Химия: Первоначальные химические представления
Содержание
- 1 Что изучает химия?
- 2 Физические и химические явления
- 3 Характеристика веществ
- 4 Чистые вещества и смеси
- 5 Способы разделения смесей химических веществ
- 6 Атомы и молекулы. Атомно–молекулярное учение
- 7 Простые и сложные вещества
- 8 Понятие о химических элементах
- 9 Химические элементы
- 10 Глоссарий
- 11 Полезные ссылки
- 12 Бибилиография:
Что изучает химия?
Физические и химические явления
Физические явления
Кроме физических свойств, каждое вещество обладает способностью к превращению. Что же такое превращение веществ?
Представьте, что мы нагрели воду, и она испарилась. Произошло ли при этом превращение вещества? Нет, испарение воды – это физическое явление. Водяной пар – это химическое вещество вода, только не в жидком, а газообразном агрегатном состоянии.
Физические явления – это явления, при которых данные вещества не превращаются в другие, а только изменяется их агрегатное состояние или форма.
Химические явления или химические реакции
Возьмем другой пример – ржавление железа. Железо ржавеет при взаимодействии с водой и кислородом. Ржавчина – хрупкое вещество бурого цвета. Таким образом, происходит превращение веществ – железа, кислорода и воды – в ржавчину. Это явление относится к химическим. Химические явления иначе называют химическими реакциями.
Вещества, вступающие в химическую реакцию (в рассмотренном примере – это железо, кислород и вода), называют исходными веществами.
Вещества, получающиеся в результате реакции (в данном случае – ржавчина), называют продуктами реакции.
Вывод
Характеристика веществ
Каждое химическое вещество имеет физические характеристики:
- 1. Агрегатное состояние. Твердое, жидкое, газообразное и состояние плазмы (токамак – прибор для получения плазмы).
- 2. Цвет. У металлов цвет бывает от серебристо-светлого, до темно-серого, с синеватым отливом, или красновато-желтого цвета. Неметаллы бывают бесцветные (кислород, азот), белые (фосфор), желтые, (сера, хлор) красноватые (фосфор), зеленоватые (фтор) или серо–фиолетовые (иод).
- 3. Плотность. Среди металлов самый легкий литий – 0,53 г/см3, самый тяжелый – осмий - 22, 7 г/см3.
- 4. Теплопроводность и электропроводность. На практике наиболее часто используют медь и алюминий, хотя у серебра и золота преимущества, но они дороги.
- 5. Температура плавления и кипения (смотри индивидуальные характеристики)
Чистые вещества и смеси
Чистыми считают вещества, у которых постоянные физические характеристики (температуры плавления, кипения).
Абсолютно чистых веществ не бывает в силу контакта их между собой. От степени очистки вещества зависят свойства этих веществ.
Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем: «Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».
Смеси – бывают однородные, когда ни глазами, ни под микроскопом нельзя различить вещества, составляющие смесь (растворы), или неоднородные, когда компоненты смеси можно различить глазами или с помощью приборов.
Различают вещества:
Чистые – 99%
Химически чистые – 99,9%
Чистые для анализа – 99,99%
Особенно чистые – 99,99 9%
Хроматографически чистые - без следов других веществ.
Способы разделения смесей химических веществ
Атомы и молекулы. Атомно–молекулярное учение
Возникновение представлений об атомах и молекулах
Древнегреческий философ Демокрит 2500 лет назад высказал мысль о том, что все тела в природе состоят из мельчайших невидимых, непроницаемых, неделимых, вечно движущихся частиц – атомов. Слово “атом” в переводе означает “неделимый”. Позднее, в средние века, учение об атомах преследовалось религией, которая тормозила развитие науки в целом, и химии в частности.
Учение о молекулах и атомах было развито в середине XVIII века великим русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711 – 1765 гг.) Он утверждал, что тела в природе состоят из корпускул (молекул), в состав которых входят элементы (атомы).
Молекулы и атомы
То, что атомы действительно существуют, подтверждают многие химические реакции. Так, например, при пропускании постоянного тока через воду в одной из трубок прибора собирается газ, в котором тлеющая лучинка ярко вспыхивает. Это кислород.
