ChemNet
 

С. Т. Жуков Химия 8-9 класс

Глава 1. Основные представления и понятия химии

1.1. Тела и среды. Представление о системах

Изучая в прошлом году физику, вы узнали, что мир, в котором мы живем, представляет собой мир физических тел и сред. Чем физическое тело отличается от среды? Любое физическое тело имеет форму и объем.

Физические тела – любые предметы, имеющие форму и объем.

Например, физическими телами являются самые разнообразные предметы: алюминиевая ложка, гвоздь, бриллиант, стакан, полиэтиленовый пакет, айсберг, крупинка поваренной соли, кусок сахара, дождевая капля. А воздух? Он постоянно находится вокруг нас, но мы не видим его формы. Для нас воздух – это среда. Другой пример: для человека море – это хотя и очень большое, но все же физическое тело – оно имеет форму и объем. А для рыбы, которая в нем плавает – море – это, скорее всего, среда.

Из своего жизненного опыта вы знаете, что все, что нас с вами окружает, из чего-то состоит. Учебник, который лежит перед вами, состоит из тонких листов с текстом и более прочной обложки; будильник, который будит вас по утрам, – из множества разнообразных деталей. То есть мы можем утверждать, что учебник и будильник представляют собой систему.

Система – это совокупность составных частей, связанных друг с другом в единое целое.

Очень важно то, что составные части системы именно связаны, так как при отсутствии связей между ними любая система превратилась бы в " кучу" .

Важнейшей особенностью каждой системы является ее состав и строение. Именно от состава и строения зависят все остальные особенности системы.

Состав системы – набор частей, из которых состоит данная система.

 

Строение системы – последовательность соединения частей в целое, характер связей между ними и их взаимное расположение в пространстве.

Представление о системах необходимо нам для того, чтобы разобраться, из чего состоят физические тела и среды, ведь все они являются системами. (Газовые среды (газы) образуют систему только вместе с тем, что удерживает их от расширения.)

Image228a.gif (141 bytes)ТЕЛО, СРЕДА, СИСТЕМА, СОСТАВ СИСТЕМЫ, СТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ.
Image228b.gif (137 bytes) 1.Приведите несколько отсутствующих в учебнике примеров физических тел (не более пяти).
2.С какими физическими средами сталкивается в повседневной жизни лягушка?
3.Чем, на ваш взгляд, отличается физическое тело от среды?

1.2. Атомы, молекулы, вещества

Если вы заглянете в сахарницу или солонку, то увидите, что сахар и соль состоят из довольно мелких крупинок. А если посмотреть на эти крупинки через увеличительное стекло, то можно разглядеть, что каждая из них представляет собой многогранник с плоскими гранями (кристаллик). Без специальной аппаратуры нам не удастся различить, из чего состоят эти кристаллики, но современной науке хорошо известны методы, позволяющие это сделать. Эти методы и приборы, их использующие, разработаны физиками. В них используются очень сложные явления, которые мы не будем здесь рассматривать. Скажем только, что эти методы можно уподобить очень сильному микроскопу. Если рассматривать в такой " микроскоп" кристаллик соли или сахара все с большим и большим увеличением, то, в конце концов, мы обнаружим что в состав этого кристаллика входят очень маленькие частички шарообразной формы. Обычно их называют атомы (хотя это не совсем верно, более точное их название – нуклиды). Атомы входят в состав всех окружающих нас тел и сред.

Атомы – очень маленькие частицы, их размер лежит в пределах от одного до пяти ангстрем (обозначается – Аo.). Один ангстрем – это 10–10 метра. Размер кристаллика сахара приблизительно 1 мм, такой кристаллик больше любого из входящих в его состав атомов примерно в 10 миллионов раз. Чтобы лучше представить себе, насколько маленькими частичками являются атомы, рассмотрим такой пример: если яблоко увеличить до размеров земного шара, то атом, увеличенный во столько же раз, станет размером со среднее яблоко.
Несмотря на столь малые размеры, атомы представляют собой довольно сложные частицы. Со строением атомов вы познакомитесь в этом году, а пока скажем только, что любой атом состоит из атомного ядра и связанной с ним электронной оболочки, то есть тоже представляет собой систему.
В настоящее время известно чуть более ста видов атомов. Из них устойчиво около восьмидесяти. И из этих восьмидесяти видов атомов построены все окружающие нас объекты во всем их бесконечном многообразии.
Одной из важнейших особенностей атомов является их склонность соединяться друг с другом. Чаще всего при этом образуются молекулы.

Молекулы – обособленные группы связанных друг с другом атомов.

Молекула может содержать от двух до нескольких сотен тысяч атомов. При этом маленькие молекулы (двухатомные, трехатомные...) могут состоять и из одинаковых атомов, а большие, как правило, состоят из разных атомов. Так как молекула состоит из нескольких атомов и эти атомы связаны, молекула представляет собой систему.В твердых и жидких телах молекулы связаны друг с другом, а в газах – не связаны.
Связи между атомами называются химическими связями, а связи между молекулами – межмолекулярными связями.
Связанные между собой молекулы образуют вещества.

