§ 1. Химия и химические явления

Определения и обозначения

Химия — наука о веществах, их составе, строении, свойствах и превращениях. Состав показывает, из каких частиц и элементов образовано вещество, а свойства — как оно ведёт себя в разных условиях. Это определение нужно, чтобы видеть в химии не только изучение реакций, но и исследование самих веществ.

Вещество — материал, из которого состоят тела. Например, медь — вещество, а медная проволока — тело; проволока может отличаться формой и размером, оставаясь сделанной из меди. Различение нужно, чтобы не путать предмет с материалом и понимать, что состав и свойства вещества определяют, для чего его можно использовать.

Химическое явление, или химическая реакция, — превращение одних веществ в другие. Оно отличается от изменения формы или агрегатного состояния тем, что меняется состав и появляются новые вещества. Если лёд растаял, вода осталась водой; если вещество сгорело, образовались продукты горения.

Как это устроено

Окружающие нас тела состоят из веществ: стол может быть деревянным, а ложка — металлической. При этом один материал подходит для разных предметов: из железа делают гвозди, детали машин и инструменты. Причина в том, что тело задаёт форму и назначение предмета, а вещество — материал и его свойства. Поэтому, описывая предмет, полезно отдельно назвать, что это за тело и из чего оно изготовлено.

Химики устанавливают состав вещества и исследуют его свойства, проводя наблюдения и опыты. Зная свойства, можно понять, как вещество поведёт себя при нагревании, смешивании или контакте с другими веществами. Затем исследуют превращения и выясняют, какие условия нужны для их протекания. Эти знания применяют, чтобы получать материалы и продукты с нужными свойствами, а также объяснять процессы вокруг нас.

Физическое и химическое явления различают по тому, изменился ли состав вещества. При физическом изменении частицы вещества остаются теми же, хотя тело может поменять форму, размер или состояние: например, вода замерзает и становится льдом. При химическом явлении исходные вещества превращаются в другие, потому что меняется состав. Поэтому одного изменения внешнего вида недостаточно: нужно выяснить, появилось ли новое вещество.

О реакции могут говорить пузырьки газа, осадок — твёрдое вещество, появившееся в жидкости, изменение цвета или новый запах. Иногда реакция сопровождается выделением либо поглощением тепла и света. Эти признаки возникают из-за образования новых веществ и изменения энергии процесса. Но каждый признак требует проверки: пузырьки могут появиться при кипении, а цвет — измениться из-за смешивания красок без реакции.

Химические явления происходят и без участия человека: например, при переваривании пищи и разложении органических остатков. В быту к ним относятся горение топлива и приготовление пищи, а в промышленности — получение металлов, удобрений и лекарств. Такие процессы важны, потому что позволяют получать нужные продукты и объяснять изменения материалов. Чтобы применять их безопасно и эффективно, нужно знать свойства веществ и условия реакций.

Физические и химические явления

Сначала сравните, что именно изменилось: внешний вид или состав вещества. Затем проверьте, появились ли новые вещества, и только после этого делайте вывод. Признаки реакции помогают заметить превращение, но сами по себе не всегда доказывают его.

Разбор задач

Задача 1. Определить, является ли таяние льда химическим явлением, и обосновать ответ.

1. Назовём исходное вещество: лёд состоит из воды.
2. При плавлении меняется состояние — твёрдое становится жидким. Проверим, изменился ли состав: и лёд, и жидкая вода являются одним и тем же веществом.
3. Новых веществ не образовалось, изменилось только агрегатное состояние.

Ответ: таяние льда — физическое явление. Вода сохранилась, поэтому химической реакции не произошло. Изменение состояния само по себе не означает превращения вещества.

Задача 2. При смешивании двух растворов появились пузырьки газа. Можно ли заключить, что произошло химическое явление?

1. Пузырьки могут быть признаком газа, который образовался при реакции, поэтому предположение о химическом явлении возможно.
2. Проверим другие причины: жидкость могла нагреться, а растворённый в ней газ — выйти наружу. Пузырьки также могут появиться при перемешивании.
3. Чтобы сделать вывод, нужно выяснить, образовалось ли новое вещество, и сопоставить наблюдение с другими признаками. Одного наблюдения недостаточно.

Ответ: только по пузырькам нельзя уверенно заключить, что была реакция. Нужно исключить другие причины их появления и проверить образование новых веществ. Если газ возник именно в результате превращения веществ, это химическое явление.

Задача 3. Сравнить горение свечи и плавление её воска: выделить физическое и химическое явления и объяснить различие.

1. Разделим происходящее на процессы: воск возле пламени плавится, а пары воска горят.
2. При плавлении воск меняет агрегатное состояние, но остаётся воском. Это физическое явление.
3. При горении воск реагирует с кислородом воздуха, возникают новые вещества и выделяются тепло и свет. Это химическое явление.

Ответ: в свече одновременно происходят физическое плавление воска и химическое горение его паров. Сложный бытовой процесс можно разобрать на части и для каждой проверить, меняется ли состав. Это помогает не смешивать разные явления.

Типичные ошибки

Ошибка: считать любое изменение внешнего вида реакцией. Так думают, потому что заметное изменение кажется доказательством превращения. Но изменение формы или состояния может происходить без появления новых веществ. Проверьте, изменился ли состав: например, при таянии льда он остаётся прежним.

Ошибка: считать один признак безусловным доказательством реакции. Пузырьки могут возникнуть при кипении, а цвет иногда меняется из-за смешивания красителей. Наблюдение важно, но у него могут быть разные причины. Проверьте условия опыта и выясните, появились ли новые вещества.

Ошибка: путать вещество с телом. Предмет и материал связаны, поэтому их названия иногда употребляют как будто это одно и то же. Но тело — отдельный объект, а вещество — то, из чего он сделан. Для проверки задайте два вопроса: «Что это за предмет?» и «Из какого материала он состоит?».

Ошибка: думать, что химия изучает только реакции. Такое впечатление возникает потому, что превращения хорошо заметны и часто приводятся в примерах. Однако химики также исследуют состав, строение и свойства веществ. Проверьте себя: если речь идёт о том, из чего состоит вещество или как оно себя ведёт, это тоже область химии.

Связь с другими темами

Для начала нужно различать тела и вещества, а также узнавать твёрдое, жидкое и газообразное состояния. Это помогает описывать, что именно изменилось во время явления. Понятия вещества и превращения понадобятся при изучении химических реакций, их признаков и условий протекания. Представление о роли химии пригодится, когда речь пойдёт о применении веществ в быту, природе и промышленности.

Что запомнить

• Химия изучает вещества, их состав, строение, свойства и превращения.
• Тело — отдельный предмет, вещество — то, из чего он состоит.
• При химическом явлении из одних веществ образуются другие.
• При физическом явлении новые вещества обычно не образуются.
• Выделение газа, осадка, тепла или света может указывать на химическую реакцию.
• Чтобы установить, произошло ли химическое явление, важно выяснить, изменился ли состав веществ.