В другой трубке собирается вдвое больше газа, который от зажженной лучинки загорается. Это водород.
Объяснить это явление можно так. Мельчайшая частица воды – молекула – состоит из 2 атомов водорода и одного атома кислорода. При пропускании постоянного тока через воду ее молекулы распадаются и образуются химически неделимые частицы – атомы кислорода и водорода.
Затем атомы соединяются по два, и из двух молекул воды образуется одна – двухатомная молекула кислорода и две двухатомные молекулы водорода.
Итак, что такое молекулы и атомы?
Атомно-молекулярное учение
Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый Ломоносов. Сущность учения Ломоносова можно свести к следующим положениям.
1. Все вещества состоят из «корпускул» (так Ломоносов называл молекулы).
2. Молекулы состоят из «элементов» (так Ломоносов называл атомы).
3. Частицы — молекулы и атомы — находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения их частиц.
4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ — из различных атомов.
Простые и сложные вещества
По элементному составу различают простые вещества, состоящие из атомов одного элемента (H2, O2,Cl2, P4, Na, Cu, Au), и сложные вещества, состоящие из атомов разных элементов (H2O,NH3, OF2, H2SO4, MgCl2,K2SO4).
При нагревании в пламени пробирки с сахарозой (C12H22O11) сначала сахароза плавится и темнеет, а затем разлагается и чернеет за счет образования угля.
Сахароза - сложное вещество. Вода - сложное вещество. Уголь - простое вещество. Водород - простое вещество. Кислород - простое вещество.
Простые – молекулы таких веществ состоят из атомов одного вида. В химических реакциях не могут разлагаться с образованием нескольких более простых веществ.
Сложные – молекулы таких веществ состоят из атомов разного вида. В химических реакциях могут разлагаться с образованием более простых веществ.
Понятие о химических элементах
В химии кроме терминов “атом” и “молекула” часто употребляется понятие “элемент”.
Так, например, все атомы водорода – это элемент водород; все атомы кислорода и ртути – соответственно элементы кислород и ртуть.
В настоящее время известно 118 видов атомов, то есть более 118 химических элементов, которые образуют около 500 простых веществ.
Как и в любой науке, в химии существует своя система условных обозначений, свой язык.
В XIX в. появилась необходимость использования понятной для всех ученых символики. И одним из первых такую символику предложил Джон Дальтон.
Но его обозначениями было неудобно пользоваться
Система обозначения химических элементов
- По предложению шведского химика Й.Я. Берцелиуса в начале XIX века в качестве символов были приняты одна или две начальные буквы латинских названий химических элементов.
-
Название Латинское название Символ Водород Hydrogenium H Ртуть Hydrargyrum Hg - Химический элемент водород (Hydrogenium) – Н. Если названия нескольких элементов начинались на одну и ту же букву, то в символе элемента указывали вторую или одну из последующих букв названия. Например, ртуть (Hydrargyrum) обозначается Hg.
-
Знаки некоторых химических элементов произносятся так же, как и соответствующая буква: Название Символ Название Кислород О О Сера S Эс Азот N Эн Углерод С Це -
Знаки других элементов произносятся так же, как и называются сами элементы: Название Символ Название Натрий Na Натрий Калий K Калий Хлор Cl Хлор Фтор F Фтор -
Произношение некоторых знаков соответствует их латинскому названию: Название Символ Название Кремний Si силициум Ртуть Hg гидраргирум Медь Cu купрум Железо Fe феррум
Химические элементы
1) Отражение свойств: Водород - рождающий воду; Фосфор – несущий свет; Кислород – рождающий кислоты.
2) В честь небесных тел: Селен - Селена (луна); Теллур – Теллурис (Земля).
3) Заимствованы из мифологии: Тантал (сын Зевса)
4) В честь государств: Германий (Германия); Галлий (Франция); Полоний (Польша).
5) В честь ученых: Кюрий; Эйнштейний; Лоуренсий.
