Химические явления в промышленности. Химические явления в повседневной жизни и быту. Химическое происхождение жизни

В отличие от физики, химия является наукой, изучающей структуру, состав и свойства материи, а также ее изменение в результате химических реакций. То есть, объектом изучения химии является химический состав и его изменение в ходе определенного процесса.

Химия, как и физика, имеет множество разделов, каждый из которых изучает определенный класс химических веществ, например, органическая и неорганическая, био- и электрохимия. На достижения этой науки опираются исследования в медицине, биологии, геологии и даже астрономии.

Интересно отметить, что химия, как наука, не признавалась древнегреческими философами из-за ее ориентированности на эксперимент, а также из-за псевдонаучных знаний, которые ее окружали (напомним, что современная химия "родилась" из алхимии). Только с эпохи Возрождения и во многом благодаря работам английского химика, физика и философа Роберта Бойля химию стали воспринимать как полноценную науку.

Примеры физических явлений

Можно привести огромное число примеров, которые подчиняются физическим законам. Например, каждый школьник знает уже в 5 классе физическое явление - движение автомобиля по дороге. При этом не важно, из чего состоит этот автомобиль, откуда он берет энергию, чтобы двигаться, важно лишь то, что он перемещается в пространстве (по дороге) вдоль некоторой траектории с определенной скоростью. Более того, процессы разгона и торможения автомобиля также являются физическими. Движением автомобиля и других твердых тел занимается раздел физики "Механика".

Еще один всем известный пример физических явлений - таяние льда. Лед, будучи твердым состоянием воды, при атмосферном давлении может сколь угодно долго существовать при температурах ниже 0 o C, но, если температуру окружающей среды увеличить хотя бы на долю градуса, либо, если льду непосредственно передать тепло, например, взяв его в руку, то он начнет таять. Этот процесс, который идет с поглощением тепла и изменением агрегатного состояния материи, является исключительно физическим явлением.

Другими примерами физических явлений являются плавание тел в жидкостях, вращение планет по своим орбитам, электромагнитное излучение тел, преломление света при переходе через границу двух разных прозрачных сред, полет снаряда, растворение сахара в воде и другие.

Примеры химических явлений

Как было сказано выше, любые процессы, которые происходят с изменением химического состава тел, принимающих в них участие, изучаются химией. Если возвращаться к примеру с автомобилем, то можно сказать, что процесс сжигания топлива в его двигателе является ярким примером химического явления, поскольку в результате него углеводороды, взаимодействуя с кислородом, приводят к образованию совершенно других продуктов сгорания, основными из которых являются вода и углекислый газ.

К еще одному из ярких примеров рассматриваемого класса явлений относится процесс фотосинтеза в зеленых растениях. Изначально они располагают водой, углекислым газом и солнечным светом, после же завершения фотосинтеза исходных реагентов уже нет, а на их месте образуются глюкоза и кислород.

В общем случае можно говорить, что любой живой организм представляет собой настоящий химический реактор, поскольку в нем происходят огромное количество преобразовательных процессов, например, распад аминокислот и образование из них новых протеинов, перевод углеводородов в энергию для мышечных волокон, процесс дыхания человека, при котором гемоглобин связывает кислород, и многие другие.

Одним из удивительных примеров химических явлений в природе признано холодное свечение светлячков, которое является результатом окисления специального вещества - люциферина.

В технической сфере примером химических процессов является изготовление красителей для одежды и продуктов питания.

Отличия

Чем физические явления отличаются от химических? Ответ на этот вопрос можно понять, если проанализировать приведенную выше информацию об объектах изучения физики и химии. Основным отличием между ними является изменение химического состава рассматриваемого объекта, наличие которого свидетельствует о преобразованиях в нем, в случае же неизменных химических свойствах тела говорят о физическом явлении. Важно не путать перемену в химическом составе и изменение структуры, под которой понимается пространственное расположение атомов и молекул, образующих тела.

Обратимость физических и необратимость химических явлений

В некоторых источниках, при ответе на вопрос, чем физические явления отличаются от химических, можно встретить информацию о том, что физические явления являются обратимыми, а химические - нет, однако, это не совсем верно.

Направление любого процесса можно определить, используя законы термодинамики. Эти законы говорят, что всякий процесс может идти самопроизвольно только в случае уменьшения его энергии Гиббса (уменьшении внутренней энергии и увеличении энтропии). Однако, этот процесс всегда можно обратить вспять, если использовать внешний источник энергии. Для примера скажем, что недавно ученые открыли обратный фотосинтезу процесс, который является химическим явлением.

Этот вопрос был специально вынесен в отдельный пункт, поскольку многие люди считают горение химическим явлением, но это не верно. Однако, считать процесс горения физическим явлением, тоже будет неправильно.

