Свойства вещества	Кислород	Уксусная кислота	Алюминий
1. Агрегатное состояние при обычных условиях	Газ	Жидкость	Твердое вещество
2. Цвет	Без цвета	Без цвета	Серебристо-белый
3. Вкус	Безвкусный	Кислый	Безвкусный
4. Запах	Не имеет	Резкий специфический	Не имеет
5. Растворимость в воде	Плохо растворим	Растворима	Практически не растворимо
6. Теплопроводность	Низкая	Небольшая	Высокая
7. Электропроводность	Отсутствует	Малая	Высокая

Знание свойств веществ необходимо для их практического применения. Например, на рисунке 6 представлены области применения алюминия, обусловленные свойствами этого металла.

1. Какие учебные предметы относятся к естественным?

2. Приведите примеры положительного воздействия человека на окружающую среду.

3. Приведите примеры отрицательного воздействия человека на природу.

4. Что изучает химия?

5. Из следующего перечня названий выпишите отдельно тела и вещества: снежинка, капля росы, вода, льдинка, сахар-песок, кусочек сахара, мел, школьный мелок. Сколько тел и сколько веществ названо в этом списке?

6. Сравните свойства веществ (то есть установите общее и различное между ними):

а) углекислого газа и кислорода;

б) азота и углекислого газа;

в) сахара и соли;

г) уксусной и лимонной кислот.

7. Какие свойства алюминия лежат в основе его применения?

8. Почему химию начинают изучать позже, чем биологию, географию, физику?

Состояние	Свойства
Газообразное	1. Способность принимать объем и форму сосуда. 2. Сжимаемость. 3. Быстрая диффузия (хаотичное движение молекул). 4. Е кинетич. > Е потенц.
	1. Способность принимать форму той части сосуда, которую занимает вещество. 2. Неспособность расширяться до заполнения сосуда. 3. Незначительная сжимаемость. 4. Медленная диффузия. 5. Текучесть. 6. Е кинетич. = Е потенц.
	1. Способность сохранять свойственную форму и объем. 2. Незначительная сжимаемость (под давлением). 3. Очень медленная диффузия за счет колебательных движений частиц. 4. Отсутствие текучести. 5. Е кинетич. < Е потенц.

Агрегатное состояние вещества определяется силами, действующими между молекулами, расстоянием между частицами и характером их движения.

В твердом состоянии частицы занимают определенное положение относительно друг друга. Оно обладает низкой сжимаемостью, механической прочностью, поскольку молекулы не обладают свободой движения, а только колебания. Молекулы, атомы или ионы, образующие твердое вещество, называют структурными единицами. Твердые вещества делятся на аморфные и кристаллические (табл. 27).

Таблица 33

Сравнительная характеристика аморфных и кристаллических веществ

Вещество

Характеристика

Аморфное

1. Ближний порядок расположения частиц.

2. Изотропность физических свойств.

3. Отсутствие конкретной точки плавления.

4. Термодинамическая нестабильность (большой запас внутренней энергии).

5. Текучесть.

Примеры: янтарь, стекло, органические полимеры и др.

Кристаллическое

1. Дальний порядок расположения частиц.

2. Анизотропность физических свойств.

3. Конкретная температура плавления.

4. Термодинамическая устойчивость (малый запас внутренней энергии).

5. Есть элементы симметрии.

Примеры: металлы, сплавы, твердые соли, углерод (алмаз, графит) и др.

Кристаллические вещества плавятся при строго определенной температуре (Т пл), аморфные – не имеют резко выраженной температуры плавления; при нагревании они размягчаются (характеризуются интервалом размягчения) и переходят в жидкое или вязкотекучие состояние. Внутреннее строение аморфных веществ характеризуется беспорядочным расположением молекул. Кристаллическое состояние вещества предполагает правильное расположение в пространстве частиц, составляющих кристалл, и образованием кристаллической (пространственной ) решетки. Основной особенностью кристаллических тел является их анизотропия - неодинаковость свойств (тепло-, электропроводность, механическая прочность, скорость растворения и т.д.) по разным направлениям, в то время как аморфные тела изотропны .

Твердые кристаллы - трехмерные образования, характеризующиеся строгой повторяемостью одного и того же элемента структуры (элементарной ячейки) во всех направлениях. Элементарная ячейка - представляет собой наименьший объем кристалла в виде параллелепипеда, повторяющегося в кристалле бесконечное число раз.

Основные параметры кристаллической решетки :

Энергия кристаллической решетки (Е кр. , кДж/моль) – это энергия, которая выделяется при образовании 1 моль кристалла из микрочастиц (атомов, молекул, ионов), находящихся в газообразном состоянии и удаленных друг от друга на расстояние, исключающее их взаимодействие.

Константа кристаллической решетки ( d , [ A 0 ]) – наименьшее расстояние между центром двух частиц в кристалле, соединенных химической связью.