Различие понятий “химический элемент” и “простое вещество”
Отличить понятия “химический элемент” и “простое вещество” можно при сравнении свойств простых и сложных веществ. Например, простое вещество – кислород – бесцветный газ, необходимый для дыхания, поддерживающий горение. Мельчайшая частица простого вещества кислорода – молекула, которая состоит из двух атомов. Кислород входит также в состав оксида углерода (угарный газ) и воды.
Однако, в состав воды и оксида углерода входит химически связанный кислород, который не обладает свойствами простого вещества, в частности он не может быть использован для дыхания. Рыбы, например, дышат не химически связанным кислородом, входящим в состав молекулы воды, а свободным, растворенным в ней.
Поэтому, когда речь идет о составе каких–либо химических соединений, следует понимать, что в эти соединения входят не простые вещества, а атомы определенного вида, то есть соответствующие элементы.
При разложении сложных веществ, атомы могут выделяться в свободном состоянии и, соединяясь, образовывать простые вещества. Простые вещества состоят из атомов одного элемента. Различие понятий «химический элемент» и «простое вещество» подтверждается и тем, что один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ. Например, атомы элемента кислорода могут образовать двухатомные молекулы кислорода и трехатомные – озона. Кислород и озон – совершенно различные простые вещества.
Этим объясняется тот факт, что простых веществ известно гораздо больше, чем химических элементов.
Пользуясь понятием «химический элемент», можно дать такое определение простым и сложным веществам:
Кислород и озон - это аллотропные видоизменения простого вещества, основанные на разном количестве атомов в составе молекулы и имеющие разные свойства. Явление аллотропии может возникать при различных кристаллических решетках в простых веществах, например, графит и алмаз.
Глоссарий
- Аллотропия — явление существования химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам. Эти простые вещества, различные по строению и свойствам, называются аллотропными формами или модификациями. Например, графит и алмаз — две аллотропные формы (модификации) углерода, молекулярный кислород и озон — две аллотропные модификации кислорода. При определенных условиях аллотропные модификации могут переходить друг в друга.
- Атом - мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства. Атом построен из субатомных частиц - протонов, нейтронов, электронов.
- Вещество – материя в состоянии массы.
- Масса - свойство объекта. Вес - сила, с которой этот объект притягивается к центру планеты (на космическом корабле в космосе масса сохраняется, а вес стремится к 0 - состояние невесомости)
- Материя - то, из чего состоит окружающий мир.
- Молекула (новолат. molecula, уменьшит. от лат. moles — масса) - наименьшая частица данного вещества, обладающая его основными химическими свойствами, способная к самостоятельному существованию и состоящая из атомов, соединенных химическими связями.
- Наука – система знаний о закономерностях развития природы, общества и мышления.
- Простое веществоw — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента: водород, кислород и т. д.
- Свойства — совокупность признаков, по которым одни вещества отличаются от других, они бывают химическими и физическими.
- Сложное веществоw — вещество, состоящее из атомов разных химических элементов: кислоты, вода и др.
- Химический элемент — это определенный вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.
- Химия - наука о веществах, их свойствах, изменениях этих свойств и явлениях, сопровождающих эти изменения.
- Эталон - то, с чем сравнивают.
- Явления - изменения, происходящие в природе с веществами.
Полезные ссылки
Бибилиография:
- А. В. Мануйлов, В. И. Родионов.Основы химии. Интернет-учебник.
- Г.В. Пчелкина. Химуля
- 100 интересных фактов о химии.
- Толковый словарь по химии
- «Семьдесят богатырей», А. Ивич; Рис. Э. Беньяминсона, Б. Кыштымова, М. Дет. лит. 1986
превыше всего
химические реакции
и химических реакций
- Если 100 млн атомов водорода расположить рядом друг с другом, то они образуют цепочку длиною всего лишь в 1 см.
- Шведский ученый Карл Шелле является рекордсменом по количеству открытых химических элементов. На его счету хлор, фтор, барий, вольфрам, кислород, марганец, молибден.
- Множество химических элементов получили своё название в честь стран или других географических объектов. Сразу 4 элемента — иттрий, иттербий, тербий и эрбий — были названы в честь шведской деревни Иттербю, около которой обнаружили крупное месторождение редкоземельных металлов.
- В лампочках используют аргон.
