Kimyo · Elementlar kimyosi · 7-sinf

Suv: tarkibi va xossalari

Suvni tok bilan parchalasak, nega vodorod kisloroddan ikki marta ko‘p chiqadi?

Vaziyat

Har kuni choy damlaymiz, idish yuvamiz, ichamiz — suv eng oddiy modda bo‘lib tuyuladi. Ammo 1800-yilda ingliz olimlari Nikolson va Karlayl suvdan elektr toki o‘tkazganda, u ikki xil gazga ajralib ketgan. Qishda ko‘l yuzi muz bilan qoplanadi, tubidagi baliqlar esa tirik qoladi; so‘ndirilmagan ohakka suv quyilsa, u qiziydi. Suv qanday elementlardan iborat, nega muz suvda suzadi va suv boshqa moddalar bilan qanday reaksiyaga kirishadi?

Mavzu

Suv: tarkibi, xossalari va reaksiyalari. Suvni tok bilan parchalash va qayta sintez qilish: H₂ : O₂ = 2 : 1; suv natriy, so‘ndirilmagan ohak va oksidlar bilan

Asosiy tushunchalar

Suvning tarkibi H₂O
4 °C anomaliyasi
Suv va oksidlar

Formulalar

2 H_{2} O \overset{\overset{}{elektr toki}}{\to} 2 H_{2} ↑ + O_{2} ↑

Suvning parchalanishi (elektroliz): bir xil sharoitda $V (H_{2}) : V (O_{2}) = 2 : 1$ , massalar nisbati $1 : 8$ .

2 H_{2} + O_{2} \overset{}{\to} 2 H_{2} O

Sintez: vodorod kislorodda yonib, yana suv hosil qiladi (G. Kavendish, 1781).

ω (H) = \frac{2 A_{r} (H)}{M_{r} (H_{2} O)} = \frac{2}{18} \approx 11,1 %

Suvdagi vodorodning massa ulushi (maktab qiymatlari bilan; aniq qiymat 11,19 %), kislorodniki — 88,9 %.

n (H_{2}) = \frac{I t}{2 F}, n (O_{2}) = \frac{I t}{4 F}

Elektrolizda bitta H₂ molekulasiga 2 ta, bitta O₂ ga 4 ta elektron kerak — shuning uchun vodorod ikki marta ko‘p ( $F$ = 96 485 C/mol).

CaO + H_{2} O \overset{}{\to} Ca (OH)_{2}

Asosli oksid + suv → asos (ishqor); kislotali oksid + suv → kislota: $SO_{3} + H_{2} O \overset{}{\to} H_{2} SO_{4}$ .

Nazariya

Suvning tarkibi: parchalanish va sintez

Toza suv tokni yomon o‘tkazadi, shuning uchun Gofman asbobidagi suvga ozgina natriy sulfat qo‘shiladi. Katodda (−) suv molekulalari elektron olib, vodorod ajraladi: $4 H_{2} O + 4 e^{-} \overset{}{\to} 2 H_{2} ↑ + 4 OH^{-}$ ; anodda (+) elektron berib, kislorod ajraladi: $2 H_{2} O - 4 e^{-} \overset{}{\to} O_{2} ↑ + 4 H^{+}$ . Bir xil sharoitda gazlarning teng hajmlarida molekulalar soni teng (Avogadro qonuni), demak $V (H_{2}) : V (O_{2}) = 2 : 1$ suv molekulasida 2 ta H va 1 ta O atomi borligini ko‘rsatadi — formulasi $H_{2} O$ . Massalar nisbati 1 : 8. Teskari jarayon — sintez: G. Kavendish 1781-yilda vodorod va kislorodni 2 : 1 nisbatda portlatib, faqat suv olgan; A. Lavuazye 1783–1784-yillarda suvning murakkab modda ekanini isbotlagan. Evdiometrda gazlar aralashmasidan uchqun o‘tkazilsa, 2 : 1 nisbatda hech qanday gaz qolmaydi.

Suvning fizik xossalari (amaliy mashg‘ulot)

Toza suv rangsiz, hidsiz va ta’msiz; normal bosimda (101,3 kPa) 0 °C da muzlaydi va 100 °C da qaynaydi, zichligi ≈ 1 g/ml. Solishtirma issiqlik sig‘imi juda katta — 4,18 kJ/(kg·K): dengiz va ko‘llar iqlimni yumshatadi, isitish tizimlarida suv issiqlik tashiydi. Suv molekulasi burchakli (104,5°) va qutbli: O atomi qisman manfiy, H atomlari qisman musbat. Shuning uchun molekulalar bir-biri bilan vodorod bog‘lar hosil qiladi. Tuzilishi o‘xshash, lekin qariyb ikki marta og‘ir vodorod sulfid ( $H_{2} S$ , $M$ = 34 g/mol) −60 °C da qaynaydi, suv ( $M$ = 18 g/mol) esa vodorod bog‘lar tufayli faqat 100 °C da. Suv ko‘p moddalarni yaxshi eritadi — u eng muhim erituvchi.