Распространенное явление горения (костер, сгорание топлива в двигателе, газовая конфорка или горелка и т. д.) - это сложный физико-химический процесс. С одной стороны, он описывается цепью химических реакций окисления, но с другой стороны, в результате этого процесса происходит сильное тепловое и световое электромагнитное излучение, а это уже область физики.

Где находится граница между физикой и химией?

Физика и химия - это две разные науки, которые обладают различными методами исследования, при этом физика может быть как теоретической, так и практической, химия же является, в основном, практической наукой. Однако, в некоторых областях эти науки соприкасаются настолько близко, что граница между ними размывается. Ниже приводятся примеры научных отраслей, в которых трудно определить, "где физика, а где химия":

• квантовая механика;
• ядерная физика;
• кристаллография;
• материаловедение;
• нанотехнологии.

Как видно из списка, физика и химия тесно пересекаются, когда рассматриваемые явления имеют атомный масштаб. Такие процессы принято называть физико-химическими. Любопытно отметить, что единственным человеком, который получил Нобелевскую премию по химии и физике одновременно, является Мария Склодовская-Кюри.

Физические изменения не связаны с химическими реакциями и созданием новых продуктов, например, таяние льда. Как правило, такие преобразования являются обра...

От Masterweb

27.08.2018 20:00

Физические изменения не связаны с химическими реакциями и созданием новых продуктов, например, таяние льда. Как правило, такие преобразования являются обратимыми. Кроме примеров физических явлений, в природе и в повседневной жизни встречаются также химические трансформации, при которых образуются новые продукты. Такие химические явления (примеры будут рассмотрены в статье) являются необратимыми.

Химические изменения

Химические изменения можно рассматривать как любое явление, которое позволяет ученым измерять химические свойства. Многие реакции также являются примерами химических явлений. Хотя не всегда легко сказать, что произошло именно химическое изменение, есть некоторые контрольные признаки. Что такое химические явления? Приведем примеры. Это может быть изменение цвета вещества, температуры, образование пузырьков или (в жидкостях) выпадение осадка. Можно привести следующие примеры химических явлений в жизни:

1. Ржавчина на железе.
2. Сжигание древесины.
3. Метаболизм пищи в организме.
4. Смешивание кислоты и щелочи.
5. Приготовление яйца.
6. Переваривание сахара амилазой в слюне.
7. Смешивание в выпечке соды и уксуса для получения газообразного диоксида углерода.
8. Выпекание пирога.
9. Гальванизация металла.
10. Батарейки.
11. Взрыв фейерверков.
12. Гниющие бананы.
13. Образование молочно-кислых продуктов.

И это далеко не весь список. Можно рассмотреть некоторые из этих пунктов более подробно.

Наружный огонь с использованием дерева

Огонь - это тоже пример химического явления. Это быстрое окисление материала в экзотермическом химическом процессе горения, высвобождение тепла, света и различных продуктов реакции. Огонь является горячим, потому что происходит конверсия слабой двойной связи в молекулярном кислороде O2 к более сильным связям в продуктах сгорания углекислого газа и воды. Выделяется большая энергия (418 кДж на 32 г O2); энергии связи топлива играют лишь второстепенную роль здесь. В определенный момент реакции горения, называемой точкой воспламенения, образуются пламя.

Это видимая часть огня, которая состоит в основном из двуокиси углерода, водяного пара, кислорода и азота. Если температура достаточно высокая, газы могут стать ионизированными для получения плазмы. В зависимости от того, какие вещества загораются и какие примеси подаются снаружи, цвет пламени и интенсивность огня будут разными. Огонь в его наиболее распространенной форме может привести к пожару, который может нанести физический ущерб при горении. Огонь является важным процессом, который затрагивает экологические системы по всему миру. Положительные эффекты пожара включают стимулирующий рост и поддержание различных экологических систем.

Ржавчина

Так же, как и огонь, процесс ржавления является также окислительным процессом. Вот только не таким быстропротекающим. Ржавчина представляет собой оксид железа, обычно красный оксид, образованный окислительно-восстановительной реакцией железа и кислорода в присутствии воды или воздуха. Несколько форм ржавчины различаются как визуально, так и спектроскопией и формируются при разных обстоятельствах. Учитывая достаточное время, кислород и воду, всякая масса железа в конечном итоге полностью превращается в ржавчину и разлагается. Поверхностная ее часть является шелушащейся и рыхлой, и она не защищает подстилающее железо, в отличие от образования патины на медных поверхностях.

Такой пример химического явления, как ржавление, является общим термином для коррозии железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы подвергаются аналогичной коррозии, но полученные оксиды обычно не называются ржавчиной. Существуют другие формы этой реакции как результат реакции между железом и хлоридом в среде, лишенной кислорода. Примером может служить арматура, используемая в подводных бетонных столбах, которая генерирует зеленую ржавчину.

