4 . Физические и химические явления

Определения и обозначения

Физическое явление — изменение состояния, формы или положения тела, при котором новые вещества не образуются. Например, лёд может стать жидкой водой, а кусок мела — мелкими кусочками. Это понятие помогает отличать перемены внешнего вида или состояния от превращения вещества.

Химическое явление — превращение одних веществ в другие, обладающие новыми свойствами. Так происходит, например, когда железо ржавеет: появляются вещества, отличающиеся от исходного железа. Это определение нужно, чтобы понять, произошло ли изменение только с телом или изменился сам состав веществ.

Химическая реакция — процесс превращения исходных веществ в новые вещества. Исходные вещества вступают во взаимодействие, а результатом становятся вещества с другими свойствами. Это название используют, когда говорят о том, как именно происходит химическое превращение.

Признаки химической реакции — наблюдаемые изменения, по которым можно предположить, что образовались новые вещества. К ним относят, например, выделение газа или появление осадка. Признаки помогают заметить возможную реакцию, но их нужно оценивать вместе с тем, что произошло с веществами.

Как это устроено

Явления происходят с телами и веществами: тело может изменить положение, а вещество — состояние или состав. Например, падает камень — меняется положение тела, а при ржавлении железа появляются новые вещества. Различать эти случаи нужно, чтобы правильно объяснять наблюдаемое: внешний вид тела не всегда показывает, изменилось ли само вещество. Поэтому главный вопрос — сохранился ли состав или возникли вещества с новыми свойствами.

При таянии льда вода переходит из твёрдого состояния в жидкое, но остаётся водой. При сгибании проволоки меняются её форма и положение отдельных частей, а при дроблении мела — размер кусочков. Во всех трёх случаях сохраняется состав исходного вещества, поэтому это физические явления. Новые свойства вещества не появляются лишь оттого, что оно стало жидким, согнулось или раскрошилось.

При горении исходные вещества вступают во взаимодействие, и появляются новые вещества. Ржавление тоже является химическим явлением: железо взаимодействует с веществами окружающей среды, и образуется ржавчина. Когда молоко скисает, его состав меняется и возникают вещества с другими свойствами. Эти изменения нельзя обратить простым восстановлением прежней формы или размера: происходит превращение веществ.

О реакции могут говорить изменение цвета или запаха, выделение газа, появление осадка, тепла или света. Газ заметен по пузырькам, а осадок — по твёрдым частицам, которые появляются в жидкости. Тепло или свечение тоже могут сопровождать превращение веществ. Но каждый признак нужно рассматривать в ситуации целиком: например, цвет может измениться из-за освещения, и тогда новой реакции нет.

В быту и природе физические и химические явления часто соседствуют. Когда свеча горит, воск плавится, а вещества в её парах вступают в реакцию с кислородом; изменения могут идти одновременно. Иногда одно явление следует за другим: сначала тело нагревается и меняет форму, а затем при достаточно сильном нагревании начинается химическое превращение. Чтобы разобраться, рассматривают каждый этап отдельно и проверяют, образовались ли новые вещества.

Сравнение физических и химических явлений

Пользуйся таблицей, чтобы сначала определить, что именно изменилось, а затем проверить, появились ли новые вещества. Если изменилась только форма или состояние, явление физическое. Если вещества превратились в новые, явление химическое; один внешний признак ещё не заменяет эту проверку.

Разбор задач

Задача: лёд растаял в стакане. Определите, какое произошло явление, и объясните, образовалось ли новое вещество. Для решения сравним состояние воды до и после изменения и проверим, изменился ли её состав. Так мы не будем путать превращение льда с появлением другого вещества.

1. До изменения вода находилась в твёрдом состоянии — это лёд.
2. После изменения она стала жидкой водой, то есть изменилось её состояние.
3. Состав вещества сохранился: и лёд, и жидкая вода — это вода. Новое вещество не образовалось, значит, явление физическое.

