Сторінки 16–22

Розв’язання

1. Опрацюй текст підзаголовка «Завдання для дослідження».

2. Сформулюй мету, яка полягає у вивченні розчинності речовин у середовищах з різною полярністю (вода — полярна, олія — неполярна).

Розв’язання

1. Згадай, що полярні речовини (наприклад, сіль) добре розчиняються у воді, а неполярні (наприклад, жир) — у жирах.

2. Сформулюй припущення: «Речовина краще розчиняється в розчиннику, який має таку ж полярність, що й сама речовина».

Розв’язання

1. Підготуй штатив із пробірками та відмірну ложку (або піпетку).

2. У кожну пробірку поклади порцію однієї з розчинюваних речовин (наприклад, цукор у першу, йод — у другу).

3. До кожної пробірки додай відповідний розчинник (вода в одну, олія в іншу) і помішай.

Розв’язання

1. Визначаємо, що зв'язок між атомами в молекулі є полярним через різницю електroneгативності.

2. Описуємо розподіл зарядів: від'ємний на кисні, позитивний на воднях.

3. Висновуємо, що наявність полюсів робить молекулу диполем і полярною речовиною.

Розв’язання

1. Розглядаємо приклад води ($H_{2}O$) — полярна речовина.

2. Порівнюємо з іншими сполуками (наприклад, $C{O}_2$), де ті ж елементи можуть давати неполярну молекулу через симетрію.

3. Формулюємо гіпотезу: за формулою визначити полярність без знання типу зв'язків та будови неможливо.

Розв’язання

1. Перевіряємо, чи є всі зв'язки в молекулі неполярними (наприклад, $O_2$, $H_2$) — якщо так, речовина неполярна.

2. Якщо молекула складається з двох атомів і зв'язок полярний (наприклад, $HCl$), то речовина полярна.

3. Для багатомірних молекул потрібно аналізувати сумарний розподіл зарядів у просторі.

Розв’язання

1. Згадайте правило: атоми одного елемента зв'язуються неполярним зв'язком (наприклад, $O_2$, $H_2$), а різні елементи — полярним ($HCl$, $CO$).

2. Проаналізуйте склад речовини за формулою: якщо вона складається з одного елемента або має різні атоми, це вказує на тип зв'язку.

3. Сформулюйте гіпотезу: для двохатомних молекул правило працює ідеально, але для складних молекул (наприклад, $C{O}_2$) формула недостатня без знання будови.

Розв’язання

1. Визначте полярність розчинників: вода — полярна; олія, бензин — неполярні.

2. Розгляньте речовини для розчинення: цукор, сіль — полярні; йод, парафін — неполярні.

3. Зробіть висновок: полярні речовини (цукор, сіль) розчиняються у воді; неполярні (йод, парафін) — у олії чи бензині.

Розв’язання

1. Поясніть, що вода має дипольний момент (від'ємний заряд на кисні, позитивний на водні), тому вона притягує полярні молекули або іони.

2. Поясніть, що неполярні розчинники не мають зарядів, тому вони взаємодіють лише з іншими неполярними речовинами через слабкі сили.

3. Підсумуйте: правило працює, оскільки полярність визначає тип міжмолекулярних сил, які дозволяють речовинам змішуватися.

Розв’язання

1. Проаналізуй формулу речовини: якщо всі атоми в молекулі однакові (наприклад, $O_2$, $H_2$), зв'язки між ними неполярні, отже, сама речовина — неполярна.

2. Якщо ж у молекулі є різні елементи (наприклад, $HCl$, $CO$), то зв'язки полярні, і речовина є полярною.

Розв’язання

1. Визнач різницю в електронегативності атомів: якщо атоми однакові ($A-A$), електрони поділяються рівномірно — це неполярний зв'язок.

2. Якщо атоми різні ($A-B$), електрони зміщені до більш електронегативного атома — це полярний зв'язок.

Розв’язання

1. Для неполярних речовин пригадай двотомні молекули елементів: $O_2$ (кисень), $H_2$ (водень).

2. Для полярних речовин пригадай сполуки різних елементів, наведені у підручнику: $HCl$ (хлорид водню), $CO$ (карбон(ІІ) оксид).

Розв’язання

1. Визначаємо, що молекули HCl та CO складаються лише з двох різних атомів.

2. Оскільки різні елементи мають різну електронегативність, між ними утворюється ковалентний полярний зв'язок.

3. Висновком є те, що вся молекула має дипольний момент і є полярною.

Розв’язання

1. Молекули O2 та H2 складаються з двох однакових атомів одного елемента.