Вещества – то, из чего состоят физические тела.

Вещества, состоящие из молекул, называются молекулярными веществами. Так, вода состоит из молекул воды, сахар – из молекул сахарозы, а полиэтилен – из молекул полиэтилена.
Кроме этого,многие вещества состоят непосредственно из атомов или других частиц и не содержат в своем составе молекул. Например, не содержат молекул алюминий, железо, алмаз, стекло, поваренная соль. Такие вещества называются немолекулярными.

Молекулярное вещество – вещество, состоящее из молекул.

 

Немолекулярное вещество-– вещество, состоящее не из молекул.

В немолекулярных веществах атомы и другие химические частицы, как и в молекулах, связаны между собой химическими связями.Деление веществ на молекулярные и немолекулярные – это классификация веществ по типу строения.
Принимая, что связанные между собой атомы сохраняют шарообразную форму, можно построить объемные модели молекул и немолекулярных кристаллов. Примеры таких моделей приведены на рис. 1.1.
Большинство веществ обычно находится в одномиз трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. При нагревании или охлаждении молекулярные вещества могут переходить из одного агрегатного состояния в другое. Такие переходы схематически показаны на рис. 1.2.

Image592.gif

Переход немолекулярного вещества из одного агрегатного состояния в другое может сопровождаться изменением типа строения. Чаще всего это явление происходит при испарении немолекулярных веществ.

Image593.gif

При плавлении,кипении,конденсации и тому подобных явлениях, происходящих с молекулярными веществами, молекулы веществ не разрушаются и не образуются. Рвутся или образуются только межмолекулярные связи. Например, лед при плавлении превращается в воду, а вода при кипении – в водяной пар. Молекулы воды при этом не разрушаются, и, следовательно, как вещество вода остается неизменной. Таким образом, во всех трех агрегатных состояниях это одно и то же вещество – вода.

Но далеко не все молекулярные вещества могут существовать во всех трех агрегатных состояниях. Многие из них при нагревании разлагаются, то есть превращаются в другие вещества, при этом разрушаются их молекулы. Например, целлюлоза (основная составная часть древесины и бумаги) при нагревании не плавится, а разлагается. Ее молекулы разрушаются, а из "осколков" образуются совсем другие молекулы.

Итак, молекулярное вещество остается самим собой, то есть химически неизменным, до тех пор, пока сохраняются неизменными его молекулы.

Но вы знаете, что молекулы находятся в постоянном движении. И атомы, из которых состоят молекулы, тоже движутся (колеблются). При повышении температуры колебания атомов в молекулах усиливаются. Можем ли мы сказать, что молекулы остаются полностью неизменными? Конечно, нет! Что же тогда остается неизменным? Ответ на этот вопрос – в одном из следующих параграфов.

   

Вода. Вода – самое известное и весьма распространенное вещество на нашей планете: поверхность Земли на 3/4 покрыта водой, человек на 65 % состоит из воды, без воды невозможна жизнь, так как в водном растворе протекают все клеточные процессы организма. Вода – молекулярное вещество. Это одно из немногих веществ, которое в природных условиях встречается в твердом, жидком и газообразном состояниях, и единственное вещество, для которого в каждом из этих состояний есть свое название.
Особенностями строения воды вызваны ее необычные свойства. Например, при замерзании вода увеличивается в объеме, поэтому лед плавает в своем расплаве – жидкой воде, а наибольшая плотность воды наблюдается при 4 oС, поэтому зимой большие водоемы до дна не промерзают. На свойствах воды основана и сама шкала температур Цельсия (0 o – температура замерзания, 100 o – температура кипения). С причинами этих явлений и с химическими свойствами воды вы познакомитесь в 9-м классе.

Железо – серебристо-белый, блестящий, ковкий металл. Это немолекулярное вещество. Среди металлов железо занимает второе место после алюминия по распространенности в природе и первое место по значению для человечества. вместе с другим металлом – никелем – оно образует ядро нашей планеты. Чистое железо не имеет широкого практического применения. Знаменитая Кутубская колонна, расположенная в окрестностях Дели, высотой около семи метров и весом 6,5 т, имеющая возраст почти 2800 лет (она поставлена в IX в. до н. э.) – один из немногих примеров использования чистого железа (99,72 %); возможно, что именно чистотой материала и объясняется долговечность и коррозионная устойчивость этого сооружения.
В виде чугуна, стали и других сплавов железо используется буквально во всех отраслях техники. Его ценные магнитные свойства используются в генераторах электрического тока и электромоторах. Железо является жизненно необходимым элементом для человека и животных, так как оно входит в состав гемоглобина крови. При его недостатке клетки тканей получают недостаточно кислорода, что ведет к очень тяжелым последствиям.

