§ 1. Химия как часть естествознания. Предмет химии

Определения и обозначения

Естествознание — система наук о природе. К ним относятся науки, изучающие неживую природу, живые организмы и Землю: например, физика, химия, биология и география. Это понятие помогает увидеть, что разные науки исследуют окружающий мир с разных сторон.

Химия — наука о веществах, их составе, строении, свойствах и превращениях. Она выясняет, из чего состоят материалы, чем они отличаются и как могут изменяться. Это нужно, чтобы объяснять поведение веществ и подбирать их для практических задач.

Вещество — то, из чего состоят физические тела. Тело — отдельный предмет, у которого есть форма и размеры, а вещество является его материалом: стакан — тело, стекло — вещество. Различение этих понятий позволяет точно говорить о предметах и материалах.

Химическое явление — превращение одних веществ в другие. При изменении формы или агрегатного состояния новое вещество может не появиться: лёд, например, становится жидкой водой. Это определение помогает отличать химические изменения от физических.

Как это устроено

Химия относится к естественным наукам, потому что исследует вещества — часть природы, из которой состоят тела и организмы. При этом природные явления часто нельзя объяснить одной наукой: физика помогает описать нагревание или движение, а химия — изменения веществ при нагревании. Биология использует знания о веществах, из которых построены живые организмы, а география учитывает состав и свойства природных материалов. Сотрудничество наук нужно, чтобы получить более полное объяснение одного и того же явления.

Физическое тело можно увидеть как отдельный предмет: у него есть форма и размеры. Вещество характеризуют не формой предмета, а составом и свойствами материала. Например, стеклянный стакан — тело, а стекло — вещество, из которого он сделан. Такое различение нужно, потому что свойства материала и особенности конкретного предмета — не одно и то же.

Одно вещество может образовывать разные тела: из стекла делают стаканы, банки и оконные стёкла. И наоборот, тело бывает изготовлено из нескольких веществ: у металлической ложки с пластиковой ручкой разные части сделаны из разных материалов. Так происходит потому, что предметы создают для определённых целей и сочетания материалов помогают получить нужную форму и свойства. Поэтому при описании предмета полезно отдельно назвать само тело и вещества в его составе.

Химия изучает состав, строение, свойства веществ и их превращения, потому что эти стороны связаны между собой. Состав показывает, какие частицы входят в вещество, а строение помогает понять, как они расположены и связаны. От состава и строения зависят свойства — например, твёрдость или способность гореть. Зная свойства и условия изменения, можно выяснить, во что вещество способно превратиться и где его применять.

Физическое изменение затрагивает форму или состояние вещества, но не создаёт нового вещества: при таянии льда получается жидкая вода. Химическое превращение происходит, когда исходные вещества становятся другими веществами с иными свойствами. Например, при ржавлении железа появляется ржавчина, а при горении свечи образуются новые вещества. Чтобы различить эти случаи, нужно спрашивать не только «что изменилось?», но и «возникло ли новое вещество?».

Что изучают естественные науки

Таблица помогает сравнить предмет изучения разных наук и увидеть, что они не исключают друг друга. Чтобы выбрать подходящую науку для вопроса, обрати внимание, о чём он: о свойствах тел, веществах, живых организмах или Земле. Иногда для полного ответа нужны знания сразу из нескольких строк.

Разбор задач

Задача: определить, что обозначает слово «стекло» в выражениях «стеклянный стакан» и «кусок стекла»: тело или вещество. Нужно выяснить, говорится ли об отдельном предмете с формой и размерами или о материале. Одно и то же слово может употребляться в речи по-разному, поэтому смотрим на смысл всего выражения.

1. В выражении «стеклянный стакан» назван предмет определённой формы — стакан. Значит, стакан является физическим телом, а стеклянный указывает на материал.
2. В выражении «кусок стекла» слово «стекло» называет материал, из которого сделан этот кусок. Сам кусок имеет форму и размеры, а стекло как вещество характеризуется составом и свойствами.
3. Проверяем различие: тело можно описать как предмет, а вещество — как материал. Это правило помогает не смешивать название материала с названием изделия.

