§ 1 Предмет химии. Свойства веществ. Глава I. Введение.

§ 1 Предмет химии. Свойства веществ.

Глава I. Введение.

Химия – это наука о веществах, их свойствах и превращениях одних веществ в другие.

Химия – это одна из наук о природе, она относится к естественным наукам и тесно связана с физикой, биологией, географией и другими науками. Объектом изучения естественных наук является окружающий нас материальный мир. Естественных наук много, и каждая из них находит о общем объекте изучения ту его часть, которая составляет предмет каждой конкретной науки.

И живая, и неживая природа образована различными веществами. Поэтому и географы, и биологи, физики и химики так или иначе изучают вещество. Но изучают с разных точек зрения.

Вещество – это вид материи, все то, из чего состоят физические тела.

Физическим телом называют все, что имеет массу и объем.

Алюминий, железо, вода, сахар, медь, кислород – это вещества. Алюминий – это вещество, а алюминиевые ложка, проволока, кастрюля и кружка – физические тела. Железо вещество, а гвоздь, подкова – физические тела.

Для более четкого различения понятий «вещество» и «тело» можно воспользоваться подсказкой: к названию тела – существительному – можно подобрать относительное прилагательное, образованное от названия вещества, например алюминиевая проволока. Значит, проволока – тело, а алюминий – вещество.

Физическое тело может состоять из нескольких веществ. Кусок гранита, например, состоит из частиц кварца, полевого шпата и слюды.

Веществ очень много – более 20 миллионов, и каждое из них обладает определенными свойствами (физическими и химическими)

Свойства веществ – это признаки, по которым одни вещества отличаются от других или устанавливают сходство между ними.

К важнейшим физическим свойствам вещества относятся агрегатное состояние (газообразное, жидкое или твердое), цвет, блеск, запах, растворимость в воде, плотность, температура плавления, температура кипения, электропроводность, теплопроводность. перечень физических свойств твердых веществ можно расширить, включив в него твердость, пластичность, а для кристаллических – еще и форму кристаллов. Характеризуя жидкость, указывают, какая она – подвижная или маслянистая.

Такие физические свойства как цвет, запах, вкус, форма кристаллов можно определить визуально, с помощью органов чувств (качественные свойства), а плотность, электропроводность, температуру плавления и кипения определяют с помощью приборов (количественные свойства). Сведения о физических свойствах многих веществ собраны в специальной литературе, в частности – в справочниках.

Знание физических свойств помогает «узнавать» немало веществ. Например, медь – единственный металл красного цвета. Соленый вкус имеет только поваренная соль. Иод – почти черное твердое вещество, которое при нагревании превращается в темно-фиолетовый пар. В большинстве случаев для определения вещества нужно принимать во внимание несколько его свойств.

Например, опишем физические свойства воды. Вода – бесцветная, прозрачная жидкость без вкуса и запаха с плотностью 1 г/см³, плохо проводит тепло и электрический ток, кипит при 100⁰С, а замерзает при 0⁰С, хорошо растворяет многие вещества. Перечисленные признаки (физические свойства) позволяют сравнивать воду с другими веществами.

Сравним свойства воды со свойствами ацетона. Ацетон (растворитель) – тоже прозрачная бесцветная жидкость. Но по другим признакам он отличается от воды: легче ее (плотность ацетона равна 0,791 г/см³), имеет характерный запах, закипает при 56,1⁰С, электрический ток не проводит.

Из этих примеров следует, что вещества можно различать и распознавать по их физическим свойствам. Вещества различают и по химическим свойствам, о которых вы узнаете в дальнейшем.

Выводы:

1. Вещество – то, из чего состоит физическое тело.

2. Свойства вещества – это признаки, по которым оно отличается от другого вещества или подобно ему. Физические свойства вещества определяют наблюдением или измерением, без превращения его в другое вещество.

§ 2. Явления, происходящие с веществами.

Физические и химические явления. Человек и все, что его окружает – и живая и неживая природа, – непрерывно изменяются. И с веществами происходят разнообразные изменения, или явления. Вещество может быть измельчено в порошок, расплавлено, растворено и вновь выделено из раствора. При этом оно останется тем же самым веществом.