Image228a.gif (141 bytes)АТОМ (НУКЛИД), МОЛЕКУЛА, ХИМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ, МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СВЯЗИ, МОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЕЩЕСТВО, НЕМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЕЩЕСТВО, ТИП СТРОЕНИЯ,АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ.

Image228b.gif (137 bytes) 1.Какие связи прочнее: химические или межмолекулярные?
2.В чем отличие твердого, жидкого и газообразного состояний друг от друга? Как движутся молекулы в газе, жидкости и твердом теле?
3.Приходилось ли вам наблюдать процессы плавления каких-либо веществ (кроме льда)? А кипения (кроме воды)?
4.В чем особенности этих процессов? Приведите известные вам примеры сублимации твердых веществ.
5.Приведите примеры известных вам веществ, которые могут находиться а) во всех трех агрегатных состояниях; б) только в твердом или жидком состоянии; в) только в твердом состоянии.

1.3. Химические элементы

Как вы уже знаете, атомы бывают одинаковые и разные. Чем разные атомы отличаются друг от друга по строению, вы скоро узнаете, а пока скажем только, что разные атомы отличаются химическим поведением, то есть своей способностью соединяться друг с другом, образуя молекулы (или немолекулярные вещества).

Химический элемент – совокупность атомов, одинаковых по своему химическому поведению.

Иными словами, химические элементы – это те самые виды атомов, которые упоминались в предыдущем параграфе.
Каждый химический элемент имеет свое название, например: водород, углерод, железо и так далее. Кроме того, каждому элементу присвоен еще и свой символ. Эти символы вы видите, например, в " Таблице химических элементов" в школьном кабинете химии.
Химический элемент – абстрактная совокупность. Так называют любое число атомов данного вида, причем атомы эти могут находиться где угодно, например: один – на Земле, а другой – на Венере. Химический элемент нельзя ни увидеть, ни пощупать руками. Атомы, образующие химический элемент, могут быть как связаны, так и не связаны друг с другом. Следовательно, химический элемент не является ни веществом, ни материальной системой.

Image228a.gif (141 bytes)ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, СИМВОЛ ЭЛЕМЕНТА.
Image228b.gif (137 bytes) 1.Дайте определение понятия "химический элемент" с использованием слов "вид атомов".
2.Сколько значений имеет слово "железо" в химии? Какие это значения?

1.4. Классификация веществ

Прежде чем приступать к классификации любых объектов, необходимо выбрать признак, по которому вы будете проводить эту классификацию (классификационный признак). Например, раскладывая по коробочкам груду карандашей, вы можете руководствоваться их цветом, формой, длиной, твердостью или чем-нибудь еще. Выбранная характеристика и будет классификационным признаком. Вещества – намного более сложные и разнообразные объекты, чем карандаши, поэтому и классификационных признаков здесь значительно больше.
Все вещества (а вы уже знаете, что вещество – это система) состоят из частиц. Первый классификационный признак – наличие (или отсутствие) в этих частицах атомных ядер. По этому признаку все вещества делятся на химические вещества и физические вещества.

Химическое вещество – вещество, состоящее из частиц, содержащих атомные ядра.

Такими частицами (а их называют химическими частицами) могут быть атомы (частицы с одним ядром), молекулы (частицы с несколькими ядрами), немолекулярные кристаллы (частицы с множеством ядер) и некоторые другие. Любая химическая частица, помимо ядер или ядра, содержит еще и электроны.
Кроме химических веществ, в природе существуют и другие вещества. Например: вещество нейтронных звезд, состоящее из частиц, называемых нейтронами; потоки электронов, нейтронов и других частиц. Такие вещества называют физическими.

Физическое вещество – вещество, состоящее из частиц, несодержащих атомные ядра.

На Земле с физическими веществами вы практически никогда не сталкиваетесь.
По типу химических частиц или по типу строения все химические вещества делятся на молекулярные и немолекулярные, это вы уже знаете.
Вещество может состоять из одинаковых по составу и строению химических частиц – в этом случае его называют чистым, или индивидуальным, веществом. Если же частицы разные, то – смесью.

Индивидуальное вещество – химическое вещество,состоящее из химических частиц, одинаковых по составу и строению.
(В настоящее время в химии нет общепринятого всеобъемлющего определения этого понятия)

Это относится как к молекулярным, так и к немолекулярным веществам. Например, молекулярное вещество " вода" состоит из одинаковых по составу и строению молекул воды, а немолекулярное вещество " поваренная соль" состоит из одинаковых по составу и строению кристалликов поваренной соли.
Большинство природных веществ представляет собой смеси. Например, воздух – смесь молекулярных веществ " азота" и " кислорода" с примесями других газов, а горная порода " гранит" – смесь немолекулярных веществ " кварца" , "полевого шпата" и " слюды" также с различными примесями.
Индивидуальные химические вещества часто называют просто веществами.
Химические вещества могут содержать атомы только одного химического элемента или атомы разных элементов. По этому признаку вещества делят на простые и сложные.

