Основні поняття хімії. Індивідуальні речовини та суміші

за своїм значенням близьке до поняття матерія, але не рівнозначно йому повністю. У той час як зі словом "матерія" переважно пов'язуються уявлення про грубу, інертну, мертву дійсності, в якій панують виключно механічні закони, речовина є "матеріалом", який завдяки отриманню форми викликає думки про оформленість, життєву придатність, облагороджування. Див Гештал'ткацтва.

Відмінне визначення

Неповне визначення ↓

Речовина

за виглядом матерії. Сукупність дискретних утворень, що мають масу спокою.

Опис "вигляд" - морфологічне, правильне, але нас воно задовольнити не може, тому що це суто класифікаційний поділ, якому насправді, в першому наближенні, нічого не відповідає.

Існує гіпотеза, що матерія в "чистому вигляді" - вакуум (перший об'єкт). Тоді: речовина – один із об'єктів (п'ятий об'єкт) матеріального світу; матерія у формі стоячої хвилі утворює елементарну частинку (електрон, позитрон, протон, нейтрон і т.д.) - четвертий об'єкт, у формі хвилі, що біжить, - фотон (третій об'єкт), а їх сукупність атом - речовина. Другий об'єкт - поле (напруга вакууму, подібне до механічної напруги пружини).

Тут можна пофантазувати: є вакуум (перший об'єкт) та ще щось (нульовий об'єкт), наприклад, апейрон, Вселенський розум, Бог тощо, тобто те, що знаходиться за межами сприйняття з нашого Світу та взаємодія якого з вакуумом дає поле та речовина, подальший розвиток (рух та перетворення) яких створює все різноманіття Світу, в тому числі і Життя. Ця фантазія дещо суперечить системі поглядів на Світ, в основі якої знаходиться поняття матерія, як річ, "доступна нашому спостереженню".

Інший варіант: речовина, поле та вакуум - різні стани матерії (аналогічно тому, як вода може перебувати в різних станах: газ, рідина, тверде тіло).

Вакуум - незбурений стан, поле - напружений стан, речовина - стан, що коливається. Розвиваючи думку далі, отримаємо: нерухома матерія - вакуум, хвиля напруги, що рухається в ній, - поле, фотон, пакет стоячих хвиль, що рухається, - речовина.

Неповне визначення ↓

Хімічний елемент, проста та складна речовина, алотропія. Відносна атомна та молекулярна маси, моль, молярна маса. Валентність, ступінь окиснення, хімічний зв'язок, структурна формула.


Практикум: Розрахунки за хімічними формулами, хімічними рівняннями. Розв'язання задач на знаходження хімічної формули речовини. Розв'язання задач із використанням поняття «молярна маса». Обчислення за хімічними рівняннями, якщо одна з речовин взята в надлишку, якщо одна речовина містить домішки. Розв'язання завдань визначення виходу продукту реакції.


Хімія - це наука про речовини, їх властивості та перетворення, що відбуваються в результаті хімічних реакцій, а також про фундаментальні закони, яким ці перетворення підкоряються. Оскільки всі речовини складаються з атомів, які завдяки хімічним зв'язкам здатні формувати молекули, то хімія займається переважно вивченням взаємодій між атомами і молекулами, отриманими в результаті таких взаємодій.


Хімічний елемент - певний вид атома, що має назву, порядковий номер, і положення в таблиці Менделєєва називають хімічним елементом. В даний час відомо 118 хімічних елементів, закінчуючи Uuo (Ununoctium – Унуноктій). Кожен елемент позначений символом, який представляє одну або дві літери з його латинської назви (водень позначений літерою H – першою літерою його латинської назви Hydrogenium).


Речовина - вид матерії з певними хімічними та фізичними властивостями. Сукупність атомів, атомних частинок чи молекул, що у певному агрегатному стані. З речовин складаються фізичні тіла (мідь – речовина, а мідна монета – фізичне тіло).


Проста речовина – речовина, що складається з атомів одного хімічного елемента: водень, кисень тощо.


Складна речовина – речовина, що складається з атомів різних хімічних елементів: кислоти, вода та ін.


Алотропія - це здатність деяких хімічних елементів існувати у вигляді двох або декількох простих речовин, різних за будовою та властивостями. Наприклад: алмаз і вугілля складаються з одного й того самого елемента - вуглецю.

Відносна атомна маса. Відносною атомною масою елемента називають відношення абсолютної маси атома до 1/12 частини абсолютної маси атома ізотопу вуглецю 12С. Позначають відносну атомну масу елемента символом Аr, де r - Початкова літера англійського слова relative (відносний).


