Человек всегда стремился отыскать материалы, которые не оставляют никаких шансов своим конкурентам. Издревле учёные искали самые твердые материалы в мире , самые лёгкие и самые тяжелые. Жажда открытий привела к открытию идеального газа и идеально чёрного тела. Представляем вам самые удивительные вещества в мире.
1. Самое черное вещество
Самое чёрное вещество в мире называется Vantablack и состоит из совокупности углеродных нанотрубок (см. углерод и его аллотропные модификации). Проще говоря, материал состоит из бесчисленного множества «волосков», попав в которые, свет отскакивает от одной трубки к другой. Таким образом поглощается около 99,965% светового потока и лишь ничтожная часть отражается обратно наружу.
Открытие Vantablack открывает широкие перспективы применения этого материала в астрономии, электронике и оптике.
2. Самое горючее вещество
Трифторид хлора является самым горючим веществом из когда-либо известных человечеству. Является сильнейшим окислителем и реагирует практически со всеми химическими элементами. Трифторид хлора способен прожечь бетон и легко воспламеняет стекло! Применение трифторида хлора практически невозможно из-за его феноменальной воспламеняемости и невозможности обеспечить безопасность использования.
3. Самое ядовитое вещество
Самый сильный яд — это ботулотоксин. Мы знаем его под названием ботокс, именно так он называется в косметологии, где нашел свое основное применение. Ботулотоксин — это химическое вещество, которое выделяют бактерии Clostridium botulinum. Помимо того, что ботулотоксин — самое ядовитое вещество, так он ещё и обладает самой большой молекулярной массой среди белков. О феноменальной ядовитости вещества говорит тот факт, что достаточно всего 0,00002 мг мин/л ботулотоксина, чтобы на полдня сделать зону поражения смертельно опасной для человека.
4. Самое горячее вещество
Это, так называемый, кварк-глюонная плазма. Вещество было создано с помощью столкновением атомов золота при почти световой скорости. Кварк-глюонная плазма имеет температуру 4 триллиона градусов Цельсия. Для сравнения, этот показатель выше температуры Солнца в 250 000 раз! К сожалению, время жизни вещества ограничено триллионной одной триллионной секунды.
5. Самая едкая кислота
В этой номинации чемпионом становится фторидно-сурьмяная кислота H. Фторидно-сурьмяная кислота в 2×10 16 (двести квинтиллионов) раз более едкая, чем серная кислота. Это очень активное вещество, которое может взорваться при добавлении небольшого количества воды. Испарения этой кислоты смертельно ядовиты.
6. Самое взрывоопасное вещество
Самое взрывоопасное вещество — гептанитрокубан. Он очень дорогой и применяется лишь для научных исследований. А вот чуть менее взрывоопасный октоген успешно применяется в военном деле и в геологии при бурении скважин.
7. Самое радиоактивное вещество
«Полоний-210» — изотоп полония, который не существует в природе, а изготавливается человеком. Используется для создания миниатюрных, но в тоже время, очень мощных источников энергии. Имеет очень короткий период полураспада и поэтому способен вызывать тяжелейшую лучевую болезнь.
8. Самое тяжёлое вещество
Это, конечно же, фуллерит. Его твердость почти в 2 раза выше, чем у натуральных алмазов. Подробнее о фуллерите можно прочитать в нашей статье Самые твердые материалы в мире .
9. Самый сильный магнит
Самый сильный магнит в мире состоит из железа и азота . В настоящее время, широкой общественности недоступны детали об этом веществе, однако уже сейчас известно, что новый супер-магнит на 18% мощнее самых сильных магнитов применяющихся сейчас — неодимовых. Неодимовые магниты изготавливаются из неодима, железа и бора.
10. Самое текучее вещество
Сверхтекучий Гелий II почти не имеет вязкости при температурах близких к абсолютному нулю. Этим свойством обусловлено его уникальное свойство просачиваться и выливаться из сосуда, изготовленного из любого твёрдого материала. Гелий II имеет перспективы использования в качестве идеального термопроводника, в котором не рассеивается тепло.