Простое вещество – индивидуальное вещество,в состав которого входят атомы только одного элемента.

Например, простое вещество " кислород" состоит из двухатомных молекул кислорода, а в состав вещества " кислород" входят только атомы элемента кислорода. Другой пример: простое вещество " железо" состоит из кристаллов железа, а в состав вещества " железо" входят только атомы элемента железа. Исторически сложилось так, что обычно простое вещество имеет то же название, что и элемент, атомы которого входят в состав этого вещества.
Однако некоторые элементы образуют не одно, а несколько простых веществ. Например, элемент кислород образует два простых вещества: " кислород" , состоящий из двухатомных молекул, и " озон" , состоящий из трехатомных молекул. Элемент углерод образует два широко известных немолекулярных простых вещества: алмаз и графит. Такое явление называется аллотропией.

Аллотропия – образование одним химическим элементом нескольких простых веществ.

Эти простые вещества называются аллотропными модификациями. Они одинаковы по качественному составу, но отличаются друг от друга строением.

Сложное вещество – индивидуальное вещество,в состав которого входят атомы разных элементов

Так, сложное вещество " вода"состоит из молекул воды, которые, в свою очередь, состоят из атомов водорода и кислорода. Следовательно, атомы водорода и атомы кислорода входят в состав воды. Сложное вещество " кварц" состоит из кристаллов кварца, кристаллы кварца состоят из атомов кремния и атомов кислорода, то есть атомы кремния и атомы кислорода входят в состав кварца. Конечно, в состав сложного вещества могут входить атомы и более чем двух элементов.
Сложные вещества иначе называют соединениями.
Примеры простых и сложных веществ, а также их тип строения приведены в таблице 1.

Таблица I. Простые и сложные вещества молекулярного (м) и немолекулярного (н/м) типа строения

Простые вещества

Сложные вещества

Название

Тип строения

Название

Тип строения

Кислород

м

Вода

м

Водород

м

Поваренная соль

н/м

Алмаз

н/м

Сахароза

м

Железо

н/м

Медный купорос

н/м

Сера

м

Бутан

м

Алюминий

н/м

Фосфорная кислота

м

Белый фосфор

м

Сода

н/м

Азот

м

Питьевая сода

н/м

На рис. 1.3 показана схема классификации веществ по изученным нами признакам: по наличию ядер в образующих вещество частицах, по химической индивидуальности веществ, по содержанию атомов одного или нескольких элементов и по типу строения. Схема дополнена делением смесей на механические смеси и растворы, здесь классификационный признак – структурный уровень, на котором перемешаны частицы.

Раствор –однородная смесь нескольких веществ, перемешанных на атомно-молекулярном уровне.

Как и индивидуальные вещества, растворы могут быть твердыми, жидкими (обычно называются просто " растворы" ) и газообразными (называются смесями газов). Примеры твердых растворов: ювелирный сплав золота с серебром, драгоценный камень рубин. Примеры жидких растворов вам хорошо известны: это, например, раствор поваренной соли в воде, столовый уксус (раствор уксусной кислоты в воде). Примеры газообразных растворов: воздух, кислородно-гелиевые смеси для дыхания аквалангистов и др.

Алмаз – аллотропная модификация углерода. Это – бесцветный драгоценный камень, ценящийся за игру цветов и блеск. Слово " алмаз" в переводе с древнеиндийского языка означает " тот, который не разбивается" . Среди всех минералов алмаз обладает самой большой твердостью. Но, несмотря на свое название, он достаточно хрупок. Ограненные алмазы называются бриллиантами.
Природные алмазы, слишком мелкие или низкого качества, которые не могут быть использованы в ювелирном деле, находят применение как режущий и абразивный материал (абразивный материал – материал для шлифовки и полировки).
По химическим свойствам алмаз относится к малоактивным веществам.
Графит – вторая аллотропная модификация углерода. Это тоже немолекулярное вещество. В отличие от алмаза он черно-серый, жирный на ощупь и достаточно мягкий, кроме того, он довольно хорошо проводит электрический ток. Благодаря своим свойствам, графит используется в самых различных областях деятельности человека. Например: все вы пользуетесь " простыми" карандашами, а ведь пишущий стержень – грифель – изготовлен из того же графита. Графит весьма термостоек, поэтому из него делают огнеупорные тигли, в которых плавят металлы. Кроме того, из графита изготавливают термостойкую смазку, а также подвижные электрические контакты, в частности те, которые устанавливают на штангах троллейбусов в тех местах, где они скользят по электрическим проводам. Есть и другие, не менее важные области его использования. По сравнению с алмазом графит более реакционноспособен.

