Раздел 1. Первоначальные химические понятия

Химию начинают изучать с ознакомления с различными веществами, их наименьшими частицами, свойствами. Эта наука, как и математика, биология, физика, другие науки, имеет свои язык, термины, понятия, законы.

От того, насколько успешными будут ваши первые шаги в мире химии, зависят формирование интереса к этой науке и будущие достижения в учебе.

§ 5. Вещества. Атомы, молекулы

Материал параграфа поможет вам:

различать вещества и физические тела;
отличать материалы от других веществ и их смесей;
вспомнить сведения о наименьших частицах вещества — атомах и молекулах.

Вещество. В повседневной жизни мы сталкиваемся со многими веществами. Среди них — вода, сахар, поваренная соль, пищевая сода, лимонная кислота, мел, железо, золото. Этот перечень можно значительно расширить. В сотни раз больше веществ получают и используют химики в лабораториях.

Ныне известно свыше 20 млн веществ. Многие из них встречаются в природе (рис. 25). В воздухе есть различные газы, среди которых преобладают азот и кислород; в реках, морях, океанах — кроме воды, растворенные в ней вещества; в земной коре — многочисленные минералы, руды и др. Большое количество веществ содержится в живых организмах.

Рис. 25. Природные вещества

Алюминия, цинка, ацетона, извести, полиэтилена, многих других веществ в природе нет; их производят на заводах (рис. 26).

Рис. 26. Вещества, полученные человеком

Некоторые вещества, существующие в природе, можно получить из других веществ. Например, при нагревании марганцовки выделяется кислород, а при нагревании мела — углекислый газ. Ученые при высокой температуре и очень большом давлении превращают графит в алмаз. Правда, кристаллы искусственных алмазов очень мелкие и непригодны для изготовления ювелирных украшений. Их используют в бурильных и шлифовальных устройствах, инструментах для обработки металлов и камня.

Неотъемлемым признаком вещества является масса. Световые лучи, электрическое и магнитное поля не имеют массы и потому к веществам не относятся.

Из веществ состоят физические тела. Физическими телами являются, например, капля воды, кристалл минерала, осколок стекла, зерно пшеницы, яблоко, орех, а также предметы, сделанные человеком, — часы, игрушка, книга, бусы и т. п.

Назовите вещества, из которых состоят такие физические тела: льдина, гвоздь, карандаш.

Для веществ или их смесей, используемых в строительстве, для изготовления оборудования, предметов бытового назначения, художественных изделий, существует общее название — материалы (рис. 27). Первыми материалами в истории человечества были те, которые находились в природе, — древесина, камень, глина. Позже люди научились выплавлять железо и другие металлы, производить стекло, известь, цемент. В наше время вместо традиционных материалов все шире используются разнообразные пластмассы.

Рис. 27. Строительные материалы

Из каких материалов могут быть изготовлены ваза, тарелка, стул?

Агрегатные состояния вещества. Известно три агрегатных состояния вещества — твердое, жидкое и газообразное.

При нагревании большинство твердых веществ плавится, а жидкости закипают, превращаясь в пар. Понижение температуры приводит к обратным превращениям. Газы под высоким давлением сжижаются. При всех этих явлениях атомы и молекулы не разрушаются. Таким образом, вещество, изменяя свое агрегатное состояние, не превращается в другое вещество.

Каждый знает о трех агрегатных состояниях воды, которые существуют в природе: лед, вода, водяной пар. Но для сахара, например, известны два агрегатных состояния — твердое и жидкое. При нагревании сахар сначала плавится, затем образовавшаяся жидкость темнеет и появляется неприятный запах. Это свидетельствует о превращении сахара в другие вещества. Следовательно, газообразного состояния для сахара не существует. Графит нельзя расплавить; при температуре 3500 °С он сразу превращается в пар.

Кристаллические и аморфные вещества. Рассматривая поваренную соль¹ и сахар через увеличительное стекло, можем заметить, что многие частицы соли имеют форму куба, а сахара — другую форму, преимущественно тоже правильную, симметричную. Каждая такая частица является кристаллом. Кристалл — это самопроизвольно образованное физическое тело, имеющее плоские грани и прямые ребра. Соль (рис. 28, а) и сахар — кристаллические вещества. К таким веществам относятся лимонная кислота, глюкоза, большинство минералов, металлы и др. Во многих случаях кристаллы веществ очень мелкие. Форма кристалла обусловлена упорядоченным размещением в нем наименьших частиц вещества.

¹ Это вещество, находящееся в подземных залежах, называют каменной солью.

Стекло — не кристаллическое, а аморфное¹вещество. Если его измельчить, то получим бесформенные осколки (рис. 28, б). Аморфными веществами являются крахмал, полиэтилен и др.

Рис. 28. Кристаллическое (а) и аморфное (б) вещества: а — каменная соль; б — стекло

Атомы, молекулы. На уроках природоведения вы узнали о том, что вещества состоят из огромного количества мельчайших, невидимых даже в мощный микроскоп частиц — атомов, молекул.

Атом² — наименьшая частица вещества, которая не имеет электрического заряда и состоит из ядра и движущихся вокруг него электронов.

Ядра атомов заряжены положительно, а электроны имеют отрицательный заряд (рис. 29).

¹ Термин происходит от греческих приставки а- (обозначает отрицание) и слова morphe — форма.

² Слово происходит от греческого atomos — неделимый.

Рис. 29. Модель простейшего атома

Атомы могут отличаться друг от друга по составу (например, по количеству электронов), а также по массе.

Атомами образовано небольшое количество веществ. Среди них — графит, алмаз, некоторые минералы, несколько газов.

Молекула¹ — частица вещества, состоящая из двух или большего количества соединенных атомов.

Газ водород состоит из молекул, в каждой из которых имеется два одинаковых атома (рис. 30, а). В молекуле воды — три атома (рис. 30, б); два из них одинаковые, такие же, как и в молекуле водорода, а третий — иного состава и почти в 16 раз тяжелее.

Рис. 30. Модели молекул: а — водорода; б — воды

Молекулярных веществ большинство. Среди них — почти все газы, органические вещества (за некоторыми исключениями), кислоты и т. д.

Атомы и молекулы в газах и жидкостях беспорядочно движутся, а в твердых веществах находятся в определенных «позициях», испытывая незначительные колебания.

¹ Слово происходит от латинского слова moles (масса), уменьшительного суффикса cula и в переводе означает «маленькая масса».

Выводы

Физические тела состоят из веществ. Неотъемлемый признак вещества — масса.

Большинство веществ могут находиться в трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном.

Вещества и их смеси, используемые в строительстве, для изготовления оборудования, разных предметов, называют материалами.

Атом — наименьшая частица вещества, которая не имеет электрического заряда и состоит из ядра и движущихся вокруг него электронов.

Молекула — частица вещества, состоящая из двух или большего количества соединенных атомов.

26. Выберите среди приведенных слов и словосочетаний те, которые относятся к веществам: стол, медь, пластмассовая бутылка, спирт, газета, сахар, водяной пар, серебряная цепочка.

27. Найдите соответствие:

Вещество