Rsm4iIOkyP8zv1

Zdjęcie przedstawia plażę miasta w ciepłej strefie klimatycznej po odpływie. Niebo pogodne i niebieskie. Piasek w centralnej części kadru jest brudnobrązowy z wyraźnymi zanieczyszczeniami, morze mocno cofnięte w prawo. W tle po lewej stronie zabudowania, w centrum i po prawej stronie drzewa i zatoka. Na pierwszym planie po lewej stronie obrośnięta naciekami pusta rura kanalizacyjna wychodząca głęboko w plażę.

1. Budowa cząsteczki wody

RcMR4VeMpCzyf1

Ilustracja przedstawia model cząsteczki wody w zapisie strukturalnym. Symbol atomu tlenu O znajduje się u góry planszy, natomiast połączone z nim pojedynczymi kreskami symbole atomów wodoru H u dołu planszy. Ponad symbolem tlenu znajduje się zapis delta minus dokonany z użyciem greckiej małej litery delta. Nieco poniżej symboli wodoru pomiędzy znakami H znajduje się podobnie dokonany zapis delta plus. Cały model wraz z zapisami ładunków znajduje się na tle niebieskiego owalu z błękitno białym wnętrzem, symbolizującego kroplę.

2. Procesy zachodzące podczas rozpuszczania w wodzie

Rr55lzgg2qRhD1

Schemat przedstawia możliwe sposoby reagowania substancji rozpuszczalnych po dodaniu ich do wody. Rozpoczyna go znajdujący się w górnej części ciemnozielony prostokąt z napisem Zachowanie się substancji podczas rozpuszczania w wodzie. Prowadzą od niego w dół dwie pionowe strzałki do dwóch prostokątów w środkowej części planszy. Jasnozielony prostokąt po lewej stronie ma napis Substancje jonowe, rozpad na jony. Zielony prostokąt po prawej stronie ma napis Substancje kowalencyjne i wychodzą od niego kolejne dwie pionowe strzałki do jasnozielonych prostokątów w dolnej części planszy. Napis na dolnym środkowym prostokącie to: W roztworze występują cząsteczki, na przykład sacharoza, glukoza. Napis na dolnym prawym prostokącie to: Rozpad na jony, na przykład kwasy.

Woda rozpuszcza substancje, które tak jak ona zbudowane są z cząsteczek polarnych. Polarne związki kowalencyjne mogą zachowywać się w wodzie w różny sposób: niektóre pozostają w niej jako cząsteczki (np. sacharoza), inne zaś mogą ulec pod jej wpływem rozpadowi na jony (np. kwasy). Jeśli związki jonowe (np. chlorek sodu) rozpuszczają się w wodzie, to podczas tego procesu ulegają rozpadowi, a jony z sieci krystalicznej przechodzą do roztworu.

3. Zawiesiny, koloidy, roztwory właściwe

Nie wszystkie substancje dobrze rozpuszczają się w wodzie, tworząc roztwory właściwe. Niektóre z nich nie ulegają rozpadowi na pojedyncze drobiny, ale tworzą w wodzie większe skupiska. W zależności od wielkości powstałych cząstek ich mieszaniny z wodą mają różne nazwy: koloid (roztwór koloidalny) lub zawiesina.

RZlj3YV0oKMgA1

Schemat przedstawia podział mieszanin ze względu na wielkość cząstek substancji rozpuszczonej w cieczy. Ma postać tak zwanego odwróconego drzewa. U góry schematu znajduje się pojedyncze prostokątne ciemnobrązowe pole z napisem Mieszaniny. Odchodzą od niego dwie strzałki do położonych w środkowej linijce dwóch jbrązowych prostokątnych pól oznaczonych jako: Mieszanina jednorodna po lewej stronie planszy i Mieszaniny niejednorodne po stronie prawej. Po stronie lewej od Mieszanin jednorodnych odchodzi strzałka w dół do jasnobrązowego prostokątnego pola z tekstem: mieszanina jednorodna, wielkość cząsteczek mniejsza od jednego nanometra. Po stronie prawej od Mieszanin niejednorodnych odchodzą dwie strzałki w dół do dwóch jasnobrązowych prostokątnych pól. Pole środkowe opisane jest tekstem: koloid, czyli roztwór koloidalny. Wielkość cząsteczek zawiera się w przedziale od jednego do dwustu nanometrów. Pole po stronie prawej opisane jest tekstem: zawiesiny, wielkość cząsteczek jest większa od dwustu nanometrów.