Image594.gif

Image228a.gif (141 bytes)ХИМИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО, ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ВЕЩЕСТВО, СМЕСЬ, ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО, СЛОЖНОЕ ВЕЩЕСТВО, АЛЛОТРОПИЯ, РАСТВОР.
Image228b.gif (137 bytes) 1.Приведите не менее трех примеров индивидуальных веществ и столько же примеров смесей.
2.С какими простыми веществами вы постоянно сталкиваетесь в жизни?
3.Какие из приведенных вами в качестве примера индивидуальных веществ относятся к простым веществам, а какие к сложным?
4.В каких из следующих предложений речь идет о химическом элементе, а в каких – о простом веществе?
а) Атом кислорода столкнулся с атомом углерода.
б) В состав воды входят водород и кислород.
в) Смесь водорода с кислородом взрывоопасна.
г) Самый тугоплавкий металл – вольфрам.
д) Кастрюля сделана из алюминия.
е) Кварц – соединение кремния с кислородом.
ж) Молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода.
з) Медь, серебро и золото известны людям с глубокой древности.
5.Приведите пять примеров известных вам растворов.
6.Каково, по вашему мнению, внешнее отличие механической смеси от раствора?

1.5. Характеристики и свойства веществ. Разделение смесей

Image595.gif

Каждый из объектов материальной системы (кроме элементарных частиц) сам является системой, то есть состоит из других, более мелких, объектов, связанных между собой. Итак, любая система сама является сложным объектом, а почти все объекты представляют собой системы. Например, важная для химии система – молекула – состоит из атомов, связанных между собой химическими связями (о природе этих связей вы узнаете, изучив главу 7). Другой пример: атом. Он также представляет собой материальную систему, состоящую из атомного ядра и связанных с ним электронов (о природе этих связей вы узнаете, изучив главу 3).
Каждый объект можно более или менее подробно описать или охарактеризовать, то есть перечислить его характеристики.

Характеристики объекта – особенности, присущие данному объекту.

Характеристиками, в частности, являются состав и стоение.
Среди множества характеристик объекта особую группу образуют его свойства.

Свойство объекта – способность объекта определенным образом изменяться под действием другого объекта или в результате взаимодействия частей самого объекта.

Image596.gif

В химии объектами являются, прежде всего, вещества. Химические вещества бывают самые разнообразные:жидкие и твердые, бесцветные и окрашенные, легкие и тяжелые, активные и инертные и так далее. Одно вещество от другого отличается по целому ряду признаков, которые, как вы знаете, называются характеристиками.

Характеристика вещества – особенность, присущая данному веществу.

Существуют самые разнообразные характеристики веществ: агрегатное состояние, цвет, запах, плотность, способность плавиться, температура плавления, способность разлагаться при нагревании, температура разложения, гигроскопичность (способность поглощать влагу), вязкость, способность взаимодействовать с другими веществами и многие другие. Важнейшие из этих характеристик – состав и строение. Именно от состава и строения вещества зависят все его остальные характеристики, в том числе и свойства.
Различают качественный состав и количественный состав вещества.
Чтобы описать качественный состав вещества, перечисляют, атомы каких элементов входят в состав этого вещества.
При описании количественного состава молекулярного вещества указывают атомы каких элементов и в каком количестве образуют молекулу данного вещества.
При описании количественного состава немолекулярного вещества указывают отношение числа атомов каждого из элементов, входящих в состав этого вещества.
Под строением вещества понимают а) последовательность соединения между собой атомов, образующих данное вещество; б) характер связей между ними и в) взаимное расположение атомов в пространстве.
Теперь вернемся к вопросу, которым закончили параграф 1.2: что же остается неизменным в молекулах, если молекулярное вещество остается самим собой? Сейчас мы уже можем ответить на этот вопрос: неизменным в молекулах остается их состав и строение. А раз так, то можно уточнить и вывод, сделанный нами в параграфе 1.2:

Вещество остается самим собой, то есть химически неизменным, до тех пор, пока сохраняются неизменными состав и строение его молекул (для немолекулярных веществ – пока сохраняется его состав и характер связей между атомами).

Как и для других систем, среди характеристик веществ в особую группу выделяются свойства веществ, то есть их способность изменяться в результате взаимодействия с другими телами или веществами, а также в результате взаимодействия составных частей данного вещества.
Второй случай довольно редкий, поэтому свойства вещества можно определить как способность этого вещества определенным образом изменяться при каком-либо внешнем воздействии. А так как внешние воздействия могут быть самыми разнообразными (нагревание, сжатие, погружение в воду, смешивание с другим веществом и тому подобное) то и изменения они могут вызвать тоже различные. При нагревании твердое вещество может расплавиться, а может и разложиться без плавления, превратившись в другие вещества. Если вещество при нагревании плавится, то мы говорим, что оно обладает способностью плавиться. Это свойство данного вещества (оно проявляется, например, у серебра и отсутствует у целлюлозы). Также и жидкость при нагревании может закипеть, а может и не закипеть, а тоже разложиться. Это – способность кипеть (она проявляется, например, у воды и отсутствует у расплавленного полиэтилена). Погруженное в воду вещество может раствориться в ней, а может и не раствориться, это свойство – способность растворяться в воде. Бумага, поднесенная к огню, на воздухе загорается, а золотая проволока – нет, то есть бумага (вернее, целлюлоза) проявляет способность гореть на воздухе, а золотая проволока не обладает этим свойством. Различных свойств у веществ очень много.
Способность плавиться, способность кипеть, способность деформироваться и тому подобные свойства относятся к физическим свойствам вещества.

