§ 5. Химия и физика

Определения и обозначения

Физическое явление — изменение состояния или формы тела, при котором состав вещества не меняется. Например, лёд может растаять, а кусок пластилина — изменить форму, но вещество останется тем же. Это определение помогает не путать заметное изменение тела с появлением нового вещества. Чтобы проверить явление, сравнивают, из чего состояло тело до изменения и после него.

Химическое явление — превращение одних веществ в другие, отличающиеся составом и свойствами. Например, при горении древесины образуются вещества, которых раньше в ней не было. Определение нужно, чтобы отличать превращение вещества от простого изменения его формы или состояния. Если состав изменился и появились новые вещества, перед нами химическое явление.

Физические свойства вещества — свойства, которые можно наблюдать или измерять, не превращая вещество в другое: цвет, плотность, температура плавления и другие. Такие свойства позволяют описать и сравнить вещества, не проводя с ними химических превращений. Например, можно измерить температуру плавления твёрдого вещества, сохранив его состав. Свойство отвечает на вопрос, каким является вещество, а не что с ним происходит.

Химия — наука о веществах, их свойствах и превращениях. Она изучает, из чего состоят вещества, чем они отличаются и как могут изменяться. Это определение объединяет наблюдение за свойствами и изучение химических явлений. Оно помогает понять, почему для химии важно не только увидеть перемену, но и выяснить, какие вещества получились.

Как это устроено

Физика и химия обе изучают природу, потому что тела и вещества окружают нас и постоянно взаимодействуют. Однако физика рассматривает, например, движение тел, силы и изменения состояния, а химия сосредоточена на веществах и их превращениях. Такое разделение нужно, чтобы задавать точные вопросы: как движется предмет или какое вещество получилось после процесса. На практике вопросы могут пересекаться: чтобы понять превращение, иногда нужно учитывать температуру и энергию, которые изучает физика.

При физическом явлении меняются форма, размеры или агрегатное состояние вещества, но сохраняется его состав. Агрегатное состояние — это твёрдое, жидкое или газообразное состояние вещества. При нагревании лёд становится водой, потому что частицы получают больше энергии и могут двигаться свободнее, но сами частицы вещества не заменяются другими. Поэтому, если собрать воду после таяния и снова охладить её, можно получить лёд из того же вещества.

При химическом явлении исходные вещества превращаются в новые: их состав и свойства отличаются от исходных. Это происходит потому, что частицы исходных веществ изменяются и соединяются иначе, образуя частицы новых веществ. Например, при горении вещество взаимодействует с кислородом, и получившиеся продукты уже не обладают всеми свойствами исходного вещества. Поэтому химическое превращение — не исчезновение вещества, а переход одних веществ в другие.

О возможном химическом превращении могут подсказать выделение газа, образование осадка, изменение цвета или появление запаха. Осадок — твёрдое вещество, которое появляется в жидкости и не растворяется в ней. Эти признаки наблюдаемы, потому что при образовании нового вещества могут появляться пузырьки, твёрдые частицы или новые свойства. Но один признак не является доказательством: пузырьки могут возникнуть и при кипении, а цвет — измениться из-за освещения. Поэтому признак нужно оценивать вместе с вопросом, образовалось ли новое вещество.

Физические и химические явления

Сначала смотрите на состав и появление новых веществ — это главные различия. Остальные признаки помогают предположить, что произошло, но их недостаточно для уверенного вывода. Если в одном процессе идут разные изменения, рассматривайте каждое отдельно.

Разбор задач

Задача 1. Нужно определить, является ли таяние льда физическим или химическим явлением. Сравним вещество до изменения и после: до него есть твёрдый лёд, после — жидкая вода. В обоих случаях это одно и то же вещество, а значит, объяснять процесс появлением нового вещества нет оснований.

1. Определяем, что меняется: агрегатное состояние льда становится жидким.
2. Сравниваем состав до и после таяния: он остаётся составом воды.
3. Проверяем, появилось ли новое вещество: при таянии оно не образуется.

Ответ: таяние льда — физическое явление. Изменилось состояние воды, но не её состав.

Задача 2. Нужно распределить горение свечи и плавление её воска между физическими и химическими явлениями. Не следует считать свечу одним неделимым процессом: плавление воска и его горение можно рассмотреть отдельно. Сравним, появляются ли новые вещества в каждом из этих процессов.

1. При плавлении твёрдый воск становится жидким; меняется состояние, но не состав воска.
2. При горении вещества свечи взаимодействуют с кислородом воздуха.
3. В результате горения образуются новые вещества, поэтому состав и свойства продуктов отличаются от исходного воска.

Ответ: плавление воска — физическое явление, горение — химическое. Они могут происходить рядом, но по-разному меняют вещества.

Задача 3. При смешивании двух бесцветных растворов появился осадок. Нужно решить, можно ли считать это признаком химического явления. Сам факт появления твёрдых частиц подсказывает, что могло образоваться новое вещество, но вывод стоит обосновать, а не делать только по внешнему виду.

1. Наблюдаем признак: в растворе появился осадок.
2. Предполагаем, что растворённые вещества могли превратиться в новое нерастворимое вещество.
3. Проверяем, подтверждается ли вывод появлением вещества с новым составом и свойствами, а не просто изменением вида смеси.

Ответ: осадок может быть признаком химического явления, если он образовался как новое вещество. Одного наблюдения недостаточно для полного доказательства, но оно даёт обоснованное предположение о превращении.

Типичные ошибки

Ошибка — считать любое изменение внешнего вида химическим. Так думают, потому что перемена заметна сразу, а состав вещества не виден. Но форма предмета может измениться без образования нового вещества. Проверьте себя вопросом: появилось ли что-то с новым составом или изменился только вид тела?

Ошибка — говорить, что при химическом явлении вещество просто исчезает. Кажется, что исчезновение дыма или растворение исходного вещества означает его пропажу, но вещества могут превращаться в другие или становиться незаметными. При химическом явлении исходные вещества переходят в новые. Чтобы проверить вывод, выясните, какие продукты могли образоваться.

Ошибка — определять явление только по одному признаку, например по изменению цвета. Цвет иногда меняется из-за освещения, смешивания или других причин, не связанных с химическим превращением. Поэтому цвет, запах, газ или осадок — подсказки, а не безусловные доказательства. Проверьте, изменился ли состав и образовались ли новые вещества.

Ошибка — смешивать свойства вещества и происходящие с ним явления. Цвет описывает вещество, а горение называет процесс, при котором оно изменяется. Путаница возникает, когда признак вещества принимают за само событие. Проверяйте себя так: свойство отвечает на вопрос «какое вещество?», явление — «что с ним происходит?».

Связь с другими темами

Для начала нужно понимать, что тела состоят из веществ, а вещества обладают определёнными свойствами. Это позволяет описывать наблюдаемое изменение и сравнивать вещество до и после него. Различение физических и химических явлений пригодится при изучении химических реакций, их признаков и условий протекания. С темой связана и физика: понятия энергии, температуры и агрегатных состояний помогают объяснять, как меняются вещества и при каких условиях идут процессы.

Что запомнить

• Физическое явление не меняет состав вещества.
• При химическом явлении образуются новые вещества.
• Изменение формы или агрегатного состояния само по себе не означает химического превращения.
• Признаки химического явления помогают распознать превращение, но их нужно оценивать вместе.
• Химия изучает вещества, их свойства и превращения.