Какая наука изучает свойства и превращения веществ
План урока:
Знакомство с химией
Атомно-молекулярное учение. Мельчайшие частицы
Классификация веществ
Знакомство с химией
Когда мы слышим слово «химия», сразу представляем человека, окружённого колбами, пробирками, наполненными веществами всевозможных цветов. Он записывает непонятные символы, которые нам кажутся иероглифами. Перед нами встает вопрос: что это за наука, какие задачи изучает? Ответ достаточно прост, предмет химии – вещества.
(Источник)
Химия — наука о веществах, их свойствах и превращениях в другие вещества.
Как и каждая наука, химия имеет свою историю развития. Первые химические знания появились до нашей эры, в Древнем Египте. Египтяне обладали химической наукой, которую называли «Священным искусством». Некоторые рецепты приготовления парфюмерии и лекарственных препаратов используют и до сих пор. Наверняка вы слышали об алхимиках и философском камне, с помощью которого, можно превратить любой металл в золото.
В современном представлении термин «химия» можно услышать в нескольких интерпретациях: химия как наука, а также продукты химического производства (одним словом химия). Мы не представляем наше существование без химических веществ. Просыпаясь утром, идём умываться: мыло, зубная паста ждут нас в ванной комнате. Ароматный чай и хрустящие хлопья на завтрак. Одежда, обувь, школьные принадлежности и многое другое мы получаем благодаря химическим технологиям.
Но также можно сказать, что химия – это вред. Неоднократно слышали о кислотных дождях, о гибели морских жителей из-за нефтяных пятен, о нитратах в овощах и фруктах и т. д.
Химия тесно связана с человечеством, является неотъемлемой его частью. Чтобы не наносить вред нашей планете, необходимо применять химические знания и рационально использовать вещества.
Именно благодаря своей многогранности химия применяется в каждой области:
- Медицина: лекарственные препараты, вакцины, искусственные органы, косметические средства;
- Искусство: живопись, архитектура, фотографии, изготовление ювелирных изделий, ковка, литье;
- Сельское хозяйство: удобрение, средства для борьбы с вредителями;
- Криминалистика: опознание личности по ДНК, отпечаткам пальцев, определение состава ядовитых и взрывчатых веществ;
- Строительство: производство строительных материалов, обработка древесины;
- Металлургия: без металлов не существует ни одна отрасль. Металлы и сплавы окружают нас повсюду;
- В быту: средство бытовой химии, при приготовлении обеда также применяем химические знания;
- Пищевая промышленность: молочная, мясная продукция, соусы, кондитерские изделия и т. д.;
- Охрана окружающей среды. На данный момент остро стоит проблема охраны окружающей среды. Деятельность человека губительно действует на планету. Но с помощью химических знаний, которые базируются на свойствах веществ, учёные находят способы очистки воды, почвы, воздуха от вредных веществ.
(Источник)
Химия – наука очень обширная и включает в себя много разделов, которые имеют своё назначение и изучают вещества, их строение и свойства.
- Неорганическая химия или её ещё называют химия неживой природы. Предмет изучения химические элементы и их соединения;
- Биохимия изучает процессы, которые происходят в организмах при обмене веществ, дыхании и т. д.;
- Органическая химия или химия углерода. Это увлекательный раздел знакомит о множестве соединений, благодаря уникальным свойствам углерода;
- Физическая химия рассматривает закономерности реакций;
- Аналитическая химия, благодаря качественному и количественному анализу позволяет исследовать смеси.
Чтобы овладеть химическими знаниями, необходимо изучить физику, биологию, а также математику. Как видно из схемы, химия тесно перекликается с другими науками.
(Источник)
Атомно-молекулярное учение. Мельчайшие частицы
Как и каждая наука, химия имеет свои термины и понятия, которые изучаются на протяжении всего курса. Эти термины для вас будут не новыми, вы с ними знакомились на уроках физики и природоведения. А речь пойдёт об атомах, молекулах, химических элементах и веществах. Эти понятия являются основой атомно-молекулярного учения.
Рассмотрим подробно каждое понятие.