Физические свойства вещества – свойства, проявляемые веществом в процессах, при которых вещество остается химически неизменным.

Способность реагировать с другими веществами, способность разлагаться, а иногда и способность растворяться относятся к химическим свойствам вещества.

Химические свойства вещества – свойства, проявляемые веществом в процессах, при которых оно превращается в другое или другие вещества.

Другая группа характеристик веществ – количественные характеристики. Из характеристик, приведенных в начале параграфа, количественными являются плотность, температура плавления, температура разложения, вязкость. Все они представляют собой физические величины. В курсе физики вы познакомились с физическими величинами в седьмом классе и продолжаете их изучать. Важнейшие физические величины, используемые в химии, вы будете подробно изучать в этом году.
Среди характеристик вещества есть такие, которые не являются ни свойствами, ни количественными характеристиками, но имеют очень большое значение при описании вещества. К ним относятся состав, строение, агрегатное состояние и другие характеристики.
Каждое индивидуальное вещество имеет свой собственный набор характеристик, причем количественные характеристики такого вещества постоянны. Например, чистая вода при нормальном давлении кипит ровно при 100 o С, этиловый спирт при этих же условиях кипит при 78 o С. И вода, и этиловый спирт – индивидуальные вещества. А бензин, например, являясь смесью нескольких веществ, не имеет определенной температуры кипения (кипит в некотором интервале температур).

Различия в физических свойствах и других характеристиках веществ позволяют разделять состоящие из них смеси.

Для разделения смесей на составляющие их вещества используют разнообразные физические методы разделения, например: отстаивание с декантацией (сливанием жидкости с осадка), фильтрование (процеживание), выпаривание, магнитную сепарацию (разделение с помощью магнита) и многие другие методы. С некоторыми из этих методов вы познакомитесь практически.

Золото – один из драгоценных металлов, с древних времен известных человеку. Люди находили золото в виде самородков или намывали золотой песок. В средние века алхимики считали Солнце покровителем золота. Золото – немолекулярное вещество. Это довольно мягкий красивый желтый металл, ковкий, тяжелый, с большой температурой плавления. Благодаря этим свойствам, а также способности не изменяться с течением времени и невосприимчивости к различным воздействиям (низкой реакционной способности), золото издревле ценилось очень высоко. Ранее золото использовалось в основном для чеканки монет, для изготовления украшений и в некоторых других областях, например, для изготовления драгоценной столовой утвари. и по сей день часть золота используется в ювелирных целях. Чистое золото – очень мягкий металл, поэтому ювелиры используют не само золото, а его сплавы с другими металлами – механическая прочность таких сплавов существенно выше. Однако сейчас большая часть добываемого золота используется в электронной технике. Тем не менее, до сих пор золото является валютным металлом.
Серебро – также один из драгоценных металлов, с древних времен известных человеку. В природе встречается самородное серебро, но значительно реже, чем золото. В средние века алхимики считали покровителем серебра Луну. Как и все металлы, серебро – немолекулярное вещество. Серебро – довольно мягкий, пластичный металл, но менее пластичный, чем золото. Люди уже давно подметили обеззараживающие и противомикробные свойства самого серебра и его соединений. В православных храмах купель и церковная утварь часто изготавливались из серебра и поэтому вода, приносимая домой из церкви, долго оставалась прозрачной и чистой. Серебро с размером частиц порядка 0,001мм входит в состав лекарственного препарата " колларгол" – капель в глаза и нос. Было доказано, что серебро избирательно накапливается различными растениями, например, капустой и огурцами. Раньше серебро использовалось для изготовления монет и в ювелирном деле. Украшения из серебра ценятся и по сей день, но, как и золото, оно все больше и больше находит техническое применение, в частности, при производстве кино- и фотоматериалов, электронных изделий, аккумуляторов. Кроме того, серебро, как и золото – валютный металл.