2. Між однаковими атомами розподіл електронної щільності є симетричним, тому зв'язок неполярний.

3. Оскільки зв'язки неполярні, вся молекула не має зарядових полюсів і є неполярною.

Розв’язання

1. Мета дослідження: визначити розчинність речовин у розчинниках із різною полярністю (вода — полярний, олія — неполярний).

2. Гіпотеза: полярні речовини (цукор, NaCl) добре розчиняться в воді, а неполярні (йод, парафін) — у неполярних розчинниках (олія).

3. План експерименту: взяти пробірки з різними розчинниками, додати до них речовини, помішати та зафіксувати результат (розчинилася чи ні).

Розв’язання

1. Оціни електронегативність атомів: Оксиген відтягує спільні електрони на себе, тому він має негативний полюс (${\delta }^{-}$), а Гідроген — позитивний (${\delta }^{+}$).

2. Уяви форму молекули води як еліпса (диполя): один кінець заряджений негативно (біля Оксигену), інший — позитивно (біля Гідрогенів).

Розв’язання

1. Визнач, що вода має сильні полярні зв'язки та значний дипольний момент через різницю електронегативності Оксигену та Гідрогену.

2. Порівняй це з іншими розчинниками (спирти, олії): вода є найполярнішим серед них.

Розв’язання

1. Проаналізуй умову: щоб передбачити полярність, треба знати не лише формулу, а й тип зв'язків (полярні/неполярні) та будову молекули.

2. Сформулюй гіпотезу: визначити полярність можна за формулою, якщо враховувати електронегативність елементів і просторову будову (симетрію).

Розв’язання

1. Перевірте склад молекули за формулою. Якщо в ній лише один вид атомів (наприклад, O₂ або N₂), зв'язок між ними неполярний, отже речовина неполярна.

2. Якщо у формулі два різні види атомів (наприклад, HCl або CO), зв'язок між ними полярний, отже речовина полярна.

Розв’язання

1. Розгляньте пару атомів у молекулі. Якщо це різні елементи періодичної системи (наприклад, H і Cl), зв'язок є ковалентним полярним.

2. Якщо це однакові елементи (наприклад, O і O в молекулі кисню), зв'язок є ковалентним неполярним.

Розв’язання

1. Розгляньте молекулу HCl: атоми Гідрогену та Хлору різні, тому зв'язок полярний.

2. Розгляньте молекулу CO: атоми Карбону та Оксигену різні, тому зв'язок полярний.

Розв’язання

1. Визначаємо, що зв'язок між атомами $O$ і $H$ є полярним через різницю електронегативності.

2. Констатуємо, що молекула має негативний полюс біля Оксигену та позитивний — біля Гідрогенів.

3. Висновкуємо, що наявність протилежних зарядів робить речовину полярною.

Розв’язання

1. Аналізуємо правило: якщо всі зв'язки в молекулі неполярні (сполучені однакові атоми), то й речовина неполярна.

2. Розглядаємо випадок, коли є полярні зв'язки: це може призводити до полярності молекули, але не завжди (залежить від симетрії).

3. Формулюємо гіпотезу: визначити полярність можна за формулою, якщо знати тип зв'язків між атомами та будову молекули.

Розв’язання

1. Розглядаємо молекулу $HCl$: атоми Гідрогену та Хлору різні, тому зв'язок полярний, і вся молекула має дипольний момент.

2. Аналізуємо молекулу $CO$: атоми Карбону та Оксигену різні, зв'язок полярний, що робить молекулу полярною.

3. Наводимо приклади неполярних речовин: прості речовини-неметали, як-от $O_2$ або $H_2$, де атоми однакові і зв'язки неполярні.

Розв’язання

1. Визначаємо склад молекул: у HCl атоми Гідрогену та Хлору різні, у CO — Карбону та Кисню.

2. Оцінюємо тип зв'язку: оскільки елементи різні, між ними існує ковалентний полярний зв'язок (електрони зміщені до більш електронегативного атома).

3. Висновкуємо про полярність: наявність полярного зв'язку в двохатомній молекулі робить всю молекулу полярною.

Розв’язання

1. Аналізуємо молекулу води (H₂O): вона містить атоми Оксигену та Гідрогену, зв'язки полярні, і будова молекули не є симетричною щодо розподілу зарядів.

2. Аналізуємо молекулу NH₃: містить Нітроген та Гідроген, зв'язки полярні, що створює дипольний момент.

3. Порівнюємо з O₂ або N₂: ці молекули складаються з однакових атомів і мають лише неполярні зв'язки, тому вони не є полярними.

Розв’язання

1. Визначаємо склад речовини за формулою (наприклад, H₂O, CH₄).