Атом
Наверняка вы в учебнике или кабинете химии видели периодическую систему химических элементов (ПСХЭ). Она имеет разный вид и структуру, с которой вы позже подробно познакомитесь. Классический вид периодической системы химических элементов изображён на рисунке.
(Источник)
С уроков природоведения вам известно, что атомы это кирпичики мироздания.
Атом – мельчайшая частица химического элемента, которая отвечает за его свойства и химически неделима.
На данный момент известно 126 видов атомов – химических элементов. Какая связь между химическим элементом и атомом? Химический элемент состоит из атомов определённого вида. В чём состоит отличие этих понятий. Почему алхимики не могли найти философский камень? Почему железо или медь не превращаются в золото? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо рассмотреть строение атома.
Абсолютно каждый атом имеет положительно заряженное ядро и, вращающиеся вокруг него, отрицательные электроны.
(Источник, перевод администрации сайта 100urokov.ru)
Самое тяжёлое в атоме – это ядро, которое состоит с протонов (имеют заряд +) и нейтронов (заряд 0).
Атом не имеет никакого заряда, иными словами нейтрален.
Число протонов = число электронов
Чтобы узнать количество частиц, необходимо определить порядковый номер элемента в ПСХЭ.
Например, если в состав атома входит 10 электронов и 10 протонов, посмотрев в периодическую систему, увидим, что данный набор частиц отвечает химическому элементу – Неон. Химический элемент Золото имеет 79 протонов и 79 электронов. Состав атомов, а точнее, количество протонов, не изменяется в ходе химических реакций. Именно по этой причине, алхимики не смогли найти рецепт философского камня.
Атомы (подобно буквам, которые соединяются в слоги, а потом в слова) соединяются в молекулы.
Молекула
Молекула – наименьшая частица вещества
Как образуются молекулы? Снова проведём аналогию с буквами. Чтобы получилось читаемое и со смыслом слово, необходима определённая комбинация букв и чёткие правила. Также происходит и при образовании молекулы. Атомы соединяются в молекулу с помощью химических связей. Свойства молекул зависят от того, атомы каких элементов входят в их состав, а также каким образом они соединены между собой.
Рассмотрим на примере молекул веществ, которые образованные атомами кислорода, это кислород и озон. Обе эти молекулы образованы атомами химического элемента Кислород, но в состав озона, химическая формула которого О3, входит 3 атома Кислорода, а в молекулу кислорода, формула вещества О2 – два атома химического элемента Кислород.
(Источник)
Данное явление называется аллотропией. Это явление существования простых веществ, образованных одинаковым химическим элементом, но различным по свойствам и строению.
Рекордсменом по образованию аллотропных форм является углерод, который существует в виде алмаза, графита, карбина, фуллеренов, углеродных нанотрубок.
Как видно из определения, атомы и молекулы – это частицы, но в чём их разница? Снова проведём аналогию с буквами и словами. Буквы – это атомы, слова – это молекулы. Буквы не могут состоять из слов, так же как и атомы не могут состоять из молекул.
(Источник)
Молекула сернистого газа SO2 состоит из одного атома Серы и двух атомов Кислорода. Молекула аммиака состоит из одного атома Азота и трёх атомов Водорода и т. д.
Таким образом, мы видим, что все вещества состоят из атомов химических элементов. Живая и неживая природа – это также комбинация химических элементов.
Ионы
Что происходит с атомом, если он присоединяет или отдаёт электроны? Он становится заряженной частицей.
(Источник)
Ионы – частицы, которые положительно или отрицательно заряжены.
Обобщив все вышесказанное, выделим основные постулаты атомно-молекулярного учения, которое является фундаментом в химии, физике и естествознании:
- Вещества состоят из молекул;
- Атомы являются частью молекулы;
- Атомам и молекулам характерно самопроизвольное движение;
- Во время химических реакций происходит изменение состава молекулы и образуются новые вещества.
Вещество. Классификация веществ
От активности химических элементов зависит – будут они существовать в свободном виде или будут частью вещества.
Вещество – это совокупность атомов, атомных частиц или молекул, находящаяся в определённом агрегатном состоянии.