Координационное число (к.ч.) – число частиц, окружающих в пространстве центральную частицу, связанных с ней химической связью.

Точки, в которых размещены частицы кристалла, называются узлами кристаллической решетки

Несмотря на многообразие форм кристаллов, их можно классифицировать. Систематизация форм кристаллов была введена А. В. Гадолиным (1867 г.), она основана на особенностях их симметрии. В соответствии с геометрической формой кристаллов возможны следующие их системы (сингонии): кубическая, тетрагональная, орторомбическая, моноклинная, триклинная, гексагональная и ромбоэдрическая (рис. 18).

Одно и то же вещество может иметь различные кристаллические формы, которые отличаются по внутреннему строению, а значит, и по физико-химическим свойствам. Такое явление называется полиморфизмом . Изоморфизм – два разных по природе вещества образуют кристаллы одинаковой структуры. Такие вещества могут замещать друг друга в кристаллической решетке, образуя смешанные кристаллы.

Рис. 18. Основные системы кристаллов.

В зависимости от вида частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки и типа связей между ними кристаллы бывают четырех типов: ионные, атомные, молекулярные и металлические (рис. 19).

Рис. 19. Виды кристаллов

Характеристика кристаллических решеток представлена в табл. 34.

Человек связан с окружающим миром тысячами незримых нитей, и сам является частью его. Природа дает все необходимое для жизни человека, обеспечивает его повседневные потребности, дарит несказанное удовольствие от общения с ней.

Однако взаимоотношения человека с окружающей средой складываются очень непросто. С одной стороны, человек восторгается природой и воспевает ее в стихах, отражает природу на превосходных картинах и фотографиях (рис. 1).

Рис. 1.
«Как прекрасен этот мир, посмотри!»

С другой стороны, рост экологических проблем - печальная расплата за многочисленные промахи и ошибки человека: вырубку лесов, истребление животных, загрязнение окружающей среды промышленными и бытовыми отходами и др. (рис. 2).

Рис. 2.
А вот так выглядит прекрасный мир в результате деятельности человека:
а - вырубка леса; б - отравление атмосферы промышленными выбросами; в - загрязнение водоемов; г - превращенная в свалку лесная поляна

Чтобы взаимоотношения человека и природы были добрыми и гармоничными, необходимо знать и понимать ее, бережно к ней относиться, разумно и рационально использовать природные богатства. Пониманию окружающего мира, знанию законов его существования призваны обучать предметы естествознания: биология, география, химия, физика (рис. 3). С некоторыми из них вы уже познакомились на предыдущих этапах обучения в школе.

Рис. 3.
Биология, география, физика, химия относятся к естественным наукам

В этом году вы начинаете изучать физику. И только через год, в 8 классе будете знакомиться еще с одним учебным предметом - химией.

Химия - это наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях одних веществ в другие.

Все окружающие нас предметы принято называть физическими телами, а то, из чего они состоят, - веществами (рис. 4).

Рис. 4.
Физические тела и соответствующие им химические вещества:
а - стальные изделия и порошок железа; б - комплектующая часть компьютера и различные пластмассы; в - солнечная батарея и кремний

Всякое тело имеет форму и объем. В свою очередь, каждое вещество индивидуально и неповторимо по своим признакам - свойствам: агрегатному состоянию, плотности, цвету, блеску, запаху, вкусу, твердости, пластичности, растворимости в воде, способности проводить тепло и электрический ток.

Опишем, например, свойства трех веществ в разных агрегатных состояниях при обычных условиях: кислорода, уксусной кислоты и алюминия (табл. 1).

Таблица 1
Свойства кислорода, уксусной кислоты и алюминия

Знание свойств веществ необходимо для их практического применения. Например, на рисунке 5 представлены области применения алюминия, обусловленные свойствами этого металла.

Рис. 5.
Области применения алюминия, обусловленные его свойствами

Многие вещества являются ядовитыми, взрывоопасными, горючими, а поэтому требуют осторожного и грамотного отношения при работе с ними.

Наша книга призвана подготовить вас к изучению этого серьезного и важного предмета и поэтому называется «Химия. Вводный курс».

Является ли химия совершенно новой для вас дисциплиной, вы узнаете из следующих параграфов.

Химия - часть естествознания.
Взаимоотношения человека и окружающего мира.
Физические тела и вещества.
Свойства веществ.
Применение веществ на основе их свойств.

Вопросы и задания

Какие учебные предметы относятся к естественным?
Приведите примеры положительного воздействия человека на окружающую среду.
Приведите примеры отрицательного воздействия человека на природу.
Что изучает химия?
Из следующего перечня названий выпишите отдельно тела и вещества: снежинка, капля росы, вода, льдинка, сахар-песок, кусочек сахара, мел, школьный мелок. Сколько тел и сколько веществ названо в этом списке?
Сравните свойства веществ (т. е. установите сходство и различие между ними):
Какие свойства алюминия лежат в основе его применения (см. рис. 5)?

