Физические и химические явления

Проводя опыты и наблюдения, мы убеждаемся, что вещества могут изменяться.

Изменения веществ, которые не ведут к образованию новых веществ (с иными свойствами), называют физическими явлениями.

1. Вода при нагревании может переходить в пар, а при охлаждении – в лед .

2.Длина медных проводов изменяется летом и зимой: увеличивается при нагревании и уменьшается при охлаждении.

3.Объем воздуха в шаре увеличивается в теплом помещении.

Изменения с веществами произошли,но при этом вода осталась водой, медь – медью, воздух – воздухом.

Новых веществ, несмотря на их изменения, не образовалось.

Опыт

1. Закроем пробирку пробкой со вставленной в нее трубкой

2. Опустим конец трубки в стакан с водой. Рукой нагреем пробирку. Объем воздуха в ней увеличивается, и часть воздуха из пробирки выходит в стакан с водой (выделяются пузырьки воздуха).

3. При охлаждении пробирки объем воздуха уменьшается, и вода входит в пробирку.

Вывод. Изменения объема воздуха – физическое явление.

Задания

Приведи 1–2 примера происходящих с веществами изменений, которые можно назвать физическим явлением. Запиши примеры в тетради.

Химическое явление (реакция) – явление, при котором образуются новые вещества.

А по каким признакам можно определить, что произошла химическая реакция ? При некоторых химических реакциях происходит выпадение осадка. Другие признаки – изменение цвета исходного вещества, изменение его вкуса, выделение газа, выделение или поглощение тепла и света.

Примеры таких реакций рассмотри в таблице

Признаки химических реакций
Изменение цвета исходного вещества	Изменение вкуса исходного вещества	Выпадение осадка	Выделение газа	Появление запаха

Реакция	Признак
	Изменение цвета
	Изменение вкуса
	Выделение газа

В живой и неживой природе постоянно протекают различные химические реакции. Наш с тобой организм тоже настоящая фабрика химических превращений одних веществ в другие.

Понаблюдаем за некоторыми химическими реакциями.

Опыты с огнем самостоятельно проводить нельзя!!!

Опыт 1

Подержим над огнем кусочек белого хлеба, содержащего органические вещества.

Наблюдаем:

1. обугливание, то есть изменение цвета;

2. появление запаха.

Вывод . Произошло химическое явление (образовалось новое вещество - уголь)

Опыт 2

Приготовимстаканчик с крахмалом. Добавим немного воды, перемешаем. Затем капнемраствором йода.

Наблюдаем признак реакции: изменение цвета (посинение крахмала)

Вывод. Произошла химическая реакция. Крахмал превратился в другое вещество.

Опыт 3

1. Разведем в стакане небольшое количество питьевой соды.

2. Добавим туда несколько капель уксуса (можно взять сок лимона или раствор лимонной кислоты).

Наблюдаем выделение пузырьков газа.

Вывод. Выделение газа – один из признаков химической реакции.

Некоторые химические реакции сопровождаются выделением тепла.

Задания

Помести в стеклянную баночку (или стакан) несколько кусочков сырого картофеля. Добавь к ним перекись водорода из домашней аптечки. Объясни, по какому признаку можно определить, что произошла химическая реакция.

Часто от многих людей, которые обсуждают тот или иной процесс, можно услышать слова: "Это физика!" или Действительно, практически все явления в природе, в быту и в космосе, с которыми встречается человек в течение своей жизни, можно отнести к одной из этих наук. Интересно разобраться, чем физические явления отличаются от химических.

Наука физика

Прежде чем отвечать на вопрос, чем физические явления отличаются от химических, необходимо разобраться, какие объекты и процессы исследует каждая из этих наук. Начнем с физики.

С древнегреческого языка слово "fisis" переводится, как "природа". То есть, физика - это наука о природе, которая изучает свойства объектов, их поведение в различных условиях, преобразования между их состояниями. Цель физики заключается в определении законов, которые регулируют происходящие природные процессы. Для этой науки не важно, из чего состоит изучаемый объект, и каков его химический состав, для нее важно лишь, как будет себя вести объект, если воздействовать на него теплом, механической силой, давлением и так далее.

Физика делится на ряд разделов, которые изучают определенный более узкий круг явлений, например, оптика, механика, термодинамика, атомная физика и так далее. Кроме того, многие самостоятельные науки зависят полностью от физики, например, астрономия или геология.

В отличие от физики, химия является наукой, изучающей структуру, состав и свойства материи, а также ее изменение в результате химических реакций. То есть, объектом изучения химии является химический состав и его изменение в ходе определенного процесса.

Химия, как и физика, имеет множество разделов, каждый из которых изучает определенный класс химических веществ, например, органическая и неорганическая, био- и электрохимия. На достижения этой науки опираются исследования в медицине, биологии, геологии и даже астрономии.

Интересно отметить, что химия, как наука, не признавалась древнегреческими философами из-за ее ориентированности на эксперимент, а также из-за псевдонаучных знаний, которые ее окружали (напомним, что современная химия "родилась" из алхимии). Только с эпохи Возрождения и во многом благодаря работам английского химика, физика и философа Роберта Бойля химию стали воспринимать как полноценную науку.

