Физические и химические явления природы

Определения и обозначения

Физическое явление — изменение состояния, формы, размеров или движения тела, при котором состав вещества не меняется. Например, кусок льда может стать жидкой водой, но и лёд, и вода состоят из одного вещества. Это определение помогает не путать видимое изменение с появлением нового вещества.

Химическое явление — превращение одних веществ в другие с новым составом и свойствами. Например, при ржавлении железа образуется ржавчина, отличающаяся от исходного металла. Понятие нужно, чтобы описывать процессы, после которых исходные вещества уже не сохраняются в прежнем виде.

Химическая реакция — процесс, в котором исходные вещества превращаются в новые. Исходные вещества участвуют в превращении, а результатом становятся продукты реакции с другими свойствами. Этот термин позволяет назвать сам процесс, а не только заметное изменение, сопровождающее его.

Признаки химической реакции — наблюдаемые изменения, которые могут указывать на образование новых веществ: выделение газа, появление осадка, изменение цвета, выделение тепла или света. Признаки помогают заметить возможную реакцию во время опыта. Однако для уверенного вывода важно проверить, действительно ли изменился состав веществ.

Как это устроено

Во время физического явления тело меняется, потому что его частицы могут двигаться быстрее или медленнее, располагаться иначе либо само тело может менять форму. Например, при нагревании вода может перейти из жидкого состояния в газообразное, а при охлаждении — снова стать жидкой. При сгибании проволоки меняется её форма, но вещество остаётся тем же. Поэтому изменения состояния и формы сами по себе не означают химического превращения.

Нагревание и охлаждение часто меняют состояние тела: воск размягчается, вода замерзает, а лёд тает. Изменение формы тоже обычно физическое: пластилин можно размять, а бумагу — смять. При растворении частицы вещества распределяются в жидкости, но растворение не всегда сопровождается образованием новых веществ. Чтобы определить его характер, нужно учитывать, что именно растворяют и что происходит с веществом, а не делать вывод только по исчезновению частиц из поля зрения.

Химическое явление происходит, когда частицы исходных веществ взаимодействуют и образуются вещества с другим составом. Новые вещества могут отличаться цветом, твёрдостью, запахом и другими свойствами, потому что их состав и строение иные. Например, при горении вещества взаимодействуют с кислородом, а результатом становятся продукты горения. Именно появление новых веществ, а не просто яркое или заметное изменение, отличает химическое явление от физического.

Во время реакции можно увидеть газовые пузырьки, осадок — твёрдое вещество, появившееся в жидкости, — или заметить изменение цвета. Иногда выделяются тепло и свет. Эти наблюдения помогают предположить, что идёт реакция, потому что могут сопровождать образование новых веществ. Но отдельный признак не является безусловным доказательством: например, нагревание способно изменить цвет материала и без химического превращения.

Чтобы различить явления в природе и быту, сравнивают состояние вещества до и после изменения и задают вопрос: образовались ли новые вещества? Если изменились только форма или состояние, а состав сохранился, явление физическое. Если исходные вещества превратились в вещества с другим составом и свойствами, явление химическое. При сложном событии каждый процесс рассматривают отдельно: одновременно могут происходить и физические, и химические изменения.

Сравнение физических и химических явлений

При пользовании таблицей сначала сравните состав вещества до и после изменения. Затем проверьте, появились ли новые вещества, а наблюдаемые признаки используйте как подсказки. Если в одном событии идут несколько процессов, занесите каждый из них в подходящую колонку отдельно.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какое явление происходит при таянии льда, и укажите, образуется ли новое вещество. Чтобы решить задачу, важно сравнить не внешний вид воды, а вещество, из которого состоят лёд и жидкость. При переходе из твёрдого состояния в жидкое сохраняется один и тот же состав.

1. Назовите исходное вещество: лёд состоит из воды.
2. Определите, что изменилось: лёд стал жидким, то есть изменилось его агрегатное состояние.
3. Сравните состав до и после таяния: он не изменился.