Окружающий мир материален. Материя бывает двух видов: вещество и поле. Объект химии – вещество (в том числе и влияние на вещество различных полей – звуковых, магнитных, электромагнитных и др.)

Вещество - все, что имеет массу покоя (т.е. характеризуется наличием массы тогда, когда не движется) . Так, хотя масса покоя одного электрона (масса не движущегося электрона) очень мала – около 10 -27 г, но даже один электрон – это вещество.

Вещество бывает в трех агрегатных состояниях – газообразном, жидком и твердом. Есть еще одно состояние вещества – плазма (например, плазма есть в грозовой и шаровой молнии), но в школьном курсе химию плазмы почти не рассматривают.

Вещества могут быть чистыми, очень чистыми (нужными, например, для создания волоконной оптики), могут содержать заметные количества примесей, могут быть смесями.

Все вещества состоят из мельчайших частиц – атомов. Вещества, состоящие из атомов одного вида (из атомов одного элемента), называют простыми (например, древесный уголь, кислород, азот, серебро и др.). Вещества, которые содержат связанные между собой атомы разных элементов, называют сложными.

Если в веществе (например, в воздухе) присутствуют два или большее число простых веществ, и их атомы не связаны между собой, то его называют не сложным, а смесью простых веществ. Число простых веществ сравнительно невелико (около пятисот), а число сложных веществ огромно. К настоящему времени известны десятки миллионов разных сложных веществ.

Химические превращения

Вещества способны вступать между собой во взаимодействие, причем возникают новые вещества. Такие превращения называют химическими . Например, простое вещество уголь взаимодействует (химики говорят – реагирует) с другим простым веществом – кислородом, в результате образуется сложное вещество – углекислый газ, в котором атомы углерода и кислорода связаны между собой. Такие превращения одних веществ в другие называют химическими. Химические превращения – это химические реакции. Так, при нагревании сахара на воздухе сложное сладкое вещество – сахароза (из которого состоит сахар) – превращается в простое вещество – уголь и сложное вещество – воду.

Химия изучает превращения одних веществ в другие. Задача химии – выяснить, с какими именно веществами может при данных условиях взаимодействовать (реагировать) то или иное вещество, что при этом образуется. Кроме того, важно выяснить, при каких именно условиях может протекать то или иное превращение и можно получить нужное вещество.

Физические свойства веществ

Каждое вещество характеризуется совокупностью физических и химических свойств. Физические свойства – это свойства, которые можно охарактеризовать с помощью физических приборов . Например, с помощью термометра можно определить температуру плавления и кипения воды. Физическими методами можно охарактеризовать способность вещества проводить электрический ток, определить плотность вещества, его твердость и т.д. При физических процессах вещества остаются неизменными по составу.

Физические свойства веществ подразделяют на счислимые (те, которые можно охарактеризовать с помощью тех или иных физических приборов числом, например, указанием плотности, температур плавления и кипения, растворимости в воде и др.) и несчислимые (те, которые охарактеризовать числом нельзя или очень трудно – такие, как цвет, запах, вкус и др.).

Химические свойства веществ

Химические свойства вещества – это совокупность сведений о том, с какими другими веществами и при каких условиях вступает в химические взаимодействия данное вещество . Важнейшая задача химии – выявление химических свойств веществ.

В химических превращениях участвуют мельчайшие частицы веществ – атомы. При химических превращениях из одних веществ образуются другие вещества, и исходные вещества исчезают, а вместо них образуются новые вещества (продукты реакции). А атомы при всех химических превращениях сохраняются . Происходит их перегруппировка, при химических превращениях старые связи между атомами разрушаются и возникают новые связи.

Химический элемент

Число различных веществ огромно (и у каждого из них своя совокупность физических и химических свойств). Атомов, отличающихся друг от друга по важнейшим характеристикам, в окружающем нас материальном мире сравнительно невелико – около ста. Каждому виду атомов отвечает свой химический элемент. Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковыми или близкими характеристиками . В природе встречается около 90 различных химических элементов. К настоящему времени физики научились создавать новые, отсутствующие на Земле виды атомов. Такие атомы (и, соответственно, такие химические элементы) называют искусственными (по-английски – man-made elements). Искусственно полученных элементов к настоящему времени синтезировано более двух десятков.

Каждый элемент имеет латинское название и одно- или двух-буквенный символ. В русскоязычной химической литературе нет четких правил произношения символов химических элементов. Одни произносят так: называют элемент по-русски (символы натрия, магния и др.), другие – по латинским буквам (символы углерода, фосфора, серы), третьи – как звучит название элемента по-латыни (железо, серебро, золото, ртуть). Символ элемента водорода Н у нас принято произносить так, как эту букву произносят по-французски.

Сравнение важнейших характеристик химических элементов и простых веществ приведено в таблице ниже. Одному элементу может отвечать несколько простых веществ (явление аллотропии: углерод, кислород и др.), а может – и одно (аргон и др. инертные газы).