Примеры физических явлений

Можно привести огромное число примеров, которые подчиняются физическим законам. Например, каждый школьник знает уже в 5 классе физическое явление - движение автомобиля по дороге. При этом не важно, из чего состоит этот автомобиль, откуда он берет энергию, чтобы двигаться, важно лишь то, что он перемещается в пространстве (по дороге) вдоль некоторой траектории с определенной скоростью. Более того, процессы разгона и торможения автомобиля также являются физическими. Движением автомобиля и других твердых тел занимается раздел физики "Механика".

Еще один всем известный - таяние льда. Лед, будучи твердым состоянием воды, при атмосферном давлении может сколь угодно долго существовать при температурах ниже 0 o C, но, если температуру окружающей среды увеличить хотя бы на долю градуса, либо, если льду непосредственно передать тепло, например, взяв его в руку, то он начнет таять. Этот процесс, который идет с поглощением тепла и изменением агрегатного состояния материи, является исключительно физическим явлением.

Другими примерами физических явлений являются плавание тел в жидкостях, вращение планет по своим орбитам, электромагнитное излучение тел, преломление света при переходе через границу двух разных прозрачных сред, полет снаряда, растворение сахара в воде и другие.

Примеры химических явлений

Как было сказано выше, любые процессы, которые происходят с изменением химического состава тел, принимающих в них участие, изучаются химией. Если возвращаться к примеру с автомобилем, то можно сказать, что процесс сжигания топлива в его двигателе является ярким примером химического явления, поскольку в результате него углеводороды, взаимодействуя с кислородом, приводят к образованию совершенно других основными из которых являются вода и углекислый газ.

К еще одному из ярких примеров рассматриваемого класса явлений относится процесс фотосинтеза в зеленых растениях. Изначально они располагают водой, углекислым газом и солнечным светом, после же завершения фотосинтеза исходных реагентов уже нет, а на их месте образуются глюкоза и кислород.

В общем случае можно говорить, что любой живой организм представляет собой настоящий химический реактор, поскольку в нем происходят огромное количество преобразовательных процессов, например, распад аминокислот и образование из них новых протеинов, перевод углеводородов в энергию для мышечных волокон, процесс дыхания человека, при котором гемоглобин связывает кислород, и многие другие.

Одним из удивительных примеров химических явлений в природе признано холодное свечение светлячков, которое является результатом окисления специального вещества - люциферина.

В технической сфере примером является изготовление красителей для одежды и продуктов питания.

Отличия

Чем физические явления отличаются от химических? Ответ на этот вопрос можно понять, если проанализировать приведенную выше информацию об объектах изучения физики и химии. Основным отличием между ними является изменение химического состава рассматриваемого объекта, наличие которого свидетельствует о преобразованиях в нем, в случае же неизменных химических свойствах тела говорят о физическом явлении. Важно не путать перемену в химическом составе и изменение структуры, под которой понимается пространственное расположение атомов и молекул, образующих тела.

Обратимость физических и необратимость химических явлений

В некоторых источниках, при ответе на вопрос, чем физические явления отличаются от химических, можно встретить информацию о том, что физические явления являются обратимыми, а химические - нет, однако, это не совсем верно.

Направление любого процесса можно определить, используя законы термодинамики. Эти законы говорят, что всякий процесс может идти самопроизвольно только в случае уменьшения его энергии Гиббса (уменьшении внутренней энергии и увеличении энтропии). Однако, этот процесс всегда можно обратить вспять, если использовать внешний источник энергии. Для примера скажем, что недавно ученые открыли обратный фотосинтезу процесс, который является химическим явлением.

Этот вопрос был специально вынесен в отдельный пункт, поскольку многие люди считают горение химическим явлением, но это не верно. Однако, считать процесс горения физическим явлением, тоже будет неправильно.

Распространенное явление горения (костер, сгорание топлива в двигателе, газовая конфорка или горелка и т. д.) - это сложный физико-химический процесс. С одной стороны, он описывается цепью химических реакций окисления, но с другой стороны, в результате этого процесса происходит сильное тепловое и световое электромагнитное излучение, а это уже область физики.

Где находится граница между физикой и химией?

Физика и химия - это две разные науки, которые обладают различными методами исследования, при этом физика может быть как теоретической, так и практической, химия же является, в основном, практической наукой. Однако, в некоторых областях эти науки соприкасаются настолько близко, что граница между ними размывается. Ниже приводятся примеры научных отраслей, в которых трудно определить, "где физика, а где химия":

• квантовая механика;
• ядерная физика;
• кристаллография;
• материаловедение;
• нанотехнологии.

Как видно из списка, физика и химия тесно пересекаются, когда рассматриваемые явления имеют атомный масштаб. Такие процессы принято называть физико-химическими. Любопытно отметить, что единственным человеком, который получил Нобелевскую премию по химии и физике одновременно, является Мария Склодовская-Кюри.

