Химия цвета качественных реакций

Цели занятия:

• определение факторов, вызывающих окраску химических веществ;
• расширение и систематизация знаний по химическим основам теории возникновения цвета;
• развитие познавательного интереса к изучению качественных реакций.

Формируемые компетенции студентов:

• способность анализировать явления окружающего мира в химических терминах;
• способность объяснять химические явления, связанные с появлением окраски растворов;
• готовность самостоятельно работать с информацией;
• готовность взаимодействовать с коллегами и выступать перед аудиторией.

"Все живое стремится к цвету". В.Гете

Актуализация знаний

На предыдущих занятиях мы изучали свойства неорганических и органических веществ, часто используя качественные реакции, показывающие наличие определенного вещества по цвету, запаху или осадку. Предложенный вам кроссворд состоит из названий химических элементов, имеющих цветовые различия

Решение кроссворда:

По вертикали:

1) Вещество, окрашивающее пламя в фиолетовый цвет (калий).

2) Самый легкий серебристого цвета металл (литий).

По горизонтали:

3) Название этого элемента - "зеленая ветка" (таллий)

4) Металл, окрашивающий стекло в голубой цвет (ниобий)

5) Название металла означает небесно-голубой (цезий)

6) Фиолетовые пары этого вещества впервые получил Куртуа благодаря своему коту (йод).

Мотивация учебной деятельности.

Обратите внимание, что решение кроссворда было связано с цветом веществ. Но не только химические вещества, но и окружающий нас мир красочен.

"Все живое стремится к цвету". Эти слова великого гения поэзии верно отражают особенность эмоций, которые у нас вызывает тот или иной цвет. Мы воспринимаем его ассоциативно, т.е. вызываем в памяти что-то привычное и знакомое. Восприятие цвета сопровождается определенными эмоциями. (Демонстрация картин художников).

Студенты отвечают на вопросы об эмоциях по восприятию цвета.

• Синий цвет вызывает спокойствие, он приятен, повышает оценку самоутверждения.
• Зеленый - цвет зеленых растений, настроение покоя, умиротворения.
• Желтый- дух счастья, веселья, ассоциируется с солнцем.
• Красный - цвет активности, действия, хочется добиваться результата.
• Черный - вызывает грусть, раздражение.

Почему же окружающий мир красочен?

Сегодня мы пробуем найти ответ на вопрос "Что такое цвет?" с точки зрения химии.

Тема занятия - "Химия цвета качественных реакций" .

Определение факторов цвета

Рассматривать химическую сущность цвета нельзя без знаний физических свойств видимого света. Без света нет окраски предметов, все кажется темным. Свет - это электромагнитные волны. Сколько радости и детям, и взрослым доставляет радуга на небе, однако, она появляется только в том случае, если солнечные лучи отражаются в капельках воды и возвращаются в глаз человека разноцветным спектром. Великому английскому физику Исааку Ньютону мы обязаны тем, что он объяснил это явление: белый цвет представляет собой совокупность лучей разного цвета. Каждой длине волны соответствует определенная энергия, которую несут эти волны. Цвет любого вещества определяется длиной волны , энергия которой преобладает в данном излучении. Цвет неба зависит от того, какая часть солнечного света доходит до наших глаз. Лучи с короткой длиной волны (голубые) отражаются от молекул газов воздуха и рассеиваются. Наш глаз воспринимает их и определяет цвет неба - синий, голубой (табл. 1.)

Таблица 1 - Цвет веществ, имеющих одну полосу поглощения в видимой части спектра.

То же самое происходит и в случае окрашенных веществ. Если вещество отражает лучи определенной длины волны, то оно окрашено. Если одинаково поглощается или отражается энергия световых волн всего спектра, то вещество кажется черным или белым. Из уроков биологии вы знаете, что глаз человека содержит оптическую систему: хрусталик и стекловидное тело. В сетчатку глаза входят светочувствительные элементы: колбочки и палочки. Благодаря колбочкам мы различаем цвета.

Таким образом, то что мы называем цветом - результат двух физико-химических явлений: взаимодействие света с молекулами вещества и воздействие волн, идущих от вещества, на сетчатку глаз.

1 фактор образования цвета - свет.

Рассмотрим примеры следующего фактора - структуру веществ.

Кристаллическую структуру имеют металлы, у них упорядоченное строение атомов и электронов. Цвет связан с подвижностью электронов. При освещении металлов преобладает отражение, их цвет зависит от длины волны, которую они отражают. (Демонстрация коллекции металлов). Белый блеск обусловлен равномерным отражением почти всего набора видимых лучей. Такой цвет у алюминия, цинка. Золото имеет красновато - желтый цвет, потому что поглощает голубые, синие и фиолетовые лучи. Медь тоже имеет красноватый цвет. Порошок магния - черный, значит это вещество поглощает весь спектр лучей.

Посмотрим, как изменяется цвет вещества от состояния структуры на примере серы.

Демонстрация видеофильма "Химические элементы".

Делаем вывод: сера в кристаллическом состоянии желтого цвета, а в аморфном - черного, т.е. в данном случае фактор цвета - структура вещества.

Что же происходит с цветом веществ при разрушении структуры, например, при диссоциации молекул солей , если эти растворы окрашены.

CuS0₄ (голубой) Cu²⁺+ SO₄^2-

NiS0₄ (зеленый) Ni²⁺ + SO₄^2-

СиСI₂(голубой) Сu²⁺ + 2СI^-

FeCI₃(желтый) Fe³⁺+3CI^-

В этих растворах одинаковые анионы, окраску придают разные катионы.

