Номер 1, страница 105 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

Какими методами пользуются учёные-химики в своей работе?

Учёные-химики в своей работе используют широкий спектр методов, которые можно разделить на несколько основных групп: общенаучные, экспериментальные (включая методы разделения, синтеза и анализа) и современные вычислительные методы.

Это фундаментальные подходы, применяемые во всех естественных науках, которые в химии приобретают свою специфику.

• Наблюдение: Целенаправленное восприятие химических явлений без прямого вмешательства в их протекание. Например, наблюдение за изменением цвета раствора при добавлении реактива или за скоростью выделения газа.
• Эксперимент (опыт): Активное, контролируемое воспроизведение явления с целью его изучения, проверки гипотез. Это ключевой метод в химии. Примером может служить проведение реакции в строго заданных условиях (температура, давление, концентрация) для изучения ее механизма.
• Измерение: Определение количественных характеристик веществ и процессов с помощью специальных приборов. Измеряют массу (весы), объем (мерная посуда), температуру (термометр), pH (pH-метр) и многое другое.
• Моделирование: Создание и изучение моделей (физических или компьютерных) для описания строения и свойств реальных химических объектов (атомов, молекул, кристаллических решеток) и процессов.
• Анализ и синтез: Как мыслительные операции, анализ — это мысленное разложение целого на части (например, изучение состава сложного вещества), а синтез — объединение частей в единое целое (например, вывод общей формулы для гомологического ряда).

Ответ: Ученые-химики используют общенаучные методы, такие как наблюдение, эксперимент, измерение и моделирование, адаптируя их для изучения веществ и их превращений.

Это совокупность практических приемов и операций, используемых в химической лаборатории для работы с веществами.

1. Методы разделения смесей и очистки веществ:

• Отстаивание: Разделение неоднородных смесей (например, жидкости и нерастворимого в ней твердого вещества с большей плотностью) под действием силы тяжести.
• Фильтрование: Отделение твердых частиц от жидкостей или газов с помощью пористых материалов (фильтров).
• Выпаривание и кристаллизация: Выделение растворенного твердого вещества из раствора путем удаления растворителя (выпаривание) с последующим образованием кристаллов (кристаллизация).
• Перегонка (дистилляция): Разделение жидких смесей, компоненты которых имеют разную температуру кипения.
• Хроматография: Метод разделения и анализа смесей, основанный на различном распределении компонентов между двумя фазами — подвижной и неподвижной. Существует множество видов: газовая, жидкостная, тонкослойная и др.

2. Методы синтеза веществ:

Это целенаправленное получение новых веществ с заданными свойствами с помощью химических реакций. Различают органический и неорганический синтез.

Ответ: В практической работе химики применяют методы разделения смесей (фильтрование, перегонка, хроматография) и методы синтеза для получения и очистки химических соединений.

Эти методы используются для определения состава и строения вещества. Их делят на качественный и количественный анализ.

• Качественный анализ: Позволяет установить, из каких химических элементов, ионов или функциональных групп состоит исследуемое вещество. Например, определение ионов с помощью характерных цветных реакций или окрашивание пламени солями определенных металлов.
• Количественный анализ: Позволяет определить количественное содержание (концентрацию, массу) компонентов в образце. Классические методы включают:
  • Гравиметрия: Определение массы искомого компонента после его выделения в виде чистого соединения с известным составом.
  • Титриметрия: Измерение объема раствора реагента известной концентрации (титранта), затраченного на реакцию с определяемым веществом.

Физико-химические (инструментальные) методы анализа:

Это высокочувствительные методы, основанные на измерении физических свойств вещества, которые зависят от его состава и строения. Они являются основой современной аналитической химии.

• Спектроскопия: Изучение спектров взаимодействия вещества с электромагнитным излучением. Включает ЯМР-спектроскопию (ядерный магнитный резонанс), ИК-спектроскопию (инфракрасную), УФ-спектроскопию (ультрафиолетовую). Позволяет определять структуру молекул.
• Масс-спектрометрия: Определение отношения массы к заряду ионизированных частиц, что позволяет установить точную молекулярную массу вещества и его элементный состав.
• Рентгеноструктурный анализ: Позволяет с высокой точностью определить пространственное расположение атомов в кристалле, то есть установить полную 3D-структуру молекулы.
• Электрохимические методы: Основаны на изучении явлений, возникающих при протекании электрического тока через вещество или на границе электрод-раствор (например, потенциометрия, вольтамперометрия).

Ответ: Для определения состава и строения веществ химики используют методы качественного и количественного анализа, включая современные высокоточные инструментальные методы, такие как спектроскопия, масс-спектрометрия и рентгеноструктурный анализ.

С развитием компьютерных технологий все большее значение приобретают методы вычислительной химии.

• Квантовая химия: Использует уравнения квантовой механики для расчета электронного строения, геометрии, энергии и других свойств молекул.
• Молекулярное моделирование (молекулярная динамика, метод Монте-Карло): Позволяет симулировать поведение больших молекулярных систем (белков, полимеров, растворов) во времени и предсказывать их термодинамические и кинетические свойства.

Эти методы позволяют предсказывать результаты экспериментов, изучать короткоживущие частицы и механизмы реакций, а также осуществлять целенаправленный дизайн новых материалов и лекарств.

Ответ: Современная химия активно использует компьютерное моделирование и методы квантовой химии для теоретического изучения свойств веществ и предсказания результатов химических реакций.