ТЕМА І. ПОЧАТКОВІ ХІМІЧНІ ПОНЯТТЯ

У цьому розділі ви дізнаєтесь...

• у чому полягає відмінність між тілом і речовиною;

• чим відрізняються речовини від матеріалів;

• чим відрізняється залізо від борошна;

• чи можна відокремити цукор від солі;

• із чого складаються речовини;

• чим відрізняються атоми від молекул;

• звідки хіміки дізналися назви елементів;

• яка шпаргалка найкраща на контрольних із хімії;

• як можна спілкуватися з хіміком з племені тумба-юмба;

• як зважити атом;

• чому маси атомів відносні;

• яку інформацію містить хімічна формула;

• чим відрізняється кисень від озону;

• як складають формули речовин;

• як записують хімічні процеси;

• чи багато металів у природі.

§ 4. Речовини та їхні фізичні властивості

Речовина. Матеріал. Тіло

Усі предмети, що оточують нас, називаються фізичними тілами або просто тілами. Тіла можуть бути природними, наприклад, Сонце, камінь, зерно, сніжинка, або створеними людиною — книга, м’яч, ваза, автомобіль. Те, з чого утворене тіло, називають речовиною. Наприклад, цвяхи вироблено із заліза, м’яч — із гуми, вазу — зі скла, свічки — з воску або парафіну. Залізо, гума, скло, парафін — це речовини.

Іноді, описуючи те, з чого зроблене тіло, використовують термін «матеріал». Матеріал — це речовина (або суміш речовин), яка використовується людиною для виготовлення предметів (мал. 30). Наприклад, фундамент будинків (тіло) заливають бетоном (матеріал), а бетон виготовляють із цементу, піску та води (речовин). Часто назви матеріалів і речовин збігаються. Наприклад, для виготовлення цвяхів використовують залізо. У такому випадку «залізо» позначає і матеріал, і речовину.

Мал. 30. Тіла виготовляють із матеріалів, а матеріали — це індивідуальні речовини або їх суміші

Кожне тіло має певні масу, об’єм, густину та властивості, тобто ознаки, за якими воно відрізняється від інших тіл або подібне до них. На малюнку 31 зображені тіла, виготовлені із заліза. Вони відрізняються за формою та розмірами, але мають цілу низку однакових властивостей, зумовлених тим, що всі вони виготовлені з однієї і тієї ж речовини. Отже, фізичні тіла, утворені тією самою речовиною, мають подібні властивості.

Мал. 31. Тіла, виготовлені із заліза. Вони відрізняються за формою та призначенням, але подібні за властивостями: тверді, нерозчинні у воді, сірого кольору, тугоплавкі, проводять електричний струм і мають металічний блиск

Тіла, зображені на малюнку 32, мають однакові форму й об’єм, але виготовлені з різних речовин. Вони мають різний колір, скляна куля — прозора, а залізна має металічний блиск і притягується магнітом. Речовини, з яких виготовлені ці кульки, мають різну густину, тому якщо їх помістити у воду, то кулька з деревини буде плавати на поверхні, а інші потонуть. Гумова і пластмасова пружні, якщо їх кинути на підлогу, вони будуть підстрибувати. А скляна кулька при цьому може розбитися. Отже, фізичні тіла, утворені різними речовинами, можуть мати однакову форму, але вони обов’язково відрізняються за своїми властивостями.

Мал. 32. Тіла однакового розміру і форми, але виготовлені з різних речовин. Їх можна розрізнити за зовнішнім виглядом та властивостями

Фізичні властивості речовин

Властивості речовин — це ознаки, за якими вони відрізняються одна від одної або подібні між собою. Визначивши основні ознаки та відмінності речовин, ми зможемо їх описувати, розрізняти і застосовувати. Дослідити речовину — це означає дізнатися про її властивості. Розрізняють фізичні і хімічні властивості. Фізичні властивості характеризують явища (або процеси), в яких не відбувається перетворення речовин одна на одну.

До фізичних властивостей речовин належать колір, запах, смак, здатність змінювати агрегатний стан (вона характеризується температурою плавлення та кипіння), густина, здатність проводити електричний струм і теплоту, розчинність у воді, пластичність тощо. Наприклад, за звичайних умов вода — це безбарвна рідина без смаку та запаху, яка замерзає при 0 °С, кипить при 100 °С, погано проводить електричний струм, її густина дорівнює 1000 кг/м³.