Ответ: произошло физическое явление — таяние льда; новое вещество не образовалось. Решение основано не только на том, что лёд стал жидким, но и на сохранении состава воды. Поэтому изменение состояния не следует принимать за химическую реакцию.

Задача: при нагревании сахара он потемнел, появился запах и образовалось новое вещество. Определите вид явления и назовите наблюдаемые признаки. В условии уже сказано, что возникло новое вещество, поэтому нужно связать этот факт с видом явления. Затем перечислим изменения, которые можно заметить.

1. Проверяем главное: при нагревании образовалось новое вещество.
2. Превращение исходного вещества в новое — это химическое явление, то есть химическая реакция.
3. Наблюдаемые признаки в задаче — потемнение сахара и появление запаха. Они сопровождают образование нового вещества.

Ответ: произошло химическое явление; его признаки — изменение цвета и появление запаха. Здесь вывод о реакции подтверждается не только наблюдаемыми изменениями, но и тем, что образовалось новое вещество. Без этого сведения одного потемнения было бы недостаточно для уверенного вывода.

Задача: проволоку согнули, а затем нагрели до появления свечения и изменения цвета. Какие изменения произошли и какие из них можно отнести к физическим, а какие — к химическим? Здесь важно рассматривать действия по очереди. Сначала проверим изменение формы, а затем отдельно оценим результат нагревания.

1. При сгибании меняется форма проволоки, но в условии не указано образование нового вещества. Это физическое явление.
2. При нагревании появились свечение и изменение цвета. Это наблюдаемые признаки, но по ним одним нельзя точно доказать химическую реакцию.
3. Чтобы назвать нагревание химическим явлением, нужно выяснить, образовалось ли новое вещество. Если образовалось — это химическое явление; если нет, вид изменения по данным задачи установить нельзя.

Ответ: сгибание — физическое явление. Нагревание сопровождается свечением и изменением цвета, однако без сведений об образовании нового вещества его нельзя уверенно назвать химическим. Так мы не принимаем заметный признак за доказательство реакции.

Типичные ошибки

• Считать любое заметное изменение химическим — ошибка: внешний вид может измениться без появления новых веществ. Так думают, потому что изменение цвета или формы легко заметить. Проверь себя: выясни, изменился ли состав, а не только то, как выглядит тело.

• Называть растворение вещества химическим только потому, что оно перестало быть видимым, — неверно. Частицы могли просто распределиться в жидкости, и их невидимость не доказывает появления нового вещества. Проверь, образовалось ли вещество с новыми свойствами, а не исчезло ли оно из поля зрения.

• Считать изменение цвета бесспорным доказательством реакции — ошибка, потому что цвет может измениться и по другой причине. Один признак не всегда позволяет определить, что произошло. Проверь, есть ли другие наблюдения и подтверждено ли образование новых веществ.

• Путать физическое явление с физическим телом — значит смешивать процесс и предмет. Такая ошибка возникает из-за похожих слов. Проверь себя: тело — это предмет, а явление — изменение или процесс, происходящий с телом либо веществом.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что тела состоят из веществ, а вещества имеют свойства, по которым их можно распознавать. Различение физических и химических явлений пригодится при изучении свойств веществ, смесей и способов разделения их компонентов: важно понимать, сохранились ли вещества или превратились в другие. Эта тема также служит основой для дальнейшего изучения химических реакций и превращений веществ в природе и технике. Наблюдая за изменениями вокруг, можно применять тот же вопрос: образовалось ли новое вещество?

Что запомнить

• При физическом явлении новые вещества не образуются.
• При химическом явлении одни вещества превращаются в другие.
• Форма, размер или состояние вещества могут измениться без изменения его состава.
• Изменение цвета, запаха или температуры может быть признаком химической реакции.
• Один наблюдаемый признак не всегда достаточен, чтобы уверенно определить химическое явление.
• Чтобы различить явления, нужно выяснить, образовались ли новые вещества.