Вещества делятся: простые и сложные.
Определение достаточно несложное и легко запоминается.
(Источник)
Закономерно возникает вопрос: чем сложное вещество отличается от смеси простых и сложных веществ?
(Источник)
На рисунке обозначено:
А) молекулы простого вещества кислород О2;
Б) молекулы простого вещества водород Н2;
В) смесь простых веществ О2 и Н2;
Г) молекула сложного вещества вода Н2О;
Д) смесь молекул простого вещества водород Н2 и сложного вещества Н2О.
Смеси образуются в результате физического воздействия, например, смешивание железных опилок и воды, а сложные вещества – с помощью химического воздействия, например, ржавчина на железе, вызванная взаимодействием железа и воды.
В зависимости от того, какими частицами образованы вещества, их различают молекулярного и немолекулярного строения.
(Источник)
Источник
Вещества и тела Окружающий нас мир состоит из множества разнообразных объектов, которые называют физическими телами. Всё то, из чего состоят физические тела, называют веществом. Что же такое вещество, и чем оно отличается от физического тела?
Из курса природоведения вам должны быть знакомы эти понятия и различия между ними. Рассмотрим процесс фотосинтеза, протекающий в растениях. Растение поглощает воду, минеральные удобрения, углекислый газ из воздуха. В результате фотосинтеза в атмосферу выделяется кислород, а в листьях растения накапливается глюкоза, которая является своего рода «пищей» для растения. И кислород, и глюкоза являются веществами! Немного поразмыслив можно прийти к выводу, что в нашем мире абсолютно все состоит из разнообразных веществ и их смесей. На сегодняшний день количество химических веществ, известных человеку, уже составляет более 100 000 000. И это число непрерывно растет!
Что же изучает химия, о чем эта наука?
Химия – наука о веществах, их свойствах и превращениях Вещество – совокупность атомов, молекул или других частиц, находящихся в определенном агрегатном состоянии.
- Физическое тело – материальный объект, имеющий постоянные: массу, форму, а так же соответствующий ему объем. Вещества, используемые для изготовления предметов, оборудования, в промышленности и быту, называют материалами.
- Материал – это вещество, предмет, которые применяются для изготовления чего-либо Первыми материалами, с которыми имел дело человек, были камень, глина, древесина. Со временем люди научились выплавлять металл, делать стекло, изготавливать кирпич, известь, цемент, пластмассы, резину и т.п. Очень важной наукой является химическое материаловедение.
- Основная цель материаловедов – получение материалов с заданными свойствами, а основной метод – использование зависимости состава, структуры и свойств материала от способа получения.
Какой бывает химия?
Достоверно неизвестно откуда и когда появился термин «химия». По одной из версий термин «химия» произошел от египетского слова «хем» – арабского названия этой страны. Таким образом, дословно «химия» переводится как египетская наука. Это же слово означало «черный» – видимо, по цвету почвы в долине реки Нил, протекающей по территории Египта. «Кем», или «Хем» (Khemia – «Черная страна», «страна с черной землей») – так называли в древней Греции Египет. В таком варианте слово «химия» переводится как «черная наука» или «наука черной земли». Вторая версия выводит слово «химия» из греческого χυμος («хюмос»), которое можно перевести как «сок растения». Этот термин встречается в рукописях, содержащих сведения по медицине и фармакологии. Согласно же третьей версии, слово «химия» происходит от другого греческого слова – χυμα («хюма»), означающего «литье», «сплав».
В таком случае «химия» – это искусство литья выплавки металлов, то есть металлургии.