Физические изменения не связаны с химическими реакциями и созданием новых продуктов, например, таяние льда. Как правило, такие преобразования являются обратимыми. Кроме примеров физических явлений, в природе и в повседневной жизни встречаются также химические трансформации, при которых образуются новые продукты. Такие химические явления (примеры будут рассмотрены в статье) являются необратимыми.

Химические изменения

Химические изменения можно рассматривать как любое явление, которое позволяет ученым измерять химические свойства. Многие реакции также являются примерами химических явлений. Хотя не всегда легко сказать, что произошло именно химическое изменение, есть некоторые контрольные признаки. Что такое химические явления? Приведем примеры. Это может быть изменение цвета вещества, температуры, образование пузырьков или (в жидкостях) выпадение осадка. Можно привести следующие примеры химических явлений в жизни:

1. Ржавчина на железе.
2. Сжигание древесины.
3. Метаболизм пищи в организме.
4. Смешивание кислоты и щелочи.
5. Приготовление яйца.
6. Переваривание сахара амилазой в слюне.
7. Смешивание в выпечке соды и уксуса для получения газообразного диоксида углерода.
8. Выпекание пирога.
9. Гальванизация металла.
10. Батарейки.
11. Взрыв фейерверков.
12. Гниющие бананы.
13. Образование молочно-кислых продуктов.

И это далеко не весь список. Можно рассмотреть некоторые из этих пунктов более подробно.

Наружный огонь с использованием дерева

Огонь - это тоже пример химического явления. Это быстрое окисление материала в экзотермическом химическом процессе горения, высвобождение тепла, света и различных продуктов реакции. Огонь является горячим, потому что происходит конверсия слабой двойной связи в молекулярном кислороде O 2 к более сильным связям в продуктах сгорания углекислого газа и воды. Выделяется большая энергия (418 кДж на 32 г O 2); энергии связи топлива играют лишь второстепенную роль здесь. В определенный момент реакции горения, называемой точкой воспламенения, образуются пламя.

Это видимая часть огня, которая состоит в основном из двуокиси углерода, водяного пара, кислорода и азота. Если температура достаточно высокая, газы могут стать ионизированными для получения плазмы. В зависимости от того, какие вещества загораются и какие примеси подаются снаружи, цвет пламени и интенсивность огня будут разными. Огонь в его наиболее распространенной форме может привести к пожару, который может нанести физический ущерб при горении. Огонь является важным процессом, который затрагивает экологические системы по всему миру. Положительные эффекты пожара включают стимулирующий рост и поддержание различных экологических систем.

Ржавчина

Так же, как и огонь, процесс ржавления является также окислительным процессом. Вот только не таким быстропротекающим. Ржавчина представляет собой оксид железа, обычно красный оксид, образованный окислительно-восстановительной реакцией железа и кислорода в присутствии воды или воздуха. Несколько форм ржавчины различаются как визуально, так и спектроскопией и формируются при разных обстоятельствах. Учитывая достаточное время, кислород и воду, всякая масса железа в конечном итоге полностью превращается в ржавчину и разлагается. Поверхностная ее часть является шелушащейся и рыхлой, и она не защищает подстилающее железо, в отличие от образования патины на медных поверхностях.

Такой пример химического явления, как ржавление, является общим термином для коррозии железа и его сплавов, таких как сталь. Многие другие металлы подвергаются аналогичной коррозии, но полученные оксиды обычно не называются ржавчиной. Существуют другие формы этой реакции как результат реакции между железом и хлоридом в среде, лишенной кислорода. Примером может служить арматура, используемая в подводных бетонных столбах, которая генерирует зеленую ржавчину.

Кристаллизация

Еще одним примером химического явления является кристаллический рост. Это процесс, в котором ранее существовавший кристалл становится больше по мере увеличения количества молекул или ионов в их положениях в кристаллической решетке. Кристалл определяется как атомы, молекулы или ионы, расположенные в упорядоченном повторяющемся образце, кристаллической решетке, распространяющейся во всех трех пространственных измерениях. Таким образом, рост кристаллов отличается от роста капли жидкости тем, что во время роста молекулы или ионы должны попадать в правильные положения решетки, чтобы упорядоченный кристалл мог расти.

Когда молекулы или ионы попадают в положение, отличное от положений в идеальной кристаллической решетке, образуются дефекты кристалла. Как правило, молекулы или ионы в кристаллической решетке улавливаются в том смысле, что они не могут двигаться от своих положений, и поэтому рост кристаллов часто необратим, так как когда молекулы или ионы встали на место в растущей решетке, они фиксируются в ней. Кристаллизация является обычным процессом как в промышленности, так и в естественном мире, и кристаллизация обычно понимается как состоящая из двух процессов. Если ранее не существовало кристалла, то новый кристалл должен зарождаться, а затем он должен подвергаться росту.

Химическое происхождение жизни

Химическое происхождение жизни относится к условиям, которые могли бы существовать и, следовательно, способствовали появлению первых дублируемых форм жизни.

Главным примером химических явлений в природе является сама жизнь. Считается, что совокупность физических и химических реакций смогла привести к появлению первых молекул, которые, репродуцируясь, привели к появлению жизни на планете.

Динамические изменения встроены в саму природу. Все меняется так или иначе каждый момент. Если вы внимательно осмотритесь, вы найдете сотни примеров физических и химических явлений, которые являются вполне себе естественными преобразованиями.

Изменения - единственная константа во Вселенной

Как ни странно, изменение является единственной константой в нашей Вселенной. Чтобы понять физические и химические явления (примеры в природе встречаются на каждом шагу), принято классифицировать их по типам, в зависимости от характера конечного результата, вызванного ими. Различают физические, химические и смешанные изменения, которые содержат в себе и первые, и вторые.

Физические и химические явления: примеры и значение

Что такое физическое явление? Любые изменения, происходящие в веществе без изменения его химического состава, являются физическими. Они характеризуется изменениями физических атрибутов и материального состояния (твердое, жидкое или газообразное), плотности, температуры, объема, которые происходят без изменения его фундаментальной химической структуры. Не происходит создание новых химических продуктов или изменения общей массы. Кроме того, этот тип изменений обычно является временным и в некоторых случаях полностью обратимым.

Когда вы смешиваете химикаты в лаборатории, можно легко увидеть реакцию, но в мире вокруг вас происходит множество химических реакций каждый день. Химическая реакция изменяет молекулы, в то время как физическое изменение только перестраивает их. Например, если мы возьмем газ хлора и металлический натрий и объединим их, мы получим столовую соль. Полученное вещество сильно отличается от любого из его составных частей. Это химическая реакция. Если затем растворить эту соль в воде, мы просто смешиваем молекулы соли с молекулами воды. В этих частицах нет изменений, это физическое преобразование.

Примеры физических изменений

Все состоит из атомов. При соединении атомов образуются разные молекулы. Различные свойства, которые наследуют объекты, являются следствием различных молекулярных или атомных структур. Основные свойства объекта зависят от их молекулярного расположения. Физические изменения происходят без изменения молекулярной или атомной структуры объектов. Они просто преобразуют состояние объекта, не изменяя его природы. Плавление, конденсация, изменение объема и испарения являются примерами физических явлений.

Дополнительные примеры физических изменений: металл, расширяющийся при нагревании, передача звука через воздух, замерзание воды зимой в лед, медь втягивается в провода, формирование глины на разных объектах, мороженое плавится до жидкости, нагревание металла и преобразование его в другую форму, сублимация йода при нагревании, падение любого объекта под действием силы тяжести, чернила поглощаются мелом, намагничивание железных гвоздей, снеговик, тающий на солнце, светящиеся лампы накаливания, магнитная левитация объекта.

Как различать физические и химические изменения?

Множество примеров химических явлений и физических можно встретить в жизни. Часто трудно определить разницу между ними, особенно когда оба могут происходить одновременно. Чтобы определить физические изменения, задайте следующие вопросы:

• Является ли состояние состояния объекта изменением (газообразным, твердым и жидким)?
• Является ли изменение чисто ограниченным физическим параметром или характеристикой, такой как плотность, форма, температура или объем?
• Является ли химическая природа объекта изменением?
• Возникают ли химические реакции, приводящие к созданию новых продуктов?

Если ответ на один из первых двух вопросов да, и ответы на последующие вопросы отсутствуют, это, скорее всего, это физическое явление. И наоборот, если ответ на любой из двух последних вопросов положительный, в то время как первые два отрицательные, это, безусловно, химическое явление. Трюк состоит в том, чтобы просто четко наблюдать и анализировать то, что вы видите.

Примеры химических реакций в повседневной жизни

Химия происходит в окружающем вас мире, а не только в лаборатории. Материя взаимодействует для образования новых продуктов посредством процесса, называемого химической реакцией или химическим изменением. Каждый раз, когда вы готовите или убираете, это химия в действии. Ваше тело живет и растет благодаря химическим реакциям. Есть реакции, когда вы принимаете лекарства, зажигаете спичку и вздыхаете. Вот 10 химических реакций в повседневной жизни. Это всего лишь небольшая выборка из тех примеров физических и химических явлений в жизни, которые вы видите и испытываете много раз каждый день:

1. Фотосинтез. Хлорофилл в листьях растений превращает углекислый газ и воду в глюкозу и кислород. Это одна из самых распространенных ежедневных химических реакций, а также одна из самых важных, поскольку именно так растения производят пищу для себя и животных и превращают углекислый газ в кислород.
2. Аэробное клеточное дыхание является реакцией с кислородом в человеческих клетках. Аэробное клеточное дыхание является противоположным процессом фотосинтеза. Разница заключается в том, что молекулы энергии объединяются с кислородом, которым мы дышим, чтобы высвободить энергию, необходимую нашим клеткам, а также углекислый газ и воду. Энергия, используемая клетками, представляет собой химическую энергию в виде АТФ.
3. Анаэробное дыхание. Анаэробное дыхание производит вино и другие ферментированные продукты. Ваши мышечные клетки выполняют анаэробное дыхание, когда вы исчерпываете подаваемый кислород, например, при интенсивном или продолжительном упражнении. Анаэробное дыхание дрожжами и бактериями используется для ферментации для производства этанола, углекислого газа и других химических веществ, которые производят сыр, вино, пиво, йогурт, хлеб и многие другие распространенные продукты.
4. Сгорание - это тип химической реакции. Это химическая реакция в повседневной жизни. Каждый раз, когда вы зажигаете спичку или свечу, разжигаете костер, вы видите реакцию горения. Сжигание объединяет энергетические молекулы с кислородом для получения двуокиси углерода и воды.
5. Ржавчина - общая химическая реакция. Со временем железо развивает красное, шелушащееся покрытие, называемое ржавчиной. Это пример реакции окисления. Другие повседневные примеры включают формирование вердигров на меди и потускнение серебра.
6. Смешивание химических веществ вызывает химические реакции. Пекарский порошок и пищевая сода выполняют аналогичные функции при выпечке, но они по-разному реагируют на другие ингредиенты, поэтому вы не всегда можете заменить их на другой. Если вы комбинируете уксус и пищевую соду для химического "вулкана" или молока с порошком для выпечки в рецепте, вы испытываете реакцию двойного смещения или метатезиса (плюс некоторые другие). Ингредиенты рекомбинируют для получения газообразного диоксида углерода и воды. Углекислый газ образует пузырьки и помогает "выращиванию" хлебобулочных изделий. Эти реакции кажутся простыми на практике, но часто состоят из нескольких этапов.
7. Батареи являются примерами электрохимии. Батареи используют электрохимические или окислительно-восстановительные реакции для превращения химической энергии в электрическую.
8. Пищеварение. Тысячи химических реакций происходят во время пищеварения. Как только вы положите пищу в рот, фермент в вашей слюне, называемый амилазой, начинает разрушать сахара и другие углеводы в более простые формы, которые ваше тело может поглощать. Соляная кислота в вашем желудке реагирует с пищей, чтобы ее разрушить, а ферменты расщепляют белки и жиры, чтобы они могли всасываться в кровь через стенки кишечника.
9. Кислотно-базовые реакции. Всякий раз, когда вы смешиваете кислоту (например, уксус, лимонный сок, серную кислоту, соляную кислоту) со щелочью (например, пищевой содой, мылом, аммиаком, ацетоном), вы выполняете кислотно-щелочную реакцию. Эти процессы нейтрализуют друг друга, получая соль и воду. Хлорид натрия не является единственной солью, которая может быть образована. Например, здесь приведено химическое уравнение для реакции кислотно-щелочной реакции, в которой образуется хлорид калия, обычный заменитель столовой соли: HCl + KOH → KCl + H 2 O.
10. Мыло и моющие средства. Их очищают путем химических реакций. Мыло эмульгирует грязь, что означает, что масляные пятна связываются с мылом, чтобы их можно было снять водой. Моющие средства снижают поверхностное натяжение воды, поэтому они могут взаимодействовать с маслами, изолировать их и смывать.
11. Химические реакции при приготовлении пищи. Кулинария - один большой практический эксперимент по химии. Приготовление использует тепло, чтобы вызвать химические изменения в пище. Например, когда вы сильно кипятите яйцо, сероводород, полученный нагреванием яичного белка, может реагировать с железом из яичного желтка, образуя серо-зеленое кольцо вокруг желтка. Когда вы готовите мясо или выпечку, реакция Майяра между аминокислотами и сахарами дает коричневый цвет и желательный вкус.

Другие примеры химических и физических явлений

Физические свойства описывают характеристики, которые не изменяют вещество. Например, вы можете изменить цвет бумаги, но это еще бумага. Вы можете кипятить воду, но когда вы собираете и конденсируете пар, это все еще вода. Вы можете определить массу листа бумаги, и это все еще бумага.

Химическими свойствами являются те, которые показывают, как вещество реагирует или не реагирует с другими веществами. Когда металлический натрий помещают в воду, он реагирует бурно, образуя гидроксид натрия и водород. Достаточное тепло выделяется тем, что водород вырывается в пламя, реагируя с кислородом в воздухе. С другой стороны, когда вы кладете кусок медного металла в воду, реакция не возникает. Таким образом, химическое свойство натрия заключается в том, что он реагирует с водой, а химическое свойство меди заключается в том, что это не так.

Какие еще можно привести примеры химических явлений и физических? Химические реакции всегда происходят между электронами в валентных оболочках атомов элементов в периодической таблице. Физические явления на низких энергетических уровнях просто включают механические взаимодействия - случайные столкновения атомов без химических реакций, таких как атомы или молекулы газа. Когда энергии столкновений очень велики, целостность ядра атомов нарушается, что приводит к делению или слиянию вовлеченных видов. Спонтанный радиоактивный распад обычно считается физическим явлением.

Освоив эту тему, вы сможете:

Понимать суть физических и химических явлений, различать их;

Приводить примеры химических явлений, происходящих в природе и быту;

Наблюдать ход химических реакций по определенным признакам;

Проводить самостоятельно лабораторные опыты, характеризовать их ход, описывать наблюдения, делать выводы;

Формировать навыки и приобретать опыт в экспериментальном исследовании веществ и их свойств.

Вспомните из курса природоведения, что называют явлениями. Перечислите известные вам группы явлений.

Физические и химические явления (превращения). В мире, что нас окружает, происходят постоянные изменения. Как вам уже известно, их называют явлениями.

Изучение в курсе природоведения темы «Мир явлений, в котором живет человек» дало вам возможность шире познакомиться с физическими явлениями - механическими, звуковыми, тепловыми, световыми (рис. 46), магнитными и электрическими и некоторыми их характеристиками.

Приведите примеры вышеперечисленных физических явлений. Подумайте и дайте ответ на вопрос: происходит во время этих явлений разрушение одних веществ и образование других?

Очевидно, что нет. Итак, появление инея на деревьях во влажную, холодную пору, уменьшение содержания воды в водоемах в бездощову погоду и выпадение дождя - это явления, связанные с изменением агрегатного состояния воды вследствие изменения температурных условий в природе.

Рис. 46. Молния

Можно ли такие изменения с превращением воды наблюдать в быту? Как их осуществить?

Вы уже знаете, что иней, водяной пар, вода - это одно и то же вещество, в состав молекулы которой соответствует химическая формула Н 2 О.

При комнатной температуре йод - твердое, кристаллическое, темно-фиолетового цвета со слабым блеском вещество. В случае нагревания кристаллы йода сразу же превращаются в пар насыщенного фиолетового цвета, а охлаждаясь, пар снова кристаллизуется (минуя жидкое состояние). Эти преобразования тоже не связанные с изменением состава вещества: и в твердом, и в газообразном этапе молекулы йода состоит из двух атомов, что соответствует формуле И 2 .

Назовите известные вам из обихода стеклянные изделия.

Производство стеклянных изделий базируется на оказании им различной формы. Состав стекла остается неизменным. Способность некоторых веществ расширяться или сжиматься с изменением температур - это также физические изменения.

Вспомните, какие признаки являются проявлением физических свойств веществ.

Итак, до физических свойств, благодаря которым мы можем наблюдать физические явления, относятся: изменение формы, цвет, запах, вкус, блеск, плотность, электро - и теплопроводность, температуры плавления и кипения, пластичность и тому подобное. Их наличие не меняет состав вещества.

Однако химия изучает химические явления, во время которых разрушаются одни вещества и образуются другие. Например, известное вам из быта явление - горение природного газа, который состоит преимущественно из молекул органического вещества метана СН 4 (рис. 47). Этот процесс происходит при наличии газа кислорода.

Исследуем экспериментально, что же образуется в результате сгорания метана. Проведем демонстрационный опыт и выполним следующие действия.

1. Подержим несколько секунд над пламенем холодный предмет. На нем конденсируются капельки воды. Это означает, что в процессе сгорания метана образуется водяной пар (рис. 48).

Рис. 47. Горения природного газа

Рис. 48. Образование воды

2. Змочимо пробирку известковой водой (раствор извести в воде) и снова подержим некоторое время над пламенем згораючого метана. Стенки пробирки быстро мутнеют. Это признак наличия в продуктах горения углекислого газа.

Итак, в результате взаимодействия метана с кислородом образовалось два вещества: вода и углекислый газ. Иначе говоря, разрушились молекулы метана и кислорода и образовавшиеся молекулы воды и углекислого газа (рис. 49).

Рис. 49. Схема превращений во время горения метана:

а - молекула метана; б - две молекулы кислорода; в - атом Углерода; г - четыре атома Водорода; Г - четыре атома Кислорода; д - молекула углекислого газа; с - две молекулы воды

За нагрев порошка железа с серой образуется сложная кристаллическое вещество - феррум(II) сульфид, что проявляет совершенно иные свойства, чем исходные вещества (рис. 50).

Рис. 50. Схема образования феррум(II) сульфида: а - сера; 6 - железо; в - феррум(II) сульфид

Преобразования, при которых происходит разрушение одних веществ и образование других, называют химическими явлениями или химическими реакциями.

Для строительных нужд используют известь (химическое название кальций гидроксид, формула - Са(ОН) 2 . Чтобы его получить, надо провести две реакции: 1) разложение известняка СаСО 3 (кальций карбонат) с целью получения негашеной извести СаО (кальций оксид) и 2) сочетание кальций оксида с водой (как говорят, «погасить известь»).

Итак, мы видим, что во время протекания химических реакций всегда есть вещества, вступающие в реакцию, и вещества, образующиеся после реакции.

Вещества, вступающие в реакцию, называют исходными веществами, или реагентами, а те вещества, которые образуются после реакции, - продуктами или конечными веществами.

В двух вышеописанных реакциях, имеют большое практическое значение для человека, исходными веществами были: кальций карбонат - в первой, кальций оксид и вода - во второй. Продукты реакций - это кальций оксид и углекислый газ - в первой, кальций гидроксид - во второй. Зная химические формулы исходных веществ и продуктов, ход реакции можно изобразить схемами:

(2)

Стрелка вверх означает выделение газа.

Как вы думаете, физические явления и химические реакции происходят одновременно или взаимосвязано?

Явления, сопровождающие химические реакции. Наукой доказано, что каждая химическая реакция сопровождается одним или несколькими внешними проявлениями. Это дает возможность делать выводы о ходе реакций. Рассмотрим основные из них с помощью демонстрационных опытов.

Изменение окраски веществ

Опыт 1. Для выявления растворов щелочей применяют индикатор фенолфталеин - вещество, которое меняет окраску в щелочной среде. Если к раствору натрий гидроксида долить раствора фенолфталеина, последний изменит свою окраску на малиновую. Добавив к этой смеси соляной кислоты, наблюдать обесцвечивание. Это означает, что кислота нейтрализует щелочь. Ход реакции взаимодействия щелочи с кислотой можно записать так:

NаОH + Hcl → NaCl + Н 2 O (3)

Фенолфталеин был индикатором для выявления протекания реакции.

Опыт 2. Изменение окраски наблюдается при прокаливание медной пластинки в пламени (рис. 51). Медь, которая обычно имеет красный цвет, покрывается черным налетом. Этот налет - новообразованное вещество купрум(ІІ) оксид СиО. Схема реакции будет иметь такой вид:

Рис 51. Прокаливание медной пластины

(4)

Выпадение осадка или его растворение

Опыт 3. Нальем в химический стакан раствор ферум(ІІІ) хлорида. Этот раствор имеет желтую окраску. К нему добавим несколько капель раствора натрий гидроксида (щелочи). Будем наблюдать одновременно два явления - содержимое стакана становится бурым (следовательно, изменилось окраски), а впоследствии бура вещество оседает на дно - образовался осадок (рис. 52). Бура вещество - это новообразованный феррум(III) гидроксид. Схема реакции:

(5)

Стрелка вниз указывает на выпадение во время реакции осадка.

Рис 52. Образование осадка ферум(ІІІ) гидроксида

Опыт 4. Если к свіжодобутого осадка ферум(ІІІ) гидроксида доллємо соляной кислоты, то осадок растворяется с образованием растворимого в воде вещества желтого цвета - феррум(III) хлорида:

(6)

Какая еще признак проявятся во время растворения осадка?

Выделение газа

Некоторые химические превращения сопровождаются образованием (выделением) газа.

Опыт 5. В пробирку, в которую помещено цинковую пластинку, доллємо хлоридную кислоту. Сначала па пластинке образуются маленькие пузырьки (рис. 53), которые впоследствии отрываются от поверхности цинка и выделяются наружу. Это газ водород. Схема реакции:

Zn + НСl → ZnCl 2 + H 2 (7)

Чтобы убедиться, что во время реакции выделяется водород, осторожно зажжем газ. Он загорается на воздухе и горит голубым пламенем. Происходит реакция, представленная схемой:

Н 2 + O 2 → Н 2 O (8)

Рис 53. Образование пузырьков водорода на цинковой пластинке

Выделение тепла и света

Такие реакции известны человечеству со времен их использования. Это горение дров и других видов топлива. Они дали толчок к использованию обогрева помещений, изготовление факелов для освещения помещений, улиц и тому подобное.

Вспомните и назовите, какие вы знаете вещества, вступающие в реакции горения.

Опыт 6. Зажжем спичку или сухую лучину и будем наблюдать, что при этом происходит.

Объясните самостоятельно, какими явлениями сопровождается эта реакция.

Простейшей схемой реакции горения является горение углерода:

С + O 2 → CO 2 (9)

Тепло и свет выделяется не только во время сгорания простых веществ углерода, фосфора, магния, но и сложных. Например, природного газа, спирта.

Поглощение теплоты

Этим явлением сопровождаются все реакции, происходящие при нагревании (реакция меди с кислородом). Наглядным примером поглощения теплоты из окружающей среды с растворение аммоний хлорида NH 4 Cl в воде.

Опыт 7. Стакан с аммоний хлоридом поставим па мокрую подложку и доллємо воды, помешивая содержимое стеклянной палочкой. Во время растворения аммоний хлорид поглощает столько теплоты, что стакан примерзает к подставке (рис. 54).

Рис 54. Растворение аммоний хлорида в воде

Появление запаха

Это высшее ассоциируется с образованием душистых соединений. Например, появление своеобразного запаха свежести после грозы объясняется образованием в воздухе молекул озона О 3 . Реакция заключается в перегруппировке молекул кислорода в молекулы озона за высоких температур во время электрических разрядов. Схематически реакцию можно записать так:

О 2 → О 3 (10)

Опыт 8 (выполняют под тягой). Насыпьте на дно пробирки сухую соль - аммоний хлорид и долейте в нее раствор натрий гидроксида объемом 2-3 мл. Наблюдаются ли изменения? Какими явлениями сопровождается реакция?

Учитывая сказанное выше, приходим к выводу, что химические превращения сопровождаются определенными явлениями; они дают возможность наблюдать внешние проявления течения химических реакций.