2. Аналізуємо тип зв'язків між атомами (полярні чи неполярні).

3. Враховуємо просторову будову молекули: навіть якщо зв'язки полярні, симетрична молекула може бути неполярною (наприклад, CO₂), тоді як несиметрична — полярною (H₂O).

Розв’язання

1. Аналізуємо склад молекули: якщо вона складається з атомів одного елемента (наприклад, $O_2$, $N_2$), зв'язок між ними неполярний.

2. Якщо молекула містить різні елементи (наприклад, $HCl$, $CO$), зв'язок між ними полярний через різницю електroneгативності.

3. Висновуємо, що за формулою можна передбачити наявність полярних або неполярних зв'язків, але точну полярність молекули (геометрію) треба перевіряти.

Розв’язання

1. Визначаємо, що вода має сильний дипольний момент через різницю електroneгативності Оксигену й Гідрогену.

2. Спирти також містять полярну групу $-OH$, але мають неполярний вуглеводневий ланцюг, тому їхня полярність менша.

3. Олії та бензин складаються переважно з зв'язків між атомами вуглецю й водню ($C-H$), які є неполярними.

Розв’язання

1. Цукор має полярні зв'язки, тому він добре взаємодіє з полярними молекулами води через водневі зв'язки.

2. Йод є неполярною речовиною, тому він не розчиняється у воді, але легко розчиняється в спирті або олії (полярні/неполярні середовища).

3. Висновуємо, що полярність розчинника визначає здатність розчиняти певну речовину.

Розв’язання

1. Зверніться до правил визначення полярності зв'язків: якщо в молекулі є лише неполярні ковалентні зв'язки (сполучені однакові атоми), то вся речовина неполярна ($O_2$, $N_2$).

2. Якщо між різними атомами існує полярний зв'язок, це ще не завжди означає, що вся молекула полярна (це залежить від геометрії), але для дватомних молекул це правило працює безумовно ($HCl$, $CO$).

3. Сформулюйте висновок: формула дає лише часткову інформацію про склад атомів, тому повністю визначити полярність речовини лише за формулою не завжди можна без знання її просторової структури.

Розв’язання

1. Аналізуємо умову: у двохатомній молекулі є ковалентний полярний зв'язок (різна електroneгативність атомів).

2. Висновкуємо, що вся молекула має заряди на кінцях, тому вона є полярною речовиною.

3. Перевіряємо приклади: HCl (гідроген хлорид) та CO (карбон(ІІ) оксид) — це полярні молекули.

Розв’язання

1. Розглядаємо прості речовини (наприклад, $O_2$, $N_2$). Атоми однакові, зв'язок неполярний, тому речовина неполярна.

2. Розглядаємо складні сполуки (наприклад, $HCl$). Атоми різні, зв'язок полярний, тому речовина полярна.

3. Висновкуємо: за формулою можна підозрювати про наявність різних атомів, але точно визначити полярність без знання електронегативності та будови молекули неможливо. Однак, якщо в молекулі є лише неполярні зв'язки (однакові атоми), речовина неполярна.

Розв’язання

1. Дуже полярний розчинник: вода ($H_{2}O$). Це пов'язано з сильною поляризацією зв'язків $O-H$.

2. Середньої полярності: етиловий спирт, ізопропіловий спирт, етилетаноат (рідина для зняття лаку). Вони мають полярні групи ($-OH$), але також мають неполярний вуглеводневий ланцюг.

3. Неполярні: олія, уайт-спірит, бензин очищений, вазелінова олія. Це речовини з неполярними зв'язками $C-C$ та $C-H$.

4. Вода є найполярнішим, оскільки між атомами Оксигену і Гідрогену існує ковалентний полярний зв'язок, що створює значний дипольний момент молекули.

Розв’язання

1. Розглянемо молекулу $HCl$. Атоми Гідрогену та Хлору мають різну електронегативність, тому зв'язок між ними полярний. Отже, вся молекула є диполем.

2. Розглянемо молекулу $CO$. Кисень більш електронегативний за Вуглець, тому електронна густина зміщена до кисню, і зв'язок є полярним. Отже, молекула $CO$ також є полярною.

Розв’язання

1. У молекулі $O_2$ два атоми Кисню сполучені між собою. Оскільки це однакові атоми, вони однаково притягують електронну пару, і зв'язок є неполярним. Отже, молекула $O_2$ не має дипольного моменту.

2. Аналогічно, у молекулі $H_2$ два атоми Водню сполучені між собою. Зв'язок неполярний, тому вся молекула є неполярною речовиною.