Ответ: таяние льда — физическое явление. Новое вещество не образуется, потому что и лёд, и жидкая вода состоят из воды.

Задача 2. При горении свечи наблюдаются плавление воска и горение его паров. Разделите происходящее на физическое и химическое явления. Здесь описаны два процесса, поэтому нельзя дать всему событию только одну характеристику. Каждый процесс нужно оценить по тому, меняется ли состав вещества.

1. Рассмотрите плавление: воск нагревается и переходит в жидкое состояние, но сам по себе остаётся воском.
2. Рассмотрите горение паров: они взаимодействуют с кислородом воздуха, и образуются новые вещества.
3. Сопоставьте процессы с определениями: смена состояния физическая, образование новых веществ химическое.

Ответ: плавление воска — физическое явление, а горение его паров — химическое. Они происходят одновременно, но представляют собой разные процессы.

Задача 3. При смешивании двух прозрачных растворов появляется осадок. Объясните, какое явление вероятнее всего произошло и достаточно ли одного наблюдения для вывода. Осадок — твёрдое вещество, которое стало заметным в жидкости. Его появление может указывать на образование нового вещества, но само по себе ещё не доказывает реакцию.

1. Отметьте наблюдение: после смешивания прозрачных растворов появился осадок.
2. Предположите, что произошло: возможно, вещества растворов вступили в реакцию и образовали плохо растворимое вещество.
3. Проверьте, достаточно ли сведений: нужно знать состав растворов и убедиться, что осадок действительно является новым веществом.

Ответ: вероятно химическое явление, поскольку осадок может быть новым веществом. Для уверенного вывода одного наблюдения недостаточно без сведений о веществах и условиях опыта.

Типичные ошибки

Ошибка — считать любое заметное изменение химическим. Её допускают, потому что яркий цвет, необычная форма или смена состояния сразу привлекают внимание. Но тело может изменить форму или состояние, сохранив состав вещества. Проверьте себя: сравните, что именно изменилось и образовалось ли новое вещество.

Ошибка — называть растворение всегда химическим явлением. Часто кажется, что вещество исчезло, значит, превратилось во что-то другое. Однако частицы могут просто равномерно распределиться в воде, сохранив свой состав. Чтобы проверить вывод, выясните, появились ли новые вещества, а не ограничивайтесь наблюдением, что раствор стал прозрачным.

Ошибка — считать любой один признак безусловным доказательством реакции. Например, цвет может измениться из-за освещения, нагревания или смешивания красителей, а не из-за образования нового вещества. Признаки нужны для предположения, но их следует оценивать вместе с условиями опыта и сведениями о веществах. Спросите себя, подтверждает ли наблюдение именно изменение состава.

Ошибка — смешивать процессы, которые идут одновременно, например плавление воска и горение паров свечи. Это происходит потому, что оба процесса видны в одном событии и кажутся одним изменением. Но плавление меняет состояние воска, а горение приводит к образованию новых веществ. Разберите событие на отдельные процессы и для каждого отдельно проверьте, меняется ли состав.

Связь с другими темами

Чтобы разбирать явления, нужно различать тело и вещество: тело имеет форму и размеры, а вещество составляет его. Полезно также знать свойства веществ, которые можно наблюдать, например цвет и агрегатное состояние. Сравнение изменений до и после опыта помогает перейти от простого описания к объяснению процесса. Эти знания пригодятся при изучении состава веществ, химических реакций и изменений в природе и быту.

Наблюдая опыт, отмечайте условия и признаки явления до и после изменения. Такой подход помогает не принять совпадение за причину и точнее решить, образовались ли новые вещества.

Что запомнить

• При физическом явлении новые вещества не образуются.
• При химическом явлении исходные вещества превращаются в новые.
• Изменение формы или состояния часто бывает физическим явлением.
• Горение — пример химического явления.
• Выделение газа, осадка, тепла или света может указывать на химическую реакцию.
• Чтобы различить явления, выясняют, изменился ли состав вещества.