Вещества и их свойства. Чистые вещества и смеси. Превращения веществ

В статье приводятся различия между физическим телом и веществом, дается понятие о чистых веществах и смесях, о свойствах веществ, о физических и химических явлениях. Приведены признаки и условия химических реакций, — их роль в жизни человека и в природе.

Вещество и его характеристики

Окружающий мир разнообразен, однако с научной точки зрения его богатство может быть выражено двумя понятиями: нас окружают тела и вещества. Необходимо различать их. Поскольку химия работает с веществом, нужно внимательно рассмотреть, какими основными признаками оно характеризуется, в каких явлениях участвует и каковы особенности этих явлений, называемых химическими.

Тело и вещество

Можно дать следующие определения этим основополагающим понятиям:

• Физическим телом называют материальный объект.
• Вещество представляет собой вид материи, то, из чего состоит любое физическое тело.

Тело имеет форму, отделено от окружающей среды границей и занимает в пространстве некоторый объем. Все тела состоят из веществ.

Вещество обладает важнейшей характеристикой – массой. От того, какое количество вещества заключено в теле, и от вида этого вещества зависит масса тела.

Стакан, растение, планета – это примеры тел. Вещество стакана – стекло. Растение состоит из множества веществ: углеводов, белков, воды и так далее. А число веществ, из которых состоит планета, например, Земля, исчисляется миллионами.

Из одного вещества могут быть образованы разные тела. Из меди можно изготовить как проволоку, так и монету, из пластика – посуду, мебель, трубы и другие предметы.

Если разделить физическое тело, образуются новые тела. Вещество при делении не изменяется, но имеет предел делимости – молекулу, мельчайшую структурную единицу.

Вещество в различных состояниях

В зависимости от условий, таких как температура и давление, составляющие вещество молекулы, располагаются и движутся по-разному. Вследствие этого вещество принимает различные агрегатные состояния – становится газообразным, жидким или твердым. Переход из одного состояния в другое осуществляется при определенном сочетании условий.

Например, при нормальном атмосферном давлении жидкая вода кипит и превращается в пар при 100 °C, а кристаллизуется в лед – при 0 °C. Обратные переходы – конденсация и плавление – происходят при той же комбинации условий.

Вещество, в любом агрегатном состоянии, образует тела. Так, пример жидкого тела – вода в сосуде. Такое тело принимает форму емкости, но при ее изменении сохраняет объем. Газ в баллоне тоже образует физическое тело. В отличие от жидких, газообразные тела заполняют емкость целиком.

Кроме трех основных агрегатных состояний, различают переходные – аморфное, жидкокристаллическое, – а также плазму.

Основные свойства вещества

Свойства любого вещества – это набор характеристик, дающих возможность отличить его от других веществ. Различают два вида свойств:

• Физические: цвет, вязкость, температура кипения и плавления, плотность, электропроводность, теплоемкость и другие. Эти свойства меняются при переходе в другое агрегатное состояние. Их можно наблюдать и измерять; при этом не требуется превращать одно вещество в другое.
• Химические свойства характеризуют особенности веществ относительно взаимодействий, при которых происходят изменения состава. Они показывают степень активности вещества и условия ее проявления. Переход между агрегатными состояниями не меняет химических свойств.

 Чистые вещества и химические смеси

Наименьшей частицей вещества является молекула. Разные вещества состоят из отличающихся друг от друга молекул. Если вещество образовано одинаковыми молекулами, то оно называется чистым. Примеры чистых веществ – вода, сахар, полиэтилен.

В природе практически все вещества представлены в виде смесей – совокупностей, в которых присутствуют разные молекулы. Компоненты смеси не взаимодействуют химически и могут быть выделены физическими методами. Виды смесей, их примеры и способы разделения кратко можно представить в виде таблицы.

Соотношение компонентов в смеси может быть различным, в то время как состав чистых веществ неизменен, и их свойства остаются постоянными. Поскольку абсолютно чистых веществ не существует, принято считать чистым такое вещество, в котором примеси практически не оказывают влияния на свойства.

Явления, в которых участвует вещество

Физические явления

Если в ходе какого-либо процесса одни вещества не преобразуются в другие, то следует говорить о физическом явлении. При деформации, измельчении, растворении, изменении агрегатного состояния исходное вещество приобретает другие физические свойства. Однако никаких новых веществ из него не образуется.