Так, куски сахара можно измельчить в ступке в порошок настолько мелкий, что он от малейшего дуновения он будет подниматься в воздух, как пыль. Сахарные пылинки можно разглядеть лишь в микроскоп. Куски сахара можно раздробить даже до молекул просто растворяя сахар в воде. Если выпарить из раствора сахара воду, то молекулы сахара опять соединятся друг с другом в кристаллы. При измельчении и растворении в воде сахар остается сахаром.

При растворении вода переходит в пар. Водяной пар – это вода в газообразном состоянии. При охлаждении вода превращается в лед. Лед – это вода в твердом агрегатном состоянии. Мельчайшая частичка воды – это молекула воды. Мельчайшая частичка льда и водяного пара тоже молекула воды. Жидкая вода, лед и водяной пар не разные вещества, а одно и то же вещество (вода) в разных агрегатных состояниях. При всех этих явлениях новых веществ не образуется, состав молекул воды не изменяется, а изменяются только расстояния между молекулами.

Явления, при которых не происходит превращения одних веществ в другие, называют физическими явлениями.

Физические явления сопровождаются изменением формы, агрегатного состояния, объема, температуры, степени измельчения вещества и т. д., но при этом состав, а значит, и свойства веществ остается неизменным.

К физическим явлениям относятся свечение раскаленных тел, прохождение электрического тока в металлах, распространение запаха веществ в воздухе, растворение жира в бензине, притяжение железа к магниту. Такие явления изучает наука физика.

Многие явления сопровождаются превращением одних веществ в другие с новыми свойствами.

Явления, при которых одни вещества превращаются в другие, называют химическими явлениями (химическими реакциями).

Рассмотрим процесс разложения воды электрическим током. Под действием электрического тока вода разлагается на два газообразных вещества: водород и кислород. Эти вещества отличаются от воды по составу и свойствам. Один из этих газов (кислород) поддерживает горение, а другой сгорает с характерным хлопком.

Вещества, вступающие в химическую реакцию, называют исходными веществами, а те, которые образуются, – продуктами реакции.

Суть рассмотренной химической реакции передает такая запись:

исходные продукты реакции

вещества

вода → водород ₊ кислород

Смотреть видео

Под действием электрического тока молекулы воды распадаются на атомы, которые, соединяясь образуют молекулы водорода и кислорода.

молекулы атомы молекулы

воды водорода и кислорода водорода и кислорода

Следовательно, атомы в химических реакциях сохраняются, сущность химической реакции состоит в перегруппировке атомов и образовании новых молекул. Таким образом,

в процессе любой химической реакции образуются новые вещества с новыми свойствами – цветом, вкусом, запахом, что можно определить визуально

Признаки химических реакций. О протекании химических реакций можно судить по ряду внешних признаков:

· изменение цвета Смотреть видео

· образование или растворение осадка

· выделение газа Смотреть видео

· выделение энергии (в виде тепла или света) Смотреть видео

Свойства, которые проявляют вещества при химических превращениях, называют химическими. Их изучение – одна из основных задач химии.

Условия возникновения и течения химических реакций. Для начала химической реакции исходные вещества необходимо привести в тесное соприкосновение. Чем больше площадь их соприкосновения, тем легче протекает реакция. Например, полено труднее поджечь, тем тоньше лучинки. Наиболее тонкое измельчение (дробление) веществ происходит при их растворении, поэтому многие реакции между твердыми веществами проводят в растворах.

Иногда соприкосновения реагирующих веществ недостаточно для начала реакции. Например, метан (основная составная часть бытового газа) при смешивании с воздухом при обычной температуре не загорается. Для того, чтобы началась химическая реакция, во многих случаях необходимо нагревание веществ до определенной температуры. Так, метан загорается только после предварительного нагревания (поджигания).

На течение химических реакций нагревание влияет по-разному. В одних случаях (горение метана, магния, древесины, угля и других веществ) нагревание требуется лишь для возникновения реакции, оно дает как бы толчок, а затем реакция идет сама. В других случаях требуется непрерывное нагревание, если нагревание прекратить, то химическая реакция закончится.

