1. Авторы: Кирсанов Саша, Богатырев Женя, учащиеся 8А класса

Руководитель: Богер Наталья Владимировна, учитель химии

Тема: «Растворение – физический или химический процесс?»

Образовательное учреждение: МБОУ Каргасокская СОШ № 2 п. Каргасок, Томская область

Используемые медиаресурсы: текстовый редактор WORD, ресурсы сети Интернет

1) Актуальность исследования (почему данная тема взята автором для исследования)

Уже два года мы изучаем физику, увлекаемся данной наукой, изучаем основные законы, физические явления. И для нас всегда было понятно, что процесс растворения сахара, соли и других растворимых веществ в воде – физическое явление. В этом году мы стали изучать новую науку – химию. И каким было для нас удивлением, что процесс растворения –химическое явление. Химия - наука о веществах, свойствах и их превращениях. Но ведь в процессе растворения сахара в воде мы не получили ни кислоту, ни щелочь, ни какое - то другое вещество. Сахар так и остался сахаром.

2) Определение предмета исследования (Что подлежит изучению?)

Нас заинтересовал вопрос, чем же отличаются физические изменения от химических? Это не очень простой вопрос. 

3) Формулировка проблемы. В чем заключается проблема? На какой вопрос(ы) предстоит ответить?

 Выяснить, физическим или химическим – является процесс растворения веществ в воде.

4) Выдвижение гипотезы. Каким может быть предположительный ответ?

Мы выдвинули гипотезу: возможно, что грань между физическими и химическими превращениями условна, проведена произвольно.

5) Проверка гипотезы.

На данном этапе работа проходит по трем направлениям:

1. Теоретический анализ научной литературы;
2. Физический и химический эксперимент;
3. Анализ экспериментальных данных.

Работа в рамках первого направления дала возможность рассмотреть теоретические вопросы процесса растворения веществ в воде. Проблема растворения издавна интересовала человека. Сущность процесса растворения пытались разгадать еще алхимики, а затем химики последующих веков. Так, английский химик Р,Бойль (1627-1691) предполагал, что частицы растворителя имеют шипы, крючочки и другие приспособления, с помощью которых сцепляются с частицами растворенного вещества, от чего и происходит растворение.

        Более научно высказал мнение о растворении М.В. Ломоносов(1711-1765): «частицы соли отделяются друг от друга действием частиц воды…» и, сцепляясь с водными частицами, вместе начинают двигаться поступательно и разносятся по растворителю».

В XIX веке исследования растворов продолжил Д.И. Менделеев (1834-1907). Большое значение он придавал изучению тепловых эффектов при растворении. Известно, что при растворении одних веществ теплота выделяется, а при других – поглощается.

         Теория растворения получила развитие в работах шведского ученого Сванте Аррениуса (1859-1927). Он предположил, что вещество в растворе распадается на ионы. В дальнейшем русский ученый И.А. Каблуков (1857-1942) соединил теорию электролитической диссоциации С. Аррениуса с гидратной теорией Д.И. Менделеева. Он выдвинул предположение о гидратации (взаимодействии с водой) образующихся в растворе ионов, что и было доказано экспериментально.

Сторонники физической теории растворов, которую развивали Вант-Гофф, Аррениус и Освальд, считали, что процесс растворения является результатом диффузии, т.е. проникновения растворенного вещества в промежутки между молекулами воды, т.е. физическое явление.

        Сторонники химической теории растворов, которую развивали Д.И. Менделеев, И.А. Каблуков, В.А.  Кистяковский, считали, что процесс растворения является химическим взаимодействием растворенного вещества и воды.

 Рассмотрев теоретические вопросы, мы приступили к экспериментальной части нашей работы.

Проведем опыт, цель которого продемонстрировать, что при растворении происходит процесс равномерного распределения одного вещества в другом, при котором растворяемое вещество переходит в агрегатное состояние растворителя, т.е. происходит физическое явление.

Опыт №1. Явление диффузии на примере перманганата калия

        Если в химический стакан с водой поместить несколько гранул перманганата калия, мы можем наблюдать, как количество твердого вещества постепенно уменьшается. При этом вода, в которую были добавлены кристаллы, приобретает новые свойства. Появляется малиновая окраска.

         Вывод: Мы наблюдаем процесс диффузии – это самопроизвольное взаимное проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого. Происходит она потому, что молекулы одного и другого вещества взаимно проникают друг между другом.