Кристаллизация

Еще одним примером химического явления является кристаллический рост. Это процесс, в котором ранее существовавший кристалл становится больше по мере увеличения количества молекул или ионов в их положениях в кристаллической решетке. Кристалл определяется как атомы, молекулы или ионы, расположенные в упорядоченном повторяющемся образце, кристаллической решетке, распространяющейся во всех трех пространственных измерениях. Таким образом, рост кристаллов отличается от роста капли жидкости тем, что во время роста молекулы или ионы должны попадать в правильные положения решетки, чтобы упорядоченный кристалл мог расти.

Когда молекулы или ионы попадают в положение, отличное от положений в идеальной кристаллической решетке, образуются дефекты кристалла. Как правило, молекулы или ионы в кристаллической решетке улавливаются в том смысле, что они не могут двигаться от своих положений, и поэтому рост кристаллов часто необратим, так как когда молекулы или ионы встали на место в растущей решетке, они фиксируются в ней. Кристаллизация является обычным процессом как в промышленности, так и в естественном мире, и кристаллизация обычно понимается как состоящая из двух процессов. Если ранее не существовало кристалла, то новый кристалл должен зарождаться, а затем он должен подвергаться росту.

За последние 200 лет человечество изучило свойства веществ лучше, чем за всю историю развития химии. Естественно, количество веществ так же стремительно растет, это связано, прежде всего, с освоением различных методов получения веществ.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с множеством веществ. Среди них – вода, железо, алюминий, пластмасса, сода, соль и множество других. Вещества, существующие в природе, например, кислород и азот, содержащиеся в воздухе, вещества, растворенные в воде, и имеющие природное происхождение, называются природными веществами. Алюминия, цинка, ацетона, извести, мыла, аспирина, полиэтилена и многих других веществ в природе не существует.

Их получают в лаборатории, и производит промышленность. Искусственные вещества не встречаются в природе, их создают из природных веществ. Некоторые вещества, существующие в природе, можно получить и в химической лаборатории.

Так, при нагревании марганцовки выделяется кислород, а при нагревании мела – углекислый газ. Ученые научились превращать графит в алмаз, выращивают кристаллы рубина, сапфира и малахита. Итак, наряду с веществами природного происхождения существует огромное множество и искусственно созданных веществ, не встречающихся в природе.

Вещества, не встречающиеся в природе, производятся на различных предприятиях: фабриках, заводах, комбинатах и т.п.

В условиях исчерпания природных ресурсов нашей планеты, сейчас перед химиками стоит важная задача: разработать и внедрить методы, при помощи которых можно искусственно, в условиях лаборатории, или промышленного производства, получать вещества, являющиеся аналогами природных веществ. Например, запасы топливных ископаемых в природе на исходе.

Может настать тот момент, когда нефть и природный газ закончатся. Уже сейчас ведутся разработки новых видов топлива, которые были бы такими же эффективными, но не загрязняли окружающую среду. На сегодняшний день человечество научилось искусственно получать различные драгоценные камни, например, алмазы, изумруды, бериллы.

Агрегатное состояние вещества

Вещества могут существовать в нескольких агрегатных состояниях, три из которых вам известны: твердое, жидкое, газообразное. Например, вода в природе существует во всех трех агрегатных состояниях: твердом (в виде льда и снега), жидком (жидкая вода) и газообразном (водяной пар). Известны вещества, которые не могут существовать в обычных условиях во всех трех агрегатных состояниях. Например, таким веществом является углекислый газ. При комнатной температуре это газ без запаха и цвета. При температуре –79°С данное вещество «замерзает» и переходит в твердое агрегатное состояние. Бытовое (тривиальное) название такого вещества «сухой лед» . Такое название дано этому веществу из-за того, что «сухой лед» превращается в углекислый газ без плавления, то есть, без перехода в жидкое агрегатное состояние, которое присутствует, например, у воды.

Таким образом, можно сделать важный вывод. Вещество при переходе из одного агрегатного состояния в другое не превращается в другие вещества. Сам процесс некоего изменения, превращения, называется явлением.

Физические явления. Физические свойства веществ.

Явления, при которых вещества изменяют агрегатное состояние, но при этом не превращаются в другие вещества, называют физическими. Каждое индивидуальное вещество обладает определенными свойствами. Свойства веществ могут быть различными или сходными друг с другом. Каждое вещество описывают при помощи набора физических и химических свойств. Рассмотрим в качестве примера воду. Вода замерзает и превращается в лед при температуре 0°С, а закипает и превращается в пар при температуре +100°С. Данные явления относятся к физическим, так как вода не превратилась в другие вещества, происходит только изменение агрегатного состояния. Данные температуры замерзания и кипения – это физические свойства, характерные именно для воды.

Свойства веществ, которые определяют измерениями или визуально при отсутствии превращения одних веществ в другие, называют физическими

Испарение спирта, как и испарение воды – физические явления, вещества при этом изменяют агрегатное состояние. После проведения опыта можно убедиться, что спирт испаряется быстрее, чем вода – это физические свойства этих веществ.