- Самым легким среди благородных газов считается гелий.
- В изумрудах содержится бериллий.
- Чтобы огонь покрасить в зеленый цвет, используют бор.
- Азот может вызвать помутнение сознания.
- Неон способен светиться красным цветом, когда через него пропустить ток.
- В океане содержится большое количество натрия.
- В компьютерных микросхемах используют кремний.
- Для изготовления спичек используют фосфор.
- Хлор может вызвать аллергические реакции органов дыхания.
Что такое химия?
Одна из множества естественных наук, скажет среднестатистический обыватель. Но кто бы мог подумать, проходя мимо полок в магазине, или проезжая мимо заводов и фабрик, что все это — самый настоящий результат химических превращений?
Нескончаемый каскад реакций дает нам удивительные возможности делать жизнь более комфортной.
- Баночки с кремами, тюбики с краской для волос или зубной пастой, йогурты, сыры, пиво — это все результат химических преобразований.
- Нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленности основаны на циклах превращений и переходов одних нефтяных компонентов в другие. Бензин имеет множество марок, машинные масла тоже бывают разных сортов.
- Одежда, предметы быта (вплоть до вилок и ножей) – все это – химия. Она дарит нам и красивые праздники, ведь салюты и прочие прелести пиротехники – это тоже химия. Она повсюду, везде и во всем.
- Отправляя космолеты к далеким планетам, первый вопрос, которым задаются ученые: какой химический состав поверхности планеты и её атмосферы?
- Знание химии в медицине является основополагающим.
Биохимический, электролитный, водно-солевой балансы организма – основные показатели и результат правильного течения химических реакций в организме. Наш организм — это большой биохимический реактор. Каждая его клетка может функционировать только при правильном составе элементов внутри себя. Наша ДНК — это набор нуклеотидов, а нуклеотиды – это аминокислоты, то есть химические соединения. Цвет глаз, форма губ, рост, запах – все это химия.
Фармакология и фармация — это разделы химии о лекарственных средствах. Лекарства, таблетки, мази и сиропы, даже витамины – все это химические соединения.
Химия – это одна из наук, скажете вы? Химия – это жизнь, скажу я вам.
Трудно переоценить значение продуктов химической промышленности в жизни современного человека. Многое из того, что нас окружает, чем мы привычно пользуемся в быту, произведено именно благодаря достижениям такой отрасли как химическая промышленность. Невозможно назвать также ни одну отрасль промышленности, где не применялась бы ее продукция: это строительство и машиностроение, легкая промышленность и сельское хозяйство, энергетика и транспорт.
Химическая промышленность и сельское хозяйство
Когда на нашем столе лежит румяная буханка хлеба, говорим «спасибо» хлеборобам, благодаря неустанному труду которых выращена пшеница, из которой он изготовлен. Но в каждой такой буханке хлеба есть и доля труда работников химической промышленности, ведь благодаря их усилиям созданы препараты, при помощи которых обрабатываются поля от сорняков, вредителей и болезней, а также в целях удобрения почвы, чтобы повысить ее урожайность. Только совместный труд химиков и работников сельского хозяйства позволяет получать большие урожаи, которые доходят до конечного потребителя в виде свежей булки, румяных фруктов и сочных овощей. Современное сельское хозяйство немыслимо без применения такой химической продукции, как гербициды (препараты, которые используются для борьбы с сорняками), фунгициды (с их помощью ведется борьба с паразитическими грибками), инсектициды (путем применения этих препаратов уничтожаются вредные насекомые), и многих других веществ, применяемых в качестве средств эффективной защиты культурных растений, выращиваемых на полях и в теплицах, от различных врагов.
Инсектициды
В настоящее время выпускается три группы инсектицидов, которые различаются характером проникновения и поражения организма насекомого. Это – контактные, кишечные и системные инсектициды. Поражение насекомых контактными инсектицидами происходит благодаря внешнему контакту вредителя с обработанной частью поверхности. Действие кишечных инсектицидов основано на поражении органов питания насекомого ядовитыми составляющими препаратов. Системные инсектициды проникают в клетки обработанных растений и губительно воздействуют на насекомое при поедании отдельных частей растений.