Основной вопрос, на который должен знать ответ человек для правильного понимания картины мира - что такое вещество в химии. Данное понятие формируется ещё в школьном возрасте и направляет ребёнка в дальнейшем развитии. Приступая к изучению химии важно найти точки соприкосновения с ней на бытовом уровне, это позволяет наглядно и доступно разъяснить те или иные процессы, определения, свойства и т.д.
К сожалению, в силу неидеальности системы образования, многие упускают некоторые фундаментальные азы. Понятие «вещество в химии» - это своего рода краеугольный камень, своевременное усвоение данного определения даёт человеку правильный старт в последующем развитии в области естествознания.
Формирование понятия
Перед тем как перейти к понятию вещества, необходимо определить, чем является предмет химии. Вещества - это то, что непосредственно изучает химия, их взаимные превращения, строение и свойства. В общем понимании вещество - это то, из чего состоят физические тела.
Итак, в химии? Сформируем определение путём перехода от общего понятия к чисто химическому. Вещество - это определённый обязательно имеющий массу, которую можно измерить. Данная характеристика отличает вещество от другого вида материи - поля, которое массы не имеет (электрическое, магнитное, биополе и т.д.). Материя, в свою очередь, - это то, из чего созданы мы и всё, что нас окружает.
Несколько другая характеристика материи, определяющая то, из чего конкретно она состоит - это уже предмет химии. Вещества сформированы атомами и молекулами (некоторые ионами), а значит любая субстанция, состоящая из этих формульных единиц, и есть вещество.
Простые и сложные вещества
После усвоения базового определения можно перейти к его усложнению. Вещества бывают различных уровней организации, то есть простые и сложные (или соединения) - это самое первое деление на классы веществ, химия имеет множество последующих разделений, подробных и более сложных. Эта классификация, в отличие от многих других, имеет строго определённые границы, каждое соединение можно чётко отнести к одному из видов, взаимоисключающих друг друга.
Простое вещество в химии - это соединение, состоящее из атомов только одного элемента из периодической таблицы Менделеева. Как правило, это бинарные молекулы, то есть состоящие из двух частиц, соединённых посредством ковалентной неполярной связи - образования общей неподелённой электронной пары. Так, атомы одного и того же химического элемента имеют идентичную электроотрицательность, то есть способность удерживать общую электронную плотность, поэтому она не смещена ни к одному из участников связи. Примеры простых веществ (неметаллы) - водород и кислород, хлор, йод, фтор, азот, сера и т.д. Из трёх атомов состоит молекула такого вещества, как озон, а из одного - всех благородных газов (аргона, ксенона, гелия и т.д.). В металлах (магнии, кальции, меди т.д.) существует свой собственный тип связи - металлический, осуществляющийся за счёт обобществления свободных электронов внутри металла, а образования молекул как таковых не наблюдается. При записи вещества металла указывается просто символ химического элемента без каких-либо индексов.
Простое вещество в химии, примеры которого были приведены выше, отличается от сложного качественным составом. Химические соединения образованы атомами разных элементов, от двух и более. В таких веществах имеет место ковалентный полярный или ионный тип связывания. Так как разные атомы имеют отличающуюся электроотрицательность, то при образовании общей электронной пары происходит её сдвиг в сторону более электроотрицательного элемента, что приводит к общей поляризации молекулы. Ионный тип - это крайний случай полярного, когда пара электронов полностью переходит к одному из участников связывания, тогда атомы (или их группы) превращаются в ионы. Чёткой границы, между этими типами нет, ионную связь можно интерпретировать как ковалентную сильно полярную. Примеры сложных веществ - вода, песок, стекло, соли, оксиды и т.д.
Модификации веществ
Вещества, именуемые простыми, на самом деле имеют уникальную особенность, которая не присуща сложным. Некоторые химические элементы могут образовывать несколько форм простого вещества. В основе всё так же лежит один элемент, но количественный состав, строение и свойства кардинально отличают такие образования. Эта особенность имеет название аллотропии.