Опыт №2. Влияние температуры на процесс диффузии

        Оказывается, на скорость диффузии определенных веществ можно влиять изменение температуры. Чтобы убедиться в этом, мы взяли два стакана, один с горячей, а другой с холодной водой. Насыпали одинаковое количество перманганата калия. В одном из стаканов диффузия пойдет гораздо быстрее. Как подсказывает нам жизненный опыт, диффузия происходит тем быстрее, чем выше температура диффундирующих веществ.

        Вывод: Чем выше температура веществ, тем быстрее происходит диффузия.

О химическом взаимодействии вещества с растворителем судят по некоторым признакам. Перечислим признаки химических реакций:

• изменение цвета;
• появление запаха;
• образование и растворение осадка;
• выделение газа;
• выделение или поглощение теплоты.

Проведем опыт, цель которого продемонстрировать, что при образовании растворов может происходить выделение теплоты.

Опыт № 3. Выделение теплоты при растворении кислоты в воде.

        Для этого эксперимента мы взяли следующее оборудование: серная кислота (98%), вода, датчик температуры, химический стакан на 100мл.В ходе эксперимента при растворении в воде небольшого количества (5мл) серной кислоты порциями по 1мл наблюдали значительное повышение температуры.

Химическая реакция процесса:

        Вывод: При растворении серной кислоты в воде мы наблюдали значительное повышение температуры, а это признак химической реакции.

Опыт№4. Поглощение теплоты при растворении соли в воде.

        Цель: продемонстрировать, что при образовании растворов может происходит поглощение теплоты.

Химическая реакция:

Для эксперимента мы взяли 5г нитрата калия и растворили в 10мл воды.

        Вывод: Мы наблюдали понижение температуры при растворении нитрата калия в воде, а это признак химического взаимодействия.

        О сложности процесса растворения свидетельствуют не только тепловые эффекты, но и такой признак химических реакций, как изменение цвета.

Опыт №5.Изменение цвета в процессе растворения соли.

Возьмем белый порошок сульфата меди и растворим его в воде. При этом образуется раствор голубого цвета. Это доказывает, что при растворении происходит химический процесс – гидратация ионов:

        Если раствор выпаривать, то выпадают голубые кристаллы. Сохранение окраски кристаллов свидетельствует о том, что при кристаллизации соли из растворов гидратированные ионы не разрушаются, а сохраняются

        Вывод: Вещества, в кристаллические решетки которых входят гидратированные ионы, называют кристаллогидратами, а воду, входящую в состав кристаллогидрата – кристаллизационной.

Опыт №6 Изменение цвета в процессе растворения йода.

Мы провели эксперимент, растворяя йод в различных растворителях. Пары йода имеют фиолетовый цвет. Такой же цвет и у раствора йода в бензине. В воде раствор йода желтый, в бензоле или спирте – коричневый (этот цвет знакомой всем йодной настойки), в растворе поливинилового спирта йод синий (это цвет лекарственного средства иодинола). И меняется не только цвет в разных растворителях, химически ведет себя тоже по-разному.

        Вывод: Молекулы растворенного вещества связываются с молекулами растворителя, в результате образуются новые химические соединения.

6)  Объяснение результатов. Возможные выводы.      

Мы выяснили, каким является процесс растворения - физическим или химическим. Мы изучили теоретические вопросы процесса растворения. Рассмотрели признаки физических и химических явлений при растворении. Экспериментально подтвердили все рассмотренные признаки и процессы.  В результате проведенного исследования, мы выяснили, что процесс растворения является физико – химическим процессом, а растворы – это однородная (гомогенная) система, состоящая из частиц   растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия – гидратов. Мы выяснили, что грань между физическими и химическими явлениями во многом условна. Она проведена учеными произвольно. Процесс растворения по некоторым признакам можно отнести к физическим, а по другим – к химическим. Поэтому такие процессы стали называть физико – химическими явлениями.

Сформулированные выводы позволяют судить о том, что цель исследования достигнута. Однако на этом наше исследование не окончено, оно ставит перед нами новую задачу - почему водные растворы некоторых веществ проводят электрический ток, найти причину такого явления. Но это будет уже другое исследование.

7. Подготовка к презентации исследовательского материала. Написание отчета.

Для написания отчета были использованы возможности текстового редактора   WORD.Итоговый материал представлен также в виде презентации, выполненной в редакторе POWER POINT.

В результате работы была использована следующая литература:

1. Аликбеков Л.Ю. Занимательные задания и опыты по химии М.Дрофа,2006.
2. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. М. Просвещение, 1985г.
3. Журнал «Наука и жизнь», № 5 2004г.
4. Кузнецова Л.М. Химия 9класс. М. Мнемозина, 2003.
5. Олма энциклопедия. Превращения вещества. Химия. М. Олма Медиа Групп,2013.
6. Интернет-ресурс.