Лабораторный опыт 3

Проведение химических реакций

Задача 1. Зажгите спичку, затем зажгите спиртовку. Что наблюдаете?

Задание 2. Положите в пробирку небольшой кусочек мела. Долейте уксуса так, чтобы он покрыл мел. Объясните свои наблюдения.

Задание 3. Налейте в пробирку голубой раствор купрум (ІІ) сульфата объемом 1,5-2 мл. Долейте раствора натрий гидроксида. Что наблюдаете? Произошла ли, на ваш взгляд, химическая реакция?

Задание 4. До осадка, образовавшегося в предыдущем опыте, долейте соляной кислоты. Объясните наблюдения. Обоснуйте их.

Обобщите свои знания о химические реакции.

Методы исследования в химии. В § 4 вы частично ознакомились с методами исследования. Химия как экспериментальная наука в своих исследованиях широко использует метод наблюдения и эксперимент, которые не исключают друг друга, а часто взаимодополняют. Расширим эти сведения.

Наблюдения рассматриваются в науке как целенаправленное, специально организованное восприятия предметов и явлений, обусловленное задачей деятельности. Особенность этого метода заключается в том, что он опирается на работу органов чувств является одним из способов пополнения знаний из окружающего мира. Изучая химию, вы уже убедились, что метод наблюдения применяется при демонстрации учителем объектов и явлений, моделей, схем, диаграмм, таблиц, а также выполнение лабораторных опытов и практических работ. Внешние проявления, сопровождающие химические реакции, в основном выявляют с помощью наблюдения.

Однако между наблюдением и экспериментом существуют различия. Не все явления природы можно наблюдать в пространстве и времени. Если исследуемый объект является недоступным для наблюдения, создают его модель. Такой метод называют моделированием.

Ставя эксперименты, ученые выясняют и устанавливают определенные закономерности.

Вспомните повторяемость свойств элементов в периодической системе.

На основе установленных закономерностей формулируются законы науки, которые подаются словесным или математическим выражением. Для проверки правильности законов ученые выдвигают определенные предположения (гипотезы), которые, в свою очередь, служат созданию теорий. Теория сочетает эксперимент, наблюдения и полученные с их помощью факты. Она же может стать основой для прогнозирования еще не известных науке явлений.

Поэтому, ведя наблюдение за демонстрациями учителя или осуществляя исследовательскую работу во время выполнения лабораторных опытов и практических работ, старайтесь как можно внимательнее наблюдать, связывать наблюдаемые явления с теоретическими выводами и формировать собственное научное видение и толкование всех процессов. Такой подход к изучению химии ставит перед вами очень много вопросов, ответы на которые вы сумеете найти самостоятельно. Где откроет возможность быть уверенными в своих убеждениях и убеждать в них других.

СУММИРУЕМ ИЗУЧЕННОЕ

Химические явления - это явления, во время которых разрушаются одни вещества и образуются другие. Химические явления называют химическими реакциями.

Химические явления сопровождаются определенными внешними проявлениями, по которым делают выводы о ходе реакций. Это: изменение окраски, выпадение осадка, выделение газа, появление запаха, выделение тепла и света.

Вещества, которые вступают в химические реакции, называют исходными или реагентами, а те, что образуются во время реакции, - продуктами или конечными веществами.

Изучение веществ и явлений осуществляется с помощью методов наблюдения, моделирования и эксперимента, на основе которых формируются законы и теории соответствующей науки.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Приведите примеры: а) физических; б) химических явлений, происходящих в природе и тех, что вы наблюдали в лабораторных условиях.

2. Перечислите явления, которые сопровождают химические превращения.

3. Вставьте пропущенные слова, чтобы выражение стало завершенным. Вещества, вступающие в реакцию, называют.... Продуктами реакций называют... , что образуются... реакции.

Химические превращения - это....

4. Классифицируйте явления на физические и химические: горение свечи, изготовление различных изделий из полиэтилена, почернение медной пластинки при нагревании, образование неприятного запаха вследствие протухання яиц, испарения раствора поваренной соли, горение магния, появление капель воды на окнах, скисание молока, разделение смеси порошков железа и серы магнитом, появление росы утром.

5. В схемах обозначьте исходные вещества и продукты реакций. Прочитайте схемы.

а) СО + О 2 -> СО 2 б) Си + O 2 -> СиО

в) Fe + O 2 -> Fe 3 О 4 г) Hg + S → HgS

6. Какие внешние изменения наблюдаются во время таких превращений: а) брожения яблочного сока; б) плавление сахара;

в) ржавления железных изделий; г) подгорание картофеля во время жарки?

7. Проанализируйте, как пополнились ваши знания о явлениях и какие взаимосвязи существуют между ними.

8. Охарактеризуйте методы исследования химии.

9. Объясните, в каких еще естественных науках используются известные вам методы исследования.

ИССЛЕДУЕМ ДОМА

Поместите на дно трех стаканов по 1/4 чайной ложки пищевой соды и долейте по очереди: в первую - сок квашеной капусты, во вторую - сок лимона или раствор лимонной кислоты, в третью - кефир. Что наблюдаете? Объясните наблюдаемые явления.