4 °C anomaliyasi va Xoup tajribasi

Ko‘pchilik suyuqliklar sovitilganda zichlashadi. Suv esa 3,98 °C da eng zich (999,97 kg/m³), undan pastda yana yengillashadi, muzlaganda hajmi taxminan 9 % ortadi: muz zichligi 0,917 g/sm³ — muz suzadi. Sababi — vodorod bog‘lar muzda molekulalarni «ochiq» olti burchakli panjaraga tizadi. 1805-yilda shotland kimyogari T. Xoup uzun silindrdagi suvning o‘rtasini muz va tuz aralashmasi bilan sovitgan: pastki termometr 4 °C gacha tushib to‘xtagan, yuqorisi esa keyin 0 °C gacha sovib, suv yuqoridan muzlagan. Ko‘l ham shunday: tubida suv ≈ 4 °C, muz esa ustki qavatda turib, pastdagi suvni sovuqdan to‘sadi.

Suvning kimyoviy xossalari (amaliy mashg‘ulot)

Faol metallar (Na, K, Ca) xona haroratida suvni parchalaydi: ishqor va vodorod hosil bo‘ladi — $2 Na + 2 H_{2} O \overset{}{\to} 2 NaOH + H_{2} ↑$ . Asosli oksidlar (CaO, Na₂O) suv bilan ishqor beradi: $CaO + H_{2} O \overset{}{\to} Ca (OH)_{2}$ — ohak so‘ndirilganda ≈ 65 kJ/mol issiqlik ajraladi. Kislotali oksidlar (SO₃, P₂O₅, CO₂) suv bilan kislota beradi: $P_{2} O_{5} + 3 H_{2} O \overset{}{\to} 2 H_{3} PO_{4}$ ; karbonat kislota kuchsiz va beqaror: $CO_{2} + H_{2} O \overset{}{⇌} H_{2} CO_{3}$ . Mis(II) oksid, temir oksidlari va qum ( $SiO_{2}$ ) suv bilan reaksiyaga kirishmaydi. Hosil bo‘lgan eritmani indikator bilan sinaymiz: ishqor — fenolftalein malina, universal indikator ko‘k-binafsha; kislota — universal indikator qizil.

Tabiatda suvning aylanishi

Quyosh issig‘ida suv dengiz, ko‘l va tuproqdan bug‘lanadi, o‘simliklar barglari orqali ham bug‘ chiqaradi (transpiratsiya). Bug‘ yuqorida soviydi va mayda tomchilarga kondensatsiyalanadi — bulut paydo bo‘ladi. Tomchilar yiriklashib yog‘in (yomg‘ir, qor) bo‘lib tushadi; tog‘larda qor va muzlik bo‘lib to‘planadi, erib daryolarga, bir qismi tuproqqa singib yer osti suvlariga o‘tadi va oxir-oqibat yana dengizga qaytadi. Yerdagi suvning taxminan 97 % i sho‘r (asosan okeanlar), chuchuk suv faqat ≈ 2,5 %, uning ham ko‘p qismi muzliklar va yer ostida. Masalalarda: $n = m / M$ , $V = n \cdot V_{m}$ ( $V_{m}$ = 22,4 l/mol, n.sh.), reaksiya tenglamasidagi koeffitsientlar — mollar nisbati.

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: natriy kerosin ostida saqlanadi, pinset bilan olinadi, faqat no‘xatdan kichik bo‘lagi, himoya ko‘zoynagi va ekran ortida; P₂O₅ va SO₃ terini kuydiradi, suv bilan shiddatli reaksiyaga kirishadi — faqat tortish shkafida. Vodorod va kislorod aralashmasi («qarsillovchi gaz») portlaydi — sinov kichik hajmlarda, qalin devorli evdiometrda o‘tkaziladi. Ishqor ko‘zga tushsa — ko‘p suv bilan yuving. Hech qachon tatib ko‘rmang. Model: gazlar ideal, 20 °C va 101,3 kPa da (suv bug‘i va suyuqlik ustunining bosimi hisobga olinmagan), tokning hammasi elektrolizga ketadi; Gofman asbobida vaqt 30 marta, Xoup tajribasida 300 marta tezlashtirilgan, ustun bir o‘lchamli, konveksiya bir zumda, devorlar issiqlik o‘tkazmaydi, suv rangi — harorat (soxta rang). Eritmalar ideal (25 °C): ohak suvining haqiqiy pH i ≈ 12,4 (model 12,7); reaksiya issiqligi to‘liq suvga o‘tadi deb olingan.

Bilasizmi?

Suvni elektr toki bilan birinchi bo‘lib 1800-yilda ingliz olimlari Uilyam Nikolson va Entoni Karlayl parchalashgan — Alessandro Volta o‘z «ustuni»ni (birinchi kimyoviy tok manbaini) e’lon qilganidan bir necha hafta o‘tib.
Muz suyuq suvdan taxminan 9 % ko‘proq joy egallaydi — shuning uchun qishda suv to‘ldirib qo‘yilgan shisha idish yoki suv quvuri muzlaganda yorilib ketishi mumkin.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Havo: tarkibi va ifloslanishi — 7-sinf
Kislorod va ozon — 7-sinf
Vodorod — eng yengil gaz — 7-sinf
Foydali qazilmalar — 7-sinf
Ohak va birikmalar sinflari — 8-sinf
Metallmaslar va galogenlar — 8-sinf
Xlor va xlorid kislota — 8-sinf
Kislorod guruhi va oltingugurt — 8-sinf
Sulfat kislota va kontakt usuli — 8-sinf
Azot, ammiak va nitrat kislota — 8-sinf