Кислород, сера, углерод и другие элементы имеют несколько Для кислорода - это О 2 и О 3 , углерод даёт четыре типа веществ - карбин, алмаз, графит и фуллерены, молекула серы бывает ромбической, моноклинной и пластической модификации. Такое простое вещество в химии, примеры которого не ограничены вышеперечисленными, имеет огромное значение. В частности, фуллерены используются как полупроводники в технике, фоторезисторы, добавки для роста алмазных плёнок и в других целях, а в медицине это мощнейшие антиоксиданты.
Что происходит с веществами?
Каждую секунду внутри и вокруг происходит превращение веществ. Химия рассматривает и объясняет те процессы, которые идут с качественным и/или количественным изменением состава реагирующих молекул. Параллельно, часто взаимосвязано протекают и физические превращения, которые характеризуются лишь изменением формы, цвета веществ или агрегатного состояния и некоторых других характеристик.
Химические явления - это реакции взаимодействия различных видов, например, соединения, замещения, обмена, разложения, обратимые, экзотермические, окислительно-восстановительные и т.д., в зависимости от изменения интересующего параметра. К относят: испарение, конденсацию, сублимацию, растворение, замерзание, электропроводимость и т.д. Часто они сопровождают друг друга, например, молния во время грозы - это физический процесс, а выделение под её действием озона - химический.
Физические свойства
Вещество в химии - это материя, которой присущи определённые физические свойства. По их наличию, отсутствию, степени и интенсивности можно спрогнозировать, как вещество поведёт себя в тех или иных условиях, а также объяснить некоторые химические особенности соединений. Так, например, высокие температуры кипения органических соединений, в которых есть водород и электроотрицательный гетероатом (азот, кислород и т.д.), свидетельствуют о том, что в веществе проявляется такой химический тип взаимодействия, как водородная связь. Благодаря знанию о том, какие вещества имеют наилучшую способность проводить электрический ток, кабеля и провода электропроводки изготавливаются именно из определённых металлов.
Химические свойства
Установлением, исследованием и изучением другой стороны медали свойств занимается химия. с её точки зрения - это их реакционная способность к взаимодействию. Некоторые вещества крайне активны в этом смысле, например, металлы или любые окислители, а другие, благородные (инертные) газы, при нормальных условиях в реакции практически не вступают. Химические свойства можно активировать или пассивировать при необходимости, иногда это не связано с особыми трудностями, а в некоторых случаях приходится нелегко. Учёные проводят многие часы в лабораториях, методом проб и ошибок добиваясь поставленных целей, иногда и не достигают их. Изменяя параметры окружающей среды (температуру, давление и т.д.) или применяя специальные соединения - катализаторы или ингибиторы - можно повлиять на химические свойства веществ, а значит и на ход реакции.
Классификация химических веществ
В основе всех классификаций лежит разделение соединений на органические и неорганические. Главный элемент органики - это углерод, соединяясь друг с другом и гидрогеном, атомы карбона образуют углеводородный скелет, который после заполняется другими атомами (кислородом, азотом, фосфором, серой, галогенами, металлами и другими), замыкается в циклы или разветвляется, обосновывая тем самым большое разнообразие органических соединений. На сегодняшний день науке известны 20 миллионов таких веществ. В то время как минеральных соединений всего лишь полмиллиона.
Каждое соединение индивидуально, но имеет и множество похожих черт с другими в свойствах, строении и составе, на этой основе происходит группировка в классы веществ. Химия имеет высокий уровень систематизации и организации, это точная наука.
Неорганические вещества
1. Оксиды - бинарные соединения с кислородом:
а) кислотные - при взаимодействии с водой дают кислоту;
б) основные - при взаимодействии с водой дают основание.
2. Кислоты - вещества, состоящие из одного или нескольких протонов водорода и кислотного остатка.
3. Основания (щёлочи) - состоят из одной или нескольких гидроксильных групп и атома металла:
а) амфотерные гидроксиды - проявляют свойства и кислот и оснований.