Пример физического явления – протекание тока по медному проводу. Присутствует влияние на физическое состояние вещества —  у проводника появляется магнитное поле, он нагревается. Но сам провод остается медным.

Химические явления

Процессы, сопровождающиеся превращением веществ, относятся к химическим явлениям, или реакциям, в результате которых происходит перестройка и образование новых молекул. Так появляется ржавчина на железе, горят дрова в печи или пары бензина в двигателе автомобиля. Электрический ток также может вызывать химические реакции, проходя через некоторые растворы, расплавы и через воду, разлагая ее на водород и кислород.

В химической реакции различают исходные вещества, которые вступают в нее – реагенты, – и образующиеся в итоге продукты реакции. К примеру, водород с кислородом, при определенных условиях могут выступить в качестве реагентов и образовать продукт – воду.

Признаки химических реакций

Определить, идет ли химическая реакция, можно по внешним признакам:

• изменение окраски веществ;
• выделение газа;
• выпадение или растворение осадка;
• появление запаха;
• выделение либо поглощение тепла;
• световое излучение.

Например, горение металла магния сопровождается большим тепловыделением и световой вспышкой, скисание молока – характерным запахом.

Условия, необходимые для химических реакций

Для начала реакции вещества должны соприкасаться. С целью увеличения площади контакта реагентов может потребоваться их измельчение и перемешивание, а также растворение. При соблюдении условия соприкосновения некоторые реакции начинаются самопроизвольно. В других случаях нужны дополнительные условия:

• нагревание;
• воздействие света;
• электрический ток;
• облучение;
• механическое воздействие;
• введение в реакционную смесь особых веществ – катализаторов.

Дальнейшее протекание реакции зависит от ее теплового эффекта. Дело в том, что при любом химическом процессе либо выделяется, либо поглощается энергия. По этому признаку различают два типа реакций:

1. Экзотермические реакции идут с выделением тепловой (иногда и световой) энергии, которая поддерживает их течение. Таковы, например, все реакции горения: нагревание нужно только для того, чтобы инициировать их.
2. Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии. В качестве примера можно привести разложение сахара до сажи и воды. Эта реакция требует сильного нагревания и постоянного подвода тепла.

 Роль химических явлений в жизни человека и в природе

Невозможно представить себе деятельность человека в любой области без химических процессов. Они применяются в энергетике и отоплении, транспорте, добыче и переработке сырья, в производстве материалов и всевозможных продуктов. Хотя человек научился использовать химические явления целенаправленно, их роль неизмеримо больше обслуживания нашей цивилизации.

Процессы жизнедеятельности, обеспечивающие существование живых организмов, связаны с превращениями вещества, а это означает, что они имеют химическую природу. В передаче генетической информации, дыхании, работе нервной и мышечной тканей, пищеварении, в фотосинтезе у растений – везде происходит выделение или поглощение химической энергии.

Химические реакции протекают повсюду – в океанах и атмосфере, в недрах Земли и в  космосе. В тесном переплетении с физическими процессами они играют одну из ключевых ролей в жизни Вселенной.

Вопросы и задания

1. В каком из высказываний речь идет о стекле как о веществе, а в каком – как о физическом теле?
   • я заменил оконное стекло;
   • графин сделан из стекла.
2. Можно ли выделить из раствора сахар с помощью фильтрации? Почему?
3. Какое из перечисленных явлений относится к химическим? Почему?
   • высыхание лужи;
   • осаждение бурых хлопьев из водного раствора марганцовки, стоявшего на свету;
   • образование снежинки.

Ответы

1. а) – тело; б) – вещество.
2. Нет. Сахар в растворе разделен на мельчайшие частицы – молекулы, – которых не может задержать фильтр.
3. б), так как появился осадок и произошло изменение цвета.

1. Составьте из предложенного перечня два списка: а) чистые вещества и б) смеси.
   • морская вода, полиэтилен, бензин, аэрозоль, медь, сахарный сироп, водород.
2. Из предложенного списка выберите признаки химических реакций:
   • образование осадка;
   • плавление;
   • кипение;
   • поглощение тепла;
   • выделение тепла;
   • появление запаха;
   • появление магнитного поля.

Ответы

1. а) полиэтилен, медь, водород; б) морская вода, бензин, аэрозоль, сахарный сироп.
2. а), г), д), е).