чаще называют растительным маслом: подсолнечным (рис. 50), оливковым, кукурузным. Сливочное масло в основном состоит из жиров (рис. 51). Это жир животного происхождения: его получают из коровьего молока. Понятно, что свиное сало, говяжий жир – это жиры той же группы.

Рис. 51. Сливочное масло – жир животного происхождения

Рис. 51.
Сливочное масло –
жир животного происхождения

Жиры входят в состав любых растений и живых организмов. За их счет организм получает основное количество энергии, необходимой для жизни, развития и роста. Кроме того, жиры выполняют роль резервного запаса энергии: подобно тому, как рачительная хозяйка имеет запас продуктов на «крайний случай», живой организм запасает жиры на тот период, когда поступление питательных веществ извне внезапно прекратится.

Обнаружить жиры в тканях растений достаточно просто.

Ученический эксперимент. На лист белой бумаги положите семечку подсолнечника или кусочек ядра грецкого ореха и раздавите его. На бумаге образуется жирное пятно. Значит, в семечке содержится растительное масло.

Особую группу растительных масел составляют так называемые эфирные масла. Часто именно они придают цветам, ягодам, фруктам и плодам неповторимый запах.

Ученический эксперимент. Резко согнув корочку апельсина, «выстрелите» соком на пламя свечи или газовой горелки. Что при этом наблюдается?
Эфирные масла – горючие органические вещества, они-то и вызывают небольшой «фейерверк».

В мире растений огромную роль играет группа органических веществ, называемых углеводами. К углеводам относятся простейшие по строению вещества этой группы – сладкие на вкус глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Подобно им растворимы в воде углеводы более сложного строения – сахароза (называемая в быту сахаром) и лактоза, придающая сладкий вкус молоку животных. Кроме растворимых в воде углеводов в природе есть углеводы, нерастворимые в воде, например основной «строительный материал» клеток и тканей растений – целлюлоза. Не растворяется, а набухает в воде запасное питательное вещество и один из важнейших компонентов пищи человека – углевод под названием «крахмал».

Обнаружим крахмал в некоторых продуктах питания с помощью эксперимента.

Ученический эксперимент. Из муки (ее изготавливают из зерен пшеницы) и небольшого количества воды замесите немного теста. Поместите кусочек теста в марлю и тщательно промойте его в стакане воды. К полученной мутной воде добавьте несколько капель йодной настойки из аптечки. О чем свидетельствует появление сине-фиолетового окрашивания?
В марле осталась липкая тягучая масса. Это растительный белок, который называется клейковиной.

Слово «белок» вам знакомо с раннего детства. Конечно, вы связываете его прежде всего с белком куриного яйца. Но вы даже не представляете, насколько велико разнообразие белковых веществ! Можно бесконечно спорить о том, какое из веществ на Земле главное. Понятно, что спор этот бесполезен.

Если в цепочке химических превращений, которые определяют обмен веществ в живых организмах, нарушить хотя бы одно звено, то цепь разорвется. И все-таки ученые сошлись во мнении: между понятиями «жизнь» и «белок» можно поставить знак равенства. Белки – это особая группа веществ, из которых построены любые живые организмы. Благодаря белкам все живое на Земле растет и размножается, борется с болезнями и врагами, питается и двигается, т.е. существует.

Следовательно, для нормального существования живому организму, и в первую очередь животному, необходимы углеводы, жиры, белки, а также вода и минеральные соли, которые поступают вместе с пищей. Растениям в этом плане повезло: они могут синтезировать из углекислого газа и воды углеводы (процесс фотосинтеза), а также еще одну удивительную группу веществ, которые называются витаминами.

Впервые предположение о существовании этих особых веществ высказал русский врач-педиатр Н.И.Лунин в 1880 г. Он кормил одну группу мышей искусственно приготовленной пищей, состоящей из чистых углеводов, белков и жиров, а другую – природными питательными веществами: зернами злаков, шариками из бобовой муки и кусочков мяса, замешанными на молоке. Ученый обнаружил, что первая группа мышей вскоре начала болеть, а затем погибла. Вторая же группа продолжала чувствовать себя хорошо. Лунин сделал вывод, что в состав пищи второй группы мышей помимо белков, жиров и углеводов входят еще какие-то очень важные для жизни вещества. Позже их обнаружили и дали им название «витамины».

Вы не раз слышали об укрепляющем действии на организм витамина С (читается «витамин цэ», химическое название этого вещества – аскорбиновая кислота), как и о том, что им богаты фрукты (рис. 52) и овощи. Обнаружить витамин С можно с помощью той же настойки йода, которую он обесцвечивает.

Рис. 52. Цитрусовые богаты витамином С

Рис. 52.
Цитрусовые богаты витамином С

Ученический эксперимент. Таблетку аскорбиновой кислоты растворите в полстакане воды. Добавьте несколько капель йодной настойки. Что наблюдается при этом?
Попробуйте обнаружить витамин С в свежем соке апельсина, лимона, яблока. Есть ли витамин С в газированных напитках?

1. Сравните растительную и животную клетки.

2. Какие два типа веществ входят в состав растительных и животных клеток? На какие группы они подразделяются?

3. Как выделить хлорофилл из зеленых листьев?