4. Соли - результат между кислотой и щелочью (растворимым основанием), состоят из атома металла и одного или нескольких кислотных остатков:
а) кислые соли - анион кислотного остатка имеет в составе протон, результат неполной диссоциации кислоты;
б) основные соли - с металлом связана гидроксильная группа, результат неполной диссоциации основания.
Органические соединения
Классов веществ в органике великое множество, такой объём информации сложно сразу запомнить. Главное, знать основные разделения на алифатические и циклические соединения, карбоциклические и гетероциклические, предельные и непредельные. Также углеводороды имеют множество производных, в которых атом гидрогена замещён на галоген, кислород, азот и другие атомы, а так же функциональные группы.
Вещество в химии - это основа сущестования. Благодаря органическому синтезу человек на сегодняшний день имеет огромное количество искусственных веществ, заменяющих натуральные, а также не имеющих аналогов по своим характеристикам в природе.
по своему значению близко понятию материя, но не равнозначно ему полностью. В то время как со словом "материя" преимущественно связываются представления о грубой, инертной, мертвой действительности, в которой господствуют исключительно механические законы, вещество является "материалом", который благодаря получению формы вызывает мысли об оформленности, жизненной пригодности, облагораживании. См. Гешталъткачества.
Отличное определение
Вещество
по вид материи. Совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя.
Описание "вид" - морфологическое, правильное, но нас оно удовлетворить не может, так как это чисто классификационное деление, которому в реальности, в первом приближении, ничего не соответствует.
Существует гипотеза, что материя в "чистом виде"- вакуум (первый объект). Тогда: вещество - один из объектов (пятый объект) материального мира; материя в форме стоячей волны образует элементарную частицу (электрон, позитрон, протон, нейтрон и т.д.) - четвертый объект, в форме бегущей волны - фотон (третий объект), а их совокупность атом - вещество. Второй объект - поле (напряжение вакуума, подобное механическому напряжению пружины).
Здесь можно пофантазировать: есть вакуум (первый объект) и еще нечто (нулевой объект), например, апейрон, Вселенский разум, Бог и т.п., то есть то, что находится за пределами восприятия из нашего Мира и взаимодействие которого с вакуумом дает поле и вещество, дальнейшее развитие (движение и превращение) которых создает все многообразие Мира, в том числе и Жизнь. Эта фантазия несколько противоречит системе взглядов на Мир, в основе которой находится понятие материя, как вещь, "доступная нашему наблюдению".
Другой вариант: вещество, поле и вакуум - различные состояния материи (аналогично тому, как вода может пребывать в различных состояниях: газ, жидкость, твердое тело).
Вакуум - невозмущенное состояние, поле - напряженное состояние, вещество - колеблющееся состояние. Развивая мысль дальше, получим: неподвижная материя - вакуум, движущаяся в ней волна напряжения - поле, фотон, движущийся пакет стоячих волн - вещество.
Неполное определение ↓
Что такое вещество – один из тех вопросов, ответ на который вроде бы ясен, но с другой стороны – попробуй-ка ответь! На первый взгляд всё просто: вещество – это то, из чего состоят тела… как-то неопределённо получилось. Попробуем разобраться.
Для простоты начнём с понятия ещё более сложного и абстрактного – материя. На сегодняшний день считается, что материя – это объективная реальность, существующая в пространстве и изменяющаяся во времени.
Реальность эта существует в двух формах. Одна из этих форм обладает волновой природой: невесомость, непрерывность, проницаемость, способность распространяться со скоростью света. Природа другой формы – корпускулярная: она обладает массой покоя, состоит из локализованных частиц (атомных ядер и электронов), малопроницаема (а в некоторых случаях непроницаема вообще), и до скорости света ей далеко. Первая форма существования материи называется полем, вторая веществом.