Відносна молекулярна маса. Відносною молекулярною масою Мr називають відношення абсолютної маси молекули до 1/12 маси атома ізотопу вуглецю 12С.


Зверніть увагу на те, що відносні маси за визначенням є безрозмірними величинами.


Таким чином, мірою відносних атомних та молекулярних мас обрано 1/12 частину маси атома ізотопу вуглецю 12С, яка називається атомною одиницею маси (а.е.м.):


Міль. У хімії надзвичайне значення має особлива величина – кількість речовини.


Кількість речовини визначається кількістю структурних одиниць (атомів, молекул, іонів або інших частинок) цієї речовини, вона позначається зазвичай n і виражається в молях (моль).


Моль - це одиниця кількості речовини, що містить стільки ж структурних одиниць даної речовини, скільки атомів міститься в 12 г вуглецю, що складається тільки з ізотопу 12С.


Число Авогадро. Визначення моля базується на числі структурних одиниць, що містяться у 12 г вуглецю. Встановлено, що маса вуглецю містить 6,02× 1023 атомів вуглецю. Отже, будь-яка речовина кількістю 1 моль містить 6,02×1023 структурних одиниць (атомів, молекул, іонів).


Число частинок 6,02 × 1023 називається числом Авогадро або постійною Авогадро і позначається NA:


N A = 6,02 × 10 23 моль -1


Молярна маса. Для зручності розрахунків, які проводяться на підставі хімічних реакцій та враховують кількість вихідних реагентів та продуктів взаємодії в молях, вводиться поняття молярної маси речовини.


Молярна маса M речовини є відношенням його маси до кількості речовини:
де г - маса в грамах, n - кількість речовини в молях, М - молярна маса в г/моль - постійна величина кожної даної речовини.
Значення молярної маси чисельно збігається із відносною молекулярною масою речовини або відносною атомною масою елемента.


Валентність – здатність атомів хімічних елементів утворювати певну кількість хімічних зв'язків з атомами інших елементів або кількість зв'язків, які може утворювати речовину.


Ступінь окислення (окислювальне число, формальний заряд) - допоміжна умовна величина для запису процесів окислення, відновлення та окислювально-відновних реакцій, чисельна величина електричного заряду, що приписується атому в молекулі в припущенні, що електронні пари, що здійснюють зв'язок, повністю зміщені у бік більш атомів.
Уявлення про рівень окислення покладено основою класифікації та номенклатури неорганічних сполук.


Ступінь окислення відповідає заряду іона або формальному заряду атома в молекулі або у формульній одиниці, наприклад:


Na + Cl - , Mg 2+ Cl 2 - , N -3 H 3 - , C +2 O -2 , C +4 O 2 -2 , Cl + F - , H + N +5 O -2 3 , C -4 H 4 + K +1 Mn +7 O -2 4 .


Ступінь окиснення вказується зверху над символом елемента. На відміну від вказівки заряду іона, при вказівці ступеня окислення першим ставиться знак, а потім чисельне значення, а чи не навпаки.


H + N +3 O -2 2 - ступінь окислення, H + N 3 + O 2-2 - заряди.


Ступінь окислення атома в простій речовині дорівнює нулю, наприклад:


O 0 3, Br 0 2, C 0 .


Алгебраїчна сума ступенів окислення атомів у молекулі завжди дорівнює нулю:


H + 2 S +6 O -2 4 , (+1 2) + (+6 1) + (-2 4) = +2 +6 -8 = 0


Хімічний зв'язок, взаємне тяжіння атомів, що призводить до утворення молекул та кристалів. Прийнято говорити, що у молекулі чи кристалі між сусідніми атомами існують хімічні зв'язку. Хімічний зв'язок визначається взаємодією між зарядженими частинками (ядрами та електронами). Основні характеристики хімічного зв'язку – міцність, довжина, полярність.

Властивості - сукупність ознак за якими одні речовини відрізняються від інших, вони бувають хімічними та фізичними.


Фізичні властивості - ознаки речовини, при характеристиці яких речовина не змінює свій хімічний склад. (Щільність, агрегатний стан, температури плавлення і кипіння і т.п.)


Хімічні властивості - здатність речовин взаємодіяти з іншими речовинами або зміняться під дією певних умов. Результатом є перетворення однієї речовини або речовин на інші речовини.


Фізичні явища – нові речовини не утворюються.
Хімічні явища - нова речовина утворюється.

У житті нас оточують різноманітні тіла та предмети. Наприклад, у приміщеннях це вікно, двері, стіл, лампочка, чашка, на вулиці – автомобіль, світлофор, асфальт. Будь-які тіла чи предмети складаються з речовини. У цій статті йтиметься про те, що така речовина.