Изредка, условием возникновения и течения химической реакции является действие электрического тока.

Обратите внимание, что лишь простейшие явления можно однозначно отнести к физическим или химическим. Более сложные процессы состоят из множества отдельных явлений – физических и химических.

Химические реакции в природе, повседневной жизни и их значение. В природе постоянно происходят химические реакции. Вещества, растворенные в реках, морях, океанах, взаимодействуют между собой, некоторые реагируют с кислородом. Растения поглощают из атмосферы углекислый газ, из почвы воду, растворенные в ней вещества и вырабатывают органические вещества и кислород. Очень важны реакции с участием кислорода, который поступает в живые организмы при дыхании.

Многие химические реакции сопровождают нас в повседневной жизни. Они происходят при поджаривании мяса, овощей, выпекании хлеба, прокисании молока, брожении виноградного сока, отбеливания тканей, горения различных видов топлива, затвердевания цемента и алебастра, почернения со временем серебряных украшений и т. п.

Химические реакции составляют основу таких технологических процессов как получение металлов из руд, производство удобрений, пластмасс, синтетических волокон, лекарств, других важных веществ. Сжигая топливо, люди обеспечивают себя теплом и электричеством. С помощью химических реакций обезвреживают токсичные вещества, перерабатывают промышленные и бытовые отходы.

Протекание некоторых реакций приводит к негативным последствиям. Ржавление железа сокращает срок работы разных механизмов, оборудования, транспортных средств, приводит к большим потерям этого металла. Пожары уничтожают жилье, промышленные и культурные объекты, исторические ценности. большинство пищевых продуктов портится вследствие их взаимодействия с кислородом, находящимся в воздухе; при этом образуются вещества, которые имеют неприятный запах, вкус и являются вредными для человека.

Выводы:

1. Физическими явлениями называют явления, в ходе которых новое вещество не образуется.

2. В результате химической реакции всегда образуются новые вещества, которые отличаются от исходных составом и свойствами.

3. Множество химических реакций происходят в окружающей среде, в растениях, организмах животных и человека, сопровождают нас в повседневной жизни.

§ 3. Методы химии.

Метод – путь познания окружающего мира и способ действий в решении научно-практических задач.

Важнейшие методы химии связаны с непосредственным изучением веществ и химических явлений: наблюдение, описание, эксперимент.

Наблюдение. Чтобы понять окружающий мир, нужно уметь наблюдать. Может показаться, что в этом ничего сложного нет – каждый наблюдал десятки явлений: радугу после дождя, горение костра, ржавление металла и др.Однако это еще нельзя назвать научным наблюдением.

При наблюдении очень важно определить и отметить существенные условия, в которых проводилось наблюдения. Наконец, наблюдение в науке бессмысленно без тщательного описания уведенного, без фиксации полученных результатов.

Научное наблюдение отличается целенаправленностью. Это означает, что каждое научное наблюдение проводится с заранее определенной целью, которая часто формулируется в виде вопроса, связанного или с решением научной (учебной) задачи, или с практическими проблемами, возникающими в реальной жизни.

Если вопрос сложный, то на него может быть несколько ответов, в том числе и неверные. Поэтому ответы формулируют в виде предположений, которые необходимо проверить. Такие научные предположения называют гипотезами.

Чтобы проверить правильность гипотезы или убедиться в ее ошибочности, необходимо провести эксперимент.

Наблюдение – это важнейший метод познания окружающего мира, который дает исходный материал для других научных методов.

Эксперимент. Однако наблюдения, даже самого тщательного, обычно недостаточно. Для изучения свойств веществ и их превращений необходим эксперимент.

Эксперимент – целенаправленное и контролируемое воздействие на объект исследования в данных условиях.

Эксперимент позволяет подтвердить или опровергнуть гипотезу, возникшую при наблюдении, и сформулировать вывод.

Умение планировать и проводить эксперимент – необходимое качество химика-исследователя. В современных условиях появилась возможность исследовать сложные химические процессы с помощью компьютерного эксперимента, позволяющего моделировать «поведение» атомов и молекул, рассчитывать оптимальные способы получения новых веществ с определенными свойствами.

Дата добавления: 2015-09-29