§ 6. Физические и химические явления. Химические реакции

Определения и обозначения

Физическое явление — изменение состояния, формы или положения вещества, при котором его состав остаётся прежним. Например, лёд может растаять, а кусок мела — расколоться на части. Это понятие помогает отличить изменение самого вещества от его превращения в другое.

Химическое явление — превращение одних веществ в другие; исходные вещества отличаются по составу и свойствам от образовавшихся. Например, при горении исходное вещество превращается в продукты горения. Это определение нужно, чтобы замечать не просто перемену внешнего вида, а появление веществ с новыми свойствами.

Химическая реакция — процесс превращения исходных веществ в новые вещества. Исходные вещества называют реагирующими, а вещества, полученные в результате, — продуктами реакции. Различать эти названия полезно, чтобы точно описывать, что было в начале опыта и что получилось в конце.

Признаки химической реакции — наблюдаемые изменения, по которым можно предположить образование новых веществ: выделение газа, образование осадка, изменение цвета, появление запаха, выделение или поглощение теплоты и света. Такие признаки помогают вовремя заметить превращение во время опыта. Однако их нужно проверять и сопоставлять с условиями, а не считать каждый отдельный признак окончательным доказательством.

Как это устроено

Изменение агрегатного состояния, формы или размеров относят к физическим явлениям, потому что при нём меняется внешний вид или состояние вещества, но не его состав. При замерзании и плавлении частицы воды не превращаются в частицы другого вещества, а иначе располагаются и движутся. Поэтому жидкая вода и лёд остаются одним и тем же веществом. Чтобы проверить это, сравнивают состав до и после изменения, а не только внешний вид.

При химическом явлении исходные вещества превращаются в другие, потому что меняется их состав. Новые вещества обладают собственными свойствами: они могут отличаться цветом, запахом, растворимостью или способностью гореть. Поэтому химическое превращение нельзя свести к изменению формы исходного вещества. Сравнение свойств помогает понять, действительно ли возникло что-то новое.

Исходные вещества — это вещества, которые были до начала реакции и участвуют в превращении, а продукты — то, что образуется в результате. Их нельзя путать: продукт может быть твёрдым, жидким или газообразным, но он не становится лишь новой формой исходного вещества, если изменились состав и свойства. Например, появление вещества с иными свойствами указывает на превращение, а не просто на измельчение или изменение состояния. Для описания опыта полезно отдельно назвать, что взяли в начале и что обнаружили после.

Признаки реакции помогают заметить химическое превращение, потому что новые вещества могут проявлять себя через газ, осадок, изменение цвета, запаха или тепловой и световой эффект. Но один признак сам по себе не всегда достаточен: пузырьки могут появиться, например, при кипении, когда состав жидкости не меняется. Поэтому следует учитывать, при каких условиях шёл опыт, и проверить, изменились ли состав и свойства веществ. Несколько согласующихся наблюдений дают более надёжное основание для вывода.

Чтобы определить характер явления, сначала описывают вещества до опыта, затем фиксируют, что изменилось, и исследуют результат. Если изменились только форма, размеры или агрегатное состояние, а состав сохранился, явление физическое. Если после опыта обнаружены вещества с другим составом и свойствами, произошло химическое превращение. Такой способ рассуждения помогает не делать вывод только по одному заметному внешнему изменению.

Сравнение физических и химических явлений

Пользуйтесь таблицей как последовательностью вопросов: изменился ли состав, появились ли новые вещества, что именно наблюдалось. Не определяйте явление только по внешнему виду, если он может измениться и при физическом процессе. Признаки реакции рассматривайте вместе с результатами сравнения веществ.

Разбор задач

Таяние льда

Условие. Определите, какое явление происходит при таянии льда, и меняется ли состав вещества. Нужно сравнить то, что было до изменения, с тем, что получилось после. Главный вопрос — появилось ли новое вещество.

1. До таяния имеется лёд, то есть вода в твёрдом состоянии. После таяния получается жидкая вода. Сравниваем не внешний вид, а состав вещества.

2. И лёд, и жидкая вода имеют состав H₂O. Следовательно, при таянии состав не изменился, изменилось только агрегатное состояние. Новое вещество не образовалось.

Ответ. Таяние льда — физическое явление. Состав воды до и после изменения сохраняется.