Термин «химия» впервые употребил греческий алхимик Зосима Панополитанский в V веке н. э. Он использовал этот термин в смысле «настаивание», «наливание». Современное слово для обозначения науки химии произошло от позднелатинского chimia и является интернациональным: например,
- в английском языке – chemistry
- немецком – Chemie
- французском – chimie
В русском языке этот термин появился в эпоху Петра I. Современная химическая наука развивается стремительно и активно. Постоянно открываются новые, ранее неизвестные вещества, с разнообразными интересными свойствами. В наши дни химию принято делить на отдельные химические области. Рассмотрим самые главные «ветви» химической науки:
- Органическая химия – раздел химии, изучающий вещества живой природы, а так же вещества, полученные из веществ природного происхождения, и их свойства
- Неорганическая химия – раздел химии, изучающий вещества неживой природы (минералы, горные породы и т.д.), а так же их свойства
- Физическая химия – раздел химии об общих законах строения, структуры и превращениях химических веществ
- Аналитическая химия – раздел химии, изучающий методы анализа и идентификации химических веществ
Основные задачи химии
Какие же задачи сегодня стоят перед химической наукой и химиками? Наиболее важной задачей является получение новых веществ, с полезными для человечества свойствами. Например, сегодня не существует лекарств от многих болезней, и химики работают над созданием препаратов от таких болезней как сахарный диабет, грипп, онкологические заболевания. Человечество пока не может покорять другие планеты, но со временем, при изобретении более совершенных средств передвижения в пространстве, это станет возможным, здесь так же не обойдется без химии, ведь для создания космических кораблей необходимо множество химических веществ и материалов.
Десятилетиями человечество использовало ресурсы планеты не очень эффективно. Результатом этого стало существенное загрязнение окружающей среды. Кроме того, возникла проблема нехватки природных ресурсов. Сегодня химики пытаются решить эти проблемы: сделать промышленные производства безопасными для окружающей среды, и создать альтернативу невозобновляемым природным ресурсам.
Одним из решений данной проблемы является безотходное химическое производство. За относительно небольшой промежуток времени человечество изучило свойства множества веществ и создало на их основе множество материалов. Нельзя однозначно сказать, какие вещества полезны, а какие вредны. Важно лишь то, с какой целью и как эти вещества будут использоваться: для пользы, или во вред человечеству, природе и нашей планете.
Подведем итоги
- Химия – наука о веществах, их свойствах и превращениях
- Вещество – совокупность атомов, молекул или других частиц, находящихся в определенном агрегатном состоянии
- Физическое тело – материальный объект, имеющий постоянные массу, форму, а так же соответствующий ей объем и отделенный от других тел
- Современное слово для обозначения науки химии произошло от позднелатинского chimia и является интернациональным: например, в английском языке – chemistry, в немецком – Chemie, французском – chimie
- Органическая химия – раздел химии, изучающий вещества живой природы, а так же вещества, полученные из веществ природного происхождения, и их свойства
- Неорганическая химия – раздел химии, изучающий вещества неживой природы (минералы, горные породы и т.д.), а также их свойства
- Физическая химия – раздел химии об общих законах строения, структуры и превращениях химических веществ
- Аналитическая химия – раздел химии, изучающий методы анализа и идентификации химических веществ
Источник
Химия как наука изучает вещества, их свойства, как и почему вещества соединяются или разделяются, образуя другие вещества, и как они взаимодействуют с энергией.
Многие люди думают, что химики – это научные люди в белых халатах, которые смешивают странные жидкости в лаборатории, но на самом деле мы все химики. Понимание основных понятий химии как науки важно практически для каждой профессии.
Химия-это часть всего в нашей жизни.
Каждый существующий материал состоит из материи — даже наши собственные организмы. Химия участвует во всем, что делает человек, от выращивания и приготовления пищи до уборки дома и запуска космического аппарата.
Химия – это одна из основополагающих наук, которая помогает нам описывать и объяснять наш мир.
Разделы науки химии
Существует пять основных разделов химии, каждый из которых имеет много областей изучения.
- Аналитическая
- Органическая
- Неорганическая
- Биохимия
- Физическая
Аналитическая
Аналитическая химия как наука развивает теорию химического анализа веществ и материалов, разрабатывает методы идентификации и обнаружения. Проводит анализ и определяет химические элементы веществ с целью получения информации о природе вещества.
Анализ аналитических методов необходим для поиска возможностей практического применения теории.
Аналитическая химия использует качественные и количественные наблюдения для выявления и измерения физических и химических свойств веществ. 
В определенном смысле вся химия аналитична.
Неорганическая
Неорганическая химия изучает такие вещества и газы в состав которых не входит углерод.