4. Czynniki wpływające na szybkość rozpuszczania się substancji w wodzie

5. Roztwór stężony i rozcieńczony

RqN4b2OdCQ7Zl1

Schemat szeregujący rodzaje roztworów. W górnej części planszy rozpoczyna go szary prostokąt z napisem Roztwór właściwy i definicją: mieszanina jednorodna składająca się z rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Od tego pola odchodzą dwie strzałki ukośnie w dół. Lewa prowadzi do szarego prostokąta z napisem Roztwór nasycony i definicją: zawiera maksymalną ilość substancji, jaka może się rozpuścić w danej masie rozpuszczalnika. Prawa strzałka prowadzi do szarego prostokąta z napisem Roztwór nienasycony i definicją: nie zawiera maksymalnej ilości substancji, jaka może się rozpuścić w danej ilości rozpuszczalnika. Od obu prostokątów odchodzą w dół strzałki zbiegające się w jednym miejscu: szarym prostokącie z napisem Roztwór stężony. Od prawego prostokąta odchodzi jeszcze jedna, dodatkowa strzałka skierowana pionowo w dół, prowadząca do szarego prostokąta z napisem Roztwór rozcieńczony.

6. Rozpuszczalność substancji

Rozpuszczalnością nazywamy maksymalną ilość substancji, jaka może rozpuścić się w 100 g rozpuszczalnika w danej temperaturze i pod stałym ciśnieniem. Zależność rozpuszczalności substancji od temperatury przedstawiona na wykresie nazywana jest krzywą rozpuszczalności.

R3Ny5Q8pHlfod1

Ilustracja przedstawia wykres porównawczy krzywych rozpuszczalności przykładowych substancji stałych w wodzie. Oś pozioma to temperatura roztworu wyznaczona w stopniach Celsjusza od zera do setki, oś pionowa to rozpuszczalność w gramach substancji na 100 gramów wody od zera do pięciuset. Pole wykresu podzielone jest na kolumny co dziesięć stopni Celsjusza. Na wykresie przedstawiono krzywe rozpuszczalności ośmiu substancji. Widać z nich, że rozpuszczalność każdej substancji zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury, ale z różną prędkością i najczęściej też z innym poziomem wyjściowym przy temperaturze zera stopni. Najmniejszą dynamikę przyrostu ma sól kamienna, czyli chlorek sodu oraz chlorek potasu. Nieco większą ma siarczan miedzi i jodek potasu, który jednak odznacza się znacznie wyższą rozpuszczalnością ogólną od wszystkich wymienionych do tej pory. Następny jest azotan sodu, którego rozpuszczalność w niskiej temperaturze sytuuje się pomiędzy jodkiem potasu, a wcześniej wymienionymi substancjami, a w wysokiej zbliża się do rozpuszczalności jodku potasu. Octan sodu początkowo zwiększa rozpuszczalność powoli, aby w zakresie od czterdziestu do sześćdziesięciu stopni gwałtownie przyspieszyć i ponownie zwolnić. Azotan potasu w najniższej temperaturze ma najniższą rozpuszczalność spośród wszystkich umieszczonych na wykresie, ale rośnie ona najszybciej, bo przy temperaturze stu stopni Celsjusza aż osiemnastokrotnie, zajmując ostatecznie drugie miejsce na wykresie. Najwyższą rozpuszczalność w każdej temperaturze, zdecydowanie wyższą od wszystkich pozostałych substancji ma cukier spożywczy, czyli sacharoza. Wynosi ona od około stu osiemdziesięciu do około czterystu dziewięćdziesięciu gramów na sto gramów wody.

Na podstawie znajomości rozpuszczalności substancji można:

• określić maksymalną ilość substancji, która może rozpuścić się we wskazanej masie wody w danej temperaturze,

• ocenić, czy podana ilość substancji może rozpuścić się w określonej masie wody i temperaturze.

7. Stężenie procentowe roztworu

8. Gęstość roztworu a jego masa i objętość

9. Zasoby wodne Ziemi

R1WjdENQSorSB1

Ilustracja przedstawia schemat zasobów wodnych Ziemi. W centrum infografiki kula ziemska z widoczną Afryką i Europą, na jej tle napis Zasoby wody na Ziemi. Od kuli ziemskiej odchodzi sześć koncentrycznie rozmieszczonych niebieskich strzałek prowadzących do sześciu niebieskich prostokątów. Każdy z prostokątów ma zdjęcie i tekst. Kolejno od góry, licząc w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara są to: Zdjęcie morza, napis Niemal cała woda istniejąca na Ziemi znajduje się w oceanach i morzach. Zdjęcie lodowca, napis: W trwałych lodowcach i wiecznej zmarzlinie uwięzionych jest trzysta tysięcy kilometrów sześciennych wody. Zdjęcie jeziora, napis: Jeziora zawierają około 176 tysięcy kilometrów sześciennych wody. Zdjęcie człowieka i psa na łące, napis: Objętość wody wchodzącej w skład organizmów żywych to tysiąc sto kilometrów sześciennych. Organizmy te zawierają od 10 do 99 procent wody. Człowiek składa się w około 70 procent z wody. Zdjęcie rzeki w lesie, napis: W rzekach płynie około 2 tysiące sto kilometrów sześciennych wody. Zdjęcie mokradła, napis: Na terenach bagiennych znajduje się około 11 tysięcy czterysta kilometrów sześciennych wody.

10. Sposoby oszczędzania wody

Zadania

Pamiętam i rozumiem

• Wyjaśnij pojęcia: rozpuszczalności, stężenia procentowego, gęstości roztworu.

