Фізичні методи дослідження

2. Весь курс вивчання хімії в школі базується на дослідженнях будови і
властивостей речовин. Без фізичних методів дослідження (ФМ)
неможливо було б дізнатися про будову атома, електролітичну
дисоціацію, хімічні зв’язки, протеолітичні властивості речовин та безліч
іншого. Адже, зрозуміло, що для дослідження природи і властивостей
речовини недостатньо визначити її якісний і кількісний склад та
молекулярну масу. Потрібно дослідити і встановити будову молекули. А
це можна зробити за допомогою фіз..методів дослідження речовин.
ФМ дослідження - це сукупність методів дослідження структури, складу і
властивостей речовин.
Усі ФМ дослідження можна класифікувати як за характером
взаємодії речовин з різноманітними видами зовнішніх впливів, так і за
тими властивостями речовин, які можна цими методами визначити.
ФМ дослідження дозволяють визначити структуру речовини, геометричну
будову молекули, електронні, обертальні і коливальні енергетичні
спектри, електричні дипольні моменти атомів і молекул речовини.
На відміну від хімічних, ФМ дослідження мають набагато більшу точність
і чутливість.
Давайте розглянемо деякі характеристики речовин, що визначаються
ФМ дослідження.
В шкільному курсі вивчення хімії ми розглядаємо такі теми як:
будова атома, хімічний зв'язок, природа атома. Ці теми супроводжуються
такими поняттями як енергія іонізації, довжина зв’язку, енергія зв’язку.
Е іонізації - це та енергія, яку потрібно затратити, щоб відірвати електрон
від атома.
Зрозуміло, що Е іонізації неможливо визначити з молекулярної
формули речовини. Для цього використовують такий фіз.метод
дослідження як метод електронного удару або мас-спектроскопія.
Метод електронного удару полягає в бомбардуванні досліджуваних
молекул в газоподібному стані пучком електронів, прискорених різницею
потенціалів, яку можна змінювати і виміряти.
Мас-спектроскопія - це один з видів такого фізичного методу
дослідження як спектроскопія
Методами електроскопії вимірюють довжини хвиль у різних
спектрах поглинання і випромінювання речовин ( у видимого, УЧ та УФ-
областях). Спектр одержують завдяки розкладу світла призмою або
дифракційною граткою. Для реєстрації спектрів використовують прилади
спектрофотометри

3. Завдяки даним спектроскопії одержують дані потенціалів іонізацій,
енергію зв’язків, кратність зв’язків .
Цей метод дає можливість виявити домішки в різних речовинах, а
також, з успіхом ним користуються в астрофізиці, вивчаючи спектри
різних космічних об’єктів.
Ще одним видом спектроскопії є ЯМР (Ядерний Магнітний
Резонанс). Завдяки ЯМР було одержано дані про будову різних органічних
речовин та всіх гетероциклічних сполук, тобто, вони дозволяють
визначити точне число атомів Н і С в молекулах.
Цей метод базується на вибірковому поглинанні енергії хвиль
речовиною, зумовленому переорієнтацією магнітних моментів ядер
(перехід електронів між енергетичними рівнями). Завдяки цій властивості
ЯМР використовують для ідентифікації окремих орг. речовин.
Визначальну роль у властивостях всіх речовин грає довжина зв’язку. Це
відстань між центром ядер атомів у молекулах. Наприклад, знаючи
довжину зв’язку, можна визначити тип органічної сполуки.
Алкани
Алкени
Алкіни
Довжину зв’язку визначають фіз..методом електронографії
Електронографія - це метод дослідження, який базується на явищі
дифракції електронів. При аналізі дифракційної картини, що утворюється
при відхиленні потоку електронів у молекулі досліджуваної речовини,
виміряють кут відхилення. Саме на його основі роблять висновки про
довжину хімічного зв’язку в молекулі.
Також Е-фія дозволяє встановити атомну будову кристалів. Завдяки
цьому ми дізналися в шкільному курсі про будову атомів у алмазі, графіті
та інших. Вивчаючи різні хімічні сполуки, ми завжди розглядаємо їх
протеолітичні (кислотно-основні) властивості.
Кислотність або основність розчинів характеризується величиною
pH - це водневий показник, який дорівнює від’ємному логарифму
концентрації йонів гідрогену.
pH-розчинів визначають таким фізичним методом дослідження як
потенціометрія.
Цей метод полягає в порівнянні електрорушійної сили двох
електродів: один - індикаторний, потенціал якого залежить від
концентрації йонів гідрогену, другий - електрод порівняння з відомою
величиною pH. Другий метод дослідження pH-розчинів - колориметрія.

4. Цей метод ґрунтується на властивості кислотно-основних
індикаторів змінювати своє забарвлення в залежності від концентрації
йонів гідрогену в певному інтервалі pH.
В школі ми використовуємо цей метод дослідження, коли
використовуємо індикатори для визначення кислотності (основності)
розчинів.
Коли ми вивчаємо розчини та суміші, стикаємося з такими
поняттями як концентрація розчинної речовини та чистота речовини в
суміші. Саме ці поняття досліджуються фізичним методом-
рефрактометрія.
Цей метод базується на визначенні показника заломлення світла в
речовині.
Його застосовують для встановлення чистоти речовин, а також для
визначення концентрації речовини в розчині або в суміші.
Кожен учень в школі знає, що таке ступінь дисоціації електроліту.
Але побачити і самостійно порахувати молекули, які розпалися на йони
ми не можемо. Щоб це зробити, використовують фізичний метод
дослідження – кріоскопія.
Це метод дослідження розведених розчинів, який базується на
встановлення різниці між температурою замерзання розчину і
температурою замерзання чистого розчинника.
Кріоскопія дозволяє, визначити молекулярну масу речовин,
коефіцієнт активності розчинної речовини, вивчати комплексоутвореннях
в розчинах, а, також, визначити вміст домішок в чистих речовинах.
Звичайно, перелічені мною фізичні методи дослідження - це тільки
частинка від всіх існуючих методів. Та саме їх потрібно вивчати в
шкільному курсі вивчення хімії. Тоді було б зрозуміліше звідки походять
ті чи інші константи, певні фізичні та хімічні властивості речовин.
Адже, сучасне захоплення комп’ютерами, спроба замінити реальні
фізичні дослідження віртуальними призводять до втрати зацікавленості та
практичних навичок в учнів. А саме ці якості необхідні для формування
високоосвіченої людини.