Розв’язання

1. Якщо у формулі речовини записані різні символи елементів (наприклад, $HCl$, $CO$, $H_{2}O$), це свідчить про те, що атоми мають різну електронегативність, тому зв'язок полярний.

2. Якщо у формулі записані лише однакові символи елементів (наприклад, $O_2$, $N_2$, $H_2$), це означає неполярний зв'язок і неполярну речовину.

Розв’язання

1. Розглянемо карбон(IV) оксид ($C{O}_2$). Його молекула має лінійну будову, кут між атомами дорівнює $180^{\circ }$. Зв'язки $C=O$ полярні, але через симетрію вектори дипольних моментів взаємно компенсуються.

2. Розглянемо сульфур(IV) оксид ($S{O}_2$). Його молекула має кутову будову (кут приблизно $120^{\circ }$), що робить її асиметричною. Полярні зв'язки $S=O$ не компенсуються одна однією.

Розв’язання

1. Прочитайте пункт 1: прості речовини-неметали ($O_2$, $H_2$) мають лише неполярні зв'язки, тому вони неполярні.

2. Прочитайте пункт 2: двохатомні молекули з полярними зв'язками ($HCl$, $CO$) є полярними.

Розв’язання

1. Молекула води $H_{2}O$ має кутову форму, а молекула амоніаку $N{H}_3$ — пірамідальну; полярність їхніх фрагментів не компенсується, тому обидві молекули полярні.

2. Молекула вуглекислого газу $C{O}_2$ має лінійну будову (кут $180^{\circ }$), тому вона неполярна.

3. Молекула сульфур(IV) оксиду $S{O}_2$ має кутову будову (кут приблизно $120^{\circ }$), тому вона полярна.

Розв’язання

1. Розглянемо молекулу води ($H_{2}O$): атом Оксигену утворює два зв'язки з Гідрогеном, але має дві неподілені електронні пари, що «розпирають» молекулу до кутової форми.

2. Розглянемо амоніак ($N{H}_3$): атом Нітрогену утворює три зв'язки з Гідрогеном і має одну неподілену пару, що формує пірамідальну структуру.

3. У сульфур(IV) оксиді ($S{O}_2$) на атомі Сульфуру також є одна неподілена пара, яка робить молекулу кутовою, а не лінійною.

Розв’язання

1. Молекула метану ($C{H}_2$) має симетричну тетраедричну форму; зв'язки $C—H$ неполярні, тому вся молекула є неполярною.

2. У молекулі тетрахлорометану ($CC{l}_4$) зв'язки $C—Cl$ дуже полярні, але через ідеальну симетрію тетраедра їхні дипольні моменти в сумі дорівнюють нулю, отже, молекула неполярна.

3. Молекула циклогексану ($C_6{H}_{12}$) має складнішу структуру, але всі зв'язки всередині неї ($C—C$ та $C—H$) є неполярними, тому речовина є неполярною незалежно від форми.

Розв’язання

1. Для визначення полярності необхідно знати не лише склад атомів (молекулярна формула), але й те, як вони розташовані в просторі.

2. Тому використовують структурні формули або кулестрижневі моделі, які відображають геометрію молекули та наявність полярних зв'язків.

3. Моделі дозволяють візуально оцінити симетрію: якщо молекула симетрична, вона може бути неполярною навіть при наявності полярних зв'язків.

Розв’язання

1. Вода і етиловий спирт є полярними речовинами, тому вони добре змішуються (варіант б).

2. Оливкова олія, тетрахлорометан і циклогексан мають неполярну будову молекул, тому розчиняються між собою (варіанти г).

3. Вода є полярною, а оливкова олія та тетрахлорометан — неполярними, тому пари а) та в) не змішуються.

Розв’язання

1. Андрій має враховувати полярність забруднення: для водорозчинних брудів (наприклад, соки) потрібна вода або спиртовий розчинник.

2. Для жирних плям (олія, мастика) потрібен неполярний органічний розчинник (ацетон, бензин).

3. Важливо перевіряти сумісність розчинника з матеріалом речі: вода може пошкодити папір чи дерево, а сильні розчинники можуть розчинити фарбу або клей на тканині.

Розв’язання

1. Проаналізуйте картину «Хвилі» Архипа Куїнджі: тут вода зображена як потужна, хаотична сила, що символізує стихійне лихо або внутрішні шторми душі.

2. Огляньте картину «Ріка Хорол» Опанаса Сластіона: тут вода спокійна, дзеркальна, що символізує тишу, гармонію та повільний потік часу.

3. Сформулюйте висновок про те, як фізичні властивості води (змінність стану, відображення) впливають на її образове значення в мистецтві.

