§ 3. Понятие «вещество» в физике и химии. Физические и химические явления

Определения и обозначения

В физике вещество — материальный объект, из которого состоят физические тела. Например, медь как вещество может составлять провода и детали приборов. Это понятие помогает описывать, из чего сделаны окружающие предметы и какие изменения с ними происходят.

В химии вещество — форма материи с определённым составом и характерными химическими свойствами. Состав показывает, какие частицы входят в вещество, а химические свойства — как оно может взаимодействовать и превращаться. Такое определение нужно, чтобы отличать одно вещество от другого и объяснять результаты реакций.

Физическое явление — изменение, при котором состав вещества не меняется. Например, при замерзании вода становится льдом, но остаётся водой по составу. Это понятие помогает отделять изменения состояния или формы от превращения вещества в новое.

Химическое явление, или химическая реакция, — превращение одних веществ в другие. Исходные вещества расходуются, а вместо них появляются вещества с иным составом и свойствами. Понятие реакции нужно, чтобы описывать и объяснять такие превращения.

Как это устроено

Тело и вещество отвечают на разные вопросы: тело — «что это за предмет?», вещество — «из чего он сделан?». У предмета есть форма и размеры, а вещество может сохраняться, даже если из него изготовлены предметы разного вида. Например, железо бывает гвоздём, пластиной или проволокой. Поэтому нельзя считать названия предмета и материала взаимозаменяемыми.

Физика и химия рассматривают вещества с разных сторон, потому что изучают разные вопросы. Физика исследует свойства тел и изменения, при которых состав может оставаться прежним. Химия выясняет состав веществ, их характерные свойства и то, во что они способны превращаться. Такое разделение помогает выбрать, какие наблюдения важны для объяснения явления.

Изменение формы, размеров или агрегатного состояния само по себе не означает, что появилось новое вещество. Причина в том, что при таких изменениях состав может сохраняться: меняется внешний вид или расположение частиц, но не состав самого вещества. Так, воду можно заморозить, расплавить или разделить на капли. Чтобы решить, произошло ли превращение, нужно сравнить состав до и после изменения.

При химическом явлении исходные вещества превращаются в новые, потому что их частицы взаимодействуют и образуют вещества с другим составом. Новые вещества могут отличаться от исходных цветом, запахом и другими свойствами. Например, при горении древесины образуются зола и газообразные продукты, а не просто древесина другой формы. Именно появление новых веществ отличает химическую реакцию от физического изменения.

О реакции могут говорить выделение газа, образование осадка — твёрдого вещества, появление или изменение цвета, возникновение запаха, выделение либо поглощение тепла и света. Эти признаки возникают потому, что реакция сопровождается образованием новых веществ или изменением энергии системы. Однако отдельный признак не всегда доказывает реакцию: например, цвет может измениться из-за освещения. Поэтому учитывают условия опыта и совокупность наблюдений.

Сравнение физических и химических явлений

Сначала определите, что именно изменилось, затем сравните состав вещества до и после события. Если состав сохранился, явление физическое; если образовались новые вещества, оно химическое. Признаки реакции полезны для наблюдения, но окончательный вывод делают по совокупности данных.

Разбор задач

Задача 1. Определите, что происходит при таянии льда, и выясните, меняется ли состав вещества. Нужно сравнить не внешний вид твёрдого льда и жидкой воды, а вещества до и после процесса. Решение можно провести по шагам.

1. До таяния перед нами лёд, то есть вода в твёрдом состоянии.
2. После таяния получается жидкая вода; её состав такой же, как у льда.
3. Поскольку новые вещества не образовались, изменение относится к физическим явлениям.

Ответ: таяние льда — физическое явление, состав вещества не меняется.

Задача 2. Классифицируйте горение свечи, отдельно рассмотрев плавление воска и его горение. Свеча при этом меняется внешне, но одного наблюдения недостаточно: разные процессы могут идти одновременно. Разделим их и сравним результат каждого процесса.

1. При нагревании твёрдый воск плавится, оставаясь воском: меняется агрегатное состояние.
2. При горении воска взаимодействуют с кислородом вещества, образуются новые вещества.
3. Значит, плавление — физическое изменение, а горение — химическое явление.

Ответ: в свечке идут и физический процесс (плавление воска), и химическая реакция (горение).

Задача 3. При смешивании двух растворов появилась муть. Можно ли считать это признаком химического явления? Муть может появиться, если образовалось нерастворимое твёрдое вещество — осадок, однако вывод нужно обосновать наблюдениями и условиями опыта.

1. Проверьте, появилась ли в смеси твёрдая взвесь или осадок, которого не было в исходных растворах.
2. Уточните, какие вещества смешивали и возможно ли при их взаимодействии образование нового вещества.
3. Сопоставьте этот признак с другими наблюдениями и условиями опыта, не делая вывода только по мутности.

Ответ: муть может указывать на химическую реакцию и образование осадка, но сама по себе не доказывает её без учёта условий и других данных.

Типичные ошибки

Ошибка: называть тело веществом. Тело — отдельный предмет, а вещество — материал, из которого он состоит; их путают, потому что в быту названия могут звучать похоже. Проверка: спросите себя, можно ли указать у объекта форму и размеры или вы называете материал. Стакан — тело, стекло — вещество.

Ошибка: считать любое изменение внешнего вида химическим. Так думают, потому что изменение заметно глазу и кажется признаком нового вещества. Но форма и агрегатное состояние могут измениться без изменения состава. Проверьте, появилось ли новое вещество: если изменились только форма или состояние, явление физическое.

Ошибка: полагать, что при физическом явлении ничего не меняется. Само название иногда наводит на мысль, будто явления нет, однако могут меняться форма, размеры и состояние. Состав — не единственное, что можно наблюдать. Для проверки отдельно перечислите, что изменилось, и выясните, сохранился ли состав вещества.

Ошибка: считать один признак безусловным доказательством реакции. Например, изменение цвета может быть вызвано не только образованием нового вещества. Признак принимают за доказательство, если забывают проверить условия опыта и другие наблюдения. Спросите себя, подтверждают ли данные появление нового вещества, и не делайте вывод по одному наблюдению.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно уметь различать тела и вещества, а также описывать твёрдое, жидкое и газообразное состояния. Эти знания позволяют заметить, что внешний вид или состояние тела могут измениться без превращения вещества. Тема также опирается на навыки наблюдения и описания: важно фиксировать изменения и отличать состав от внешних свойств. Различение физических и химических явлений понадобится при изучении реакций, их признаков и условий протекания.

Что запомнить

• Тело состоит из вещества или веществ.
• Физика и химия рассматривают вещество с разных сторон.
• При физическом явлении состав вещества сохраняется.
• При химическом явлении образуются новые вещества.
• Признаки реакции помогают распознать химическое явление.
• Один признак сам по себе не всегда достаточен для вывода о реакции.