§ 22. Основные понятия химии

Вы знаете, что химия изучает химические элементы и их соединения, химические превращения различных соединений и те закономерности, которые этими превращениями управ­ляют. Следовательно, одним из важнейших понятий в химии является понятие о химическом элементе.

Химическим элементом называется тип ато-|| мов, имеющих одинаковый заряд ядра, равный !| протонному числу (порядковому номеру) эле-I ■ мента.

Сегодня известно уже 112 химических элементов. Их клас­сифицируют по-разному, в зависимости оттого, какой признак кладется в основу классификации (схема 2).

Каждый элемент имеет свой символ — знак химического элемента. Наличие химической азбуки позволяет отражать со­став веществ с помощью химических формул.

" Что такое химическая формула и что она показывает? Покажите на конкретном примере.

Понятно, что, кроме химического элемента, вещество так­же является одним из основных объектов химии. И это спра­ведливо, поскольку из веществ состоят все окружающие нас тела. Например, капли дождя, иней на ветках, туман над ре­кой — все это тела, состоящие из одного и того же вещества — воды.

Вещество достаточно полно определяется тремя признака­ми: 1) занимает часть пространства; 2) обладает массой покоя; 3) построено из частиц за счет сил притяжения и отталкивания.

Химия изучает главным образом вещества, состоящие из атомов, молекул, ионов, радикалов.

Дайте определения понятиям «атом», молекула», «ион», «ради­кал». Приведите соответствующие примеры.

Взаимное притяжение и отталкивание частиц, из которых состоит данное вещество, определяет его агрегатное состоя­ние.

В каких агрегатных состояних могут находиться вещества в зави­симости от внешних условий?

Как вы думаете, к каким явлениям — физическим или хими­ческим — относится переход вещества из одного агрегатного со­стояния в другое? Ответ мотивируйте. Учтите, что этот переход не сопровождается изменением состава вещества, но обязательно связан с большим или меньшим изменением его структуры.

В философском смысле

! вещество — это вид материи, обладающий

|| массой покоя,

В химии же понятие о веществе несколько ограничено, поскольку оно охватывает только химическую форму материи. (' этой точки зрения

| вещество — зто определенная совокупность частиц (атомных, молекулярных, ионных), нахо-| дящаяся в любом из трех агрегатных состоя-|| ний.

Дайте определение и приведите примеры простых и сложных веществ, пользуясь схемой 3.

В настоящее время известно свыше двенадцати миллионов веществ, и этот список чуть ли не ежедневно пополняется. Согласно современным представлениям о химической связи асе вещества являются химическими соединениями, поскольку содержат химически связанные между собой атомы элемен­тов: если это атомы одного элемента — простые вещества, если нескольких элементов — сложные. Так, воду можно раз­ложить на водород Н₂ и кислород О₂, а молекулы Н₂ и О₂, в свою очередь,— на атомы водорода Н и кислорода О. Следо­вательно, вещества принято разделять на простые и сложные (схема 3).

Простые вещества представляют собой формы существо­вания элементов в свободном виде. Некоторым элементам со­ответствует несколько простых веществ (аллотропных форм), которые могут различаться как по составу, например кислород О₂ и озон О₃ для элемента кислорода, так и по строению крис­таллической решетки, например алмаз, графит, карбин для эле­мента углерода.

Каждому веществу присущ набор специфических свойств — объективных характеристик, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позво­ляют отличить его от всех других веществ.

Свойства веществ определяются их составом и строением, т. е. характером связей, возникших между атомами, и их про­странственным расположением.

В виде каких аллотропных форм существует элемент фосфор? Раскройте зависимость между составом, строением и свойствами его аллотропных форм.

¹ Напишите структурные формулы бутана и изобутана и объяс­ните, что общего и чем эти изомеры отличаются друг от друга.

Свойства веществ существенно изменяются в зависимости от присутствующих примесей. Поэтому для чистых веществ введено понятие «химический индивид», что означает, состоя­щий только из атомов (молекул, ионов) определенного вида. Получение абсолютно чистых веществ, очевидно, практически невозможно, хотя в настоящее время используют методы, снижающие содержание примесей до нескольких атомов на 10—10 атомов основного элемента.

Сложные вещества также классифицируют по определен­ным признакам. Вспомним, к примеру, на какие классы де­лятся неорганические вещества (схема 4).

' Рассмотрите схему 4. Дайте определения каждому классу неорга­нических веществ и приведите соответствующие примеры.

- Какие классы органических веществ вы знаете? Укажите форму­лу и название характерного представителя каждого класса.

Периодическая система химических элементов (длинная форма)

Саркофаг

египетского фараона Тутанхамона (около 1400—1392 до н. э.). На его сооружение пошло более 100 кг золота

При воздействии на вещества внешних условий в них происходят различные процессы. В зависимости от изменения вещества, вплоть до образования нового вещества, эти про­цессы можно разделить на несколько видов.

Физические процессы (плавление, нагревание, испарение, охлаждение, конденсация и др.), изменяя физические свойства вещества, не изменяют строения атомов или молекул, из кото­рых состоит данное вещество, и не приводят к изменению химических свойств, к образованию нового вещества.

Химические процессы изменяют строение атомов и моле­кул, из которых состоят реагирующие вещества, и в результате образуются новые вещества с новыми химическими и физи­ческими свойствами. Химические процессы — это и есть хи­мические реакции. Их можно изображать с помощью хими­ческих уравнений.

® Как вы думаете, какие внешние изменения являются самыми характерными признаками протекания химической реакции?

Физико-химические процессы (например, растворение) являются промежуточными между физическими и химичес-

кими процессами. Они, как правило, не вызывают радикаль­ных изменений химических свойств реагирующих веществ.

Ядерные процессы связаны с перестройкой атомов, из ко­торых состоит вещество, и это влечет за собой изменение фи­зических и химических свойств вещества. При этом изме­няется протонное число (порядковый номер) этих атомов в периодической системе. Например:

Задания для самоконтроля

126. Что изучает химия? Дайте определение химии как науки. ■127. Что такое вещество в философском и в научно-химическом понимании?

128. Что вам известно о свойствах веществ? Чем они опреде­ ляются?

129. Дайте определение химического элемента и, пользуясь пе­ риодической системой, объясните, на какие группы элементы делят­ ся и почему это деление условно.

130. Напишите формулу уксусной кислоты и объясните, что она показывает.

131. Как можно классифицировать происходящие с веществами процессы? Какие изменения происходят с веществами в результате того или иного процесса?

132*. Напишите уравнения следующих ядерных реакций:

133*. Нуклид литий-6 применяется для получения трития. Реак­цию проводят в ядерном реакторе путем бомбардировки медлен­ными нейтронами. Напишите уравнение этой ядерной реакции.

134*. Напишите структурные формулы цис- и /яра/уоизомеров бутена-2 СН₃—СН=СН—СН₃ и объясните, что общего и чем эти пространственные изомеры отличаются друг от друга.