К основным физическим свойствам веществ можно отнести следующие: агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде, плотность, температура кипения, температура плавления, теплопроводность, электропроводность. Такие физические свойства как цвет, запах, вкус, форма кристаллов, можно определить визуально, с помощью органов чувств, а плотность, электропроводность, температуру плавления и кипения определяют измерением. Сведения о физических свойствах многих веществ собраны в специальной литературе, например, в справочниках. Физические свойства вещества зависят от его агрегатного состояния. Например, плотность льда, воды и водяного пара различна.

Газообразный кислород бесцветный, а жидкий – голубой 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 фиолетовый пар. В большинстве случаев для определения вещества нужно рассматривать несколько его свойств. В качестве примера охарактеризуем физические свойства воды:

• цвет – бесцветная (в небольшом объеме)
• запах – без запаха
• агрегатное состояние – при обычных условиях жидкость
• плотность – 1 г/мл,
• температура кипения – +100°С
• температура плавления – 0°С
• теплопроводность – низкая
• электропроводность – чистая вода электричество не проводит

Кристаллические и аморфные вещества

При описании физических свойств твердых веществ принято описывать структуру вещества. Если рассмотреть образец поваренной соли под увеличительным стеклом, можно заметить, что соль состоит из множества мельчайших кристаллов. В соляных месторождениях можно встретить и весьма крупные кристаллы. Кристаллы – твердые тела, имеющие форму правильных многогранников Кристаллы могут иметь различную форму и размер. Кристаллы некоторых веществ, таких как поваренная соль – хрупкие, их легко разрушить . Существуют кристаллы довольно твердые. Например, одним из самых твердых минералов считается алмаз. Если рассматривать кристаллы поваренной соли под микроскопом, можно заметить, что все они имеют похожее строение. Если же рассмотреть, например, частицы стекла, то все они будут иметь различное строение – такие вещества называют аморфными. К аморфным веществам относят стекло, крахмал, янтарь, пчелиный воск. Аморфные вещества – вещества, не имеющие кристаллического строения

Химические явления. Химическая реакция.

Если при физических явлениях вещества, как правило, лишь изменяют агрегатное состояние, то при химических явлениях происходит превращение одних веществ в другие вещества. Приведем несколько простых примеров: горение спички сопровождается обугливанием древесины и выделением газообразных веществ, то есть, происходит необратимое превращение древесины в другие вещества. Другой пример: со временем бронзовые скульптуры покрываются налетом зеленого цвета. Дело в том, что в состав бронзы входит медь. Этот металл медленно взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, в результате на поверхности скульптуры образуются новые вещества зеленого цвета Химические явления – явления превращений одних веществ в другие Процесс взаимодействия веществ с образованием новых веществ называют химической реакцией. Химические реакции происходят повсеместно вокруг нас. Химические реакции происходят и в нас самих. В нашем организме непрерывно происходят превращения множества веществ, вещества реагируют друг с другом, образуя продукты реакции. Таким образом, в химической реакции всегда есть реагирующие вещества, и вещества, образовавшиеся в результате реакции.

• Химическая реакция – процесс взаимодействия веществ, в результате которого образуются новые вещества с новыми свойствами
• Реагенты – вещества, вступающие в химическую реакцию
• Продукты – вещества, образовавшиеся в результате химической реакции

Химическая реакция изображается в общем виде схемой реакции РЕАГЕНТЫ -> ПРОДУКТЫ

• реагенты – исходные вещества, взятые для проведения реакции;
• продукты – новые вещества, образовавшиеся в результате протекания реакции.

Любые химические явления (реакции) сопровождаются определенными признаками, при помощи которых химические явления можно отличить от физических. К таким признакам можно отнести изменение окраски веществ, выделение газа, образование осадка, выделение тепла, излучение света.

Многие химические реакции сопровождаются выделением энергии в виде тепла и света. Как правило, такими явлениями сопровождаются реакции горения. В реакциях горения на воздухе вещества реагируют с кислородом, содержащимся в воздухе. Так, например, металл магний вспыхивает и горит на воздухе ярким слепящим пламенем. Именно поэтому вспышку магния использовали при создании фотографий в первой половине ХХ века. В некоторых случаях возможно выделение энергии в виде света, но без выделения тепла. Один из видов тихоокеанского планктона способен испускать ярко-голубой свет, хорошо заметный в темноте. Выделение энергии в виде света – результат химической реакции, которая протекает в организмах данного вида планктона.