Що таке хімія?

Вода є незамінним розчинником та стабілізатором. Вона має сильну теплоємність і теплопровідність. Водне середовище сприятливе для протікання основних хімічних реакцій. Вона характеризується прозорістю та практично стійка до стиску.

Чим відрізняються неорганічні та органічні речовини?

Особливо сильних зовнішніх відмінностей між цими двома групами речовин немає. Головна відмінність полягає в будові, де неорганічні речовини мають немолекулярну будову, а органічні - молекулярну.

Неорганічні речовини мають немолекулярну будову, тому для них характерні високі температури плавлення та кипіння. Вони не містять вуглецю. До них можна віднести благородні гази (неон, аргон), метали (кальцій, кальцій, натрій), амфотерні речовини (залізо, алюміній) та неметали (кремній), гідроксиди, бінарні сполуки, солі.

Органічні речовини молекулярної будови. Вони досить низькі температури плавлення, і вони швидко розкладаються при нагріванні. В основному складаються з вуглецю. Винятки: карбіди, карбонати, оксиди вуглецю та ціаніди. Вуглець дозволяє утворювати величезну кількість непростих сполук (у природі їх відомо понад 10 мільйонів).

Більшість їх класів належить до біологічного народження (вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти). Дані сполуки включають азот, водень, кисень, фосфор і сірку.

Щоб зрозуміти, що така речовина, необхідно уявити, яку роль вона відіграє у нашому житті. Взаємодіючи коїться з іншими речовинами, воно утворює нові. Без них життєдіяльність навколишнього світу невіддільна та немислима. Усі предмети складаються із певних речовин, тому вони відіграють важливу роль у нашому житті.

Що таке речовина - одне з тих питань, відповідь на який начебто зрозумілий, але з іншого боку - спробуй відповідь! На перший погляд, все просто: речовина – це те, з чого складаються тіла… якось невизначено вийшло. Спробуємо розібратися.

Для простоти почнемо з поняття ще складнішого і абстрактнішого – матерія. На сьогоднішній день вважається, що матерія – це об'єктивна реальність, що існує у просторі та змінюється у часі.

Реальність ця існує у двох формах. Одна з цих форм має хвильову природу: невагомість, безперервність, проникність, здатність поширюватися зі швидкістю світла. Природа іншої форми - корпускулярна: вона має масу спокою, складається з локалізованих частинок (атомних ядер і електронів), малопроникна (а в деяких випадках непроникна взагалі), і до швидкості світла їй далеко. Перша форма існування матерії називається полем, друга речовиною.

Тут слід зазначити: такий чіткий поділ проводилося у ХІХ столітті, пізніше – з відкриттям корпускулярно-хвильового дуалізму – довелося поставити це під сумнів. Виявилося, що поле і речовина набагато більше спільного, ніж можна було припускати, адже навіть електрон демонструє властивості і частки, і хвилі! Втім, проявляється це у мікросвіті, лише на рівні елементарних частинок, у макросвіті – лише на рівні тіл – це неочевидно, отже поділ речовина і полі цілком підходить.

Але повернемося до нашої речовини. Як ми пам'ятаємо зі шкільної лави, може існувати у трьох станах. Одне – тверде: молекули практично нерухомі, сильно притягуються друг до друга, тому тіло зберігає форму. Інше - рідке: молекули можуть переміщатися з місця на місце, тіло набуває форми судини в якій знаходиться, не маючи власної форми. І нарешті – газоподібний: хаотичний рух молекул, слабкий зв'язок між ними, як наслідок – відсутність не лише форми, а й обсягу: газ заповнить ємність будь-якого обсягу, розподілившись за нею. У таких станах може бути будь-яка речовина, питання лише тому, які умови цього потрібні – наприклад, металевий водень, наявний на Юпітері, Землі поки що не вдається отримати навіть у лабораторії.

Але є й четвертий стан речовини – плазма. Це іонізований газ – тобто. газ, в якому поряд з нейтральними атомами присутні позитивно і негативно заряджені частинки - іони (атоми, що втратили частини електронів) і електрони, при цьому кількість позитивно і негативно заряджених частинок врівноважує один одного - це називається квазінейтральністю. Такий стан речовини можливий за дуже високої температури – рахунок йде на тисячі кельвінів. Напрошується питання: якщо плазма – іонізований газ, чому її треба вважати четвертим станом речовини, чому не можна розглядати як різновид газу?