• Opisz budowę cząsteczki wody.

• Jakie substancje rozpuszczają się w wodzie – polarne czy niepolarne?

• Omów sposoby zachowania się substancji kowalencyjnych i jonowych podczas ich rozpuszczania się w wodzie.

• Oblicz, ile gramów substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika znajduje się w 100 g 8‑procentowego roztworu chlorku sodu.

• Oblicz, ile wody znajduje się w 120 g 4‑procentowego roztworu.

• Na podstawie krzywych rozpuszczalności oceń, ile gramów chlorku potasu rozpuści się w 100 g wody w temperaturze 10°C.

• Oblicz, ile gramów azotanu(V) potasu można maksymalnie rozpuścić w 200 g wody w temperaturze 60°C. Skorzystaj z krzywych rozpuszczalności.

• Na podstawie obliczeń oceń, w jakiej masie wody należy rozpuścić 20 g azotanu(V) sodu, aby otrzymać nasycony roztwór w temperaturze 10°C. Skorzystaj z krzywych rozpuszczalności.

• Oblicz, ile gramów wody i sacharozy (cukru spożywczego) znajduje się w 84,5 g roztworu nasyconego w temperaturze 100°C. Skorzystaj z krzywych rozpuszczalności.

• Oblicz stężenie procentowe nasyconego w temperaturze 40°C roztworu jodku potasu.

• Oblicz, ile waży 350 cmIndeks górny 3³ roztworu o gęstości $\text{1,10 }\frac{\text{g}}{{\text{cm}}^{\text{3}}}\text{.}$

• Oblicz, ile wody należy dodać do 40 g 10‑procentowego roztworu chlorku sodu, aby otrzymać roztwór 1‑procentowy.

• Uporządkuj mieszaniny: roztwory właściwe, zawiesiny, koloidy z względu na wielkość tworzących je cząstek.

• Wymień znane ci sposoby oszczędnego gospodarowania wodą.

Czytam i interpretuję

• Na podstawie krzywych rozpuszczalności określ, jak wraz z temperaturą zmienia się maksymalna masa chlorku potasu, jaką można rozpuścić w 100 g wody.

• Porównaj krzywe rozpuszczalności dla chlorku sodu i potasu. Wskaż zakresy temperatur, w których chlorek sodu ma wyższą rozpuszczalność niż chlorek potasu, oraz przedział, w którym chlorek potasu rozpuszcza się w większej masie w 100 g wody.

• Odczytaj z wodomierza w twoim domu pobór wody zimnej i ciepłej w odstępach kilkudniowych. Na podstawie uzyskanych danych oblicz, ile wody zużywa się w przeliczeniu na dzień i jednego mieszkańca.

• Znajdź w domu produkty spożywcze i artykuły gospodarstwa domowego, na etykietach których są wymienione stężenia procentowe niektórych składników. W przypadku jednego z artykułów (roztworu) oblicz, ile gramów substancji rozpuszczonej o podanym na etykiecie stężeniu procentowym znajduje się w opakowaniu. Przyjmij, że gęstość cieczy wynosi $\text{1}\frac{\text{g}}{{\text{cm}}^{\text{3}}}$.

Rozwiązuję problemy

• Odpowiedz, który z roztworów tej samej substancji – nasycony czy nienasycony – o identycznej masie zawiera więcej:

  • substancji rozpuszczonej,

  • rozpuszczalnika.

• Uporządkuj podane roztwory według liczby gramów substancji rozpuszczonej w roztworze:

  • 20 g 5‑procentowego roztworu,

  • 50 g 4‑procentowego roztworu,

  • 4 g 10‑procentowego roztworu.

• Na podstawie obliczeń wskaż roztwór, który zawiera więcej substancji rozpuszczonej:

  • I – 310 g nasyconego w temperaturze 80°C roztworu siarczanu(VI) miedzi(II),

  • II – 308 g nasyconego w temperaturze 100°C roztworu jodku potasu.
    Podczas rozwiązywania zadania skorzystaj z krzywych rozpuszczalności.

• Określ, który z dwóch roztworów zawiera więcej substancji rozpuszczonej:

  • I – 150 g 20‑procentowego roztworu,

  • II – 150 cmIndeks górny 3³ roztworu 20‑procentowego o gęstości $\text{1,10 }\frac{\text{g}}{{\text{cm}}^{\text{3}}}$.

• Trzech uczniów miało za zadanie uzyskać roztwór 2‑procentowy z otrzymanego od nauczyciela roztworu. Każdy z uczniów dostał inny roztwór:

  • uczeń 1. – 25 g roztworu 8‑procentowego,

  • uczeń 2. – 10 g roztworu 10‑procentowego,

  • uczeń 3. – 20 g roztworu 5‑procentowego.
    Na podstawie obliczeń oceń, który z uczniów uzyskał po rozcieńczeniu roztwór o największej, a który – o najmniejszej masie.

Projekt badawczy