Тут следует оговориться: такое чёткое разделение проводилось в XIX веке, позднее – с открытием корпускулярно-волнового дуализма – пришлось поставить это под сомнение. Оказалось, что у поля и вещества намного больше общего, чем можно было предполагать, ведь даже электрон демонстрирует свойства и частицы, и волны! Впрочем, проявляется это в микромире, на уровне элементарных частиц, в макромире – на уровне тел – это неочевидно, так что разделение на вещество и поле вполне подходит.
Но вернёмся к нашему веществу. Как все мы помним со школьной скамьи, оно может существовать в трёх состояниях. Одно из них – твёрдое: молекулы практически неподвижны, сильно притягиваются друг к другу, поэтому тело сохраняет форму. Другое – жидкое: молекулы могут перемещаться с места на место, тело принимает форму сосуда в котором находится, не имея собственной формы. И наконец – газообразное: хаотичное движение молекул, слабая связь между ними, как следствие – отсутствие не только формы, но и объема: газ заполнит ёмкость любого объёма, распределившись по ней. В таких состояниях может находиться любое вещество, вопрос только в том, какие условия для этого нужны – например, металлический водород, имеющийся на Юпитере, на Земле пока не удаётся получить даже в лаборатории.
Но есть и четвёртое состояние вещества – плазма. Это ионизированный газ – т.е. газ, в котором наряду с нейтральными атомами присутствуют положительно и отрицательно заряженные частицы – ионы (атомы, лишившиеся части электронов) и электроны, при этом количество положительно и отрицательно заряженных частиц уравновешивает друг друга – это называется квазинейтральностью. Такое состояние вещества возможно при очень высокой температуре – счёт идёт на тысячи кельвинов. Напрашивается вопрос: если плазма – ионизированный газ, почему её надо считать четвёртым состоянием вещества, почему нельзя рассматривать как разновидность газа?
Оказывается, нельзя! По некоторым свойствам плазма противоположна газу. Газы обладают крайне низкой электрической проводимостью, а плазма – высокой. Газы состоят из частиц, подобных друг другу, которые крайне редко сталкиваются, а плазма – из частиц, различающихся по электрическому заряду, постоянно взаимодействующих друг с другом.
Если вам трудно представить, что такое плазма, не расстраивайтесь: вы видите её каждый день, а если повезёт, то и каждую ночь, ведь именно из неё состоят звёзды, в том числе и наше Солнце! Человек тоже научился её использовать: в светящихся вывесках «работает» именно неоновая или аргоновая плазма!
Таким образом, можно с уверенностью говорить не о трёх, а о четырёх состояниях вещества… не об этом ли догадывались философы древности, говоря о четырёх элементах бытия: «земля» (твёрдое), «вода» (жидкое), «воздух» (газообразное), «огонь» (плазма)? А мы, неразумные потомки, всё ищем в этом какую-то мистику!
Относительная молекулярная масса - масса (а. е. м.) 6,02 × 10 23 молекул сложного вещества. Численно равна молярной массе, но отличается размерностью.
- Атомы в молекулах соединены друг с другом в определённой последовательности. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами.
- Соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью.
- Свойства веществ зависят не только от их состава, но и от «химического строения», то есть от порядка соединения атомов в молекулах и характера их взаимного влияния. Наиболее сильно влияют друг на друга атомы, непосредственно связанные между собой.
Тепловой эффект реакции - это теплота, которая выделяется или поглощается системой при течении в ней химической реакции. В зависимости от того, происходит реакция с выделением теплоты или сопровождается поглощением теплоты, различают экзо-и эндотермические реакции. К первым, как правило, относятся все реакции соединения, а ко вторым - реакции разложения.
Скорость химической реакции - изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.
Внутренняя энергия системы - суммарная энергия внутренней системы, включающая энергию взаимодействия и движения молекул, атомов, ядер, электронов в атомах, внутриядерную и другие виды энергии, кроме кинетической и потенциальной энергии системы, как целого.
Стандартная энтальпия (теплота) образования сложного вещества - тепловой эффект реакции образования 1 моля этого вещества из простых веществ, находящихся в устойчивом агрегатном состоянии при стандартных условиях (= 298 К и давлении 101 кПа).