Виявляється, не можна! За деякими властивостями плазма протилежна газу. Гази мають вкрай низьку електричну провідність, а плазма – високу. Гази складаються з частинок, подібних один до одного, які вкрай рідко стикаються, а плазма – з частинок, що розрізняються по електричному заряду, що постійно взаємодіють один з одним.

Якщо вам важко уявити, що таке плазма, не засмучуйтесь: ви бачите її щодня, а якщо пощастить, то і щоночі, адже саме з неї складаються зірки, в тому числі і наше Сонце! Людина теж навчилася її використовувати: у вивісках, що світяться, «працює» саме неонова або аргонова плазма!

Таким чином, можна з упевненістю говорити не про три, а про чотири стани речовини… чи не про це здогадувалися філософи давнини, говорячи про чотири елементи буття: «земля» (тверде), «вода» (рідке), «повітря» (газоподібне) ), "Вогонь" (плазма)? А ми, нерозумні нащадки, шукаємо в цьому якусь містику!

Вивчаючи у межах шкільного чи вузівського курсу різні напрями науки, неважко помітити, що вони часто оперують поняттям речовини.


Але що таке речовина у фізиці та хімії, у чому різниця між визначеннями цих двох наук? Намагатимемося розглянути докладніше.

Що таке речовина у фізиці?

Класична фізика вчить, що , з якої складається Всесвіт, знаходиться в одному з двох основних станів – у вигляді речовини та у вигляді поля. Речовиною у фізиці називають матерію, що складається з елементарних частинок (переважно це нейтрони, протони і електрони), що утворюють атоми і молекули, які мають масу спокою, відмінну від нуля.

Речовина представлена ​​різними фізичними тілами, що мають ряд параметрів, що піддаються об'єктивним вимірам. У будь-який момент можна виміряти питому вагу та щільність досліджуваної речовини, її пружність та твердість, електропровідність та магнітні властивості, прозорість, теплоємність тощо.

Залежно від виду речовини та зовнішніх умов ці параметри можуть змінюватися в досить широких межах. У той самий час кожному типу речовини властивий певний набір постійних показників, що відбивають його якісні показники.

Агрегатні стани речовин

Усі існуючі у Всесвіті речовини можуть перебувати в одному з агрегатних станів:

- У вигляді газу;

- У вигляді рідини;

- У твердому стані;

- У вигляді плазми.

При цьому багатьом речовинам властиві перехідні або прикордонні стани. Найбільш поширеними є:

- аморфне, або склоподібне;

- Рідкокристалічний;

- Високоеластичний.


Крім того, деякі речовини за особливих зовнішніх умов можуть переходити в стан надплинності та надпровідності.

Що таке речовина у хімії?

Хімічна наука вивчає речовини, які з атомів, і навіть закони, якими відбуваються перетворення речовин, звані хімічними реакціями. Речовини можуть бути у вигляді атомів, молекул, іонів, радикалів, а також їх сумішей.

Хімія ділить речовини прості, тобто. ті, які складаються з атомів одного виду, та складні, що складаються з різних видів атомів. Прості речовини називають хімічними елементами: їх, як із цеглинок, складаються всі речовини у світі.

У результаті хімічної реакції речовини взаємодіють друг з одним, обмінюючись атомами і атомними групами, у результаті утворюються нові речовини. У той самий час хімія не розглядає процеси, у яких відбуваються зміни у атомарної структурі: кількість і види атомів, що у реакції, завжди залишаються незмінними.

Всі найпростіші речовини зведені в так звану періодичну таблицю елементів, яка була створена російським вченим Д.І. Менделєєвим. У цій таблиці прості речовини розставлені в порядку зростання їх атомних мас і згруповані за властивостями, що спрощує подальше вивчення.

Органічні та неорганічні речовини

У сучасній хімії прийнято поділ всіх речовин на дві основні групи: неорганічні та органічні. До неорганічних речовин належать:

оксиди– сполуки хімічних елементів із киснем;

кислоти– сполуки, що складаються з атомів водню та так званого кислотного залишку;

солі– речовини, що складаються з атомів металу та кислотного залишку;

основи, або луги– сполуки, що складаються з металу та гідроксильної групи або кількох груп;

амфотерні гідроксиди– речовини, що володіють властивостями основ та кислот.

Існують і складніші сполуки неорганічних елементів. Усього налічується до півмільйона різновидів неорганічних речовин.


Органічні речовини – це сполуки вуглецю з гідрогеном та іншими хімічними елементами. Здебільшого вони є складні молекули, які з великої кількості атомів. Існує безліч різновидів органічних речовин, залежно від їх складу та молекулярної будови. Всього на даний момент науці відомо більше 20 мільйонів різновидів органічних речовин.