Image228a.gif (141 bytes)ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕЩЕСТВА, КАЧЕСТАВЕННЫЙ СОСТАВ, КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ, СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА, СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА, ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
Image228b.gif (137 bytes) 1.Опишите как систему
а) любой хорошо известный вам объект,
б) Солнечную систему. Укажите составные части этих систем и характер связей между составными частями.
2.Приведите примеры систем, состоящих из одних и тех же составных частей, но имеющих разное строение
3.Перечислите как можно больше характеристик какого-нибудь бытового предмета, например, карандаша (как системы!). Какие из этих характеристик являются свойствами?
4.Что такое характеристика вещества? Приведите примеры.
5.Что такое свойство вещества? Приведите примеры.
6.Далее приведены наборы характеристик трех веществ. Все эти вещества вам хорошо известны. Определите, о каких веществах идет речь
а) Твердое бесцветное вещество с плотностью 2,16 г/см3 образует прозрачные кристаллы кубической формы, без запаха, растворимо в воде, водный раствор имеет соленый вкус, при нагревании до 801o С плавится, а при 1465o С кипит, в умеренных дозах для человека не ядовито.
б) Твердое вещество оранжево-красного цвета с плотностью 8,9 г/см3, кристаллы на глаз неразличимы, поверхность блестящая, в воде не растворяется, очень хорошо проводит электрический ток, пластично (легко вытягивается в проволоку), при 1084o С плавится, а при 2540o С кипит, на воздухе постепенно покрывается рыхлым бледно-сине-зеленым налетом.
в) Прозрачная бесцветная жидкость с резким запахом, плотность 1,05 г/см3, с водой смешивается во всех отношениях, водные растворы имеют кислый вкус, в разбавленных водных растворах для человека не ядовита, используется как приправа к пище, при охлаждении до –17o С затвердевает, а при нагревании до 118o С кипит, разъедает многие металлы. 7.Какие из приведенных в трех предыдущих примерах характеристики представляют собой а) физические свойства, б) химические свойства, в) значения физических величин.
8.Составьте самостоятельно перечни характеристик еще двух известных вам веществ.
Image228.gif Разделение веществ методом фильтрования.

1.6. Физические и химические явления. Химические реакции

Все то, что происходит с участием физических объектов, называется явлениями природы. К ним относятся и переходы веществ из одного агрегатного состояния в другое, и разложение веществ при нагревании, и взаимодействия их между собой.

При плавлении, кипении, сублимации, перетекании жидкости, изгибе твердого тела и других подобных явлениях молекулы веществ не изменяются.

Image598.gif

А что происходит, например, при горении серы?
При горении серы молекулы серы и молекулы кислорода изменяются: превращаются в молекулы диоксида серы (см. рис. 1.4). Обратите внимание, что и общее число атомов, и число атомов каждого из элементов при этом остается неизменным.
Следовательно, существует два типа явлений природы:
1) явления, при которых молекулы веществ не изменяются – физические явления;
2) явления, при которых молекулы веществ изменяются – химические явления.
Что же происходит с веществами при этих явлениях?
В первом случае молекулы сталкиваются и разлетаются, не изменившись; во втором – молекулы, столкнувшись, реагируют друг с другом, при этом одни молекулы (старые) разрушаются, адругие (новые) образуются.
Что же изменяется в молекулах при химических явлениях?
В молекулах атомы связаны прочными химическими связями в единую частицу (в немолекулярных веществах – в единый кристалл). Природа атомов в химических явлениях не меняется, то есть атомы друг в друга не превращаются. Число атомов каждого элемента тоже не меняется (атомы не исчезают и не появляются). Что же изменяется? Связи между атомами! Точно так же и в немолекулярных веществах при химических явлениях изменяются связи между атомами. Изменение связей обычно сводится к их разрыву и последующему образованию новых связей. Например, при горении серы на воздухе разрываются связи между атомами серы в молекулах серы и между атомами кислорода в молекулах кислорода, а образуются связи между атомами серы и кислорода в молекулах диоксида серы.

Физические явления – явления,при которых одни химические вещества не превращаются в другие.(Существует группа физических явлений, в которых изменяются сами атомы (точнее атомные ядра). Естественно, что при этом изменяются и вещества, образуемые этими атомами. Так происходит, например, при ядерном взрыве)

 

Химические явления (химические реакции) – явления, при которых одни химические вещества превращаются в другие

Появление новых веществ обнаруживается по исчезновению характеристик реагирующих веществ и появлению новых характеристик, присущих продуктам реакции. Так при горении серы желтый порошок серы превращается в газ с резким неприятным запахом, а при горении фосфора образуются клубы белого дыма, состоящего из мельчайших частичек оксида фосфора.
Итак, химические явления сопровождаются разрывом и образованием химических связей, следовательно, химия как наука изучает явления природы, при которых происходит разрыв и образование химических связей (химические реакции),сопровождающие их физические явления и, естественно, химические вещества, участвующие в этих реакциях.
Чтобы изучать химические явления (то есть химию), нужно сначала изучитьсвязи между атомами (что это такое, какие они бывают, в чем их особенности). Но связи-то образуются между атомами.Следовательно, необходимо прежде всего изучить сами атомы, точнее, строение атомов разных элементов.
Таким образом, в 8-м и 9-м классах вы изучите
1) строение атомов;
2) химические связи и строение веществ;
3) химические реакции и процессы, их сопровождающие;
4) свойства важнейших простых веществ и соединений.
Кроме того, за это время вы познакомитесь с важнейшими физическими величинами, используемыми в химии, и с соотношениями между ними, а также научитесь проводить основные химические расчеты.