Деякі фізичні властивості, такі як густину або температуру плавлення, можна виміряти (мал. 33). Відповідні дані для деяких речовин наведено в довідниках (див. Додаток 1). А такі властивості, як колір, запах або смак, визначаються тільки безпосереднім спостереженням, тому їх складно точно описати. Наприклад, комусь із нас море видасться синім, а комусь — зеленим.

Мал. 33. Фізичні властивості води: а — замерзає при 0 °С; б — кипить при 100 °С, температуру замерзання і кипіння можна виміряти термометром; в — вода має густину 1000 кг/м³, її можна виміряти ареометром

Цікаво, що...

Нерідко колір речовини залежить від різних чинників. Так, речовини, що здаються безбарвними (наприклад, лід, скло), унаслідок подрібнення стають білими. Усі бачили мідь — блискучий метал червонуватого кольору, проте якщо його дуже сильно подрібнити, то за кольором він не відрізнятиметься від сухого ґрунту.

Отже, кожній речовині притаманний певний набір властивостей. Звичайно ж, деякі властивості різних речовин можуть бути подібними. Наприклад, і цукор, і кухонна сіль — речовини білого кольору, обидві добре розчинні у воді. Проте цукор плавиться при температурі 185 °С, а кухонна сіль — при 800 °С, крім того, вони відрізняються за смаком. Дві різні речовини не можуть бути подібні одна до одної за всіма властивостями.

Чому ж різні речовини мають різні властивості? Справа в тому, що речовини складаються з дуже дрібних частинок — атомів або молекул. Саме вони визначають усі властивості речовин. Кожна речовина має свій унікальний набір атомів або молекул. Молекули різних речовин не подібні, часто вони відрізняються дуже суттєво, тому й утворені ними речовини відрізняються за властивостями.

Агрегатні стани речовин

Описуючи фізичні властивості речовин, необхідно вказувати їхній агрегатний стан за звичайних умов: твердий, рідкий чи газоподібний. Агрегатний стан не є повною мірою фізичною властивістю речовини — це тільки стан речовини за певних умов.

Кожна речовина може перебувати в різних агрегатних станах. У твердому стані частинки речовини розміщені щільно та закріплені в певних місцях. Вони не можуть пересуватися одна відносно одної, а тільки коливаються навколо точки закріплення (мал. 34а). Тому тверді речовини майже не стискаються, не можуть текти і зберігають надану їм форму. У рідкому стані молекули так само розташовані щільно, але вони вільніші й можуть пересуватися одна відносно одної. Завдяки цьому рідкі речовини також майже не стискаються, але можуть текти і набувати форми посудини, у якій зберігаються (мал. 34б). У газоподібному стані молекули речовини перебувають на великих відстанях одна від одної та вільно рухаються. Унаслідок цього газуваті речовини легко стискаються та розширюються і займають весь об’єм посудини, у якій зберігаються, набуваючи її форми (мал. 34в).

Мал. 34. Будова речовин у різних агрегатних станах: а — тверда речовина; б — рідина; в — газ

При зміні температури і тиску речовина може змінювати свій агрегатний стан. Наприклад, коли на вулиці температура повітря нижча за 0 °С, вода в калюжах перетворюється на лід — замерзає, або, науковою мовою, кристалізується. Під час кипіння вода з рідкого стану переходить у газоподібний. Цей процес називається випаровуванням. А коли водяна пара охолоджується на холодній накривці каструлі, то відбувається зворотний процес — перехід із газоподібного стану в рідкий — конденсація (мал. 35).

Мал. 35. Назви переходів між агрегатними станами речовин

Дізнайтеся більше

Коли говорять про речовини в газоподібному стані, іноді разом з терміном «газ» використовують термін «випари». Випарами називають газ, що утворився внаслідок випаровування твердої або рідкої речовини. Так, у повітрі завжди присутні безбарвні й непомітні для очей випари води — водяна пара. А пара, що виділяється з чайника під час кипіння, складається не тільки з водяної пари, але й з найдрібніших крапель води, що утворюються внаслідок конденсації. У такий самий спосіб утворюються хмари та туман. Більшість речовин у певному діапазоні температури й тиску можуть одночасно перебувати в усіх трьох агрегатних станах. Одна з них — вода — в умовах нашої планети одночасно перебуває у вигляді твердої речовини (льоду), рідкої та газуватої (водяна пара в атмосфері).

ГДЗ до підручника можна знайти тут.