Раздел 1. Вещества и химические явления с позиций атомно-молекулярного учения

Определения и обозначения

Атом — мельчайшая частица химического элемента. Атомы входят в состав молекул и других частиц, из которых построены вещества. Поэтому, чтобы понять состав вещества, нужно знать, какие атомы в нём присутствуют. При химических превращениях атомы сохраняются, хотя могут соединяться иначе.

Молекула — частица вещества, состоящая из связанных между собой атомов и сохраняющая его химические свойства. В молекуле может быть несколько атомов, а иногда она состоит из атомов одного элемента. Представление о молекулах помогает объяснить, почему вещество имеет определённый состав и как оно может измениться в реакции. Например, молекула воды включает атомы водорода и кислорода.

Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Это не то же самое, что простое вещество: элемент обозначает разновидность атомов, а простое вещество состоит из атомов одного элемента. Так, кислород — химический элемент, а газ кислород O₂ — простое вещество. Различие нужно, чтобы точно описывать состав веществ и химические превращения.

Химическое явление — превращение, при котором одни вещества становятся другими. В ходе такого превращения меняется состав частиц, а значит, возникают вещества с новыми свойствами. Это понятие помогает отличить химическую реакцию от изменения формы или состояния вещества. Например, горение — химическое явление, потому что при нём образуются новые вещества.

Как это устроено

Вещество состоит не из сплошной массы, а из очень маленьких частиц. Атомы соединяются в молекулы, а большое количество частиц образует всё наблюдаемое вещество. Связь между атомами позволяет им сохраняться вместе как единая частица. Поэтому свойства вещества связаны не только с отдельными атомами, но и с тем, как они объединены.

Состав и строение частиц определяют свойства вещества, потому что разные частицы по-разному взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой. Вода, кислород и углекислый газ состоят из разных наборов атомов и имеют разное строение, поэтому отличаются по свойствам. Даже если вещества содержат атомы одних и тех же элементов, способ их соединения может быть различным. Знание состава помогает объяснить, почему вещества ведут себя не одинаково.

Частицы вещества непрерывно движутся и взаимодействуют между собой. Их движение и расстояние между ними влияют на свойства, которые мы наблюдаем: например, на текучесть жидкости и сохранение формы твёрдого тела. При нагревании движение частиц обычно становится интенсивнее, а при охлаждении — медленнее. Так объясняется, почему вещества могут менять состояние, хотя их состав остаётся тем же.

При физическом явлении меняются состояние, форма или расположение частиц, но сами частицы вещества остаются прежними. При таянии льда молекулы воды не превращаются в молекулы другого вещества: меняются их движение и взаимное расположение. Поэтому после физического изменения сохраняются состав и химические свойства вещества. Изменение, которое легко заметить глазами, само по себе ещё не доказывает, что произошла реакция.

При химическом явлении атомы перегруппировываются и образуют частицы новых веществ. Старые связи между атомами могут нарушаться, а новые — возникать, поэтому состав частиц меняется и появляются новые свойства. При этом атомы не исчезают и не возникают: они переходят из состава одних частиц в состав других. Именно сохранение атомов объясняет, почему при химическом превращении меняются вещества, но не набор атомов каждого элемента.

Чем физические явления отличаются от химических

Пользуйся таблицей, чтобы сравнивать не только внешний вид, но и состав вещества до и после изменения. Главный вопрос — появились ли новые вещества. Если сведений недостаточно, одного изменения цвета или формы ещё не хватает для уверенного вывода.

Разбор задач

Задача 1. При таянии льда вода остаётся тем же веществом. Определите, какое это явление, и объясните почему.

1. Выясняем, появилось ли новое вещество: в условии сказано, что остаётся вода.
2. Учитываем, что лёд и жидкая вода состоят из молекул H₂O, то есть состав частиц не меняется.
3. Делаем вывод: изменилось агрегатное состояние, а не состав вещества.

Ответ: таяние льда — физическое явление, потому что новое вещество не образуется.

Задача 2. При нагревании сахар плавится, а при дальнейшем нагревании темнеет и появляется запах. Определите, где происходит физическое, а где химическое явление.

1. На первом этапе сахар плавится. Плавление меняет состояние вещества, но само по себе не означает изменения состава.
2. На втором этапе появляются потемнение и запах. Эти признаки указывают, что сахар разлагается и образуются вещества с другими свойствами.
3. Разделяем этапы: плавление относим к физическому явлению, а дальнейшее разложение — к химическому.

Ответ: плавление сахара — физическое явление; потемнение с появлением запаха при дальнейшем нагревании — химическое.

Задача 3. В молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода. При разложении воды образуются водород и кислород. Объясните, что происходит с атомами и почему это химическое явление.

1. Вспоминаем состав молекулы воды: в каждой частице H₂O находятся два атома водорода и один атом кислорода.
2. При разложении связи в молекулах воды перестраиваются, а атомы объединяются в частицы водорода и кислорода.
3. Проверяем сохранение атомов: атомы обоих элементов не исчезают, а переходят в состав новых веществ.
4. Поскольку вместо воды появились вещества другого состава и с другими свойствами, произошла химическая реакция.

Ответ: атомы водорода и кислорода перегруппировались, образовав новые вещества. Это химическое явление, так как состав частиц изменился, а число атомов каждого элемента сохранилось.

Типичные ошибки

Считать атом и молекулу одним и тем же. Их путают, потому что обе частицы очень малы и участвуют в строении вещества. Но атом может входить в состав молекулы, а молекула состоит из одного или нескольких атомов. Проверь себя: можешь ли ты назвать атомы, из которых составлена данная молекула?

Путать химический элемент с простым веществом. Название элемента часто используют и в разговоре о веществе, поэтому различие легко упустить. Элемент — вид атомов, а простое вещество состоит из атомов одного элемента. Для проверки спроси себя, говорится ли о разновидности атомов или о конкретном веществе.

Считать любое изменение внешнего вида химическим явлением. Изменение цвета, формы или состояния заметно, и его можно ошибочно принять за доказательство реакции. Но физическое явление тоже может сильно менять внешний вид. Проверь, образовались ли новые вещества, и не делай вывод только по одному внешнему признаку.

Полагать, что атомы при реакции исчезают или возникают. Такое впечатление может появиться, если сравнивать только исходные и получившиеся вещества. На самом деле атомы сохраняются и соединяются по-новому. Сверь число атомов каждого элемента до и после превращения: оно должно совпадать.

Связь с другими темами

Перед изучением темы полезно знать, что тела состоят из веществ и что вещества различаются по свойствам. Представления об атомах и молекулах понадобятся при знакомстве с химическими формулами: формула показывает, какие атомы и в каком количестве входят в частицу. Понимание физических и химических явлений поможет дальше изучать признаки и условия химических реакций. Оно также позволяет объяснять, почему одни изменения обратимы без образования новых веществ, а другие меняют состав.

Что запомнить

• Вещества состоят из частиц.
• Молекулы построены из атомов.
• Химический элемент — вид атомов, а не название отдельного вещества.
• При физическом явлении новые вещества не образуются.
• При химическом явлении образуются новые вещества.
• В химических превращениях атомы сохраняются и перегруппировываются.