§ 3. Вещество как объект изучения химии

Определения и обозначения

Вещество — то, из чего состоят физические тела. Например, гвоздь сделан из железа, а стакан — из стекла. Вещество является главным объектом химии, потому что именно его состав, строение, свойства и превращения определяют, как ведут себя тела.

Физическое свойство — признак вещества, который можно наблюдать или измерить без превращения вещества в другое. К физическим свойствам относят цвет, запах, плотность, температуру плавления, растворимость. Они помогают описывать и распознавать вещество, не изменяя его состав.

Химическое свойство — способность вещества вступать в химические реакции и образовывать новые вещества. Например, кислород поддерживает горение, а железо реагирует с кислородом и водой с образованием ржавчины. Такие свойства показывают, какие превращения возможны для данного вещества.

Смесь — система, состоящая из нескольких веществ, каждое из которых сохраняет свои свойства. Воздух, морская вода и почва являются смесями. Понятие смеси нужно, чтобы отличать сочетание веществ от чистого вещества и выбирать способы разделения.

Как это устроено

Химия изучает вещества, а не отдельные предметы, потому что один и тот же материал может находиться в разных телах. Например, железо входит в состав гвоздя, проволоки и деталей машины. Изучив свойства железа, можно предсказать поведение всех таких предметов, а не исследовать каждый из них заново.

Физическое тело имеет форму, размеры и объём, а вещество является его материалом. Одно тело может быть изготовлено из нескольких веществ: карандаш содержит древесину, графит и краску. Одно вещество, наоборот, может входить в состав множества тел, поэтому эти понятия нельзя считать одинаковыми.

Физические свойства определяют наблюдением или измерением без изменения состава вещества. Когда измеряют плотность воды, рассматривают её цвет или проверяют растворимость соли, вода и соль остаются теми же веществами. Поэтому физическое свойство можно изучать безопасно для химической природы образца.

Химические свойства проявляются только тогда, когда вещество вступает в химическое превращение. Во время такой реакции исходное вещество расходуется полностью или частично, а вместо него появляются другие вещества с новым составом и свойствами. Например, при горении древесины образуются зола, газы и другие продукты, поэтому это не просто изменение формы.

Одного признака недостаточно для надёжного распознавания: бесцветными могут быть вода, кислород и некоторые другие вещества. Сравнивают несколько физических свойств, а затем при необходимости проверяют химическое поведение. У чистого вещества состав постоянен, а у смеси количество компонентов может меняться, поэтому её свойства зависят от состава.

Вещество и его свойства

Сначала определите, что именно описывается: вещество, его свойство, смесь или превращение. Затем проверьте, меняется ли состав и появляются ли новые вещества. Таблица помогает быстро отделить физические признаки от химических.

Разбор задач

Задача 1. Свойства кислорода

Нужно распределить признаки кислорода: бесцветный газ, поддерживает горение, плохо растворяется в воде. Главный вопрос — изменяется ли состав кислорода при выявлении каждого признака.

1. Бесцветность наблюдают, не превращая кислород в другое вещество, поэтому это физическое свойство.
2. Плохую растворимость проверяют смешиванием и наблюдением растворения; состав кислорода не меняется, значит, это физическое свойство.
3. Способность поддерживать горение проявляется во взаимодействии кислорода с горящим веществом, поэтому она относится к химическим свойствам.

Ответ: бесцветный газ и плохая растворимость в воде — физические свойства; поддерживание горения — химическое свойство.

Задача 2. Физические и химические процессы

Нужно определить характер плавления льда, ржавления железа, испарения воды и горения древесины. Проверяем, появляются ли в каждом случае новые вещества.

1. При плавлении лёд превращается в воду, но состав остаётся прежним, поэтому процесс физический.
2. При ржавлении железа образуются новые вещества, входящие в состав ржавчины, поэтому процесс химический.
3. Испарение воды меняет только агрегатное состояние, а водяной пар остаётся водой, значит, это физический процесс.
4. При горении древесины возникают зола и газы с другими свойствами, поэтому это химическое превращение.

Ответ: плавление льда и испарение воды — физические процессы; ржавление железа и горение древесины — химические.

Задача 3. Распознавание жидкости

Образец — бесцветная жидкость, кипит при определённой температуре, смешивается с водой, а при взаимодействии с натрием выделяет газ. Нужно понять, какие признаки помогают распознать вещество и какой из них химический.

1. Бесцветность, температура кипения и смешиваемость с водой определяют наблюдением или измерением без образования нового вещества.
2. Выделение газа при взаимодействии с натрием показывает химическую реакцию и относится к химическому свойству.
3. Сопоставляют все признаки, потому что каждый по отдельности может встречаться у разных жидкостей.

Ответ: физические свойства образца — цвет, температура кипения и смешиваемость с водой; выделение газа с натрием — химическое свойство. Для распознавания используют их совокупность.

Типичные ошибки

Предмет называют веществом, например говорят «гвоздь — это железо». Ошибка возникает из-за того, что тело и материал тесно связаны, но гвоздь является телом, а железо — веществом. Проверка проста: спросите, имеет ли объект собственную форму или из чего он сделан.

Изменение агрегатного состояния принимают за химическое превращение. Такое происходит потому, что лёд, вода и пар выглядят по-разному, хотя их состав одинаков. Чтобы проверить себя, сравните состав до и после процесса.

Цвет, запах или плотность называют химическими свойствами. Их путают с химическими признаками, хотя при определении этих свойств новое вещество не образуется. Если достаточно наблюдения или измерения без реакции, свойство физическое.

Смесь считают новым веществом с постоянными свойствами. Причина ошибки — смесь выглядит однородной, хотя в ней находятся несколько компонентов. Проверьте, можно ли изменить состав смеси и сохраняют ли компоненты собственные свойства.

Связь с другими темами

До этой темы нужно различать физические тела и вещества, а также знать агрегатные состояния: твёрдое, жидкое и газообразное. Полезно уметь описывать объекты по простым наблюдаемым признакам.

Дальше эти знания понадобятся при изучении химических реакций, их уравнений и признаков превращения веществ. Понимание разницы между физическими и химическими изменениями поможет правильно определять реакцию.

Тема связана со способами разделения смесей и методами распознавания веществ. Зная свойства компонентов, можно подобрать фильтрование, отстаивание, выпаривание или другой способ разделения.

Что запомнить

• Вещество — объект изучения химии.
• Физическое тело состоит из одного или нескольких веществ.
• Физические свойства определяют без изменения состава вещества.
• Химические свойства проявляются при химических реакциях.
• При физическом превращении новые вещества не образуются.
• Смесь содержит несколько веществ, сохраняющих свои свойства.
• Для распознавания вещества используют совокупность его свойств.