4. Как доказать, что в состав зеленых растений входят вода и минеральные соли (качественный состав). Как определить содержание каждой группы неорганических веществ с помощью химического эксперимента?

5. Как обнаружить жир в тканях растений и животных?

6. Что такое эфирные масла? Какое значение они имеют в мире растений? Как можно
использовать их в пищевой и парфюмерной отраслях промышленности?

7. Назовите упоминаемые в параграфе углеводы. Какую качественную реакцию на крахмал вы знаете?

8. Какую роль в живых организмах играют белки?

9. Какие витаминные препараты есть в вашей домашней аптечке? Прочитайте на упаковке их состав.

§ 9. Качественные реакции в химии

Некоторые вещества нетрудно распознать по внешнему виду, специфическим свойствам или характерному запаху. Например, алюминий отличается от других металлов тем, что он легкий, пластичный – изменяет свою форму, например, от удара, при трении о белую ткань или бумагу оставляет серую полосу, подобно простому карандашу. Уксусная кислота (рис. 53) от остальных жидкостей отличается специфическим запахом. Кристаллы медного купороса имеют характерный синий цвет, легко растворяются в воде, образуя прозрачный голубой раствор. Эти вещества трудно перепутать с другими.

Рис. 53. Уксусная кислота

Рис. 53.
Уксусная кислота

Некоторые вещества распознать не так просто. Например, кислород и углекислый газ бесцветны и запаха не имеют. Как узнать, какой газ находится в сосуде? Для этого проводят химические реакции, сопровождающиеся какими-нибудь характерными признаками, которые мы можем зафиксировать с помощью органов чувств: зрения, обоняния, слуха. Подобные реакции называют качественными.

Качественные реакции – это химические превращения, сопровождающиеся характерными признаками, с помощью которых проводят распознавание веществ.

Качественная реакция должна сопровождаться каким-то характерным эффектом. Это может быть изменение окраски, выпадение осадка, характерный звук, выделение газа, которое можно увидеть или почувствовать по появлению запаха. Такие явления при проведении качественных реакций называют аналитическим эффектом.

Демонстрационный эксперимент. В пробирки, наполненные кислородом и углекислым газом, учитель поочередно опускает тлеющую лучинку. В одной из пробирок лучинка гаснет (рис. 54), а в другой – ярко вспыхивает (рис. 55). В каком из стаканов находится кислород? Почему вы пришли к такому выводу?

Рис. 54. В пробирке с углекислым газом тлеющая лучинка гаснет

Рис. 55. В пробирке с кислородом тлеющая лучинка ярко вспыхивает

Рис. 54.
В пробирке с углекислым газом
тлеющая лучинка гаснет
Рис. 55.
В пробирке с кислородом
тлеющая лучинка ярко вспыхивает

Проведенный учителем опыт позволяет отличить кислород от других газов. А как доказать, что во втором стакане находится именно углекислый газ, а, допустим, не азот, который тоже не поддерживает горение? Есть ли качественная реакция на углекислый газ?

Да, такая реакция существует.

Демонстрационный эксперимент. Приоткрыв крышку стакана, наполненного углекислым газом, учитель добавляет в него небольшое количество прозрачной жидкости – известковой воды. Закрыв крышку, встряхивает жидкость в стакане. При этом она мутнеет. Это качественная реакция на углекислый газ.

С помощью раствора гашеной извести в воде (гашеная известь применяется в строительстве и сельском хозяйстве) – так называемой известковой воды – можно обнаружить углекислый газ.

Ученический эксперимент. В выданную вам учителем пробирку с прозрачной известковой водой опустите стеклянную трубку и аккуратно продувайте через нее выдыхаемый воздух. Через некоторое время раствор помутнеет.
Какой газ содержится в выдыхаемом воздухе?

Вещество, с помощью которого проводят качественную реакцию, называется реактивом на определяемое вещество.

Известковая вода служит реактивом на углекислый газ. Однако верно и обратное: с помощью углекислого газа можно провести качественную реакцию на известковую воду.

Ученический эксперимент. В четыре одинаковых сосуда налейте равные объемы обычной воды, раствора поваренной соли, сахара и известковой водой. Попросите кого-нибудь перепутать сосуды. Определите, в каком из сосудов находилась известковая вода с помощью качественной реакции: пропусканием через жидкости выдыхаемого углекислого газа.

Чтобы реакцию можно было считать качественной, реактив должен давать аналитический эффект только с одним или по крайней мере немногими веществами. Иначе трудно будет сделать вывод о том, какое вещество мы обнаружили с помощью данного реагента. Примером такой специфической пары определяемое вещество–реактив могут служить крахмал и раствор йода. Как вы знаете из предыдущего параграфа, крахмал с йодом и только с ним дает сине-фиолетовое окрашивание.

1. Сравните следующие вещества: а) медь и алюминий; б) уксусную кислоту и этиловый спирт.

2. Какие реакции называют качественными?

3. Что такое реактив на определяемое вещество?

4. Как с помощью тлеющей лучинки распознать кислород и углекислый газ?

5. Приведите примеры, когда известковая вода является определяемым веществом, а когда – реактивом?

6. С помощью йодной настойки из домашней аптечки проведите обнаружение крахмала в картофеле, хлебе, макаронных изделиях.
Присутствует ли крахмал в майонезе, йогурте, вареном мясе, рисовой крупе?