Итог статьи:

• Существуют две большие группы веществ: вещества природного и искусственного происхождения
• В обычных условиях вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях
• Свойства веществ, которые определяют измерениями или визуально при отсутствии превращения одних веществ в другие, называют физическими
• Кристаллы – твердые тела, имеющие форму правильных многогранников
• Аморфные вещества – вещества, не имеющие кристаллического строение
• Химические явления – явления превращений одних веществ в другие
• Реагенты – вещества, вступающие в химическую реакцию
• Продукты – вещества, образующиеся в результате химической реакции
• Химические реакции могут сопровождаться выделением газа, осадка, тепла, света; изменением окраски веществ
• Горение – сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе химической реакции, сопровождающийся интенсивным выделением тепла и света (пламени)

Окружающий нас мир, при всём его богатстве и многообразии, живёт по законам, которые достаточно легко объяснить с помощью таких наук, как физика и химия. И даже в основе жизнедеятельности такого сложного организма, как человек, лежит не что иное, как химические явления и процессы.

Определения и примеры

Элементарный пример - чайник, поставленный на огонь. Через некоторое время вода начнёт нагреваться, затем закипать. Мы услышим характерное шипение, из горлышка чайника будут вылетать струйки пара. Откуда он взялся, ведь в посуде его изначально не было! Да, но вода, при определённой температуре, начинает превращаться в газ, меняет своё физическое состояние из жидкого на газообразное. Т.е. она осталась всё той же водой, только теперь в виде пара. Это

А химические явления мы увидим, если опустим в кипяток пакетик с чайной заваркой. Вода в стакане или другом сосуде окрасится в красно-коричневый цвет. Произойдёт химическая реакция: под воздействием тепла чаинки начнут запариваться, выделяя цветовые пигменты и вкусовые свойства, присущие этому растению. У нас получится новое вещество - напиток со специфическими, свойственными только ему качественными характеристиками. Если туда же добавим несколько ложек сахара, он растворится (физическая реакция), а чай станет сладким Таким образом, физические и химические явления часто связаны и взаимозависимы. К примеру, если тот же чайный пакетик поместить в холодную воду, реакции не произойдёт, чаинки и вода не будут взаимодействовать, да и сахар растворяться тоже не пожелает.

Таким образом, химические явления - это такие, при которых одни вещества превращаются в другие (вода в чай, вода в сироп, дрова в золу и т.д.) Иначе химическое явление называется химической реакцией.

Физическими называются явления, при которых химический состав вещества остаётся прежним, а изменяется размер тела, форма и т.д. (деформированная пружина, вода, замёрзшая в лёд, ветка дерева, разломанная пополам).

Условия возникновения и протекания

О том, происходят ли химические и физические явления, мы можем судить по некоторым признакам и изменениям, которые наблюдаются у того или иного тела или вещества. Так, большинство химических реакций сопровождается следующими «опознавательными знаками»:

• в результате или при протекании таковой выпадает осадок;
• происходит изменение цвета вещества;
• может выделяться газ, например, угарный при горении;
• происходит поглощение или, наоборот, выделение теплоты;
• возможно излучение света.

Чтобы химические явления наблюдались, т.е. реакции происходили, необходимы некоторые условия:

• реагирующие вещества должны соприкасаться, быть друг с другом в контакте (т.е. ту же заварку нужно насыпать в кружку с кипятком);
• вещества лучше измельчать, тогда реакция будет протекать быстрее, скорее наступит взаимодействие (сахар-песок скорее растворится, растает в горячей воде, чем кусковой);
• чтобы многие реакции могли произойти, нужно изменить температурный режим реагирующих компонентов, охлаждая или нагревая их до некоторой температуры.

Понаблюдать за химическим явлением можно опытным путём. А вот описать его на бумаге можно при помощи химического химической реакции).

Некоторые из этих условий работают и для возникновения физических явлений, например, изменение температуры или непосредственный контакт предметов, тел между собой. Допустим, если ударить достаточно сильно молотком по шляпке гвоздя, он может деформироваться, потерять свою обычную форму. Но она так и останется шляпкой гвоздя. Или же, при включении электролампы в сеть, вольфрамовая нить внутри неё начнёт греться и светиться. Однако вещество, из которого нить сделана, так и останется прежним вольфрамом.

Описание физических процессов и явлений происходит через физические формулы, решение физических задач.

Освоив эту тему, вы сможете:

Понимать суть физических и химических явлений, различать их;

Приводить примеры химических явлений, происходящих в природе и быту;

Наблюдать ход химических реакций по определенным признакам;

Проводить самостоятельно лабораторные опыты, характеризовать их ход, описывать наблюдения, делать выводы;

Формировать навыки и приобретать опыт в экспериментальном исследовании веществ и их свойств.

Вспомните из курса природоведения, что называют явлениями. Перечислите известные вам группы явлений.

Физические и химические явления (превращения). В мире, что нас окружает, происходят постоянные изменения. Как вам уже известно, их называют явлениями.

Изучение в курсе природоведения темы «Мир явлений, в котором живет человек» дало вам возможность шире познакомиться с физическими явлениями - механическими, звуковыми, тепловыми, световыми (рис. 46), магнитными и электрическими и некоторыми их характеристиками.