Следующие растворы имеют один и тот же катион, но разные анионы, значит за окраску отвечают анионы:

K₂Cr₂O₇(оранжевый) 2K⁺+Cz₂O₄^2-

K₂Cr0₄ (желтый) 2К⁺+ Cz0₄^2-

КМnO₄(фиолетовый) К⁺+ Мп04^-

3 фактор появления цвета - ионное состояние веществ.

Цвет зависит и от среды вокруг окрашенных частиц. Катионы и анионы в растворе окружены оболочкой растворителя, который влияет на ионы.

Проводим следующий эксперимент. Имеется раствор сока свеклы (малиновый цвет). Добавим к этому раствору следующие вещества:

1. опыт. Раствор сока свеклы и уксусная кислота
2. опыт. Раствор сока свеклы и раствор NH₄0H
3. опыт. Раствор сока свеклы и вода.

В 1 опыте кислая среда приводит к изменению цвета в пурпурный, во 2 опыте щелочная среда изменяет цвет свеклы в голубой, а добавление воды (нейтральная среда) не вызывает изменений цвета.

Известен индикатор определения щелочной среды - фенолфталеин, который изменяет цвет растворов щелочей в малиновый.

Проводится опыт:

NaOH + фенолфталеин -> цвет малиновый

Делаем вывод: 4 фактор изменения цвета - окружающая среда.

Рассмотрим случай окружения атома одного элемента различными комплексами.

Проводится опыт: качественная реакция на ион Fe³⁺:

FeCl₃ + KCNS -> красный цвет

FeCl₃ + K₄(Fe(CN)₆) -> p-p темно-синий

С изменением цвета железа-иона при окружении его роданидом калия в кровавый цвет связан исторический факт.

Сообщения студентов.

1720г политические противники Петра I из духовенства организовали в одном из петербургских соборов "чудо" - икона Богоматери начала проливать слезы, что комментировалось как знак ее неодобрения петровским реформам. Петр I тщательно осмотрел икону и заметил нечто подозрительное: в глазах у образа он нашел маленькие дырочки. Нашел он и источник слез: это была губка, пропитанная раствором роданипа железа, который имеет кроваво-красный цвет. Грузик равномерно надавливал на губку, выдавливая капли через дырочку в иконе. "Вот источник чудесных слез", - сказал государь.

Проводим опыт.

На бумаге напишем слова растворами CuS0₄ (голубой) и FeСI₃(желтый), затем обработаем лист желтой кровяной солью K₄(Fe(CN)₆) . Слово CuSO₄ (голубой) превращается в красный цвет, а слово FeCI₃(желтый) становится сине-зеленым. Здесь нет изменения степени окисления металла, изменялось только окружение:

2CuS0₄+ K₄(Fe(CN)₆) Cu₂(Fe(CN)₆) + 2K₂SO₄

4FeCl₃ + 3 K₄(Fe(CN)₆) Fe₄(Fe(CN)₆) ₃+12 KCI

5 фактор цвета - окружение ионов комплексами.

Вывод.

Мы определили основные факторы, влияющие на проявление цвета веществ.

Мы осознали, что цвет - это результат поглощения веществом определенной части видимого спектра солнечного света.

Качественная реакция - особая реакция, обнаруживающая ионы или молекулы по цвету.

Сообщения студентов на тему "Цвет служит людям".

Кровь животных и зелень листьев содержат похожие структуры, но в крови содержатся ионы железа - Fe, а в растениях - Mg. Этим обеспечивается цвет: красный и зеленый. Кстати, изречение "голубая кровь" верно для глубоководных животных, у которых в крови вместо железа содержится ванадий. Также и водоросли, произрастающие в местах, где мало кислорода, имеют синий цвет.

Растения, обладающие хлорофиллом, способны образовывать магнийорганические вещества и используют энергию света. Цвет фотосинтезирующих растений зеленый.

Гемоглобин крови, содержащий железо, служит для переноса кислорода в организме. Гемоглобин с кислородом окрашивает кровь в ярко-красный цвет, а без кислорода придает крови темный цвет.

Краски и красители используются художниками, декораторами и текстильщиками. Гармония цвета составной частью входит в искусство "дизайна". Самыми древними красками служили уголь, мел, глина, киноварь и некоторые соли, такие как ацетат меди (медянка).

Люминофорные краски применяют для дорожных указателей и реклам, спасательных лодок.

В целях отбеливания в состав стиральных порошков вводят вещества, придающие ткани синеватую флуоресценцию.

Поверхность всех металлических предметов под воздействием окружающей среды разрушается. Наиболее эффективна их защита цветными пигментами: алюминиевая пудра, цинковая пыль, свинцовый сурик, оксид хрома.

Рефлексия.

1. Какие факторы вызывают окраску химических веществ?

2. Какие вещества можно определять качественными реакциями по изменению цвета?

3. Какие факторы определяют цвет солей калия и меди?

Природа, частью которой являются химические вещества, окружает нас загадками, и попытки их решения принадлежат к величайшей радости жизни.

Сегодня мы постарались подойти к истине "Химия цвета" с одной стороны, а может быть вам откроется и другая. Самое главное - мир цвета познаваем.

Человек рождается на свет,
Чтоб творить, дерзать - и не иначе,
Чтоб оставить в жизни добрый след,
И решить все трудные задачи.
Для чего? Ищите свой ответ!

Домашнее задание.

Привести примеры качественных реакций на ионы железа по изменению цвета.