Раздел науки изучает металлы и неметаллы, оксиды и соли, гидроксиды и кислоты, нитриды и гидриды, а также технологии применения в производстве, защите и использовании сельскохозяйственных культур и скота.
Химическая технология
Инженеры-химики исследуют и разрабатывают новые материалы или процессы, связанные с химическими реакциями. Химическая инженерия сочетает в себе основы науки с инженерными и экономическими концепциями для решения технологических проблем.
Химическое машиностроение представляет базовую отрасль экономики как химическая и нефтехимическая промышленность и делится на две основные группы: промышленное применение и разработка новых продуктов.
Отрасли промышленности требуют от инженеров-химиков разработки новых способов сделать производство своей продукции более легким и экономически эффективным. Ученые-химики участвуют в проектировании и эксплуатации перерабатывающих предприятий, разрабатывают процедуры безопасности при обращении с опасными материалами и контролируют производство почти каждого продукта, который мы используем. Ученые-химики работают над разработкой новых продуктов и процессов в любой области-от фармацевтики до топлива и компьютерных компонентов.
Геохимия
Геохимики объединяют химию и геологию для изучения состава и взаимодействия между веществами, находящимися в земле.
Геохимики могут тратить больше времени на полевые исследования, чем другие ученые. Многие работают в службах по охране окружающей среды, определяя, как горнодобывающие операции и отходы могут повлиять на качество воды и окружающую среду. Они могут направляться в отдаленные заброшенные шахты для сбора проб и проведения грубых полевых оценок, а затем следовать за потоком через его водосбор, чтобы оценить, как загрязняющие вещества перемещаются через систему. Ученые раздела нефтяной геологии занимаются вопросами химического изучения состава нефти и связанных с ней природных образований. Они работают в нефтегазовых компаниях, чтобы помочь найти новые запасы энергии. Ученые этой науки также могут работать на трубопроводах и нефтяных вышках, чтобы предотвратить химические реакции, которые могут вызвать взрывы или разливы.
Судебная химия
Судебно-медицинские химики собирают и анализируют вещественные доказательства, оставленные на месте происшествия, чтобы помочь установить личности причастных лиц, а также ответить на другие жизненно важные вопросы, касающиеся того, как и почему было совершено событие. Судебно-медицинские химики используют широкий спектр методов анализа, таких как хроматография, спектрометрия и спектроскопия.
Например, химики разработали систему, которая выходит за рамки идентификации отпечатков пальцев. Этот метод может захватывать молекулы, содержащиеся в отпечатке пальца, включая липиды, белки, генетический материал или даже следовые количества взрывчатых веществ, которые могут быть дополнительно проанализированы. Новый инструмент по существу снимает тайну с определения химического состава отпечатков пальцев на местах событий.
Агрохимия
Агрохимия как неорганическая наука связана с веществами и химическими реакциями, которые участвуют в производстве, защите и использовании сельскохозяйственных культур и скота. Это междисциплинарная область которая опирается на связи со многими другими науками. Сельскохозяйственные химики необходимы в сельском хозяйстве, агентствах по охране окружающей среды, управлениях по контролю за продуктами питания и лекарствами или в частном секторе.
Агрохимия как наука разрабатывает удобрения, инсектициды и гербициды, необходимые для крупномасштабного растениеводства. Ученые занимающиеся этой наукой следят за тем, как используются продукты и как они влияют на окружающую среду. Они также разрабатывают пищевые добавки для повышения продуктивности мясных и молочных стад.
Сельскохозяйственная биотехнология является быстро растущим направлением в науке. Генетически манипулирующие культуры, чтобы быть устойчивыми к гербицидам, используемым для борьбы с сорняками на полях, требуют детального понимания как самих растений, так и химических веществ на молекулярном уровне. Биохимия как наука должна понимать генетику и потребности бизнеса в разработке культур, которые легче транспортировать или которые имеют более длительный срок хранения.
Органическая
Органическая химия специально изучает соединения, содержащие элемент углерод.
Углерод обладает многими уникальными свойствами, которые позволяют ему образовывать сложные химические связи и очень крупные молекулы.
Органическая химия известна как “химия жизни”, потому что все молекулы живой ткани, имеют углерод в своем составе.
Органических соединений теоретически может быть бесчисленное множество, а их строение более сложное, чем минеральные (неорганические) вещества.
Ученые, занимающиеся вопросами неорганической химии, разделились на множество самостоятельных наук.
Биохимия
Биохимия-это изучение химических процессов, происходящих внутри живых организмов.
В рамках этих широких категорий находятся бесчисленные области исследований, многие из которых оказывают важное влияние на нашу повседневную жизнь. Химики улучшают многие продукты, начиная с пищи, которую мы едим, и одежды, которую мы носим, и заканчивая материалами, из которых мы строим наши дома. 
Биохимия помогает защитить нашу окружающую среду и ищет новые источники энергии.
Пищевая
Пищевая наука имеет дело с тремя биологическими компонентами пищи — углеводами, липидами и белками.
- Углеводы – это сахар и крахмал, химическое топливо, необходимое для функционирования наших клеток.
- Липиды – это жиры и масла, которые являются существенными частями клеточных мембран и служат для смазывания и смягчения внутренних органов организма. Поскольку жиры содержат в 2 раза больше энергии на грамм, чем углеводы или белки, многие люди стараются ограничить их потребление, чтобы избежать избыточного веса.
- Белки – это сложные молекулы, состоящие из от 100 до 500 или более аминокислот, которые соединяются вместе и складываются в трехмерные формы, необходимые для структуры и функционирования каждой клетки.
Наш организм может синтезировать некоторые аминокислоты, однако восемь из них, незаменимые аминокислоты, должны быть приняты в качестве части нашей пищи. Ученые-пищевики также занимаются неорганическими компонентами продуктов питания, такими как содержание в них воды, минералов, витаминов и ферментов.
Ученые-химики улучшают качество, безопасность, хранение и вкус наших продуктов. Они создают качественные продовольственные изделия и методы анализа пищевых производств. Они также работают в учреждениях по улучшению переработки и контролю за продуктами питания и лекарствами, чтобы проверять пищевые продукты и защищают нас от загрязнения или вредных практик.
Ученые-химики тестируют продукты, чтобы предоставить информацию, используемую для этикеток пищевых продуктов, или определить, как упаковка и хранение влияют на безопасность и качество продуктов питания. Ученые создают пищевые ароматизаторы и работают с химическими веществами, чтобы изменить вкус пищи.
Химики могут также работать над другими способами улучшения сенсорной привлекательности, такими как улучшение цвета, запаха или текстуры.
Химия окружающей среды
Химики-экологи изучают, как химические вещества взаимодействуют с окружающей средой.
Экологическая химия-это междисциплинарная наука, которая включает в себя как аналитическую химию, так и понимание науки об окружающей среде. Химики-экологи должны изучать химические вещества и химические реакции, присутствующие в естественных процессах в почве, воде и воздухе. Отбор проб и анализ показать, не загрязняла ли человеческая деятельность окружающую среду или не вызывала ли она вредных реакций.
Качество воды является важной областью химии окружающей среды. “Чистой” воды в природе не существует, в ней всегда растворены какие-либо минералы или другие вещества. Химики проверяют качество воды в реках, озерах и океанах на такие характеристики, как растворенный кислород, соленость, мутность, взвешенные осадки и водородный показатель РН. Вода, предназначенная для потребления человеком, должна быть свободна от вредных примесей и может быть обработана такими добавками, как фтор и хлор, чтобы повысить ее безопасность.
Физическая химия
Физическая химия как наука изучает общие законы и закономерности, определяющие строение и физикохимические свойства веществ, механизм и динамику их химических превращений при различных природных условиях.
Это активно развивающаяся наука которая решает множество прикладных задач по получению количественных и качественных данных о о свойствах соединений. В этой части развиваются новые направления связанные с пониманием свойств наноразмерных объектов и выяснением влияния биологически активных сред.
Роль физической химии в понимании фундаментальных. основ химии как науки на современном этапе является определяющей.
Источник