Приведите примеры вышеперечисленных физических явлений. Подумайте и дайте ответ на вопрос: происходит во время этих явлений разрушение одних веществ и образование других?

Очевидно, что нет. Итак, появление инея на деревьях во влажную, холодную пору, уменьшение содержания воды в водоемах в бездощову погоду и выпадение дождя - это явления, связанные с изменением агрегатного состояния воды вследствие изменения температурных условий в природе.

Рис. 46. Молния

Можно ли такие изменения с превращением воды наблюдать в быту? Как их осуществить?

Вы уже знаете, что иней, водяной пар, вода - это одно и то же вещество, в состав молекулы которой соответствует химическая формула Н 2 О.

При комнатной температуре йод - твердое, кристаллическое, темно-фиолетового цвета со слабым блеском вещество. В случае нагревания кристаллы йода сразу же превращаются в пар насыщенного фиолетового цвета, а охлаждаясь, пар снова кристаллизуется (минуя жидкое состояние). Эти преобразования тоже не связанные с изменением состава вещества: и в твердом, и в газообразном этапе молекулы йода состоит из двух атомов, что соответствует формуле И 2 .

Назовите известные вам из обихода стеклянные изделия.

Производство стеклянных изделий базируется на оказании им различной формы. Состав стекла остается неизменным. Способность некоторых веществ расширяться или сжиматься с изменением температур - это также физические изменения.

Вспомните, какие признаки являются проявлением физических свойств веществ.

Итак, до физических свойств, благодаря которым мы можем наблюдать физические явления, относятся: изменение формы, цвет, запах, вкус, блеск, плотность, электро - и теплопроводность, температуры плавления и кипения, пластичность и тому подобное. Их наличие не меняет состав вещества.

Однако химия изучает химические явления, во время которых разрушаются одни вещества и образуются другие. Например, известное вам из быта явление - горение природного газа, который состоит преимущественно из молекул органического вещества метана СН 4 (рис. 47). Этот процесс происходит при наличии газа кислорода.

Исследуем экспериментально, что же образуется в результате сгорания метана. Проведем демонстрационный опыт и выполним следующие действия.

1. Подержим несколько секунд над пламенем холодный предмет. На нем конденсируются капельки воды. Это означает, что в процессе сгорания метана образуется водяной пар (рис. 48).

Рис. 47. Горения природного газа

Рис. 48. Образование воды

2. Змочимо пробирку известковой водой (раствор извести в воде) и снова подержим некоторое время над пламенем згораючого метана. Стенки пробирки быстро мутнеют. Это признак наличия в продуктах горения углекислого газа.

Итак, в результате взаимодействия метана с кислородом образовалось два вещества: вода и углекислый газ. Иначе говоря, разрушились молекулы метана и кислорода и образовавшиеся молекулы воды и углекислого газа (рис. 49).

Рис. 49. Схема превращений во время горения метана:

а - молекула метана; б - две молекулы кислорода; в - атом Углерода; г - четыре атома Водорода; Г - четыре атома Кислорода; д - молекула углекислого газа; с - две молекулы воды

За нагрев порошка железа с серой образуется сложная кристаллическое вещество - феррум(II) сульфид, что проявляет совершенно иные свойства, чем исходные вещества (рис. 50).

Рис. 50. Схема образования феррум(II) сульфида: а - сера; 6 - железо; в - феррум(II) сульфид

Преобразования, при которых происходит разрушение одних веществ и образование других, называют химическими явлениями или химическими реакциями.

Для строительных нужд используют известь (химическое название кальций гидроксид, формула - Са(ОН) 2 . Чтобы его получить, надо провести две реакции: 1) разложение известняка СаСО 3 (кальций карбонат) с целью получения негашеной извести СаО (кальций оксид) и 2) сочетание кальций оксида с водой (как говорят, «погасить известь»).

Итак, мы видим, что во время протекания химических реакций всегда есть вещества, вступающие в реакцию, и вещества, образующиеся после реакции.

Вещества, вступающие в реакцию, называют исходными веществами, или реагентами, а те вещества, которые образуются после реакции, - продуктами или конечными веществами.

В двух вышеописанных реакциях, имеют большое практическое значение для человека, исходными веществами были: кальций карбонат - в первой, кальций оксид и вода - во второй. Продукты реакций - это кальций оксид и углекислый газ - в первой, кальций гидроксид - во второй. Зная химические формулы исходных веществ и продуктов, ход реакции можно изобразить схемами:

(2)

Стрелка вверх означает выделение газа.

Как вы думаете, физические явления и химические реакции происходят одновременно или взаимосвязано?

Явления, сопровождающие химические реакции. Наукой доказано, что каждая химическая реакция сопровождается одним или несколькими внешними проявлениями. Это дает возможность делать выводы о ходе реакций. Рассмотрим основные из них с помощью демонстрационных опытов.