Розв’язання

1. Визначте природу акварельних фарб: вони містять воду як основу, тому полярні пігменти легко відшаровуються і розчиняються у воді.

2. Визначте природу олійних фарб: це складні суміші з органічними речовинами (олії), які є неполярними, тому вони не змішуються з водою, а вимагають спеціальних розчинників.

3. Опишіть техніку художника: акварель дозволяє створювати прозорі, легкі ефекти через швидке розчинення, тоді як олійні фарби дають можливість працювати з густою текстурою та шаруватістю без розмивання.

Розв’язання

1. Проаналізуйте склад кожної молекули за кольоровою легендою (білий — H, сірий — C, червоний — O, синій — N, жовтий — S, зелений — Cl, світло-жовтий — F).

2. Згадайте правила: симетричні молекули з полярними зв'язками (наприклад, $C{O}_2$) є неполярними, а несиметричні — полярними. Також полярні групи (–OH, –NH${}_2$, =O) роблять молекулу полярною.

3. Виключіть молекули, що складаються виключно з однакових атомів (наприклад, бензен $C_6{H}_6$ або циклогексан $C_6{H}_{12}$), оскільки всі зв'язки в них неполярні ($C-C$, $C-H$).

4. Визначте полярність залишених молекул: якщо центральний атом має різні замісники або неподілені пари (наприклад, у метанолі, етилетаноаті, нітрометані), це полярні речовини.

5. Перевірте складніші молекули: наприклад, дихлорометан ($C{H}_{2}C{l}_2$) — несиметричний (два H і два Cl), тому полярний; сульфур(VI) фторид ($S{F}_6$) — симетрична октаедра, тому неполярна.

Розв’язання

1. Аналізуємо модель А (Метанол). Молекула несиметрична через групу –OH, тому вона полярна.

2. Аналізуємо модель Б (Етилетаноат). Містить карбонільну й ефірну групи, будова несиметрична — речовина полярна.

3. Аналізуємо модель В (Метаналь). Атом кисню в групі С=О порушує симетрію — речовина полярна.

4. Аналізуємо модель Г (Бензен). Молекула має плоску симетричну будову, всі атоми однакові (C і H) — речовина неполярна.

5. Аналізуємо модель Д (Сульфур(VI) фторид). Молекула має форму октаедра, центральному атому S оточують 6 однакових атомів F — будова симетрична, молекула неполярна.

6. Аналізуємо модель Е (Диметилсульфоксид). Група S=O робить будову несиметричною — речовина полярна.

7. Аналізуємо модель Ж (Сульфур(VI) оксид). Молекула має тригональну пірамідальну форму, одна пара електронів на сульфурі порушує симетрію — речовина полярна.

8. Аналізуємо модель И (Дихлорометан). Два атоми хлору розташовані несиметрично відносно решти молекули — речовина полярна.

9. Аналізуємо модель К (Нітрометан). Група NO₂ змінює симетрію навколо вуглецевого атома — речовина полярна.

10. Аналізуємо модель Л (Етиленгліколь). Містить дві гідроксильні групи, будова несиметрична — речовина полярна.

11. Аналізуємо модель М (Гідроген ціанід). Двоатомна молекула з різними атомами (C і N) має полярний зв'язок — речовина полярна.

12. Аналізуємо модель Н (Гідроген фторид). Двоатомна молекула з різними атомами (H і F) має полярний зв'язок — речовина полярна.

Розв’язання

1. Аналізуємо природу β-каротину: модель показує, що він складається лише з атомів вуглецю та водню, зв'язки між ними неполярні, тому молекула є неполярною.

2. Оцінюємо середовища: вода (полярна), оцет (полярний розчинник), сметана (містить воду і жир), рослинна олія (неполярний органічний розчинник).

3. Застосовуємо правило розчинності: неполярний β-каротин краще розчиниться в неполярному середовищі, тобто в рослинній олії або жирі зі сметани.

4. Висновуємо: щоб організм міг засвоїти вітамін А (продукт перетворення β-каротину), його потрібно споживати разом з жирами.

Розв’язання

1. Оцінюємо будову молекули β-каротину за моделлю: вона містить лише атоми C та H, зв'язки між ними неполярні, отже, молекула неполярна (жиророзчинна).

2. Аналізуємо варіанти середовищ: вода в овочах і оцет — полярні речовини; сметана та рослинна олія — містять жири, які є неполярними.

3. Висновкуємо: щоб β-каротин краще розчинився і засвоювався, його треба оточити неполярним середовищем (жирами), а не полярним (водою чи оцтом).