Относительная молекулярная масса - масса (а. е. м.) 6,02 × 10 23 молекул сложного вещества. Численно равна молярной массе, но отличается размерностью.
- Атомы в молекулах соединены друг с другом в определённой последовательности. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами.
- Соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью.
- Свойства веществ зависят не только от их состава, но и от «химического строения», то есть от порядка соединения атомов в молекулах и характера их взаимного влияния. Наиболее сильно влияют друг на друга атомы, непосредственно связанные между собой.
Тепловой эффект реакции - это теплота, которая выделяется или поглощается системой при течении в ней химической реакции. В зависимости от того, происходит реакция с выделением теплоты или сопровождается поглощением теплоты, различают экзо-и эндотермические реакции. К первым, как правило, относятся все реакции соединения, а ко вторым - реакции разложения.
Скорость химической реакции - изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени в единице реакционного пространства.
Внутренняя энергия системы - суммарная энергия внутренней системы, включающая энергию взаимодействия и движения молекул, атомов, ядер, электронов в атомах, внутриядерную и другие виды энергии, кроме кинетической и потенциальной энергии системы, как целого.
Стандартная энтальпия (теплота) образования сложного вещества - тепловой эффект реакции образования 1 моля этого вещества из простых веществ, находящихся в устойчивом агрегатном состоянии при стандартных условиях (= 298 К и давлении 101 кПа).
по своему значению близко понятию материя, но не равнозначно ему полностью. В то время как со словом "материя" преимущественно связываются представления о грубой, инертной, мертвой действительности, в которой господствуют исключительно механические законы, вещество является "материалом", который благодаря получению формы вызывает мысли об оформленности, жизненной пригодности, облагораживании. См. Гешталъткачества.
Отличное определение
Неполное определение ↓
Вещество
по вид материи. Совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя.
Описание "вид" - морфологическое, правильное, но нас оно удовлетворить не может, так как это чисто классификационное деление, которому в реальности, в первом приближении, ничего не соответствует.
Существует гипотеза, что материя в "чистом виде"- вакуум (первый объект). Тогда: вещество - один из объектов (пятый объект) материального мира; материя в форме стоячей волны образует элементарную частицу (электрон, позитрон, протон, нейтрон и т.д.) - четвертый объект, в форме бегущей волны - фотон (третий объект), а их совокупность атом - вещество. Второй объект - поле (напряжение вакуума, подобное механическому напряжению пружины).
Здесь можно пофантазировать: есть вакуум (первый объект) и еще нечто (нулевой объект), например, апейрон, Вселенский разум, Бог и т.п., то есть то, что находится за пределами восприятия из нашего Мира и взаимодействие которого с вакуумом дает поле и вещество, дальнейшее развитие (движение и превращение) которых создает все многообразие Мира, в том числе и Жизнь. Эта фантазия несколько противоречит системе взглядов на Мир, в основе которой находится понятие материя, как вещь, "доступная нашему наблюдению".
Другой вариант: вещество, поле и вакуум - различные состояния материи (аналогично тому, как вода может пребывать в различных состояниях: газ, жидкость, твердое тело).
Вакуум - невозмущенное состояние, поле - напряженное состояние, вещество - колеблющееся состояние. Развивая мысль дальше, получим: неподвижная материя - вакуум, движущаяся в ней волна напряжения - поле, фотон, движущийся пакет стоячих волн - вещество.
Неполное определение ↓
Изучая в рамках школьного или вузовского курса различные направления науки, несложно заметить, что они очень часто оперируют понятием вещества.
Но что такое вещество в физике и химии, в чём разница между определениями этих двух наук? Постараемся рассмотреть подробнее.
Что такое вещество в физике?
Классическая физика учит, что , из которой состоит Вселенная, находится в одном из двух основных состояний – в виде вещества и в виде поля. Веществом в физике называют материю, состоящую из элементарных частиц (по большей части это нейтроны, протоны и электроны), образующих атомы и молекулы, которые обладают массой покоя, отличной от нуля.
Вещество представлено различными физическими телами, обладающими рядом параметров, которые поддаются объективным измерениям. В любой момент можно измерить удельный вес и плотность исследуемого вещества, его упругость и твёрдость, электропроводность и магнитные свойства, прозрачность, теплоёмкость и т.д.
В зависимости от вида вещества и внешних условий, эти параметры могут изменяться в достаточно широких пределах. В то же время каждому типу вещества свойственен определённый набор постоянных характеристик, отражающих его качественные показатели.
Агрегатные состояния веществ
Все существующие во Вселенной вещества могут пребывать в одном из агрегатных состояний:
— в виде газа;
— в виде жидкости;
— в твёрдом состоянии;
— в виде плазмы.
При этом многим веществам свойственны переходные, или пограничные состояния. Наиболее распространёнными из них являются:
— аморфное, или стеклообразное;
— жидкокристаллическое;
— высокоэластичное.
Кроме того, некоторые вещества при особых внешних условиях могут переходить в состояния сверхтекучести и сверхпроводимости.
Что такое вещество в химии?
Химическая наука изучает вещества, состоящие из атомов, а также законы, по которым происходят преобразования веществ, называемые химическими реакциями. Вещества могут пребывать в виде атомов, молекул, ионов, радикалов, а также их смесей.
Химия делит вещества на простые, т.е. те, которые состоят из атомов одного вида, и сложные, состоящие из разных видов атомов. Простые вещества называют химическими элементами: из них, как из кирпичиков, состоят все вещества в мире.
В ходе химической реакции вещества взаимодействуют друг с другом, обмениваясь атомами и атомными группами, в результате чего образуются новые вещества. В то же время химия не рассматривает процессы, при которых происходят изменения в атомарной структуре: количество и виды атомов, участвующих в реакции, всегда остаются неизменными.
Все простые вещества сведены в так называемую периодическую таблицу элементов, которая была создана русским учёным Д.И. Менделеевым. В этой таблице простые вещества расставлены в порядке возрастания их атомных масс и сгруппированы по свойствам, что существенно упрощает их дальнейшее изучение.
Органические и неорганические вещества
В современной химии принято разделение всех веществ на две основные группы: неорганические и органические. К неорганическим веществам относятся:
— оксиды – соединения химических элементов с кислородом;
— кислоты – соединения, состоящие из атомов водорода и так называемого кислотного остатка;
— соли – вещества, состоящие из атомов металла и кислотного остатка;
— основания, или щёлочи – соединения, состоящие из металла и гидроксильной группы или нескольких групп;
— амфотерные гидроксиды – вещества, обладающие свойствами оснований и кислот.
Существуют и более сложные соединения неорганических элементов. Всего насчитывается до полумиллиона разновидностей неорганических веществ.
Органические вещества – это соединения углерода с гидрогеном и другими химическими элементами. По большей части они представляют собой сложные молекулы, состоящие из большого количества атомов. Существует множество разновидностей органических веществ, в зависимости от их состава и молекулярного строения. Всего на текущий момент науке известно более 20 миллионов разновидностей органических веществ.
Основной вопрос, на который должен знать ответ человек для правильного понимания картины мира - что такое вещество в химии. Данное понятие формируется ещё в школьном возрасте и направляет ребёнка в дальнейшем развитии. Приступая к изучению химии важно найти точки соприкосновения с ней на бытовом уровне, это позволяет наглядно и доступно разъяснить те или иные процессы, определения, свойства и т.д.
К сожалению, в силу неидеальности системы образования, многие упускают некоторые фундаментальные азы. Понятие «вещество в химии» - это своего рода краеугольный камень, своевременное усвоение данного определения даёт человеку правильный старт в последующем развитии в области естествознания.
Формирование понятия
Перед тем как перейти к понятию вещества, необходимо определить, чем является предмет химии. Вещества - это то, что непосредственно изучает химия, их взаимные превращения, строение и свойства. В общем понимании вещество - это то, из чего состоят физические тела.
Итак, в химии? Сформируем определение путём перехода от общего понятия к чисто химическому. Вещество - это определённый обязательно имеющий массу, которую можно измерить. Данная характеристика отличает вещество от другого вида материи - поля, которое массы не имеет (электрическое, магнитное, биополе и т.д.). Материя, в свою очередь, - это то, из чего созданы мы и всё, что нас окружает.
Несколько другая характеристика материи, определяющая то, из чего конкретно она состоит - это уже предмет химии. Вещества сформированы атомами и молекулами (некоторые ионами), а значит любая субстанция, состоящая из этих формульных единиц, и есть вещество.
Простые и сложные вещества
После усвоения базового определения можно перейти к его усложнению. Вещества бывают различных уровней организации, то есть простые и сложные (или соединения) - это самое первое деление на классы веществ, химия имеет множество последующих разделений, подробных и более сложных. Эта классификация, в отличие от многих других, имеет строго определённые границы, каждое соединение можно чётко отнести к одному из видов, взаимоисключающих друг друга.
Простое вещество в химии - это соединение, состоящее из атомов только одного элемента из периодической таблицы Менделеева. Как правило, это бинарные молекулы, то есть состоящие из двух частиц, соединённых посредством ковалентной неполярной связи - образования общей неподелённой электронной пары. Так, атомы одного и того же химического элемента имеют идентичную электроотрицательность, то есть способность удерживать общую электронную плотность, поэтому она не смещена ни к одному из участников связи. Примеры простых веществ (неметаллы) - водород и кислород, хлор, йод, фтор, азот, сера и т.д. Из трёх атомов состоит молекула такого вещества, как озон, а из одного - всех благородных газов (аргона, ксенона, гелия и т.д.). В металлах (магнии, кальции, меди т.д.) существует свой собственный тип связи - металлический, осуществляющийся за счёт обобществления свободных электронов внутри металла, а образования молекул как таковых не наблюдается. При записи вещества металла указывается просто символ химического элемента без каких-либо индексов.
Простое вещество в химии, примеры которого были приведены выше, отличается от сложного качественным составом. Химические соединения образованы атомами разных элементов, от двух и более. В таких веществах имеет место ковалентный полярный или ионный тип связывания. Так как разные атомы имеют отличающуюся электроотрицательность, то при образовании общей электронной пары происходит её сдвиг в сторону более электроотрицательного элемента, что приводит к общей поляризации молекулы. Ионный тип - это крайний случай полярного, когда пара электронов полностью переходит к одному из участников связывания, тогда атомы (или их группы) превращаются в ионы. Чёткой границы, между этими типами нет, ионную связь можно интерпретировать как ковалентную сильно полярную. Примеры сложных веществ - вода, песок, стекло, соли, оксиды и т.д.
Модификации веществ
Вещества, именуемые простыми, на самом деле имеют уникальную особенность, которая не присуща сложным. Некоторые химические элементы могут образовывать несколько форм простого вещества. В основе всё так же лежит один элемент, но количественный состав, строение и свойства кардинально отличают такие образования. Эта особенность имеет название аллотропии.
Кислород, сера, углерод и другие элементы имеют несколько Для кислорода - это О 2 и О 3 , углерод даёт четыре типа веществ - карбин, алмаз, графит и фуллерены, молекула серы бывает ромбической, моноклинной и пластической модификации. Такое простое вещество в химии, примеры которого не ограничены вышеперечисленными, имеет огромное значение. В частности, фуллерены используются как полупроводники в технике, фоторезисторы, добавки для роста алмазных плёнок и в других целях, а в медицине это мощнейшие антиоксиданты.
Что происходит с веществами?
Каждую секунду внутри и вокруг происходит превращение веществ. Химия рассматривает и объясняет те процессы, которые идут с качественным и/или количественным изменением состава реагирующих молекул. Параллельно, часто взаимосвязано протекают и физические превращения, которые характеризуются лишь изменением формы, цвета веществ или агрегатного состояния и некоторых других характеристик.
Химические явления - это реакции взаимодействия различных видов, например, соединения, замещения, обмена, разложения, обратимые, экзотермические, окислительно-восстановительные и т.д., в зависимости от изменения интересующего параметра. К относят: испарение, конденсацию, сублимацию, растворение, замерзание, электропроводимость и т.д. Часто они сопровождают друг друга, например, молния во время грозы - это физический процесс, а выделение под её действием озона - химический.
Физические свойства
Вещество в химии - это материя, которой присущи определённые физические свойства. По их наличию, отсутствию, степени и интенсивности можно спрогнозировать, как вещество поведёт себя в тех или иных условиях, а также объяснить некоторые химические особенности соединений. Так, например, высокие температуры кипения органических соединений, в которых есть водород и электроотрицательный гетероатом (азот, кислород и т.д.), свидетельствуют о том, что в веществе проявляется такой химический тип взаимодействия, как водородная связь. Благодаря знанию о том, какие вещества имеют наилучшую способность проводить электрический ток, кабеля и провода электропроводки изготавливаются именно из определённых металлов.