Кислород. Без этого газообразного вещества наша жизнь была бы невозможна. Ведь этот бесцветный газ, без вкуса и запаха, необходим для дыхания. Земная атмосфера примерно на одну пятую часть состоит из кислорода. Кислород – молекулярное вещество, каждая его молекула образована двумя атомами. В жидком состоянии он светло-голубой, в твердом – синий. Кислород очень реакционноспособен, он реагирует с большинством других химических веществ. Горение бензина и древесины, ржавление железа, гниение и дыхание – все это химические процессы с участием кислорода.
В промышленности большую часть кислорода получают из атмосферного воздуха. Кислород используется в производстве чугуна и стали, повышая температуру пламени в печах и, таким образом, ускоряя процесс плавки. Обогащенный кислородом воздух применяется в цветной металлургии, для сварки и резки металлов. Применяется он и в медицине – для облегчения дыхания больных. Запасы кислорода на Земле непрерывно восполняются – зелеными растениями вырабатывается около 300 миллиардов тонн кислорода ежегодно.

Image228a.gif (141 bytes)ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ (ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ).
Image228b.gif (137 bytes) 1.С какими химическими явлениями вы сталкивались при изучении географии?
2.Приведите примеры химических явлений, с которыми вы познакомились, изучая биологию (ботанику)?
3.Приведите примеры других известных вами физических и химических явлений.
4.Какие явления Природы вы затрудняетесь отнести к физическим или химическим?
Image228.gif (138 bytes) Наблюдение за горением свечи.

1.7. Место химии среди других наук и ее значение в жизни человека

Химия – одна из естественных наук, то есть наук, изучающих объекты и явления природы. Другое название этих наук – естествознание. К естественным наукам относится физика, химия, биология, физическая география, астрономия и некоторые другие науки.

Составными частями химических веществ, своего рода " кирпичиками" , из которых они построены, являются химические частицы, а это прежде всего атомы и молекулы. Их размеры лежат в интервале длин порядка 10-10 – 10-6метра (смотри рис. 1.5).

 Image599.gif (16121 bytes)

Частицы меньших размеров и их взаимодействия изучает физика, эти частицы называются микрофизическимичастицами. Процессы, в которых принимают участие частицы и тела больших размеров, опять же изучаются физикой. Природные объекты, образующие поверхность Земли, изучает физическая география. Размеры таких объектов – от нескольких метров (например, ширина реки) до 40 тысяч километров (длина земного экватора). Планеты, звезды, галактики и явления, с ними происходящие, изучает астрономия и астрофизика. Строение Земли изучает геология. Еще одна естественная наука – биология – изучает населяющие Землю живые организмы. По сложности своего строения (но не по сложности понимания характера взаимодействий) самыми простыми являются микрофизические объекты. Далее следуют химические частицы и образованные из них вещества. Биологические объекты (клетки, их " детали" , сами живые организмы) образованы из химических веществ, и, следовательно, их строение еще более сложное. То же относится и к геологическим объектам, например, горным породам, состоящим из минералов (химических веществ).

Все естественные науки при изучении природы опираются на физические законы. Физические законы – это наиболее общие законы природы, которым подчиняются все материальные объекты, в том числе и химические частицы. Следовательно, химия, изучая атомы, молекулы, химические вещества и их взаимодействия, должна в полном объеме использовать законы физики. В свою очередь, биология и геология, изучая " свои" объекты, обязаны использовать не только законы физики, но и химические законы.

Таким образом, становится ясно, какое место среди близких естественных наук занимает химия. Это место схематически показано на рисунке 1.6.
Особенно тесно связана химия с физикой. Ведь даже одни и те же объекты (атомы, молекулы, кристаллы, газы, жидкости) изучают обе эти науки.

Еще в XVIII веке тесную связь этих двух естественных наук заметил и использовал в своей работе знаменитый русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов (1711 – 1765), который писал: " Химик без знания физики подобен человеку, который всего искать должен ощупом. И сии две науки так соединены между собою, что одна без другой в совершенстве быть не могут".

Теперь уточним, что же химия дает нам как потребителям?
Прежде всего, химия является основой химической технологии – прикладной науки, разрабатывающей промышленные процессы получения самых разнообразных химических веществ. А таких веществ человечество использует великое множество. Это минеральные удобрения и лекарства, металлы и витамины, топливо и пластмассы, компоненты строительных материалов и взрывчатых веществ и многое, многое другое.

С другой стороны, в состав человеческого организма входит огромное количество различных химических веществ. Знание химии помогает биологам разобраться в их взаимодействиях, познать причины протекания тех или иных биологических процессов. А это, в свою очередь, позволяет медицине эффективнее сохранять здоровье людей, лечить болезни и, в конце концов, продлевать человеческую жизнь.
И, наконец, химия – просто очень интересная наука. В ней далеко еще не все изучено, и остается широкий простор для применения талантов новых поколений ученых.А вообще-то, в современном мире не осталось практически ни одной области деятельности, в которой человек в той или иной степени не сталкивался бы с химией.

Image600.gif

 




Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору