Описать физические свойства вещества по плану. Химические, физические свойства веществ. Кристаллы и металлические вещества

«Классификация веществ» - Кислотным. Массовые доли элементов в соединении равны: калия – 43,1%, хлора – 39,2%,кислорода – 17,7%. Золото. Распределите вещества. Распределите вещества по классам. Исключите лишнее по классификационной характеристике вещество. Амфотерным. Несолеобразующим. Серебро. Углерод. Металлы и неметаллы. Гидроксидом не является:

«Вещества металлы» - Нахождение металлов в природе. Причины, приводящие к различию физических свойств. Станкострое-ние. Физические свойства металлов. Состоят из атомов Одного вида. Химические элементы, образующие в свободном состоянии простые вещества с металлической связью. Причины, приводящие к различию в физических свойств металлов.

«Вещества урок» - Кухня. Проверка домашнего задания: 3. Совокупность людей, объединенных формами совместной жизни и деятельности. Руководитель каждой группы готовит выступление по итогам опытов. В морской воде, под землей. Я бел, как снег, В чести у всех, В рот попал – Там и пропал. Кислый вкус. Соленый вкус. Поваренная соль.

«Три состояния вещества» - Вопросы: Можно ли открытый сосуд заполнить газом на 50%? Вода испарилась и превратилась в пар. Жидкость. Газ. Физика 7 класс. К чему приводит повышении температуры твердого тела? Почему твердые тела сохраняют свою форму? Три состояния вещества. Твердое тело. Что можно сказать о расположении молекул при нагревании воды до кипения?

«Количество вещества» - Таблица расчетов. Молярная масса – физическая величина, которая. 1. В мерный цилиндр отмерьте 12 столовых ложек воды. Означает определенное число структурных элементов (атомов,молекул,ионов). Определите положение весов. Карта исследования

-- [ Страница 1 ] --

В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, А. А. Дроздов, В. В. Лунин

Учебник для общеобразовательных учреждений

и науки Российской Федерации

Оцифровано: http://scienceland.info

Предисловие

Глава 1. Первоначальные химические понятия

1. Вещества

2. Агрегатные состояния вещества

3. Работа в химической лаборатории

4. Индивидуальные вещества и смеси веществ

5. Разделение смесей

6. Физические и химические явления

7. Атомы. Химические элементы

8. Молекулы. Атомно-молекулярная теория

9. Закон постоянства веществ молекулярного строения

10. Классификация веществ. Простые и сложные вещества

11. Относительная атомная и молекулярная массы. Качественный и количественный состав вещества

12. Закон сохранения массы веществ. Уравнения химической реакции

13. Типы химических реакций

Самое важное в главе 1

Глава 2. Кислород. Оксиды. Валентность

14. Кислород

15. Получение кислорода в лаборатории

16. Химические свойства кислорода

17. Валентность. Составление формул оксидов

18. Воздух

19. Горение веществ на воздухе

20. Получение кислорода в промышленности и его применение

Самое важное в главе 2

Глава 3. Водород. Кислоты. Соли

21. Водород

22. Получение водорода в лаборатории

23. Химические свойства водорода

24. Применение водорода. Получение водорода в промышленности

25. Кислоты

26. Соли

27. Кислотные оксиды

Самое важное в главе 3

Глава 4. Вода. Растворы. Основания

28. Вода

29. Растворы. Растворимость твердых веществ в воде

30. Растворимость газов и жидкостей в воде

31. Концентрация растворов. Массовая доля растворенного вещества

32. Приготовление растворов

33. Химические свойства воды

34. Основания

Самое важное в главе 4

Глава 5. Обобщение сведений о важнейших классах неорганических соединений.................. 35. Общая характеристика оксидов

36. Взаимодействие веществ, обладающих кислотными и основными свойствами........... 37. Реакции обмена в водных растворах

38. Генетическая связь между важнейшими классами неорганических веществ............... Самое важное в главе 5

Глава 6. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И.

Менделеева

39. Первые попытки классификации химических элементов

40. Амфотерные оксиды и гидроксиды

41. Периодический закон. Периоды

42. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Группы................. 43. Характеристика химического элемента по его положению в Периодической системе Самое важное в главе 6

Глава 7. Строение атома. Современная формулировка Периодического закона

44. Ядро атома

45. Порядковый номер элемента. Изотопы

46. Электроны в атоме. Орбитали

47. Строение электронных оболочек атомов

48. Изменение свойств элементов в периодах и главных подгруппах.

Электроотрицательность

Самое важное в главе 7

Глава 8. Химическая связь

49. Химическая связь и энергия

50. Ковалентная связь

51. Полярная и неполярная связь. Свойства ковалентной связи

52. Ионная связь

53. Металлическая связь

54. Валентность и степень окисления

55. Твердые вещества

Самое важное в главе 8

Практикум

Правила работы в школьной химической лаборатории

Практическая работа 1. Правила безопасности при работе в химической лаборатории.

Знакомство с лабораторным оборудованием

Практическая работа 2. Очистка загрязненной поваренной соли

Практическая работа 3. Получение и свойства кислорода

Практическая работа 4. Приготовление раствора с заданной массовой долей растворенного вещества

Практическая работа 5. Экспериментальное решение задач по теме «Генетические связи между классами неорганических соединений»

Занимательные опыты по химии

Приложения

Приложение 1. Физические свойства некоторых веществ

Приложение 2. Оксиды

Приложение 3. Кислоты

Приложение 4. Основания

Приложение 5. Амфотерные гидроксиды

Приложение 6. Соли

Приложение 7. Задачи для подготовки к школьной олимпиаде в 8 классе

Предисловие Дорогие восьмиклассники!

Вы приступаете к изучению нового предмета – химии.

Вместе с биологией и физикой химия принадлежит к числу естественных наук – наук, изучающих природу и происходящие в ней изменения. Как вы знаете, объектом изучения биологии являются живые организмы: растения, животные и человек. Физика исследует наиболее общие законы и явления природы.

В центре внимания химии находятся вещества.

Некоторые из них – вода, стекло, сахар, железо, поваренная соль – знакомы вам с детства, другие предстоит изучить.

Машины, мебель, почва, пища и, наконец, наш собственный организм – все это состоит из веществ. Их число огромно – более 20 миллионов. Лишь незначительная часть этих веществ дана нам природой в готовом виде, например кислород, вода, мрамор, золото; другие вещества, такие как сера, поваренная соль, сахар, выделяют из природного сырья. Но самое большое число веществ, которых раньше в природе не существовало, получены человеком. Это пластмассы, керамика, лекарства, красители и др.

Свойства веществ можно понять, лишь обладая определенными знаниями. Так, чтобы научиться читать, надо сначала выучить буквы. Химия тоже имеет свой собственный язык– язык формул и уравнений.

Ежегодно ученые синтезируют тысячи новых веществ, каждому из которых присваивают название, поэтому язык химии развивается так же стремительно, как и сама наука.

Окружающий нас мир постоянно изменяется. Каждую секунду происходит множество химических реакций, в результате которых одни вещества превращаются в другие. Мы сделали вдох, и в организме начались реакции окисления органических веществ. Мы сделали выдох, и в воздух попал углекислый газ, который в растениях превратится а углеводы. Некоторые химические превращения можно наблюдать непосредственно, например ржавление железных предметов или свертывание крови. В то же время подавляющее большинство реакций протекает незаметно для нас. Для того чтобы познать суть происходящих процессов и научиться ими управлять, человеку и нужна химия.

Почему бензин горит, а вода – нет? Можно ли вырастить синие розы и красные васильки? Как получить новые вещества, которых нет в природе?

Почему изделия из капрона нельзя гладить горячим утюгом? Отчего желтеют листья? Ответы на эти и многие другие вопросы дает химия.

Конечно, можно жить и не задумываться о том, что мы видим вокруг, не задавать лишних вопросов и не стремиться найти на них ответы, Можно дышать воздухом и не знать, что в нем есть кислород, пить газировку и не догадываться, какой газ из нее выделяется, жечь костер и не понимать, почему горят дрова. На наш взгляд, отсутствие элементарных знаний по химии, как, впрочем, и многих других знаний, ограничивает кругозор и сужает круг общения. Как было написана на одной из шумерских табличек около четырех тысяч лет назад, «знающий может показать табличку знающему, но не незнающему». Стремитесь стать людьми знающими!

В разделах «Вопросы и задания» значком «*» отмечены задания повышенной сложности.

Для большинства из вас наш учебник окажется первой книгой по химии. С ней вы попадете в совершенно новый мир науки и узнаете много интересного об окружающих вас веществах.

Но помните, что учебник – это не магическая книга, где, по представлениям древних, содержались ответы на все вопросы. Здесь приведены лишь элементарные химические понятия – своеобразная химическая азбука. Однако без этих знаний дальнейшее изучение науки окажется невозможным.

Желаем вам успехов в изучении химии!

Глава 1. Первоначальные химические понятия 1. Вещества Вы, наверное, знаете, что весь мир, живая и неживая природа, растения и камни, компьютеры и дома, воздух, да и сам человек – все это состоит из веществ. Названия некоторых из них вам хорошо знакомы. Так, гвозди, молотки, топоры делают из железа, прозрачные пакеты для хранения пищевых продуктов – из полиэтилена, свечи – из воска, парафина или стеарина, бутылки – из стекла. Фольга, в которую заворачивают шоколадные конфеты, сделана из алюминия, а внутри термометра, которым измеряют температуру тела, находится ртуть.

Железо, полиэтилен, воск, алюминий, шоколад, стекло, ртуть, а также аспирин, аскорбиновая кислота и другие лекарства – это вещества.

В физике все окружающие нас объекты называют физическими телами, а то, из чего они состоят, – веществами. Тело может состоять из одного или нескольких веществ; стакан (тело) состоит из стекла (вещество), пластиковая бутылка (тело) – из полиэтилентерефталата (вещество), страница книги (тело) – из бумаги (вещество) и краски (вещество).

Изучением веществ и занимается наука химия. Каждое вещество характеризуется определенными свойствами, т. е. признаками, по которым оно отличается от других или сходно с ними. Изучить вещество – значит узнать его свойства, описать из чего и как оно построено. К физическим свойствам относит агрегатное состояние, цвет, венах, температуру плавления, температуру кипения, плотность, тепло- и электропроводность, растворимость и т. д. Например, вода – это бесцветная жидкость, которая замерзает при 0 °С, кипит при 100 °С, ее плотность 1 г/см (при 4 °С), это вещество плохо проводит тепло и не проводит электрический ток. Сахар – твердое, хрупкое вещество белого цвета, сладкое на вкус, прекрасно растворимое в воде, его температура плавления равна 185 °С, а плотность 1,59 г/см.

Такие физические свойства веществ, как цвет и запах, определяют непосредственным наблюдением, поэтому их трудно описать точно. Более того, нередко цвет вещества зависит от условий. Так, все вещества, кажущиеся нам бесцветными, например лед, при измельчении становятся белыми. Ведь снег – это тот же лед, но состоящий из отдельных кристалликов, снежинок (рис. 1).

Рис. 1. Снежинки, а также крупные кристаллы инея образуются при кристаллизации водяного кара. На ровных и гладких поверхностях кристаллы льда часто принимают причудливые формы. Вы, конечно, видели на замерзших окнах подобные ледяные узоры Те физические свойства веществ, которые легко измерить, – температуры плавления и кипения, плотность, тепло- и электропроводность – приведены в справочниках.

Вопросы и задания 1. Что взвывают веществом? Приведите примеры веществ.

2. Выпишите из перечня названия веществ: дерево, древесина, железо, гвоздь, ваза, стекло, сахар, лед, льдина, проволока, медь, нож, сталь, ртуть, термометр.

3. Какие свойства веществ относят к физическим?

4. Опишите физические свойства следующих веществ: в) алюминия; б) полиэтилена; в) поваренной соли; г) уксусной кислоты; д) углекислого газа.

5. Химическое название аспирина – ацетилсалициловая кислота. Какие свойства этого вещества вам известны?

2. Агрегатные состояния вещества Каждое вещество может существовать в трех основных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Переходы между ними происходят при изменении температуры и давления. При высокой температуре и низком давлении вещества существуют в виде газов, а при низкой температуре – в твердом состоянии. Например, когда столбик термометра опускается ниже нулевой отметки, вода превращается в лед. Иными словами, происходит процесс кристаллизации – переход вещества из жидкого состояния в твердое. Ртуть жидкий металл при комнатной температуре, кристаллизуется при –39 °С. Понижая температуру и повышая давление, можно любое вещество перевести в твердое состояние. Именно так получают, например, твердый углекислый газ, известный под названием «сухой лед».

Попадая в воду, кусочки «сухого льда» тают буквально на глазах. Причина этого проста – даже холодная вода оказывается необычайно теплой для «сухого льда» (его температура не превышает –79 °С), и он возгоняется, т. е. переходит из твердого состояния в газообразное.

Когда говорят о веществах в газообразном состоянии, иногда помимо термина «газ»

используют и слово «пар». Паром называют газ, образовавшийся при испарении твердого или жидкого вещества. Так, в воздухе всегда присутствует бесцветный и незаметный для глаза водяной пар, он обусловливает влажность воздуха. Пар, выделяющийся при кипении воды в чайнике, состоит не только из газообразной воды, но и из крошечных ее капелек, образующихся при конденсации. Аналогично возникает туман.

Вопросы и задания Приведите примеры веществ, которые при комнатной температуре наводятся в следующем агрегатном состоянии: а) твердом; б) жидком; в) газообразном.

3. Работа в химической лаборатории Для работы с веществами химики используют специальную посуду. Простейшие опыты проводят в пробирках – стеклянных трубках, заплавленных с одного конца. Если необходимо нагревание, пробирку помещают в специальный держатель.

В любой химической лаборатории есть химические стаканы, а также колбы – сосуды с широким основанием и узким горлышком (рис. 2). Колбы бывают конические, плоскодонные и круглодонные. Чтобы пробирки и колбы можно было нагревать на открытом пламени, их делают из огнеупорного тонкого стекла. Такие тонкостенные сосуды разбить гораздо легче, чем толстостенные, которыми вы привыкли пользоваться в быту, поэтому и обращаться с ними следует аккуратнее.

Рис. 2. Химическая посуда из стекла: химический стакан (а), колбы – коническая (б), плоскодонная (в), круглодонная (д) Многие химические опыты проводят при нагревании. Наиболее эффективно нагревание на газовой горелке. В простейшей из горелок – горелке Бунзена (рис. 3, а) – природный газ смешивается в специальной камере – смесителе 1 с воздухом, количество которого регулируется заслонкой 2. Газ, смешанный с воздухом, сгорает несветящимся голубоватым пламенем, температура которого в верхней части достигает 1550 °С. Примерно такую же температуру дает и горелка Теклю (рис. 3, б). Она, в отличие от бунзеновской горелки, снабжена специальным винтом 2, регулирующим подачу газа, и горизонтальным кольцом для регулирования притока воздуха, что позволяет регулировать пламя.

Рис. 3. Газовые горелки: а – Бунзена (1 – смеситель, 2 – заслонка, 3 – трубка для подачи газа);

б – Теклю (1 – смеситель, 2 – винт, 3 – трубка для подачи газа, 4 – кольцо) В школьных лабораториях наиболее распространены спиртовые горелки, или спиртовки (см.

рис. 121). В них горит этиловый спирт. Пламя спиртовой горелки более холодное, чем газовой, – температура самой горячей зоны не превышает 1200 °С.

Если вы внимательно посмотрите на пламя, то заметите в нем несколько зон, различающихся по окраске (рис. 4). Во внутренней части пламени 1 воздух лишь смешивается с газом или парами спирта, там еще нет горения. Средняя, светящаяся часть пламени 2 – это зона неполного сгорания топлива. Температура пламени в ней не превышает 500 °С. Наиболее горячей является внешняя часть пламени 3, она почти бесцветна. Именно здесь происходит полное сгорание топлива до углекислого газа и воды. В эту зону и нужно помещать нагреваемый предмет. Правда, даже здесь его никогда не удастся нагреть до температуры самого пламени. Например, температура нагреваемой на газовой горелке пробирки с веществом не превышает 600 °С, даже если она находится в самой горячей зоне пламени.

Рис. 4. Строение пламени: а – газовой горелки; б – спиртовки Чем крупнее предмет, внесенный в пламя, тем ниже температура, до которой его удается нагреть. Это объясняется тем, что при нагревании поверхность предмета начинает излучать тепло, рассеивая его в окружающей среде. Например, в пламени газовой горелки можно подплавить кончик тонкой медной проволоки (температура плавления меди 1083 °С), но его тепла недостаточно для расплавления медной пластинки.

Горючие жидкости (спирт, ацетон, бензин) нельзя нагревать на открытом пламени. Для этого используют электрические плитки с закрытой спиралью.

С другим лабораторным оборудованием вы познакомитесь при выполнении практической работы 1.

Лабораторный опыт 1. Изучение свойств веществ Ознакомьтесь с выданными вам веществами. Определите, в каком агрегатном состоянии они находятся. Опишите их цвет, запах, отметьте наличие или отсутствие блеска. В школьной лаборатории нет возможности определить тепло- и электропроводность веществ, поэтому заключение об этих свойствах сделайте на основании своего жизненного опыта или спросите об этом учителя. Значения плотности, температур плавления и кипения веществ найдите в справочнике.

Проверьте, растворимы ли выданные вам вещества в воде. Для этого поместите несколько кристалликов или небольшой кусочек (размером с полгорошины) твердого вещества в пробирку, прилейте немного воды и перемешайте. Для исследования растворимости жидкого вещества достаточно объема примерно 1 мл (1 мл = 1 см), это соответствует слою жидкости в пробирке толщиной с палец.

По результатам наблюдений заполните таблицу 1.

Таблица 1. Свойства веществ Вопросы и задания 1. Какую посуду используют в химических лабораториях? Приведите несколько 2. Чем химический стакан отличается от стакана из школьной столовой?

3. Какие нагревательные приборы используют в химических лабораториях?

4. Если во внутреннюю часть пламени парафиновой свечи внести один конец стеклянной трубки (рис. 5), то из другого ее конца будут выходить пары парафина, которые можно поджечь. Как объяснить наблюдаемое явление?

Рис. 5. Горение паров парафина, отведенных из внутренней зоны пламени свечи В свободное время Дома изучите строение пламени свечи. Нарисуйте пламя красками или цветными карандашами. Темная зона вокруг фитиля является низкотемпературной, там происходит испарение парафина. Если вы задуете свечу, то почувствуете запах его паров. Затем расположена ярко-желтая часть пламени – это зона частичного сгорания парафина с образованием углекислого газа и мельчайших частиц сажи, которые, раскаляясь добела, придают ему окраску. Температура в этой зоне составляет примерно 1000 °С. Снаружи пламени заметна голубая кайма – здесь происходит полное сгорание паров парафина. Эта часть пламени наиболее горячая. Чтобы убедиться в этом на опыте, внесите в среднюю часть пламени свечи лучинку, держа ее горизонтально. Запишите, в каких местах лучинка начнет обугливаться быстрее. Нарисуйте лучинку после опыта.

4. Индивидуальные вещества и смеси веществ Большинство объектов, которые нас окружают, состоят не из одного вещества, а представляют собой смеси нескольких веществ. Так, рассматривая гранит (рис. 6, а), легко заметить в нем три составные части – розовые зерна полевого шпата, прозрачные кристаллики кварца и темные блестящие чешуйки слюды. Это пример неоднородной смеси.

Мрамор, в противоположность граниту, однороден – это чистое вещество. Казалось бы, логично предположить: все, что кажется нам однородным, т. е. состоящим из одинаковых частей, – чистые вещества. Однако это не так. Бывают и однородные смеси – растворы. В них частицы, образующие смесь, настолько малы, что неразличимы невооруженным глазом.

Растворим в стакане воды одну-две чайные ложки сахарного песка. Приготовленный раствор представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, и наличие в нем сахара можно доказать лишь экспериментальным путем. (Запомните, что в химической лаборатории пробовать вещества на вкус нельзя!) Чай, кофе, кока-кола и другие напитки представляют собой водные растворы многих соединений. Молоко тоже кажется однородной жидкостью, но под микроскопом в нем видны мелкие капельки жира и белков, которые плавают в воде с растворенными в ней минеральными солями (рис. 6, б).

Рис. 6. Смеси под микроскопом: а – гранит, б – молоко Как можно отличить чистое вещество от смеси? Прежде всего надо иметь в виду, что чистое вещество всегда однородно, так что даже при сильном увеличении составляющие его кристаллики или крупинки выглядят одинаково. Правда, таким образом невозможно отличить чистое вещество от однородной смеси. В этом случае на помощь приходит физика.

Дело в том, что чистые вещества, в отличие от большинства смесей, плавятся и кипят при определенной температуре. Твердое вещество можно отличить от смеси, наблюдая его плавление. Положим в стакан немного снега и опустим в него термометр. Пока весь снег не расплавится, столбик термометра будет стоять на отметке «ноль» – это и есть температура плавления вещества. Снег – чистое вещество (вода), поэтому он плавится при постоянной температуре. Парафин, говяжий жир и некоторые другие твердые смеси кажутся однородными, но их плавление происходит в интервале температур – они начинают плавиться при одной температуре, а полностью жидкими становятся при другой, более высокой.

Узнать, чистая ли жидкость, можно, наблюдая за температурой ее кипения. Будем нагревать в колбе чистую (дистиллированную) воду (рис. 7). Колба закрыта резиновой пробкой с двумя отверстиями: в одно из них вставлен термометр, а в другое короткая стеклянная трубка, через которую из колбы может выходить нар. Без такого выхода из системы обойтись нельзя, иначе образующийся при нагревании водяной пар своим давлением выбьет пробку или разорвет колбу. При нагревании воды температура сначала медленно повышается. Когда вода закипит, столбик термометра остановится на определенной отметке (примерно 100 °С) и будет оставаться в этом положении, как бы сильно мы ни нагревали воду. Такую температуру называют температурой кипения вещества.

Рис. 7. Определение температуры кипения жидкости Можно провести аналогичный опыт с нефтью, заменив спиртовку электрической плиткой с закрытой спиралью – ведь нефть горюча. Температура будет плавно повышаться, даже когда нефть кипит. В отличие от воды, нефть – смесь многих веществ и поэтому не имеет постоянной температуры кипения.

Вопросы и задания Из приведенного списка выпишите отдельно чистые вещества, однородные смеси и неоднородные смеси: поваренная соль, раствор поваренной соли в воде, кровь, вода, раствор медного купороса, сода, зубная паста, крахмал, золото, зола, цемент.

5. Разделение смесей Вещества, входящие в состав смеси, сохраняют в ней свои индивидуальные свойства. На этом основаны лабораторные и промышленные способы очистки веществ, т. е. разделения смесей на чистые вещества.

Отстаивание применяют для разделения неоднородной смеси двух нерастворимых веществ, обладающих различной плотностью. Смесь помещают в воду и встряхивают. Частицы вещества с большей плотностью, т. е. более тяжелые, постепенно оседают на дно, в то время как другое вещество собирается на поверхности или оказывается равномерно распределенным в толще воды (рис. 8). С осевшего на дно осадка аккуратно, по стеклянной палочке сливают жидкость. Этот способ используют для очистки речного песка от примеси глины, для отделения тяжелого кристаллического осадка от раствора.

Рис. 8. Разделение смеси речного песка и угля отстаиванием Смесь двух твердых веществ, сильно различающихся по плотности, удобно разделять, пропуская через нее поток воды. Раньше так выделяли крупинки золота из измельченной золотоносной породы. Золотоносный песок помещали на наклонный желоб, по которому пускали струю воды. Поток воды подхватывал и уносил пустую породу, а тяжелые крупинки золота оседали на дне желоба.

Отстаиванием разделяют также смеси двух несмешивающихся жидкостей, например воды и бензина. Бензин нерастворим в воде и образует слой на ее поверхности. Для отделения воды смесь переносят в делительную воронку – цилиндрическую трубку с краном на конце (рис.

9). Дождавшись появления четкой границы между слоями, кран открывают и держат открытым до тех пор, пока не вытечет вся вода. Теперь в делительной воронке остался чистый бензин.

Рис. 9. Разделение смеси двух несмешивающихся жидкостей в делительной воронке Фильтрование позволяет очистить жидкость от нерастворимых в ней веществ и заключается в пропускании смеси через пористую (фильтровальную) бумагу. Жидкость просачивается через бумагу, а частички нерастворимых примесей задерживаются на ней. В лаборатории для фильтрования используют стеклянную воронку, в которую вставлен фильтр – сложенный вчетверо круг фильтровальной бумаги. Фильтровальная бумага, в отличие от обычной, не содержит клеящих веществ, поэтому легко впитывает и пропускает жидкость. Размер пор в ней таков, что позволяет отделять от раствора частицы размером больше 0,01 мм.

Смесь наливают в воронку с фильтром по стеклянной палочке (рис. 10). Для ускорения фильтрования стакан, в котором собирается раствор, прошедший через фильтр (его называют фильтратом), ставят так, чтобы жидкость не капала, а равномерно стекала по стенке сосуда.

Рис. 10. Фильтрование Фильтрованием легко очистить воду или раствор от попавших туда пылинок и других загрязнений, а также отделить осадок от раствора.

В промышленности в качестве фильтров часто используют ткани. Например, на маслобойных заводах измельченные семена подсолнечника оборачивают плотной суконной тканью и сжимают между стальными плитами. Растительное масло проходит через ткань, а внутри остается твердая масса – жмых.

Лабораторный опыт 2. Разделение смеси Приготовьте смесь железа и серы или угля и речного песка, тщательно смешав выданные вам вещества стеклянной палочкой на листе бумаги. Опишите цвет смеси. Аккуратно высыпьте смесь в пробирку с водой и перемешайте. Какое вещество тонет, а какое всплывает? Через несколько минут слейте жидкость с плавающим на ее поверхности веществом в чистую пробирку. Отфильтруйте оба вещества и сдайте их учителю. Какие разделения смесей вы использовали? На каких свойствах веществ они основаны?

Выпаривание используют для выделения твердых веществ из растворов. Эту операцию проводят, нагревая раствор в фарфоровой чашке (рис. 11). Во избежание интенсивного кипения и разбрызгивания жидкости раствор постоянно перемешивают стеклянной палочкой.

Когда вся вода испарится, на дне фарфоровой чашки остается чистое вещество в виде мелких кристаллов. Чтобы получить крупные кристаллы, воду выпаривают лишь частично, а затем раствор оставляют открытым в течение длительного времени. Вода медленно испаряется, и растворенное вещество выделяется в виде крупных кристаллов. Такой способ называют кристаллизацией.

Рис. 11. Выпаривание раствора Сочетание фильтрования с выпариванием или кристаллизацией позволяет разделить смесь двух веществ, одно из которых растворимо в воде, а другое – нет. Существуют и более сложные способы разделения смесей. С некоторыми из них вы познакомитесь позднее.

Вопросы и задания 1. Какие способы разделения смесей вы знаете? Что лежит в основе каждого способа?

2. Как правильно провести фильтрование?

3. Предложите способы разделения следующих смесей: а) речного песка и пробковых опилок; б) растительного масла и воды; в) медного купороса и серы; г) крахмала и сахара; д) речного песка и сахара; е) керосина и воды.

4. Почему не удается выделить жир из молока фильтрованием? Как это можно сделать?

5. Как можно быстро и эффективно разделить смесь серы и железных опилок? Какое физическое свойство одного из этих веществ позволяет использовать такой способ разделения смеси?

6. Черный порох состоит из угля, серы и калийной селитры (вещество, хороню растворимое в воде). Как доказать, что это смесь?

7. На рисунке 9 делительная воронка закрыта пробкой. Будет ли выливаться жидкость, если открыть кран? Почему?

8. Заполните таблицу 2.

Таблица 2. Способы разделения смесей Однородная Неоднородная 6. Физические и химические явления Мир был бы скучным и однообразным, если бы в нем не происходили изменения. Кипение воды в кастрюле, горение свечи, движение поезда – все это примеры процессов, происходящих в материальном мире, или, иначе, – явлений. Явления, происходящие с веществами, условно подразделяют на физические и химические. Процессы, при которых изменяется форма предмета или агрегатное состояние вещества, но не меняется его состав, называют физическими, их изучают в курсе физики.

Проведем простой опыт. На дно большого химического стакана нальем немного этилового спирта и нагреем его на электрической плитке (рис. 12). Когда жидкость закипит и весь стакан заполнится парами спирта, невидимыми, но легко узнаваемыми по характерному запаху, поставим на него фарфоровую чашку со льдом. В верхней части стакана тут же образуется туман, который постепенно начинает конденсироваться в капли жидкости. Мы наблюдали процессы испарения и конденсации спирта. Это физические явления, их можно повторять много раз, используя одну и ту же порцию спирта. Образование льда при замерзании рек, прокатка алюминиевой фольги, перемешивание раствора, отливка изделий из расплавленной стали, дробление камня – все это физические процессы.

Рис. 12. Испарение и конденсация этилового спирта Многие явления сопровождаются превращением одних веществ в другие с новыми свойствами. Вернемся к опыту со спиртом. Перельем спирт в сухую фарфоровую чашку и подожжем. Он сгорает сине-фиолетовым пламенем с выделением большого количества теплоты. Спирт вступил во взаимодействие с кислородом воздуха и превратился в воду и углекислый газ.

Нагреем в пробирке кусочек сахара. Сначала он плавится (физическое явление), а затем начинает разлагаться – становится бурым, на стенках пробирки образуются капли жидкости, появляется едкий запах. При дальнейшем нагревании сахар превращается в черную аморфную массу. Это уголь.

Горение спирта и обугливание сахара – примеры химических явлений. Обычно их называют химическими реакциями или химическими превращениями. О веществах, вступающих в химическую реакцию, говорят, что они реагируют, взаимодействуют между собой (спирт реагирует с кислородом воздуха), или одни вещества превращаются в другие (сахар превращается в уголь).

В процессе химической реакции образуются новые вещества с новыми свойствами – цветом, вкусом, запахом. Так, о прокисании молока можно судить по изменению его вкуса, а о пригорании жирной пищи – по появлению неприятного запаха продукта разложения жиров – акролеина. Если получается вещество, плохо растворимое в воде, то о протекании химической реакции свидетельствует образование осадка. Так, при пропускании углекислого газа через известковую воду выпадает белый осадок мела. Выделение газа тоже часто свидетельствует о химическом превращении: гашение пищевой соды уксусом или лимонной кислотой сопровождается характерным шипением – образуется углекислый газ. Эту реакцию используют при выпечке хлеба – благодаря выделению углекислого газа тесто поднимается, становится более рыхлым.

Химическая реакция между содой и кислотой лежит в основе действия кислотных огнетушителей (рис. 13). Металлический корпус такого огнетушителя наполнен раствором соды. У самого его горлышка помещена стеклянная колба с кислотой. Чтобы привести огнетушитель в действие, необходимо повернуть рычаг и перевернуть огнетушитель вверх дном. При этом откроется клапан, и кислота смешается с раствором соды. Начнется химическая реакция, сопровождающаяся образованием углекислого газа. Газ выделяется под высоким давлением, захватывая с собой часть раствора и образуя пену. Отработанный огнетушитель вновь заряжают раствором соды и помещают в него новую колбу с кислотой.

Рис. 13. Кислотный огнетушитель в действии Часто о химическом превращении свидетельствует изменение окраски. Прильем к раствору перманганата калия (в быту называемого марганцовкой), подкисленному серной кислотой, перекись водорода. Фиолетовая окраска перманганата калия исчезает, раствор становится бесцветным, наблюдается появление пузырьков газа. Многие химические реакции, например реакции горения, сопровождаются выделением энергии, обычно в форме теплоты и света (вспомните горение природного газа метана в газовой плите). Некоторые химические процессы сопровождаются, наоборот, поглощением энергии.

Изменение окраски, появление запаха, образование газа, выпадение осадка, выделение или поглощение энергии – это признаки, по которым можно судить о протекании химической реакции, о превращении одних веществ в другие.

Свойства, которые проявляют вещества при химических превращениях, называют химическими. Их изучение – одна из основных задач химии.

В начале параграфа мы разделили все процессы на физические и химические. Однако лишь простейшие явления можно однозначно отнести к той или другой группе. Более сложные процессы состоят из множества отдельных явлений – физических и химических.

Лабораторный опыт 3. Физические явления и химические реакции 1. Нагрейте в фарфоровой чашке кусочек парафина. Что вы наблюдаете? Как только парафин превратится в жидкость, погасите спиртовку. Что происходит с расплавленным парафином?

Изменились ли свойства парафина? Какое это явление?

2. Поместите в пробирку немного сахарного песка и нагрейте в пламени спиртовки. Что вы наблюдаете? По каким признакам можно судить о протекании химической реакции?

3. Прилейте к раствору соды раствор хлорида кальция. Что вы наблюдаете?

4. К осадку, образовавшемуся в предыдущем опыте, добавьте соляную кислоту. Что вы наблюдаете? Внесите в пробирку горящую лучинку, не дотрагиваясь ею до жидкости. Что произошло с лучинкой? Об образовании какого газа это свидетельствует?

5. Налейте в пробирку раствор медного купороса. Добавьте к нему нашатырный спирт (раствор аммиака). Что вы наблюдаете?

На основании проведенных опытов сделайте вывод о том, чем физические явления отличаются от химических реакций. Перечислите признаки химических реакций.

Какие условия необходимы для того, чтобы произошла химическая реакция? Далеко не всегда химическое взаимодействие начинается сразу же после смешивания двух веществ. Для проведения многих химических реакций требуется нагревание.

Примером может служить взаимодействие железа с серой. Приготовим смесь порошка серы и железных опилок. Такую смесь можно хранить длительное время, не опасаясь того, что вещества вступят в реакцию между собой (рис. 14, а). Положим смесь в пробирку и аккуратно нагреем ее в пламени горелки. Через некоторое время смесь начинает раскаляться (рис. 14, б). Прекратим нагревание. Смесь по-прежнему раскаляется, это свидетельствует о том, что между серой и железом протекает химическая реакция. Когда пробирка остынет, из нее можно извлечь серое вещество – сульфид железа.

Рис. 14. Взаимодействие железа с серой: а – исходная смесь; б – реакция идет при нагревании; в – продукт реакции – сульфид железа Некоторые реакции протекают под действием света. Свет необходим для фотосинтеза – сложной цепи химических превращений, в результате которых зеленые растения поглощают углекислый газ, образуют глюкозу и выделяют кислород. Многие вещества способны разлагаться под действием электрического тока. Известны неустойчивые вещества, разлагающиеся от трения или при ударе.

Вопросы и задания 1. Что понимают под физическим явлением, химической реакцией?

2. Перечислите признаки химических реакций. Приведите примеры.

3. Какие явления из перечисленных ниже относятся к физическим, а какие – к химическим: а) образование инея на деревьях; б) испарение этилового спирта; в) горение свечи; г) вытягивание медной проволоки; д) пожелтение листвы деревьев; е) плавление алюминия; ж) таяние снега; з) прогоркание масла; и) взрыв петарды; к) кристаллизация соли; л) отбеливание ткани; м) ржавление лезвия ножа; н) очистка лезвия ножа от ржавчины наждачной бумагой? По каким признакам вы отличили химические явлениями 4. Что изучает химия?

5. Приведите примеры химических реакций, протекающих: а) при нагревании; б) под действием света.

7. Атомы. Химические элементы Как вы уже знаете из курса физики, весь материальный мир состоит из атомов. В настоящее время достоверно известно 110 видов атомов, отличающихся друг от друга строением, а также размерами и массами (рис. 15). Из них более 20 видов атомов получены искусственно – они неустойчивы и распадаются на другие атомы. Синтез новых видов атомов продолжается и в настоящее время.

Рис. 15. Модели атомов разных видов Атомы определенного вида принято называть химическим элементом. Каждый химический элемент имеет название и символ – условное обозначение в виде одной или двух букв, взятых из его латинского названия. Так, химический элемент водород обозначают символом Н – по первой букве его латинского названия Hydrogenium, ааот (Nitrogenium) обозначают символом Х, фосфор (Phosphorus) – Р, хлор (Chlorum) – Cl. Часто русское название химического элемента не совпадает с латинским. Русские и латинские названия, а также символы химических элементов, которые вам надо выучить в первую очередь приведены в таблице 3.

Таблица 3. Названия и символы химических элементов Русское и латинское названия химического элемента углерод (Carboneum C) произошли от слова «уголь». Золото (Aurum Au) и серебро (Argentum Ag) названы по характерному цвету – эти металлы трудно спутать с другими. Медь (Cuprum Cu) получила латинское название от острова Кипр в Средиземном море, где в древности были медные рудники. Латинское слово Hydrargyrum, обозначающее ртуть (Hg), переводится как «жидкое серебро»: этот металл действительно напоминает расплавленное серебро. Названия некоторых химических элементов предлагали ученые, открывшие их. Так, названия кислорода и водорода были введены в науку великим французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье, жившим во второй половине XVIII в. Слово «кислород» (Oxygenium O) означает «рождающий кислоты», а «водород» (Hydrogenium H) – «рождающий воду». После водорода гелий He является самым распространенным элементом во Вселенной, так, например, Солнце на 10% состоит из гелия – отсюда и название элемента (от греч. Helios – Солнце). Некоторые химические элементы (уран U, селен Se, нептуний Np, плутоний Pu) названы в честь планет, другие – в честь стран (франций Fr и галлий Ga, полоний Po, стронций Sr, америций Am). Химический элемент рутений Ru назван в честь России.

Все известные к настоящему времени химические элементы представлены в Периодической системе Д. И. Менделеева (см. первый форзац учебника). Каждый из них имеет свой порядковый номер. Физический смысл порядкового номера вы узнаете из последующих разделов курса химии.

Атомы нельзя разрушить в результате химических реакций, т. е. атомы одного вида не могут превращаться в атомы другого вида. Так, кислород всегда останется кислородом, а ртуть – ртутью.

Атом – это мельчайшая, химически неделимая частица вещества.

Атомы химических элементов, встречающихся в природе, распределены в ней крайне неравномерно. Во Вселенной самый распространенный химический элемент – водород: на его долю, по современным оценкам, приходится 93% всех атомов Вселенной, т. е. из каждой тысячи атомов 930 – атомы водорода. Из оставшихся 70 атомов 69 – это атомы гелия – химического элемента, следующего за водородом в Периодической системе. И лишь один атом из тысячи – это атом какого-то из оставшегося набора элементов (рис. 16, а).

Распространенность химических элементов во Вселенной: а – в атомных процентах; б – в массовых процентах На рисунке 16, а показана распространенность химических элементов во Вселенной в атомных процентах. Эту величину рассчитывают, принимая за 100% общее число всех атомов во Вселенной. Если же за 100% принять не общее число атомов, а их общую массу, то получатся другие значения (в массовых процентах), так как атомы разных химических элементов отличны по массе (рис. 16, б). На долю самых легких атомов водорода приходится три четверти (75%) массы Вселенной, и чуть меньше четверти (23%) составляет масса атомов гелия. Масса атомов всех других элементов составляет лишь около 2% от массы Вселенной.

Распространенность химических элементов в земной коре значительно отличается от их распространенности во Вселенной (рис. 17). Так, на Земле больше всего атомов более тяжелых элементов – кислорода и кремния. Именно они, а также алюминий и железо формируют земную кору. Впрочем, и водорода на Земле достаточно – он находится на девятом месте по массе и на втором по числу атомов.

Рис. 17. Распространенность химических элементов в земной коре (в массовых процентах) В организме человека химические элементы также распределены очень неравномерно: доля четырех из них– водорода, кислорода, углерода и азота – составляет 99 ат. %, или 95% массы человеческого тела (рис. 18).

2. Сколько химических элементов встречается в природе, а сколько синтезировано искусственно?

3. Какими символами обозначают следующие химические элементы: железо, натрий, кальций, хром, алюминий, сера, углерод, кислород, водород, мель, калий, магний, кремний? Найдите эти элементы в Периодической системе и выпишите их порядковые номера.

4. Какой химический элемент имеет порядковый номер 1?

8. Молекулы. Атомно-молекулярная теория Число веществ, найденных в природе или полученных искусственно, во много раз превышает число известных химических элементов. Это объясняется тем, что атомы объединяются с образованием более сложных частиц – молекул. Каждая молекула состоит из атомов, расположенных относительно друг друга в определенной последовательности и соединенных химическими связями. Например, вода состоит из молекул, образованных двумя атомами водорода и одним атомом кислорода (рис. 19). Химические свойства вещества, т. е. его способность вступать в химические реакции, определяются свойствами отдельных молекул.

Рис. 19. Модель молекулы воды Молекула – мельчайшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими Зная состав молекулы воды, можно записать химическую формулу этого вещества – H2O. В ней химические элементы обозначены символами. Цифра справа внизу от символа элемента (индекс) обозначает число атомов данного элемента, входящих в состав молекулы. Индекс «1» не ставят. Формулу воды читают так: «аш-два-о». Молекулы водорода, кислорода, азота и хлора состоят из двух атомов – они имеют формулы H2 («аш-два»), O2, («о-два»), N2 («эндва»), Cl2 («хлор-два»). Углекислый газ состоит из молекул, в которых атом углерода связан с двумя атомами кислорода (рис. 20). Формула углекислого газа – CO2 («це-о-два»).

Рис. 20. Модели молекул водорода, кислорода, азота, хлора, углекислого газа Любая молекула содержит строго определенное число атомов. На рисунках 19 и изображены модели двух- и трехатомных молекул. Однако известны и большие молекулы, состоящие из нескольких сотен, а то и тысяч атомов. Одна из самых сложных (и самых известных) – молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Молекулы ДНК могут состоять из нескольких миллионов атомов. Такие молекулы содержатся в ядрах клеток и отвечают за передачу наследственной информации.

Представления о том, что вещества построены из мельчайших частиц – атомов (химически неделимые частицы) и молекул (частицы, состоящие из атомов), составляют атомномолекулярную теорию. Эта теория служит фундаментом современного научного мировоззрения, на ней базируются все естественные науки. Ее основы были сформулированы в начале XIX в. крупнейшим английским химиком Джоном Дальтоном.

Материя состоит из мельчайших первичных частиц, или атомов.

Атомы неделимы и не могут создаваться и разрушаться.

Все атомы данного химического элемента одинаковы, но отличаются от атомов других химических элементов, в частности массой.

Молекулы состоят из определенного числа атомов.

Масса молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов.

При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических – разрушаются.

Химические реакции заключаются в образовании новых молекул из тех же самых атомов, из которых состояли исходные вещества.

Например, вода образуется при взаимодействии двух веществ – водорода и кислорода. В результате химической реакции две молекулы водорода и одна молекула кислорода превращаются в две молекулы воды (рис. 21).

Рис. 21. Образование воды из водорода и кислорода Дальтон Джон (1766-1844) Выдающийся английский химик. Сын ткача из Кэмберленда. Занимаясь изучением газов атмосферы, высказал предположение, что разные газы отличаются размерами частиц, ввел понятие об атомных весах и первые символы элементов (рис. 22). Правда, замысловатые обозначения Дальтона в дальнейшем были заменены привычными нам символами.

На лекциях Дальтон демонстрировал студентам модели молекул, составленные из разноцветных деревянных шариков, символизировавших атомы. Такими моделями мы пользуемся до сих пор. Свои взгляды Дальтон изладил в книге «Новая система химической философии». Круг интересов ученого не ограничивался химией. Так, им был открыт дефект зрения, заключающийся в неспособности различать некоторые цвета. Этот дефект зрения да сих пор называют дальтонизмом, а людей, страдающих им, – дальтониками.

Рис. 22. Обозначения атомов, введенные Дальтоном В ходе дальнейшего развития науки выводы, сделанные Д. Дальтоном, были дополнены, в них были внесены некоторые изменения. Сейчас известно, что не все вещества состоят из молекул. В некоторых веществах атомы связаны друг с другом в бесконечные слои и каркасы.

В таком случае можно выделить лишь отдельный повторяющийся фрагмент. Веществ немолекулярного строения достаточно много – металлы, алмаз, графит, кварц, слюда, полевой шпаг, мрамор, поваренная соль. Для них тоже записывают химические формулы, но не молекулы, а наименьшего повторяющегося фрагмента. Например, железо, как и другие металлы, состоит из атомов (рис. 23, а), поэтому наименьший повторяющийся фрагмент (структурная единица) этого вещества – атом. Следовательно, формула железа – Fe. Кварц состоит из химически связанных атомов кремния и кислорода, причем на один атом кремния приходится два атома кислорода (рис. 23, б). Формула кварца – SiO2.

Рис. 23. Строение некоторых веществ: а – железа; б – кварца Во многих случаях по свойствам вещества можно догадаться, построено оно из молекул или нет. Связи между отдельными молекулами достаточно слабые, поэтому для веществ молекулярного строения характерны низкие температуры плавления и кипения; такие вещества часто летучи и имеют запах. Так, все газы и почти все жидкости состоят из молекул. Вещества немолекулярного строения обычно имеют высокие температуры плавления и кипения, так как атомы в них прочно связаны друг с другом. Такие вещества твердые, нелетучие и не имеют запаха.

Таким образом, пользуясь традиционной терминологией, идущей от истоков атомномолекулярной теории (молекулы состоят из атомов и т. д.), будем принимать некоторую условность и ограниченность такой терминологии. По ходу дальнейшего изучения химии мы будем видеть, как уточнялись положения атомно-молекулярной теории.

Вопросы и задания 1. В чем суть атомно-молекулярной теории? Каково ее значение?

2. Что такое молекула в рамках атомно-молекулярной теории?

3. Прочитайте формулы следующих веществ: C (уголь. алмаз, графит), Fe 3O4 (магнитный железняк), Na2CO3 (кальцинированная сода), KNO3 (калийная селитра), H2O (пероксид водорода), KMnO4 (перманганат калия, или марганцовка), H2SO4 (серная кислота), NaCl (хлорид натрия, или поваренная соль), CaCO 3 (мел, мрамор, известняк). Какие химические элементы входят в состав каждого вещества?

Постарайтесь запомнить эти формулы.

4. Приведите примеры веществ молекулярного и немолекулярного строения.

5. Напишите химическую формулу природного газа метана, если известно, что в состав его молекулы входит один атом углерода и четыре атома водорода.

6. Напишите химическую формулу минерала малахита, зная, что на два атома меди в этом соединении приходится один атом углерода, пять атомов кислорода и два атома 7. Предположите, какие из перечисленных веществ имеют молекулярное строение, а какие – немолекулярное: а) кислород; б) вода; в) сахар; г) алюминий; д) мрамор; е) уксусная кислота. Ответ обоснуйте.

9. Закон постоянства веществ молекулярного строения В начале XIX в. французский химик Жозеф Луи Пруст открыл закон постоянства состава.

Состав вещества постоянен и не зависит от способа его получения.

Например, углекислый газ, полученный сжиганием угля или природного газа, при брожении глюкозы или при дыхании, имеет один и тот же состав, одну и ту же химическую формулу CO2 и одни и те же свойства. Аскорбиновая кислота, содержащаяся в плодах шиповника и полученная искусственно, – это одно и то же соединение. Поэтому многие вещества, которые первоначально выделяли из природного сырья, теперь получают на химических производствах, а затем используют для приготовления лекарств, в пищевой промышленности, в быту. Они полностью идентичны природным веществам по составу и свойствам.

Именно этим чистые вещества отличаются от смесей: состав каждого вещества постоянен и может быть выражен химической формулой, в то время как смесь может иметь произвольный состав.

При этом необходимо отметить, что закон постоянства состава не является всеобщим, он применим лишь к веществам, состоящим из молекул. Состав веществ немолекулярного строения зачастую зависит от способа их получения. Приведем пример. Хлорид калия KCl (минерал сильвин) образует бесцветные кристаллы, по свойствам напоминающие поваренную соль (хлорид натрия). Однако в природе изредка встречаются кристаллы сильвина, имеющие яркую окраску (рис. 24). Окрашенные кристаллы отличаются от обычных бесцветных лишь тем, что имеют «дефект» – в них содержится некоторый избыток атомов калия, например на 100 атомов хлора приходится 105 атомов калия. Формулу окрашенной соли правильнее записать K1,05Cl или в общем виде K1+xCl. Наличие подобных дефектов, а также небольшого количества атомов примесей обусловливает неповторимую окраску многих драгоценных камней – алмаза, сапфира, александрита (рис. 25). Поэтому подобрать два близких по окраске камня так же трудно, как найти двух похожих людей.

Рис. 24. Природные кристаллы сильвина Рис. 25. Драгоценные камни: сапфир (а), алмаз (б), александрит (в) Вопросы и задания 1. Какой состав имеет вода? Зависит ли он от способа ее получения? Почему вода из водопроводного крана, из колодца и из моря различается по вкусу?

2. Выпишите вещества, состав которых не зависит от способа их получения: углекислый газ, этиловый спирт, кварц, уксусная кислота, алмаз.

10. Классификация веществ. Простые и сложные вещества К настоящему времени известно около 20 миллионов веществ, и это число постоянно возрастает. Для того чтобы ориентироваться среди такого огромного количества веществ, химики разделили их на отдельные классы – составили их классификацию (схема 1).

Схема 1. Классификация веществ Исследуя новое вещество, ученые не только определяют его состав, но и относят к определенному классу. В первую очередь выясняют, чистое это вещество или смесь. Как вы помните, смеси бывают однородными и неоднородными. Однородную смесь – раствор – по внешнему виду невозможно отличить от чистого вещества. Используя физические методы (отстаивание, фильтрование, выпаривание и др.), из смеси можно выделить вещества, ее образующие.

Чистые вещества по составу подразделяют на простые и сложные.

Простые вещества образованы атомами одного химического элемента.

Например, вещество железо состоит лишь из атомов железа; газ кислород образован молекулами, состоящими только из атомов кислорода. Обратите внимание на то, что чаще всего простые вещества называют так же, как и химические элементы, из атомов которых они образованы. Когда мы говорим о кислороде, содержащемся в атмосфере Земли, которым дышат все живые организмы, мы имеем в виду простое вещество – газ кислород, состоящий из молекул O2. Говоря же о том, что эти молекулы состоят из двух атомов кислорода, мы имеем в виду атомы определенного вида, т. е. химический элемент кислород.

Интересно, что многие химические элементы образуют не одно, а несколько простых веществ. Это явление называют аллотропией, а простые вещества, образованные одним химическим элементом, – аллотропными модификациями. Кислород существует в природе не только в виде молекул O2, но и в виде трехатомных молекул O 3. Простое вещество O называют озоном. Большое количество озона содержится в атмосфере. Несколько аллотропных модификаций образуют углерод (алмаз, графит и др.), фосфор, сера.

Простые вещества подразделяют на металлы и неметаллы. Металлы (железо, медь, цинк, олово, серебро, золото, натрий) отличаются от неметаллов характерным металлическим блеском и ковкостью, они хорошо проводят тепло и электрический ток. Многие неметаллы при комнатной температуре – газы (кислород, водород, азот, хлор, гелий), есть среди них жидкость (бром) и твердые вещества (уголь, сера, фосфор, йод). Неметаллы плохо проводят тепло и электрический ток, а в твердом состоянии при ударе рассыпаются.

Число известных простых веществ в несколько раз превосходит число химических элементов. Сложных веществ гораздо больше.

Сложные вещества состоят из атомов разных химических элементов.

Сложные вещества иначе называют химическими соединениями. Они тоже образуют две большие группы – органические и неорганические соединения. В состав органических веществ обязательно входит углерод, поэтому при нагревании некоторые из них могут обугливаться. Мы уже описывали такой опыт с сахаром. Слово «органические» напоминает о том, что когда-то эти вещества выделяли из растений и животных. Так до сих пор получают сахар. Среди известных вам органических веществ назовем этиловый спирт, уксусную кислоту, аспирин, крахмал, целлюлозу, белки, пластмассы. Органических веществ гораздо больше, чем неорганических, к числу которых относят не только соединения всех химических элементов, кроме углерода, но и простейшие соединения углерода, например углекислый газ. Кварц, кислород, вода, серная кислота, поваренная соль, сода – неорганические вещества. В школьном курсе химии вы сначала будете изучать неорганические вещества.

Лабораторный опыт 4. Ознакомление с образцами простых и сложных Рассмотрите выданные вам вещества, обращая внимание на их химические формулы.

Разделите вещества на простые и сложные. Выпишите их формулы в отдельные столбцы.

Среди простых веществ найдите металлы и неметаллы. Какими общими свойствами обладают металлы?

Вопросы и задания 1. Объясните разницу между понятиями «химический элемент» и «простое вещество», «простое вещество» и «сложное вещество».

2. Определите, в приведенной ниже информации речь идет о железе как о химическом элементе или простом веществе. В организме животных и человека железу принадлежит одна из главных ролей – оно входит в состав гемоглобина крови, переносящего кислород от органов дыхания и углекислый газ от тканей к органам дыхания. Молекула гемоглобина очень сложная.

3. Приведите примеры известных вам металлов. К каким веществам они относятся – простым или сложным?

4. Как доказать, что полиэтилен – органическое соединение?

5. Рассмотрев рисунок 26, определите модели простых веществ, сложных веществ, смесей веществ. Ответ поясните.

Рис. 26. Модели некоторых веществ и смесей 11. Относительная атомная и молекулярная массы.

Качественный и количественный состав вещества Атомы настолько малы, что их массу трудно выражать в привычных единицах – граммах или килограммах. Даже самые тяжелые атомы весят ничтожно мало – около 10 -22 г, т.е. 0,0 000 000 000 000 001 г. Гораздо удобнее сравнивать массу данного атома с какой-то другой очень малой массой, принятой за единицу измерения. В качестве такой единицы измерения ученые договорились использовать часть массы атома углерода. Эту единицу называют атомной единицей массы (а. е. м.). Масса атома, выраженная через эту величину, получила название относительной атомной массы. Ее обозначают A r (индекс r – первая буква английского слова relative – относительный).

Относительная атомная масса – отношение массы атома данного химического Относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса данного атома больше массы атома углерода. Например, Ar(H) = 1, т. е. один атом водорода имеет такую же массу, как атома углерода. Атом фтора в 19 раз тяжелее – атома углерода: Ar(F) = 19.

Относительная атомная масса – величина безразмерная, подобно всем другим относительным величинам. Ее нельзя путать с абсолютной массой атома, выраженной в атомных единицах массы (а. е. м.). Численные значения абсолютных масс атомов, выраженных в а. е. м., совпадают со значениями относительных атомных масс. В некоторых учебниках используют именно эти, абсолютные единицы: например, масса атома кислорода равна 16 а. е. м., атома серы – 32 а. е. м. и т. д. Нужно помнить о том, что 1 а. е. м. – необычайно малая величина (1 а. е. м. = 1,66 * 10 -27 кг), она меньше килограмма примерно во столько раз, во сколько масса человека меньше массы земного шара.

Атомы разных химических элементов различаются по массе не более чем в 300 раз, поэтому относительные атомные массы представляют собой сравнительно небольшие числа. Значение относительной атомной массы каждого химического элемента приведено в Периодической системе Д. И. Менделеева. На практике эти значения обычно округляют до целых чисел.

Округленные значения относительных атомных масс некоторых химических элементов приведены в таблице 3 (см. с. 23).

Атомные массы некоторых химических элементов впервые определил Д. Дальтон в начале XIX в. Он, конечно, не взвешивал отдельные атомы, но сумел определить, во сколько раз одни атомы тяжелее или легче других. Известно, например, что медь реагирует с серой с образованием сульфида меди CuS, в котором на один атом меди приходится один атом серы.

Опытным путем было установлено, что масса меди в этом соединении в 2 раза больше, чем масса серы. Следовательно, каждый атом меди в 2 раза тяжелее атома серы (рис. 27).

Аналогично было найдено, что атом меди в 4 раза тяжелее атома кислорода. Оказалось, что самый легкий – атом водорода, поэтому долгое время его массу принимали за единицу измерения. Потом массы других атомов стали сравнивать с массы атома кислорода, а с 1961 г. – с массы атома углерода.

Рис. 27. Сравнение масс атомов. Если бы атомы можно было взвесить на весах, то мы заметили бы, что атомы меди тяжелее атомов серы: а – семь атомов меди тяжелее, чем семь атомов серы; б – семь атомов меди (Ar = 64) имеют такую же массу, как четырнадцать атомов Относительная молекулярная масса (Mr) показывает, во сколько раз масса молекулы больше массы атома углерода. Для нахождения относительной молекулярной массы не обязательно знать массу молекулы. Гораздо проще рассчитать относительную молекулярную массу, принимая во внимание, что масса молекулы равна сумме масс атомов, из которых она состоит. Следовательно, относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомным масс химических элементов, образующих данное соединение, с учетом числа атомов каждого элемента. Например, относительная молекулярная масса воды равна сумме двух относительных атомных масс водорода и одной относительной атомной массы кислорода:

Аналогично, относительная молекулярная масса газа азота, состоящего из молекул N 2, равна 28, а газа водорода H2 равна 2:

Сравнивая эти значения, можно заметить, что водород в 14 раз легче азота – это самый легкий из газов.

Относительные молекулярные массы простых веществ, имеющих немолекулярное строение, а также серы и фосфора принято считать численно равными их относительным атомным массам: например, Mr(Fe) = Ar(Fe) = 56.

Химическая формула вещества заключает в себе достаточно много информации. Рассмотрим формулу воды H2O. Во-первых, она показывает качественный состав вещества: данное вещество содержит водород и кислород. Во-вторых, химическая формула выражает количественный состав вещества. В воде на два атома водорода (их относительная масса – 2Ar(H) = 2 * 1 = 2) приходится один атом кислорода (его масса – 2Ar(O) = 16). Следовательно, на 2 массовые части водорода в воде приходится 16 массовых частей кислорода, или, иными словами, отношение масс водорода и кислорода равно 1: 8:

Ясно, что для получения воды из водорода и кислорода их надо смешать в массовом отношении 1: 8.

По химической формуле можно рассчитать массовые доли химических элементов в соединении. Массовая доля химического элемента показывает, какая часть относительной молекулярной массы вещества приходится на данный элемент. Ее рассчитывают по формуле:

где w(X) – массовая доля химического элемента X, выраженная в долях единицы;

n – число атомов данного элемента, обозначенное индексом в формуле соединения;

Ar – относительная атомная масса X;

Mr – относительная молекулярная масса соединения.

Долей называют часть целого, поэтому сумма всех долей равна единице, или 100%.

Задача 1. Рассчитайте массовые доли химических элементов в красном железняке Fe2O3.

Определим относительную молекулярную массу вещества:

Mr(Fe2O3) = 2Ar(Fe) + ЗAr(O) = 2 * 56+ 3 * 16 = 160.

Затем рассчитаем массовые доли химических элементов железа и кислорода:

Обратите внимание, что сумма массовых долей железа и кислорода составляет 1, или 100%.

О т в е т. w(Fe) = 70%; w(O) = 30%.

Задача 2. Рассчитайте массу атомов кислорода, содержащихся в одном стакане (200 г) воды.

Рассчитаем массовую долю кислорода в воде:

w(O)= Таким образом, m(O) = 0,889 * 200 г = 177,8 г.

О т в е т. m(O) = 177,8 г.

Вопросы и задания 1. Дайте определения понятий «относительная атомная масса», «относительная молекулярная масса». Какой смысл имеет слово «относительная»?

2. Что означает запись Ar(S) = 32?

3. Какой атом тяжелее – железа или кремния – и во сколько раз?

4. Определите относительные молекулярные массы простых веществ: водорода, кислорода, хлора, меди, алмаза (углерода). Вспомните, какие из них состоят из двухатомных молекул, а какие – из атомов.

5. Рассчитайте относительные молекулярные массы следующих соединений:

углекислого газа CO2, серной кислоты H2SO4, сахара C12H22O11, этилового спирта C2H6O, мрамора CaCO3.

6. В пероксиде водорода на один атом кислорода приходится один атом водорода.

Определите формулу пероксида водорода, если известно, что ее относительная молекулярная масса равна 34. Каково массовое соотношение водорода и кислорода в этом соединении?

7. Во сколько раз молекула углекислого газа тяжелее молекулы кислорода?

8. Что называют массовой долей химического элемента в соединении?

9. В каком массовом отношении нужно смешать железо и серу для получения сульфида 10. В каком массовом отношении нужно смешать алюминий и серу для получения сульфида алюминия Al2S3? Определите массовые доли химических элементов в этом 11. Определите массовые доли серы и кислорода в молекуле SO2.

12. Определите массовые доли химических элементов в мраморе CaCO3.

13. Рассчитайте массу атомов кислорода в куске мрамора CaCO3 массой 20 г.

14. Найдите массу мрамора CaCO3, содержащего 100 г атомов Ca.

12. Закон сохранения массы веществ. Уравнения химической В XVIII в. на основании многочисленных экспериментов французский химик Антуан Лоран Лавуазье и независимо от него русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов установили:

в результате химических превращений масса веществ остается неизменной – общая масса всех исходных веществ равна общей массе всех продуктов реакции.

Ломоносов Михаил Васильевич (1711-1765) Великий русский ученый. Сын архангельского крестьянина-помора. Учился в Москве, в Славяно-греколатинской академии, затем в Германии. Он считал, что тела состоят из «корпускул» (молекул) – мельчайших частиц, имеющих вес и обладающих всеми свойствами вещества, а «корпускулы» состоят из «элементов» (атомов). Однако созданная им атомная теория не была опубликована. Ломоносов сформулировал закон сохранения материи (1758): «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится я другом месте...» А. С. Пушкин, собиравший материалы к биографии ученого, писал, что у него был непростой характер: «С ним шутить было накладно. Он везде был тот же: дома, где все его домочадцы трепетали; во дворе, где он дирал за уши пажей; в Академии, где не смели при нем пикнуть». Ломоносов создал первую в России химическую лабораторию, ввел в химию количественные методы исследования, разработал метод получения непрозрачного стекла (смальты), который использовал для создания мозаики. По словам Пушкина, «историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец, он всё испытал и всё проник». По инициативе М. В. Ломоносова в 1755 г. был открыт Московский университет, который теперь носит его имя.

Это утверждение носит название закона сохранения массы вещества при химических реакциях. Сейчас оно кажется очевидным. Действительно, в результате химических реакций одни вещества превращаются в другие, но при этом атомы не исчезают, не появляются и не превращаются из одного вида в другой.

Однако в то время, когда атомно-молекулярная теория еще не завоевала всеобщего признания, многие факты, казалось, противоречили закону сохранения массы веществ.

Например, всем известно, что свеча постепенно сгорает, ее масса уменьшается. Как это объяснить? Горение свечи – это химическая реакция парафина с кислородом воздуха, протекающая с образованием углекислого газа и воды. Продукты этой реакции (углекислый газ и водяной пар) – газообразные вещества, которые улетучиваются, поэтому нам и кажется, что происходит потеря массы.

Химические реакции обычно записывают в виде уравнений. В левой части уравнения химической реакции представлены формулы исходных веществ (реагентов), а в правой – продуктов. Рассмотрим на простейшем примере, как составить такое уравнение. При прокаливании на воздухе медной фольги на ее поверхности образуется черный налет оксида меди CuO – соединения меди с кислородом. Медь Cu соединяется с кислородом воздуха (кислород состоит из двухатомных молекул O2), образуя оксид меди CuO:

Это схема реакции. Чтобы она превратилась в уравнение, нужно уравнять число атомов каждого химического элемента в левой и правой частях (до и после стрелки). Для этого расставляют коэффициенты – цифры перед формулами веществ, указывающие число частиц, вступивших во взаимодействие. Как легко заметить, число атомов кислорода в левой и правой частях схемы различно: слева два атома кислорода, справа – один, а это противоречит закону сохранения массы веществ. Поэтому перед формулой оксида меди CuO поставим коэффициент 2:

Теперь слева и справа от стрелки записано одинаковое число атомов кислорода. Однако, поставив коэффициент 2 перед формулой CuO, мы одновременно увеличили и число атомов меди в правой части схемы – их стало два. Для того чтобы уравнять число атомов меди в обеих частях схемы, нужно поставить еще один коэффициент, на этот раз перед формулой меди:

Теперь число атомов каждого вида в левой и правой частях схемы одинаково. Чтобы подчеркнуть, что коэффициенты расставлены, стрелку между формулами реагентов и продуктов в уравнении химической реакции принято заменять знаком равенства:

Как вы уже заметили, коэффициент 1, подобно индексу 1 в формуле вещества, не ставят.

Рис. 28. Уравнение реакции горения метана и его изображение с помощью моделей Рассмотрим еще один пример. Главная составная часть природного газа – метан CH 4.

Напишем уравнение реакции горения метана, зная, что продуктами реакции являются углекислый газ CO2 и вода H2O (рис. 28). Сначала напишем схему реакции:

Уравняем число атомов каждого химического элемента слева и справа от стрелки, т. е.

расставим коэффициенты. Начнем с атомов углерода – в обеих частях их по одному. Затем подсчитаем число атомов водорода: в левой части схемы их четыре, а в правой – два.

Уравняем их число, поставив коэффициент 2 перед формулой H2O:

Наконец, осталось уравнять число атомов кислорода. В левой части только два атома кислорода в молекуле O2, а в правой – четыре (два атома в составе молекулы CO 2 и по одному в составе двух молекул H2O). Очевидно, что перед формулой O2 в левой части нужно поставить коэффициент 2:

Подсчитав еще раз число атомов каждого химического элемента в левой и правой частях уравнения химической реакции, убедимся, что коэффициенты расставлены правильно.

Коэффициенты в уравнениях химических реакций иногда бывают довольно большими числами. Приведем пример. Свеча сделана из парафина, который является смесью близких по составу и строению соединений углерода с водородом. Составим уравнение реакции горения одного из них – октадекана C 18H38, считая, что весь содержащийся в нем углерод переходит в углекислый газ:

Сначала уравняем число атомов углерода и водорода, для этого перед формулой CO поставим коэффициент 18, а перед формулой H2O – 19:

Теперь осталось уравнять число атомов кислорода. Слева их 2, а справа – 18 * 2 + 19 = 55. В таком случае число молекул O2 в левой части уравнения получается дробным – :

Но что значит дробное число молекул кислорода? Ведь молекула – мельчайшая частица вещества. Чтобы все коэффициенты были целыми числами, увеличим каждый из них в два раза:

По уравнению реакции можно проводить различные расчеты. Вы научитесь делать это в классе.

Вопросы и задания 1. Сформулируйте закон сохранении массы веществ и обоснуйте его с позиций атомномолекулярной теории.

2. Почему при горении спиртовки масса спирта постоянно уменьшается? Не нарушается ли при этом закон сохранения массы веществ?

3. Как вы объясните увеличение массы железной детали при ржавлении?

4. Что обозначают индекс в формуле вещества и коэффициент в уравнении реакции?

5. Что значит расставить коэффициенты в уравнении химической реакции?

6. При горении угля C образуется углекислый газ. Напишите уравнение этой реакции.

7. При взаимодействии двух газов – кислорода и водорода – образуется вода. Напишите уравнение этой реакции.

8. При разложении малахита Cu2CO5H2 образуются оксид меди CuO, углекислый газ и вода. Напишите уравнение этой реакции.

9. Расставьте коэффициенты в следующих схемах реакций:

10. * В природном газе содержится небольшое количество этана C 2H6. На воздухе он сгорает подобно метану. Составьте уравнение реакции.

13. Типы химических реакций Число химических реакций очень велико. Простейшие из них можно условно разделить на четыре группы – реакции соединения, разложения, замещения и обмена.

Рис. 29. Горение магниевой ленты В реакциях соединения из нескольких исходных веществ образуется одно сложное вещество. Примером может служить реакция горения магния (рис. 29):

или реакция образования зеленого налета малахита на поверхности бронзовых изделий:

Лабораторный опыт 5. Окисление медной пластинки (проволоки) Возьмите медную пластинку или проволоку и внесите ее в пламя спиртовки. Что наблюдаете? Образующийся черный налет – это оксид меди CuO. Напишите уравнение реакции. Определите тип реакции.

Реакции разложения приводят к распаду одного исходного сложного вещества на несколько продуктов. Так, при разложении мела CaCO3 образуются оксид кальция (негашеная известь) CaO и углекислый газ CO2:

а при разложении малахита – оксид меди, вода и углекислый газ:

Реакции разложения чаще всего протекают при нагревании. В уравнении химической реакции это условие обозначают символом температуры t над знаком равенства. Многие соединения, устойчивые при комнатной температуре, при нагревании разлагаются.

Например, подавляющее большинство органических веществ не выдерживает нагревания до 300 °С, а при 2500 °С начинает распадаться на водород и кислород даже такое устойчивое вещество, как вода. Некоторые вещества разлагаются под действием света. Так, соединения серебра на свету чернеют вследствие выделения серебра. На этом процессе основана чернобелая фотография.

Лабораторный опыт 6. Разложение малахита Положите в сухую пробирку немного порошка малахита. Какого он цвета? Нагрейте пробирку в пламени спиртовки. Что вы наблюдаете? Какая жидкость конденсируется на стенках пробирки? Зажгите лучинку и внесите ее в пробирку. Что происходит? О выделении какого газа это свидетельствует? Перечислите вещества, образующиеся при разложении малахита.

Напишите уравнение реакции. Определите тип реакции.

Реакции замещения – это реакции между простым и сложным веществами, протекающие с образованием двух новых веществ – простого и сложного. Если в синий раствор медного купороса опустить железный гвоздь, то на поверхности гвоздя начнет выделяться красный налет меди. Вскоре окраска раствора станет зеленовато-желтой, характерной для железного купороса:

Раствор медного купороса + Железо = Раствор железного купороса + Медь В результате этой реакции атом железа занимает место атома меди в медном купоросе – замещает атом меди.

Лабораторный опыт 7. Взаимодействие железа с раствором медного Заполните пробирку примерно на одну треть раствором медного купороса. Обратите внимание на цвет раствора. Опустите в пробирку железный гвоздь. Что происходит? Как изменяется цвет раствора? Чем покрывается поверхность гвоздя? Напишите уравнение реакции. К какому типу она относится?

Реакциями обмена называют взаимодействие между двумя сложными веществами, при котором они обмениваются атомами или группами атомов. При действии на сульфид железа соляной кислоты выделяется сероводород H2S – ядовитый газ с неприятным запахом тухлых яиц:

Сульфид железа + Соляная кислота = Хлорид железа + Сероводород Подробнее с реакциями обмена вы познакомитесь позднее.

Многие химические реакции нельзя отнести ни к одному из перечисленных четырех типов.

Примером может служить реакция горения метана:

Единой классификации химических реакций не существует.

Вопросы и задания 1. На какие четыре типа подразделяют химические реакции?

2. Может ли простое вещество образоваться в результате реакции: а) соединения; б) разложения; в) замещения: г) обмена? Ответ поясните.

3. Из схем реакций, приведенных в задании 9 предыдущего параграфа, выпишите отдельно схемы реакций: а) соединения; б) разложения; в) замещения; г) обмена; д) не относящихся ни к одному из четырех типов.

4. Расставьте коэффициенты в схемах следующих реакций и определите типы реакций:

5. Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород.

Напишите уравнение этой реакции. К какому типу она относится?

6. Напишите уравнение реакции получения сульфида железа FeS из простых веществ. К какому типу она относится?

7. * Под действием света бромид серебра AgBr, входящий в состав фотоэмульсии, разлагается на серебро и бром Br2. Напишите уравнение этой реакции. К какому типу она относится?

Самое важное в главе Все тела состоят из веществ. Вещества встречаются в природе как в индивидуальном виде, так и в составе смесей. В отличие от чистых веществ смеси не имеют определенного состава и не могут быть описаны химической формулой. Как правило, смесь плавится или кипит в интервале температур. Свойства веществ в смеси сохраняются. Различают однородные и неоднородные смеси. Однородные смеси – растворы – разделяют выпариванием, а неоднородные – фильтрованием и отстаиванием.

Каждое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком, газообразном. Качественный и количественный состав вещества записывают в виде химической формулы, состоящей из символов химических элементов и индексов, указывающих число атомов каждого элемента.

Изменения, происходящие с веществами и телами, называются явлениями. При физических явлениях изменяется лишь форма тела или агрегатное состояние вещества, а состав вещества остается неизменным. Химические явления, или химические реакции, сопровождаются превращением одних веществ в другие, обладающие новыми свойствами. О протекании реакций судят по выделению или поглощению энергии, изменению окраски, образованию осадка, выделению газа, появлению запаха. Вещества реагируют между собой в определенном массовом отношении.

В результате химической реакции общая масса веществ остается неизменной (закон сохранения массы веществ). Химические реакции записывают в виде уравнений.

Простейшие химические реакции разделяют на четыре типа: реакции соединения, разложения, замещения и обмена.

Материальный мир состоит из атомов. Атом – это мельчайшая, химически неделимая частица вещества. Атомы определенного вида называют химическим элементом. Простые вещества состоят из атомов одного вида, а сложные – нескольких видов. В веществах атомы либо объединены в молекулы, либо связаны друг с другом в бесконечные слои и каркасы.

Молекула – мельчайшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами и состоящая из атомов, объединенных в одно целое химическими связями. Состав веществ, состоящих из молекул, постоянен и не зависит от способа получения вещества (закон постоянства состава).

Относительные массы атомов (Ar) и молекул (Mr) показывают, во сколько раз данная частица тяжелее части атома углерода. Относительную молекулярную массу соединения подсчитывают как сумму относительных атомных масс образующих его химических элементов, учитывая число атомов каждого из них. Массовая доля (w) химического элемента в веществе показывает, какая часть относительной молекулярной массы приходится на данный элемент. Сумме массовых долей всех химических элементов в соединении равна (100%).

Химия – это наука о веществах, их свойствах и взаимных превращениях.

Глава 2. Кислород. Оксиды. Валентность Знакомство с миром веществ обычно начинают с кислорода – газа, который необходим нам для дыхания. Горение топлива и других веществ на воздухе также протекает при участии кислорода.

14. Кислород В Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева кислород имеет порядковый номер 8. Относительная атомная масса кислорода равна 16. Это означает, что атом кислорода в 16 раз тяжелее, чем часть атома углерода.

Кислород – самый распространенный химический элемент на Земле. Атомы кислорода входят в состав большинства минералов и горных пород, образующих земную кору и мантию. Примерами таких минералов служат гематит (красный железняк), магнетит (магнитный железняк), кварц, гипс, полевой шпат. На долю атомов кислорода приходится около половины (47%) массы земной коры, а также около 90% массы Мирового океана. Он входит в состав белков, жиров и углеводов. Примерно 3/5 массы человека приходится на атомы кислорода. Самое распространенное на Земле соединение кислорода – это вода H 2O. В виде простого вещества O2 кислород содержится в воздухе, а в виде озона O 3 – в верхних слоях атмосферы.

Простое вещество кислород состоит из двухатомных молекул O2. При обычных условиях кислород представляет собой бесцветный газ без запаха. Он немного тяжелее воздуха: 1 л воздуха при температуре 0 °С и обычном давлении весит 1,29 г, а 1 л кислорода – 1,43 г.

Кислород плохо растворим в воде – при комнатной температуре и обычном давлении в объемах воды растворяются 3 объема кислорода. Кислородом, растворенным в воде, дышат рыбы и водные растения. При понижении температуры растворимость кислорода возрастает – в 100 объемах ледяной воды (4 °С) растворяется уже около 5 объемов газа. Но даже такого количества кислорода может не хватить обитателям водоемов на всю зиму, так как запас этого газа в скованных льдом реках и озерах не пополняется за счет растворения кислорода воздуха.

При температуре -183 °С кислород сжижается – переходит в жидкое состояние. Жидкий кислород – подвижная жидкость голубого цвета, притягиваемая магнитом. При -219 °С она затвердевает, образуя синие кристаллы твердого кислорода.

Простое вещество озон O3 является аллотропной модификацией кислорода. Озон – бесцветный газ с запахом. Он образуется в воздухе при электрическом разряде, а также при работе копировальных аппаратов, высоковольтных трансформаторов. Большое количество озона находится в верхних слоях атмосферы на высоте 10–20 км. Этот озоновый слой защищает Землю от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Вопросы и задания 1. Какова распространенность кислорода на Земле? В составе каких веществ содержится кислород в земной коре и в воздухе?

2. Во сколько раз атом кислорода тяжелее атома водорода?

3. Кислород входит в состав гематита (красного железняка) Fe2O3, кварца SiO2, пиролюзита MnO2. Определите массовые доли кислорода в этих минералах. Какой из них наиболее богат кислородом?

4. Учащийся 8 класса весит 50 кг. Рассчитайте массу и число всех атомов кислорода в его организме, если известно, что массовая доля кислорода равна 61%, масса одного атома кислорода составляет 2,66 * 10-26 кг.

5. Является ли химической реакцией превращение жидкого кислорода в газообразный?

Ответ поясните.

6. Зачем работники рыбных хозяйств делают зимой проруби во льду рек и озер?

7. Определите относительную молекулярную массу газов кислорода и озона.

8. Во сколько раз кислород тяжелее воздуха; озон тяжелее кислорода?

15. Получение кислорода в лаборатории Считается, что чистый кислород впервые был получен английским ученым Джозефом Пристли (1733 – 1804).

В 1774 г. ученый изучал действие лучей света, сконцентрированных большой стеклянной линзой, на различные вещества. При помощи такой линзы ему удавалось нагревать соединения до температуры в несколько сот градусов и вызывать их разложение. В одном из опытов Пристли использовал оксид ртути HgO, полученный им прокаливанием ртути на воздухе. Нагревая красный порошок оксида ртути, который находился в перевернутом вверх дном цилиндре, опущенном в сосуд с ртутью (рис. 30), ученый заметил выделение газа.

Тлеющая лучинка вспыхивала в нем ярким пламенем и горела ярче, чем на воздухе. Мыши, помещенные в сосуд с этим газом, дышали легко, но скоро погибали. Сам ученый тоже вдохнул его и отметил, что он «помогает легким дышать». «Свеча сгорает в нем быстро, а человек, наверное, в нем скоро состарится... Может быть, чистый... воздух станет когданибудь модным предметом роскоши... А покамест только две мыши да я сам имели возможность вдыхать его», – записал Пристли в своем дневнике. Благодаря удивительному свойству поддерживать горение полученный газ был назван «огненным воздухом», а позднее – кислородом (Oxygenium), что означает «образующий кислоты».

Рис. 30. Опыт Пристли по разложению оксида ртути: а – при помощи линзы; б – при нагревании в пробирке В настоящее время в лаборатории кислород получают при нагревании некоторых легко разлагающихся веществ. К их числу относится бертолетова соль KClO 3, названная по имени открывшего ее французского химика К. Бертолле, современника Дж. Пристли.

Положим в чистую сухую пробирку несколько кристалликов бертолетовой соли и нагреем ее в пламени спиртовки. Сначала соль начнет плавиться (357 °С), а затем расплав «закипит»

(400 °С) – это началось разложение с выделением газа. Испытаем выделяющийся бесцветный газ тлеющей лучинкой. Лучинка в нем ярко загорается – это кислород. Когда реакция прекратится, на дне пробирки останется белый порошок хлорида калия KCl:

Направленная вверх стрелка после формулы кислорода обозначает, что данный продукт выделяется в виде газа.

Чтобы ускорить разложение, к бертолетовой соли добавляют немного порошка оксида марганца MnO2. В его присутствии выделение кислорода начинается при более слабом нагревании (200 °С), даже ниже температуры плавления. Сам оксид марганца лишь ускоряет реакцию, но не расходуется в ней. С явлением ускорения реакций при помощи некоторых веществ, остающихся по окончании реакции неизменными, мы будем встречаться довольно часто. Такие вещества называют катализаторами, а увеличение скорости реакции под действием катализатора – катализом. Для различных реакций используют разные катализаторы.

Кислород тяжелее воздуха и малорастворим в воде, поэтому его можно собирать двумя способами – вытеснением воздуха и над водой (рис. 31). В первом случае кислород, поступающий в сосуд по стеклянной трубке, постепенно вытесняет воздух. Во избежание перемешивания кислорода с атмосферным воздухом отверстие сосуда неплотно закрывают кусочком ваты или фильтровальной бумагой. Чтобы убедиться, заполнился ли сосуд кислородом, к его отверстию подносят тлеющую лучинку. Если сосуд заполнен, то лучинка вспыхивает у самого отверстия. При собирании кислорода над водой выделяющийся газ постепенно вытесняет воду из цилиндра, предварительно заполненного водой. Когда газ полностью вытеснит воду из цилиндра, его отверстие закрывают стеклом и лишь затем вынимают из воды и переворачивают.

Рис. 31. Получение кислорода разложением пероксида водорода (а) и его собирание вытеснением воздуха (б) и над водой (в) Для получения кислорода можно использовать и другие соединения, например пероксид водорода H2O2, называемый в быту перекисью водорода. Если внести в раствор пероксида щепотку катализатора – оксида марганца MnO 2, то жидкость сильно вспенивается, «закипает» (рис. 31, а) – это выделяется кислород:

По окончании реакции в пробирке остается смесь, состоящая из оксида марганца и воды. Ее легко разделить фильтрованием. Отфильтрованный оксид марганца можно использовать для разложения новой порции пероксида водорода или бертолетовой соли.

Разложение пероксида водорода ускоряется и в присутствии некоторых других соединений, например гемоглобина крови. Именно на этом свойстве основано использование слабого раствора пероксида водорода в медицине. При контакте с кровью пероксид водорода начинает разлагаться, а выделяющийся кислород не только убивает болезнетворные бактерии, но и закупоривает мелкие сосуды, тем самым останавливая кровотечение.

Лабораторный опыт 8. Получение кислорода разложением пероксида Налейте в пробирку 2 мл раствора пероксида водорода и бросьте в нее немного оксида марганца MnO2, взяв его стеклянной палочкой. Что происходит? Имеет ли выделяющийся газ запах? Поднесите к отверстию пробирки тлеющую лучинку. Что вы наблюдаете?

В школьных лабораториях кислород часто получают разложением перманганата калия KMnO4 (в быту называемого марганцовкой). Это соединение обычно имеется в домашних аптечках. Реакция начинается ври температуре около 230 °С:

Помимо кислорода образуются манганат калия – вещество, дающее неустойчивые зеленые растворы, и уже известный вам оксид марганца MnO. Его можно выделить, обработав водой порошок, оставшийся в пробирке после разложения перманганата калия.

Для хранения небольших количеств кислорода в лабораториях используют газометры (рис.

32). Их заполняют кислородом методом вытеснения воды.

Похожие работы:

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ПО ОХРАНЕ ПРИРОДЫ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ ПО УПРАВЛЕНИЮ ХИМИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ В УЗБЕКИСТАНЕ Проект Разработка интегрированной национальной программы для рационального управления химическими веществами и реализации СПМРХВ в Республике Узбекистан был реализован при техническом содействии Учебного и научно-исследовательского института ООН (ЮНИТАР) и финансовой помощи Трастового фонда Программы быстрого старта для СПМРХВ...»

«Химия растительного сырья. 2000. № 3. C. 33–40. УДК 547.913:543.544.45 НОВЫЕ ДАННЫЕ ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ ЭФИРНОГО МАСЛА ARTEMISIA ABSINTHIUM L. СИБИРСКОЙ ФЛОРЫ а а б б,в,* М. А. Ханина, Е. А. Серых, Л.М. Покровский, А.В. Ткачев а Сибирский медицинский университет, Московский тракт, 2, Томск, 634050 (Россия) б Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, проспект Академика Лаврентьева, 9, Новосибирск, 630090 (Россия) в Новосибирский государственный университет, кафедра...»

«_ ЕВРАЗИЙСКИЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (ЕАСС) EURO-AZIAN COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (EASC) МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОСТ – СТАНДАРТ 2013 МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩЕЙ ОПАСНОСТЬ ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Оценка потенциальной способности к биоразложению с использованием активного ила (OECD, Test No. 302 A:1981, OECD, Test No. 302 B:1981, OECD, Test No. 302 C:1981, IDT) Издание официальное Минск Евразийский совет по...»

« Кирова КАФЕДРА ХИМИИ ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ (разделы: Общая химия и Общая химия и химия элементов) СБОРНИК ОПИСАНИЙ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ для подготовки дипломированного специалиста по направлениям 655000 Химическая технология органических веществ и топлива специальности 240406 Технология химической переработки древесины и 656600 Защита...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГРОЗНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА М.Д.МИЛЛИОНЩИКОВА УТВЕРЖДАЮ 2012г. Рабочая программа дисциплины: Теоретические и экспериментальные методы исследования в химии Направление подготовки: 240100Химическая технология Профили: 1.Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов 2.Химическая технология органических веществ Квалификация (степень) выпускника Магистр Грозный 2012г. 1....»

«2 3 1. Аннотация Кандидатский экзамен по специальной дисциплине для аспирантов специальности 06.01.01 Общее земледелие проводится кафедрами общее земледелие, растениеводство. Общая трудоемкость кандидатского экзамена составляет 1 зачетную единицу, 36 часов самостоятельной работы аспиранта. 2. Содержание кандидатского экзамена ОБЩЕЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ 1. Научные основы земледелия Земледелие как отрасль сельскохозяйственного производства и как наука. История развития земледелия. Современные достижения...»

«СОДЕРЖАНИЕ Введение Информационная структура системы Программная структура системы Обзор Приложение Обзор ПОС Приложение обзор разделов Приложение Система слежения и фильтрования Приложение Изображения Приложение Законодательство Информационное наполнение МОДУЛЬ Наименования и синонимы МОДУЛЬ Объекты контролируемого оборота МОДУЛЬ Физико-химические свойства МОДУЛЬ Растительные объекты МОДУЛЬ Нелегальные продукты МОДУЛЬ Историческая справка МОДУЛЬ Синтезы и методы получения МОДУЛЬ Официальная...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт цветных металлов и материаловедения Кафедра физической и неорганической химии С.В. Сайкова МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКИХ ОТКРЫТИЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ Направление 020100.62 – Химия Красноярск 2011 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 1. СТРУКТУРА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ 2....»

«ГРИГОР~~А МАРИНА ЕВГЕНЬЕВНА 678.06!.06:6!5.4 Удк СИНТЕЗ ПОJIИСТИРОJIЪНЬIХ JIАТЕКСНЬIХ ЧАСТИЦ МЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ХОЛЕСТЕРИНА 02.00.06 Сnециальность Химия в~соко­ молек,улярных соединений АВI"ОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стеnени кандидата химических наук Москва www.sp-department.ru J",6U"I·u bUil(oJ/Iell.l и!JuCJOi!CKvt,! о мена...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ Декан факультета перерабатывающих технологий доцент А.И. Решетняк _ 2013 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Технохимический контроль сельскохозяйственного дисциплины: сырья и продуктов переработки для специальности 110305.65 Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции...»

«92 ЛЕКЦИЯ 7 X. ПЕРЕРАБОТКА СЫРОГО БЕНЗОЛА 10.1. Состав сырого бензола и характеристика основных его компонентов Сырой бензол представляет собой многокомпонентную систему, основными составляющими которой являются одноядерные ароматические соединения – бензольные углеводороды и различные примеси. Основная масса сырого бензола выкипает до 180°С. Выше этой температуры кипят содержащиеся в сыром бензоле легкокипящие погоны поглотительного масла, а также непредельные соединения. Все входящие в сырой...»

«А.С. Неверов Ю Д.А. Родченко М.И. Цырлин студентам КОРРОЗИЯ высших I учебных заведений И ЗАЩИТА 1 МАТЕРИАЛОВ & $U D " т Н^о А. С. Неверов Д.А. Родченко М. И. Цырлин КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов технических специальностей учреждений, обеспечивающих получение высшего образования Минск Вышэйшая школа УДК 620.193/. 199(075.8) ББК 30.37я Н Р е ц е н з е н т ы: кафедра технологии нефтехимического...»

«Иркутский государственный технический университет Научно-техническая библиотека Автоматизированная система книгообеспеченности учебного процесса Рекомендуемая литература по учебной дисциплине Иностранный язык (немецкий) № п/п Краткое библиографическое описание Электронный Гриф Полочный Кол-во экз. индекс 1) Wir lernen deutsch sprechen: темат. словарь-минимум по нем. языку / Иркут. Ш143.24 73 экз. гос. техн. ун-т. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. - 67 с. W76 2) Ардова Вера Владимировна Ш143.24...»

«Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия ГЕОГРАФИЯ Том 17 (56) № 4 (2004) 11­20 УДК 552.44 ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИЙ ПОВЕРХНОСТНЫ Х И ПОДЗЕМНЫ Х ФОРМ КАРСТОВОГО РЕЛЬЕФА Вахрушев Б.А. Проблема классификаций это проблема систематизации и упорядочения накопленных знаний в той или иной области науки. Кроме того, создание таксономических систем является действенным инструментом в познании объекта исследования, в основе...»

«ARTICOLE DE FOND БИОГЕННАЯ МИГРАЦИЯ МЕДИ В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ С.А. Остроумов, И.К. Тодераш*, Е.И. Зубкова*, С.В. Котелевцев **, В.В. Ермаков**, М.В. Крупина**, А. Ене***, А.А. Микус**, Л.И.Билецки*, А. Бряхнэ*, А. Мирон*. Московский госуниверситет им. М.В.Ломоносова, биологический факультет, Российская Федерация, Москва; * Институт зоологии АН Молдовы, Молдова, Кишинев; ** Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН, Российская Федерация, Москва; ***Университет Дунэря де...»

« учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова Кафедра целлюлозно-бумажного производства, лесохимии и промышленной экологии ТЕХНОЛОГИЯ БУМАГИ И КАРТОНА Учебно-методический комплекс по дисциплине для подготовки дипломированного специалиста по направлению 240000...»

«УДК 502.51(285) (470.21) В.А.Даувальтер, Н.А.Кашулин ДОЛГОВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ОЗЕРА ИМАНДРА В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ СТОКОВ КОЛЬСКОЙ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Аннотация Исследованы содержания элементов, в том числе тяжелых металлов (Ni, Cu, Co, Zn, Cd, Pb, As, Hg), в донных отложениях Йокостровской и Бабинской Имандры в зоне влияния стоков Кольской атомной электростанции. Плес Йокостровская Имандра более загрязнен тяжелыми металлами, чем Бабинская Имандра. В донных...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тверской государственный университет УТВЕРЖДАЮ Руководитель ООП подготовки Магистров 2012 г. Учебно-методический комплекс по дисциплине Новые технологии в полимерах (1 курс) (наименование дисциплины, курс) _020100.68 Химия_ (шифр, название направления подготовки) химия_ _Физическая (название специализированной программы подготовки магистров) Обсуждено на...»

«2012 ЗАПИСКИ РОССИЙСКОГО МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА 4.CXLI.M1 2012 ZAP1SK1RMO (PROCEEDINGS OF THE RUSSIAN MINERAL0G1CAL SOCIETY) Pt CXLI, N I УДК549.01: (550.41+548.31) ©Д. член В. И. АЛЕКСЕЕВ, почетный член Ю. Б. МАРИН СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ПРИРОДНЫХ КРИСТАЛЛОВ И МИКРОГЕОХИМИЧЕСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В ОНТОГЕНИИ МИНЕРАЛОВ Санкт-Петербургский государственный горный университет, 199106, Санкт-Петербург, В. О., 21-я линия, д. 2; e-mail: [email protected] Выполнен обзор состояния генетической...»

«2 Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Полоцкий государственный университет ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА. ПРОЦЕССЫ ГЛУБОКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС для студентов специальности 1-48 01 03 Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов в двух частях Часть 1. Курс лекций Составитель: С.М. Ткачев Новополоцк 2006 3 УДК 665.63 (675.8) ББК 35. А РЕЦЕНЗЕНТЫ: С.В. Покровская, к.х.н., доцент А.И....»