Изменение окраски веществ

Опыт 1. Для выявления растворов щелочей применяют индикатор фенолфталеин - вещество, которое меняет окраску в щелочной среде. Если к раствору натрий гидроксида долить раствора фенолфталеина, последний изменит свою окраску на малиновую. Добавив к этой смеси соляной кислоты, наблюдать обесцвечивание. Это означает, что кислота нейтрализует щелочь. Ход реакции взаимодействия щелочи с кислотой можно записать так:

NаОH + Hcl → NaCl + Н 2 O (3)

Фенолфталеин был индикатором для выявления протекания реакции.

Опыт 2. Изменение окраски наблюдается при прокаливание медной пластинки в пламени (рис. 51). Медь, которая обычно имеет красный цвет, покрывается черным налетом. Этот налет - новообразованное вещество купрум(ІІ) оксид СиО. Схема реакции будет иметь такой вид:

Рис 51. Прокаливание медной пластины

(4)

Выпадение осадка или его растворение

Опыт 3. Нальем в химический стакан раствор ферум(ІІІ) хлорида. Этот раствор имеет желтую окраску. К нему добавим несколько капель раствора натрий гидроксида (щелочи). Будем наблюдать одновременно два явления - содержимое стакана становится бурым (следовательно, изменилось окраски), а впоследствии бура вещество оседает на дно - образовался осадок (рис. 52). Бура вещество - это новообразованный феррум(III) гидроксид. Схема реакции:

(5)

Стрелка вниз указывает на выпадение во время реакции осадка.

Рис 52. Образование осадка ферум(ІІІ) гидроксида

Опыт 4. Если к свіжодобутого осадка ферум(ІІІ) гидроксида доллємо соляной кислоты, то осадок растворяется с образованием растворимого в воде вещества желтого цвета - феррум(III) хлорида:

(6)

Какая еще признак проявятся во время растворения осадка?

Выделение газа

Некоторые химические превращения сопровождаются образованием (выделением) газа.

Опыт 5. В пробирку, в которую помещено цинковую пластинку, доллємо хлоридную кислоту. Сначала па пластинке образуются маленькие пузырьки (рис. 53), которые впоследствии отрываются от поверхности цинка и выделяются наружу. Это газ водород. Схема реакции:

Zn + НСl → ZnCl 2 + H 2 (7)

Чтобы убедиться, что во время реакции выделяется водород, осторожно зажжем газ. Он загорается на воздухе и горит голубым пламенем. Происходит реакция, представленная схемой:

Н 2 + O 2 → Н 2 O (8)

Рис 53. Образование пузырьков водорода на цинковой пластинке

Выделение тепла и света

Такие реакции известны человечеству со времен их использования. Это горение дров и других видов топлива. Они дали толчок к использованию обогрева помещений, изготовление факелов для освещения помещений, улиц и тому подобное.

Вспомните и назовите, какие вы знаете вещества, вступающие в реакции горения.

Опыт 6. Зажжем спичку или сухую лучину и будем наблюдать, что при этом происходит.

Объясните самостоятельно, какими явлениями сопровождается эта реакция.

Простейшей схемой реакции горения является горение углерода:

С + O 2 → CO 2 (9)

Тепло и свет выделяется не только во время сгорания простых веществ углерода, фосфора, магния, но и сложных. Например, природного газа, спирта.

Поглощение теплоты

Этим явлением сопровождаются все реакции, происходящие при нагревании (реакция меди с кислородом). Наглядным примером поглощения теплоты из окружающей среды с растворение аммоний хлорида NH 4 Cl в воде.

Опыт 7. Стакан с аммоний хлоридом поставим па мокрую подложку и доллємо воды, помешивая содержимое стеклянной палочкой. Во время растворения аммоний хлорид поглощает столько теплоты, что стакан примерзает к подставке (рис. 54).

Рис 54. Растворение аммоний хлорида в воде

Появление запаха

Это высшее ассоциируется с образованием душистых соединений. Например, появление своеобразного запаха свежести после грозы объясняется образованием в воздухе молекул озона О 3 . Реакция заключается в перегруппировке молекул кислорода в молекулы озона за высоких температур во время электрических разрядов. Схематически реакцию можно записать так:

О 2 → О 3 (10)

Опыт 8 (выполняют под тягой). Насыпьте на дно пробирки сухую соль - аммоний хлорид и долейте в нее раствор натрий гидроксида объемом 2-3 мл. Наблюдаются ли изменения? Какими явлениями сопровождается реакция?

Учитывая сказанное выше, приходим к выводу, что химические превращения сопровождаются определенными явлениями; они дают возможность наблюдать внешние проявления течения химических реакций.

Лабораторный опыт 3

Проведение химических реакций

Задача 1. Зажгите спичку, затем зажгите спиртовку. Что наблюдаете?

Задание 2. Положите в пробирку небольшой кусочек мела. Долейте уксуса так, чтобы он покрыл мел. Объясните свои наблюдения.

