§ 2. Превращения веществ сопровождаются физическими и химическими явлениями

Определения и обозначения

Физическое явление — изменение состояния, формы или размеров вещества, при котором его состав не меняется. Например, вода может стать льдом или паром, оставаясь водой. Это определение помогает отличить перемену внешнего вида от превращения вещества.

Химическое явление — превращение одних веществ в другие, при котором изменяется их состав. При горении топлива появляются вещества, отличающиеся от исходного топлива. Понятие нужно, чтобы распознавать случаи, когда изменение затрагивает не только внешний вид, но и само вещество.

Химическая реакция — процесс, в ходе которого из исходных веществ образуются новые вещества. Исходными называют вещества до превращения, а получившиеся — продуктами реакции. Этот термин помогает описывать химическое явление как последовательный процесс.

Признак химической реакции — наблюдаемое изменение, которое может свидетельствовать об образовании новых веществ: выделение газа, образование осадка, изменение цвета или появление запаха. Осадок — твёрдое вещество, появившееся в жидкости. Признаки помогают заметить возможную реакцию, но для вывода нужно установить, возникло ли новое вещество.

Как это устроено

При физическом явлении сохраняются и сами вещества, и их состав, потому что меняются лишь состояние, форма или размеры. Когда лёд тает, частицы воды остаются частицами воды, хотя переходят из твёрдого состояния в жидкое. При измельчении сахара его кусочки становятся меньше, но сахар не превращается в другое вещество. Поэтому для распознавания физического явления полезно сравнить состав до и после изменения.

При химическом явлении исходные вещества превращаются в новые, поэтому свойства результата отличаются. Во время горения древесины образуются, среди прочего, газообразные вещества и зола, а при ржавлении железо взаимодействует с веществами окружающей среды и появляется ржавчина. Эти результаты уже не являются исходной древесиной или железом. Значит, дело не только в изменении вида предмета: изменился состав вещества.

Причина появления новых веществ — перестройка частиц исходных веществ. Частицы вступают во взаимодействие и образуют новые сочетания, поэтому получившееся вещество обладает другими свойствами. Например, железо и ржавчина различаются внешним видом и поведением, хотя ржавчина образуется из железа при участии веществ окружающей среды. Так объясняется, почему химическое превращение нельзя свести к изменению формы или состояния.

Выделение газа, появление осадка, изменение цвета или запаха могут подсказать, что идёт реакция: такие перемены иногда связаны с образованием новых веществ. Но каждый признак нужно проверять, потому что похожее наблюдение бывает и без химического превращения. Например, пузырьки при кипении — это водяной пар, а состав воды не меняется. Поэтому наблюдение указывает на возможную реакцию, но окончательный вывод делают по тому, образовались ли новые вещества.

В быту важно смотреть не только на то, что стало заметно глазу, но и на состав. При сгибании проволоки меняется её форма, а вещество остаётся тем же, поэтому это физическое явление. Если железный предмет покрылся ржавчиной, возникло новое вещество — это химическое явление. Такой способ сравнения помогает не путать яркое изменение внешнего вида с превращением вещества.

Сравнение физических и химических явлений

Сначала определите, что именно изменилось: состояние, форма и размеры или состав вещества. Затем проверьте, возникли ли новые вещества, и соотнесите вывод с примерами. Наблюдаемые признаки реакции используйте как подсказки, а не как безусловное доказательство.

Разбор задач

Задача 1. Лёд растаял, а затем вода испарилась. Нужно определить, какие явления произошли, и объяснить классификацию. В обоих случаях наблюдается переход воды из одного агрегатного состояния в другое. Состав вещества при этих переходах не меняется.

1. При таянии лёд переходит из твёрдого состояния в жидкое.
2. При испарении жидкая вода переходит в газообразное состояние.
3. Проверяем состав: до и после обоих переходов это вода, новых веществ не появилось.

Ответ. Таяние и испарение — физические явления, потому что меняется агрегатное состояние, но не состав вещества. Оба изменения показывают, что внешний вид и состояние сами по себе не определяют химическое превращение.

Задача 2. При смешивании двух бесцветных растворов появился осадок. Требуется определить возможное явление и оценить, что доказывает наблюдение. Осадок — новый видимый твёрдый материал в жидкости. Это может означать, что растворённые вещества вступили в реакцию, но одного наблюдения недостаточно для окончательного вывода.

1. Отмечаем изменение: после смешивания появился осадок.
2. Предполагаем, что могло образоваться новое твёрдое вещество, не растворяющееся в жидкости.
3. Проверяем вывод: нужно установить, действительно ли изменился состав и возникло новое вещество; признак сам по себе не даёт полной уверенности.

Ответ. Возможно химическое явление, поскольку осадок может быть продуктом реакции. Наблюдение позволяет выдвинуть предположение, но не считать химическую реакцию доказанной только по одному признаку.

Задача 3. Один железный гвоздь согнули, а другой оставили во влажном воздухе, где он покрылся ржавчиной. Нужно сравнить изменения и определить, какое из них физическое, а какое химическое. В первом случае меняется форма предмета. Во втором появляется ржавчина, отличающаяся от железа.

1. Сгибание меняет форму гвоздя, но железо остаётся железом.
2. При ржавлении железо превращается в новое вещество при взаимодействии с окружающей средой.
3. Сравниваем состав: при сгибании он сохраняется, а при ржавлении образуется вещество с иными свойствами.

Ответ. Сгибание гвоздя — физическое явление, ржавление — химическое. Классификация основана на том, что в первом случае новых веществ нет, а во втором они образуются.

Типичные ошибки

Ошибка — считать химическим любое заметное изменение. Так думают, потому что перемена формы или размера хорошо видна, но это не доказывает изменения состава. При плавлении и измельчении вещество сохраняется. Проверьте себя вопросом: появилось ли новое вещество?

Ошибка — называть переход из одного агрегатного состояния в другое образованием нового вещества. Её допускают, потому что лёд, вода и пар выглядят по-разному. Однако все они состоят из частиц одного и того же вещества — воды. Для проверки сравните состав до и после перехода.

Ошибка — считать любой признак реакции достаточным доказательством. Пузырьки легко принять за газ, возникший при химическом превращении, хотя при кипении это водяной пар и состав не меняется. Поэтому одного наблюдения может быть недостаточно. Проверьте, не объясняется ли признак физическим процессом и возникли ли новые вещества.

Ошибка — путать химическое явление с изменением внешнего вида. Цвет или форма могут измениться, но сами по себе не показывают, что именно произошло. Обычно так рассуждают, потому что судят только по видимому результату. Чтобы проверить вывод, выясните, изменился ли состав и появились ли новые вещества.

Связь с другими темами

Для изучения явлений нужно знать, что вещества имеют определённый состав и свойства, а также могут находиться в разных агрегатных состояниях. Эти сведения помогают различать изменение состояния и превращение вещества. Например, без представления о состояниях воды трудно объяснить, почему таяние льда не меняет её состав.

Различение физических и химических явлений понадобится при изучении химических реакций, их признаков и условий протекания. Оно также помогает понять, что показывают уравнения реакций: превращение исходных веществ в продукты. Умение проверять, образовалось ли новое вещество, станет основой для дальнейших тем химии.

Что запомнить

• Физическое явление не изменяет состав вещества.
• Химическое явление приводит к образованию новых веществ.
• Изменение агрегатного состояния — физическое явление.
• Горение и ржавление — примеры химических явлений.
• Выделение газа, образование осадка и изменение цвета могут быть признаками реакции.
• Чтобы различить явления, выясняют, образовались ли новые вещества.