Химические свойства
Установлением, исследованием и изучением другой стороны медали свойств занимается химия. с её точки зрения - это их реакционная способность к взаимодействию. Некоторые вещества крайне активны в этом смысле, например, металлы или любые окислители, а другие, благородные (инертные) газы, при нормальных условиях в реакции практически не вступают. Химические свойства можно активировать или пассивировать при необходимости, иногда это не связано с особыми трудностями, а в некоторых случаях приходится нелегко. Учёные проводят многие часы в лабораториях, методом проб и ошибок добиваясь поставленных целей, иногда и не достигают их. Изменяя параметры окружающей среды (температуру, давление и т.д.) или применяя специальные соединения - катализаторы или ингибиторы - можно повлиять на химические свойства веществ, а значит и на ход реакции.
Классификация химических веществ
В основе всех классификаций лежит разделение соединений на органические и неорганические. Главный элемент органики - это углерод, соединяясь друг с другом и гидрогеном, атомы карбона образуют углеводородный скелет, который после заполняется другими атомами (кислородом, азотом, фосфором, серой, галогенами, металлами и другими), замыкается в циклы или разветвляется, обосновывая тем самым большое разнообразие органических соединений. На сегодняшний день науке известны 20 миллионов таких веществ. В то время как минеральных соединений всего лишь полмиллиона.
Каждое соединение индивидуально, но имеет и множество похожих черт с другими в свойствах, строении и составе, на этой основе происходит группировка в классы веществ. Химия имеет высокий уровень систематизации и организации, это точная наука.
Неорганические вещества
1. Оксиды - бинарные соединения с кислородом:
а) кислотные - при взаимодействии с водой дают кислоту;
б) основные - при взаимодействии с водой дают основание.
2. Кислоты - вещества, состоящие из одного или нескольких протонов водорода и кислотного остатка.
3. Основания (щёлочи) - состоят из одной или нескольких гидроксильных групп и атома металла:
а) амфотерные гидроксиды - проявляют свойства и кислот и оснований.
4. Соли - результат между кислотой и щелочью (растворимым основанием), состоят из атома металла и одного или нескольких кислотных остатков:
а) кислые соли - анион кислотного остатка имеет в составе протон, результат неполной диссоциации кислоты;
б) основные соли - с металлом связана гидроксильная группа, результат неполной диссоциации основания.
Органические соединения
Классов веществ в органике великое множество, такой объём информации сложно сразу запомнить. Главное, знать основные разделения на алифатические и циклические соединения, карбоциклические и гетероциклические, предельные и непредельные. Также углеводороды имеют множество производных, в которых атом гидрогена замещён на галоген, кислород, азот и другие атомы, а так же функциональные группы.
Вещество в химии - это основа сущестования. Благодаря органическому синтезу человек на сегодняшний день имеет огромное количество искусственных веществ, заменяющих натуральные, а также не имеющих аналогов по своим характеристикам в природе.
Из курса физики известно, что атомы химических элементов имеют вид свободных частиц. Они могут объединяться между собой посредством различных видов химической связи. В результате образуются молекулы веществ как простых, так и сложных. Таким способом формируется одна из форм существования материи, которая является наиболее распространенной на Земле. В нашей статье мы рассмотрим строение и свойства веществ и приведем примеры различных их состояний: твердого, жидкого и газообразного.
Общая характеристика соединений
Кислород, которым дышат живые существа, алмазная россыпь, залежи каменного угля - это примеры простых веществ, свойства которых зависят от строения их молекул. Они содержат атомы только одного химического элемента - карбона, оксигена, нитрогена. Некоторые из элементов могут образовывать не одно, а несколько простых веществ. Они различаются между собой не только внешним видом, но и внутренним строением, а, значит, и свойствами. Речь идет об аллотропных видоизменениях, на которых мы остановимся далее. Противоположны им частицы сложного соединения, что является другим названием вещества, состоят они из атомов различных элементов. Вода, кухонная соль, этиловый спирт, крахмал - список сложных соединений, образующих объекты материального мира, можно продолжать до бесконечности.
Аллотропия
Как разительно отличаются между собой графитовый стержень карандаша, бриллиант в изысканной оправе и белый кристаллический порошок карбина, добытого из Аризонского кратера... А ведь все три названных простых соединения состоят только из атомов углерода. Почему же они так отличаются друг от друга? Что такое вещество, называемое в химии аллотропной модификацией? Ответ мы найдем во внутреннем строении соединения, т. е. в особенностях формы его кристаллической решетки. В природе аллотропия встречается нечасто. Кислород и озон - еще один пример таких веществ. Они отличаются количеством атомов оксигена в составе молекул: у кислорода их два, в озоне - три.