Задание 3. Налейте в пробирку голубой раствор купрум (ІІ) сульфата объемом 1,5-2 мл. Долейте раствора натрий гидроксида. Что наблюдаете? Произошла ли, на ваш взгляд, химическая реакция?

Задание 4. До осадка, образовавшегося в предыдущем опыте, долейте соляной кислоты. Объясните наблюдения. Обоснуйте их.

Обобщите свои знания о химические реакции.

Методы исследования в химии. В § 4 вы частично ознакомились с методами исследования. Химия как экспериментальная наука в своих исследованиях широко использует метод наблюдения и эксперимент, которые не исключают друг друга, а часто взаимодополняют. Расширим эти сведения.

Наблюдения рассматриваются в науке как целенаправленное, специально организованное восприятия предметов и явлений, обусловленное задачей деятельности. Особенность этого метода заключается в том, что он опирается на работу органов чувств является одним из способов пополнения знаний из окружающего мира. Изучая химию, вы уже убедились, что метод наблюдения применяется при демонстрации учителем объектов и явлений, моделей, схем, диаграмм, таблиц, а также выполнение лабораторных опытов и практических работ. Внешние проявления, сопровождающие химические реакции, в основном выявляют с помощью наблюдения.

Однако между наблюдением и экспериментом существуют различия. Не все явления природы можно наблюдать в пространстве и времени. Если исследуемый объект является недоступным для наблюдения, создают его модель. Такой метод называют моделированием.

Ставя эксперименты, ученые выясняют и устанавливают определенные закономерности.

Вспомните повторяемость свойств элементов в периодической системе.

На основе установленных закономерностей формулируются законы науки, которые подаются словесным или математическим выражением. Для проверки правильности законов ученые выдвигают определенные предположения (гипотезы), которые, в свою очередь, служат созданию теорий. Теория сочетает эксперимент, наблюдения и полученные с их помощью факты. Она же может стать основой для прогнозирования еще не известных науке явлений.

Поэтому, ведя наблюдение за демонстрациями учителя или осуществляя исследовательскую работу во время выполнения лабораторных опытов и практических работ, старайтесь как можно внимательнее наблюдать, связывать наблюдаемые явления с теоретическими выводами и формировать собственное научное видение и толкование всех процессов. Такой подход к изучению химии ставит перед вами очень много вопросов, ответы на которые вы сумеете найти самостоятельно. Где откроет возможность быть уверенными в своих убеждениях и убеждать в них других.

СУММИРУЕМ ИЗУЧЕННОЕ

Химические явления - это явления, во время которых разрушаются одни вещества и образуются другие. Химические явления называют химическими реакциями.

Химические явления сопровождаются определенными внешними проявлениями, по которым делают выводы о ходе реакций. Это: изменение окраски, выпадение осадка, выделение газа, появление запаха, выделение тепла и света.

Вещества, которые вступают в химические реакции, называют исходными или реагентами, а те, что образуются во время реакции, - продуктами или конечными веществами.

Изучение веществ и явлений осуществляется с помощью методов наблюдения, моделирования и эксперимента, на основе которых формируются законы и теории соответствующей науки.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Приведите примеры: а) физических; б) химических явлений, происходящих в природе и тех, что вы наблюдали в лабораторных условиях.

2. Перечислите явления, которые сопровождают химические превращения.

3. Вставьте пропущенные слова, чтобы выражение стало завершенным. Вещества, вступающие в реакцию, называют.... Продуктами реакций называют... , что образуются... реакции.

Химические превращения - это....

4. Классифицируйте явления на физические и химические: горение свечи, изготовление различных изделий из полиэтилена, почернение медной пластинки при нагревании, образование неприятного запаха вследствие протухання яиц, испарения раствора поваренной соли, горение магния, появление капель воды на окнах, скисание молока, разделение смеси порошков железа и серы магнитом, появление росы утром.

5. В схемах обозначьте исходные вещества и продукты реакций. Прочитайте схемы.

а) СО + О 2 -> СО 2 б) Си + O 2 -> СиО

в) Fe + O 2 -> Fe 3 О 4 г) Hg + S → HgS

6. Какие внешние изменения наблюдаются во время таких превращений: а) брожения яблочного сока; б) плавление сахара;

в) ржавления железных изделий; г) подгорание картофеля во время жарки?

7. Проанализируйте, как пополнились ваши знания о явлениях и какие взаимосвязи существуют между ними.

8. Охарактеризуйте методы исследования химии.

9. Объясните, в каких еще естественных науках используются известные вам методы исследования.

ИССЛЕДУЕМ ДОМА

Поместите на дно трех стаканов по 1/4 чайной ложки пищевой соды и долейте по очереди: в первую - сок квашеной капусты, во вторую - сок лимона или раствор лимонной кислоты, в третью - кефир. Что наблюдаете? Объясните наблюдаемые явления.