Предмет химии. Связь химии с другими естественными науками. Значение химии для различных областей человеческой деятельности.

1. Химия изучает природу. Кроме химии природу изучают и другие естественные науки: физика, биология, география. Физика изучает неживые тела и физические свойства веществ, биология – живые тела и их совокупности (от клетки до человека). Химия изучает вещества; их строение, свойства, получение и применение.

Вещества изучают, чтобы уметь их получать и правильно использовать их. В любой области человеческой деятельности используются те или другие вещества, те или другие химические процессы (металлургия, стекло, керамика, краски, приготовление пищи, изготовление ткани и бумаги, выделка кожи, микроэлектроника, строительство и т.д.). Физика и химия являются основой для изучения биологии и прикладных наук медицинского направления.

2. Что такое вещества? Вещество- это то из чего состоят тела. В отличии от тела, вещество не имеет формы, размера, массы. Линейка – это тело, она может быть сделана из металла или пластика, но она имеет определенную форму и размеры. Алюминий – это вещество, из него может быть сделана кастрюля или проволока, алюминий не имеет определенной формы и размера.

Например: глина, железо, гвоздь, стекло, стакан, льдина, лед, медь, проволока. Когда речь идет о теле, а когда о веществе?

Вещества имеют дискретное строение, т.е. состоят из мельчайших частиц: атомов, ионов, молекул. Т.е. вещество – это система, единое целое, состоящее из частиц. В зависимости от условий, вещества могут находится в одном из трех агрегатных состояний: жидком, твердом или газообразном. В твердом состоянии частицы находятся близко друг от друга, прочно связаны друг с другом химическими связями, кинетическая энергия у них небольшая; и они могут только колебаться около положения равновесия. В жидком состоянии взаимодействие между частицами слабее, а скорость движения у них больше (температура выше), поэтому частицы движутся хаотически. В газообразном состоянии расстояние между частицами в сотни раз превышает размеры самих частиц, связи между ними отсутствуют и частицы двигаются хаотически с очень большой скоростью. Скорость и характер движения частиц зависит от их массы и строения. Чем больше масса частицы, тем медленнее она двигается (при одинаковой температуре), а значит и переход из твердого состояния в жидкое совершится при более высокой температуре.

Атомы– мельчайшие химически неделимые частицы вещества. Один вид атомов от другого отличается составом и массой. Атомы состоят из элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Вид атомов с определенным числом протонов (определенным зарядом ядра) называется химическим элементом.

В состав вещества может входить и один химический элемент и несколько элементов. Если в состав вещества входит один элемент (т.е. один вид атомов), то его называют простым, а если несколько – то сложным.

большинство веществ образованы мельчайшими электронейтральными частицами, которые имеют определенный состав, соответствующий составу вещества. Эти частицы состоят из атомов и называют молекулы. Молекулы вещества сохраняют не только состав, но и химические свойства вещества. А вот о физических свойствах молекул не говорят, ведь физическими свойствами обладает вся система, состоящая из этих молекул. Но есть вещества, которые состоят из заряженных частиц, они называются ионы. Вещества могут состоять из множества одинаковых или разных атомов, связанных между собой в бесконечные цепи или сети. Тогда вместо слова молекула употребляют понятие «формульная единица». Это условное понятие, с помощью которого можно выразить состав вещества. Но часто, упрощая, и для веществ немолекулярного строения используют понятие «молекула».

Итак, вещества обладают свойствами. Свойства веществ– это признаки по которым вещества похожи или отличаются друг от друга. Какие бывают свойства веществ? Свойства бывают физические и химические. Физические - это агрегатное состояние, внешний вид, температура плавления и плавления, плотность, растворимость и т.д. Именно эти свойства вещества называют, когда дают его краткую характеристику. Физические свойства проявляются в физических явлениях: изменении агрегатного состояния, растворении, передаче тепла и электричества, пропускании света и т.д. При растворении или изменении агрегатного состояния вещество не исчезает, хотя может изменить свой внешний вид. Химические свойства проявляются в процессе превращения одних веществ в другие вещества. Этот процесс превращения одних веществ в другие называют химической реакцией. При физических процессах частицы, из которых образованы вещества не меняют свой состав, меняется только расстояние и характер связи между ними, скорость их движения. При химических реакциях одни частицы разрушаются, а другие образуются, т.е. одни вещества исчезают, а другие появляются. Мы можем судить о протекающем химическом процессе по появлению новых свойств, характерных для других веществ. Появление новых свойств в процессе химической реакции называют признаками химической реакции. Это может быть: появление или растворение осадка, изменение цвета, появление запаха, выделение или поглощение тепла и света и т.д.