Появление мути при смешивании растворов

Условие. При смешивании двух растворов появилась муть. Определите, какое явление могло произойти, и назовите наблюдаемый признак. Важно не принять предположение за окончательное доказательство реакции. Для вывода нужно рассмотреть, что именно могло вызвать помутнение.

1. Помутнение может возникнуть, если при смешивании образовались мелкие твёрдые частицы, которые не растворяются в жидкости. Такое скопление твёрдого вещества называют осадком. Его появление может указывать на образование нового вещества.

2. Сопоставляем наблюдение с возможным химическим превращением: появление осадка является признаком реакции. Но одной мути недостаточно для безусловного вывода, поскольку надо исключить другие причины и, по возможности, проверить свойства полученного вещества. Учитываем также, какие растворы смешивали.

Ответ. Могло произойти химическое явление с образованием осадка; наблюдаемый признак — появление мути. Для уверенного вывода нужны дополнительные наблюдения или проверка результата.

Выделение газа при нагревании

Условие. При нагревании вещества выделился газ, а после опыта обнаружилось вещество с иными свойствами. Объясните, почему это химическое явление, и укажите исходное вещество, продукт и признак реакции. Здесь даны и наблюдаемый признак, и сведения о результате. Нужно связать их с изменением состава.

1. До нагревания было исходное вещество — то, которое поместили в условия опыта. После нагревания выделился газ, а оставшийся или полученный продукт имеет иные свойства. Значит, исходное вещество превратилось в другие вещества, а не просто изменило форму.

2. Называем исходным веществом то, которое нагревали, а продуктом — вещество, обнаруженное после опыта; выделившийся газ тоже может быть продуктом превращения. Новые свойства продукта показывают, что изменился состав. Поэтому опыт относится к химическому явлению.

3. Отмечаем признак, который можно непосредственно наблюдать: выделение газа. Его оценивают вместе с обнаружением вещества с иными свойствами, а не изолированно. Такое сочетание наблюдений обосновывает вывод о реакции.

Ответ. Произошло химическое явление, потому что исходное вещество превратилось в вещества с иными свойствами. Исходное вещество — нагревавшееся вещество, продукт — обнаруженное после опыта вещество (а также выделившийся газ, если он образовался в реакции); признак — выделение газа.

Типичные ошибки

Ошибка — считать любое изменение внешнего вида химической реакцией. Так думают, потому что перемена цвета или формы заметна сразу, но форма и размер могут измениться без изменения состава. Проверьте себя вопросом: появилось ли вещество с другим составом или изменились только внешний вид и размеры?

Ошибка — принимать переход между агрегатными состояниями за образование нового вещества. Плавление и испарение выглядят как сильное изменение, поэтому их можно ошибочно принять за реакцию. Сравните состав до и после: если он сохранился, произошёл физический процесс.

Ошибка — считать один признак безусловным доказательством реакции. Пузырьки могут появляться при кипении, а цвет способен меняться по разным причинам, поэтому важны условия наблюдения. Проверьте, возникли ли новые вещества, и сопоставьте несколько наблюдений, а не только одно.

Ошибка — путать исходные вещества и продукты реакции. Исходные вещества есть до превращения, а продукты появляются в результате; путаницу часто вызывает то, что после опыта наблюдают уже готовую смесь. Запишите отдельно, что было взято для опыта и что образовалось после него.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что каждое вещество имеет определённый состав и свойства. Также важно различать твёрдое, жидкое и газообразное состояния, чтобы не путать переход между ними с химическим превращением. Эти знания позволяют сравнивать вещество до опыта и после него.

Различение исходных веществ и продуктов понадобится при изучении состава веществ и химических формул. Позже химические превращения будут записывать уравнениями реакций, где показывают, какие вещества вступают в реакцию и какие образуются. Поэтому вывод о сохранении или изменении состава становится основой дальнейшего изучения химии.

Что запомнить

• При физическом явлении состав вещества сохраняется.
• При химическом явлении из исходных веществ образуются новые вещества.
• Химическая реакция — процесс превращения одних веществ в другие.
• Признаками реакции могут быть выделение газа, образование осадка, изменение цвета, появление запаха, выделение или поглощение теплоты и света.
• Один признак реакции не всегда достаточен для окончательного вывода.
• Чтобы классифицировать явление, сравнивают состав и свойства вещества до и после изменения.