Ответ: «стеклянный стакан» — тело, изготовленное из стекла; «стекло» в выражении «кусок стекла» — вещество, а кусок — физическое тело.

Задача: распределить примеры на физические и химические явления: таяние льда, горение свечи, растворение сахара в воде, ржавление железа. Для каждого случая проверим, возникает ли новое вещество. Одного изменения внешнего вида недостаточно, чтобы назвать явление химическим.

1. При таянии льда меняется состояние воды, но новое вещество не появляется. Это физическое явление.
2. При горении свечи образуются новые вещества, поэтому горение — химическое явление. При растворении сахара в воде новое вещество не образуется, значит, это физическое явление.
3. При ржавлении железа появляется ржавчина с другими свойствами. Это химическое явление; распределяем примеры по признаку появления новых веществ.

Ответ: физические явления — таяние льда и растворение сахара; химические — горение свечи и ржавление железа.

Задача: выбрать материал для металлической ложки, которая выдерживает нагревание и обычное использование. Нужно объяснить, какие сведения о веществе понадобятся. Цель не просто назвать металл, а связать его свойства с назначением предмета.

1. Определяем условия: ложка может нагреваться, а при использовании на неё действуют прикосновения и усилие. Значит, материал не должен легко разрушаться или терять нужные свойства.
2. Выясняем, что нужно знать о веществах: как они ведут себя при нагревании, достаточно ли они прочны и устойчивы при обычном использовании. Эти характеристики относятся к свойствам вещества.
3. Сравниваем материалы по нужным свойствам и выбираем подходящий. Химия помогает изучить свойства веществ, а при изготовлении изделия учитывают также его форму и назначение.

Ответ: нужны сведения о термостойкости и прочности материала, а также о его устойчивости при обычном использовании. Выбирать вещество следует по тому, насколько его свойства подходят для ложки.

Типичные ошибки

Ошибка — называть тело веществом: например, считать, что стакан и стекло — одно и то же. Так путают предмет с материалом, потому что в обычной речи слова иногда употребляют рядом. Проверь себя вопросом: можно ли назвать форму и размеры? Если да, речь может идти о теле; материал, из которого оно сделано, — вещество.

Ошибка — думать, что химия изучает только превращения веществ. Это представление возникает, потому что реакции заметны: вещество меняет цвет, горит или ржавеет. Но химия исследует также состав, строение и свойства; проверь себя, перечислив все четыре стороны предмета химии.

Ошибка — считать химическим любое изменение. Изменение формы или состояния само по себе не означает, что появилось новое вещество, но слово «изменение» может сбивать с толку. Проверь, сохранилось ли вещество: если лёд растаял, новое вещество не появилось, а при ржавлении железа образуется ржавчина.

Ошибка — считать физику и химию несвязанными. Их предметы различаются, поэтому кажется, что они не могут объяснять один процесс вместе. На деле науки рассматривают природу с разных сторон: проверь себя, спросив, какие свойства тел описывает физика и какие изменения веществ изучает химия.

Связь с другими темами

Перед изучением предмета химии полезно уметь различать объекты природы и приводить примеры физических тел и материалов. Это помогает отделять конкретный предмет от того, из чего он сделан. Такое различие станет основой для дальнейших понятий о веществе.

Знания о веществах и их свойствах пригодятся при изучении чистых веществ, смесей и способов разделения смесей. Чтобы понять, почему смесь можно разделить, нужно знать, чем отличаются входящие в неё вещества. Их свойства помогают выбрать подходящий способ разделения.

Различение физических и химических явлений понадобится при изучении химических реакций и их признаков. Оно позволяет определить, где появились новые вещества, а где изменились лишь форма или состояние. Это важно для правильного объяснения наблюдений в опытах.

Что запомнить

• Химия — одна из наук о природе.
• Химия изучает вещества и их превращения.
• Вещество — материал, из которого состоят тела.
• Одно вещество может входить в состав разных тел.
• Тело может состоять из одного или нескольких веществ.
• При химическом явлении одни вещества превращаются в другие.