Тела могут состоять из чистых веществ или смесей. Чистое вещество имеет определенный состав и свойства (точное значение температуры кипения, плотности, электропроводности и т.д.). Существует Закон постоянства состава веществ: «Вещества имеют одинаковый состав независимо от способа получения и места нахождения в природе». У смесей свойства меняются в широком диапазоне. Почему? Смесь состоит минимум из двух веществ и имеет переменный состав. Состав смеси выражается с помощью массовой или объемной доли вещества в смеси. Вещество, содержащееся в меньшем количестве, называют примесью. Абсолютно чистое вещество - абстрактное понятие, абсолютно чистых веществ в природе не существует. Но содержание примесей в смеси может быть так мало, что не оказывает большого влияния на свойства смеси. И тогда, условно, можно считать такую смесь чистым веществом. Но обычно мы имеем дело именно со смесями. Требования к чистоте вещества зависят от того, где и для чего это вещество используют. В смесях каждое вещество сохраняет свои свойства, поэтому смеси можно разделить на отдельные вещества. Для этого надо использовать разницу в свойствах этих веществ. Чаще всего используют следующие способы разделения смесей: отстаивание или декантация (разница в плотности), фильтрование (разница в размере частиц), выпаривание или перегонку (разница в температуре кипения и плавления).

Вы сейчас прочитали краткое изложение основных положений Атомно-молекулярной теории (АМТ) строения вещества. Именно с этой теории и начинается любой учебник физики и химии, именно с этой теории начались когда-то эти науки.

3. Наука химия, как и все другие науки пользуется своим языком, поэтому необходимо научиться пользоваться этим языком. В каком-то смысле это международный язык общения всех химиков. Химического элемент (определенный вид атомов) условно изображают с помощью химического знака – одной или двух первых букв латинского названия элемента. Названия и символы химических элементов надо знать (1-4 периоды ПС). Т.е. химические знаки – это условное изображение химических элементов. Состав вещества или молекулы условно изображают с помощью молекулярной химической формулы. Т.е., молекулярнаяформула вещества – условная запись состава вещества. Чтобы записать формулу вещества, надо записать символы хим. элементов, которые входят в состав вещества, и указать число атомов каждого элемента в молекуле цифрой после знака хим. элемента (т.е. индексом). Цифра один не пишется, т.е. если индекса нет, то это значит он равен 1, например: О_2, Н₂О, СН₄, Н₂СО_3, Ва, С. Если цифра стоит перед формулой, то она называется коэффициент и обозначает число отдельных структурных частиц (атомов, молекул, ионов и т.д.), например: 2Н, О₂, 12К⁺, 4Н₂О, 3СО₃^-2. Цифра один перед формулой не пишется, т.е. если коэффициента нет, то это значит он равен 1. Или мы имеем множество таких частиц. Какую информацию мы можем извлечь из молекулярной формулы? Например, вы можете сказать: 1) сколько и какие химические элементы входят в состав вещества? 2) о каких частицах идет речь (атомах, молекулах или ионах)? 3) сколько частиц? 4) это простое вещество или сложное? 5) сколько всего атомов этого элемента изображено?

Одним из основных свойств химического элемента является способность его атомов образовывать определенное число связей с атомами других элементов. Такую способность называют валентностью. За единицу валентности принята валентность водорода. Обозначается она римской цифрой над химическим знаком, верхним индексом или после знака в скобках.

Например: О(II), H^I.

Строго говоря, понятием валентность можно пользоваться только для веществ с ковалентной связью, т.е. состоящие из неметаллов. Но в школьной программе это понятие распространяют и на металлы (условно). Формулы многих соединений составляют по валентности и это надо научиться делать быстро и правильно. (см. алгоритм)

Обычно мы пользуемся молекулярными формулами, но, если надо показать строение вещества, связи между атомами изображают в виде черточки. Такие формулы называют структурным формулами. Они дают наглядное представление о порядке связывания атомов друг с другом. Например:

Н-О-Н или Н₂О

По этим структурным формулам формулам можно определить валентность элементов. Но ее можно определить и по молекулярным формулам, учитывая, что у некоторых элементов валентность постоянная, а сумма единиц валентностей одного элемента равна сумме единиц валентностей другого элемента в бинарном соединении. Элементы всегда образующие определенное число связей, т.е. имеющие постоянную валентность, надо знать (Н –I, O – II, Na, K, Ag –I, Ca, Mg, Ba, Zn – II, Al –ш). Можно пользоваться ПС вместо шпаргалки.

Валентность надо научится определять, чтобы правильно называть вещества.