Алмаз и графит
Гигантская молекула, в которой каждый атом углерода связан с четырьмя другими, расположенными на одинаковом расстоянии, - это алмаз. Ковалентные связи между частицами чрезвычайно прочные, кристалл идеально преломляет световые лучи, поэтому считается самым дорогим ювелирным украшением. Он не проводит электрический ток и является сверхтвердым природным материалом, используемым для бурения скважин и резания стекла. Что такое вещество - графит? Его темно-серые кристаллы - жирные на ощупь, мягкие и легко оставляют след на бумаге. Атомы в молекуле расположены послойно. Он относится к проводникам тока и применяется в электротехнике.
Что такое карбин?
Карбин - третья модификация углерода. В 60-х годах XX века он был получен в лаборатории российского ученого В. В. Коршака, а затем обнаружен в природе в составе метеоритного вещества. Строение его углеродных цепей - линейное, соединение имеет вид волокна, порошка или пленок белого цвета. Карбин обладает свойствами полупроводника, идеально приживается в организме человека. Поэтому он применяется для производства искусственных протезов суставов, кровеносных сосудов, элементов в офтальмологии, урологии и зубном протезировании.
Состояние вещества
Если соединение имеет атомное строение и относится к неметаллам, то его частицы связаны между собой единичной ковалентной связью. По этой причине такие молекулы двухатомные. Что представляют собой следующие формулы: Cl 2 , N 2, O 2 ? Это молекулы хлора, азота, кислорода. В приведенном примере вещества находятся в газообразном состоянии и их частицы движутся разнонаправленно, а силы взаимодействия между ними очень слабы. Иная картина наблюдается, когда агрегатная форма соединения плотная - конденсированная. Жидкости и твердые вещества, в отличие от газов, при постоянной температуре занимают определенный объем. Их частицы притягиваются друг к другу достаточно сильно, природа таких связей - электрическая. Интересным представляется строение металлических соединений, обладающих целым рядом специфических свойств: теплопроводностью, ковкостью, пластичностью, электропроводностью. Что такое вещество-металл сточки зрения строения его кристаллической решетки? Его можно сравнить с гигантским комплексом атомов, содержащим общие электроны. Они двигаются внутри кристалла и образуют так называемый электронный газ, который и является причиной всех выше перечисленных характеристик металлов. Итак, мы установили, что химические соединения имеют три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное.
Как внутреннее строение вещества определяет его свойства
Твердая кристаллическая форма является наиболее распространенной в природе. Строение вещества определяется конфигурацией его кристаллической решетки, что, в свою очередь, влияет на физические и химические свойства. Например, самая высокая твердость алмаза объясняется тем, что в узлах его решетки находятся атомы, силы взаимодействия между которыми достаточно велики. Возникшие таким способом ковалентные связи прочно удерживают частицы друг возле друга, обеспечивая устойчивость структуры. Кристаллы йода, напротив, способны быстро разрушаться при нагревании. Даже не переходя в жидкую фазу, йод возгоняется до образования пара, т. е. сублимирует. Объясняется это явление особенностями внутреннего строения кристаллического йода. В узлах его решетки на больших расстояниях друг от друга находятся молекулы. Под влиянием высокой температуры они легко отрываются друг от друга, образуя газовую фазу. Соединения с ионным типом кристаллической решетки являются прекрасными проводниками тока. Они тугоплавкие и прочные, имеют в узлах решетки заряженные частицы - ионы. Между катионами и анионами возникают силы электростатического притяжения, поэтому кристаллы солей достаточно твердые и прочные.
Номенклатура соединений
Наряду с общеизвестными, тривиальными, т. е. давно сложившимися в быту названиями, например: пищевая сода или кухонная соль, существует достаточно разнообразная научная классификация химических соединений. Так, в рациональной номенклатуре они делятся на простые и сложные, металлы и неметаллы. В классификаторе ИЮПАК большое внимание уделено различным группам органических соединений. Название вещества в ней зависит от присутствия в молекуле одинарных, двойных, тройных связей или циклов. Например, соединения, содержащие сигма-связь, называются алканами, а молекулы непредельного характера относят к алкенам или алкинам. Вследствие того, что арсенал новых, синтетических органических соединений постоянно пополняется, они классифицируются согласно международной номенклатуре ИЮПАК. Это обеспечивает принцип систематичности и помогает ученым-химикам разных стран мира в проведении совместных исследований.
В нашей статье мы ответили на вопросы: что такое вещество, и как физические и химические свойства зависят от его внутреннего строения.
