Глава I. Первоначальные химические понятия. § 1. Предмет химии. Роль химии в жизни человека — с. 12
§ 1. Проверьте свои знания.
1. Что вы понимаете под веществом и материалом?
Вещество — это то, из чего состоят физические тела; каждое вещество имеет постоянный набор свойств (цвет, запах, агрегатное состояние, плотность, температуры плавления и кипения, растворимость). Примеры: вода, железо, сахар, кислород.
Материал — это вещество или смесь веществ, из которых изготавливают изделия и которые обладают набором свойств, важных для практического применения. Примеры: сталь, стекло, пластмасса, бетон, древесина.
Таким образом, вещество — понятие о природе вещества, а материал — понятие о его использовании: из одного вещества или смеси веществ могут быть получены разные материалы, а один материал часто состоит из нескольких веществ.
Материал — это вещество или смесь веществ, из которых изготавливают изделия и которые обладают набором свойств, важных для практического применения. Примеры: сталь, стекло, пластмасса, бетон, древесина.
Таким образом, вещество — понятие о природе вещества, а материал — понятие о его использовании: из одного вещества или смеси веществ могут быть получены разные материалы, а один материал часто состоит из нескольких веществ.
§ 1. Проверьте свои знания.
2. Что такое свойства веществ?
Как взаимосвязаны свойства веществ и материалов с их применением?
Свойства веществ — это признаки, по которым одни вещества сходны между собой или отличаются от других: физические (агрегатное состояние, цвет, запах, плотность, температуры плавления и кипения, растворимость, электро- и теплопроводность) и химические (способность вступать в химические реакции, превращаясь в другие вещества).
Свойства материалов определяются свойствами веществ, из которых они состоят, и от них зависит область применения. Алюминий лёгкий, пластичный и хорошо проводит электрический ток — из него делают провода и посуду; стекло прозрачно и химически стойко — из него делают окна и лабораторную посуду; медь хорошо проводит ток — её используют в электропроводке; золото не окисляется на воздухе — его применяют в ювелирных изделиях и электронике.
Свойства материалов определяются свойствами веществ, из которых они состоят, и от них зависит область применения. Алюминий лёгкий, пластичный и хорошо проводит электрический ток — из него делают провода и посуду; стекло прозрачно и химически стойко — из него делают окна и лабораторную посуду; медь хорошо проводит ток — её используют в электропроводке; золото не окисляется на воздухе — его применяют в ювелирных изделиях и электронике.
§ 1. Проверьте свои знания.
3. Приведите примеры физических свойств веществ, которые используются в качестве эталонных.
Эталонными называют свойства, с которыми сравнивают другие вещества или по которым устанавливают шкалы измерения. Примеры:
— температура плавления льда (0 °C) и температура кипения воды (100 °C при нормальном атмосферном давлении) — опорные точки шкалы Цельсия;
— плотность воды при 4 °C, равная 1 г/см³ (1000 кг/м³), с ней сравнивают плотности других веществ;
— температура плавления золота (1064 °C) и серебра (962 °C) — реперные точки температурной шкалы;
— твёрдость алмаза — высшая ступень шкалы твёрдости Мооса (10), твёрдость талька — низшая (1);
— теплоёмкость воды, с которой сравнивают способность веществ накапливать теплоту.
— температура плавления льда (0 °C) и температура кипения воды (100 °C при нормальном атмосферном давлении) — опорные точки шкалы Цельсия;
— плотность воды при 4 °C, равная 1 г/см³ (1000 кг/м³), с ней сравнивают плотности других веществ;
— температура плавления золота (1064 °C) и серебра (962 °C) — реперные точки температурной шкалы;
— твёрдость алмаза — высшая ступень шкалы твёрдости Мооса (10), твёрдость талька — низшая (1);
— теплоёмкость воды, с которой сравнивают способность веществ накапливать теплоту.
§ 1. Проверьте свои знания.
4. Раскройте положительное и отрицательное значения химии в жизни современного общества.
Положительное значение: химия даёт человеку новые материалы (пластмассы, синтетические волокна, сплавы, керамику, стекло), лекарства и витамины, минеральные удобрения и средства защиты растений, моющие средства, красители, топливо, строительные материалы, продукты питания и их консерванты. Она позволяет получать металлы из руд, очищать воду, перерабатывать нефть и газ.
Отрицательное значение связано с неграмотным и безответственным обращением с веществами: выбросы промышленных предприятий и автотранспорта загрязняют воздух, вызывают кислотные дожди (гибель листьев растений, разрушение мрамора и металлов), разливы нефти губят водных животных, бытовые отходы (пластик, бутылки) десятилетиями не разлагаются, а неправильное использование удобрений и ядохимикатов загрязняет почву и воды. Знание химии — основа бережного и экологически грамотного обращения с веществами и материалами.
Отрицательное значение связано с неграмотным и безответственным обращением с веществами: выбросы промышленных предприятий и автотранспорта загрязняют воздух, вызывают кислотные дожди (гибель листьев растений, разрушение мрамора и металлов), разливы нефти губят водных животных, бытовые отходы (пластик, бутылки) десятилетиями не разлагаются, а неправильное использование удобрений и ядохимикатов загрязняет почву и воды. Знание химии — основа бережного и экологически грамотного обращения с веществами и материалами.
§ 1. Примените свои знания.
5. Изучите физические свойства: а) сахара и соли; б) лимонной кислоты и соды. Для определения температуры плавления и кипения веществ используйте Интернет. Результаты проведённого анализа оформите в виде таблицы.
Сахар (сахароза) и поваренная соль (хлорид натрия) — белые кристаллические вещества без запаха, хорошо растворимые в воде; сахар сладкий, соль солёная. Соль плавится при 801 °C и кипит при 1465 °C, а сахароза при нагревании до 160–186 °C плавится с разложением (темнеет, превращаясь в карамель), поэтому настоящей температуры кипения у неё нет.
Лимонная кислота и пищевая сода — белые кристаллические порошки без запаха, растворимые в воде; лимонная кислота кислая на вкус, сода слегка солоновато-щелочная. Лимонная кислота плавится при 153 °C и при дальнейшем нагревании разлагается (около 175 °C), не кипя. Сода при нагревании выше 60 °C разлагается (до 200 °C полностью) на карбонат натрия, воду и углекислый газ, поэтому температуры плавления и кипения для неё не определяют.
Вывод: вещества можно различить по вкусу (в лаборатории вкус не пробуют), температуре плавления и поведению при нагревании.
Лимонная кислота и пищевая сода — белые кристаллические порошки без запаха, растворимые в воде; лимонная кислота кислая на вкус, сода слегка солоновато-щелочная. Лимонная кислота плавится при 153 °C и при дальнейшем нагревании разлагается (около 175 °C), не кипя. Сода при нагревании выше 60 °C разлагается (до 200 °C полностью) на карбонат натрия, воду и углекислый газ, поэтому температуры плавления и кипения для неё не определяют.
Вывод: вещества можно различить по вкусу (в лаборатории вкус не пробуют), температуре плавления и поведению при нагревании.
§ 1. Примените свои знания.
6. Предложите свои примеры применения конкретных веществ и материалов в зависимости от их физических свойств. За информацией обратитесь к Интернету.
Примеры применения веществ и материалов в зависимости от физических свойств:
— медь и алюминий хорошо проводят электрический ток — электрические провода и кабели;
— вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди металлов (3422 °C) — нити ламп накаливания;
— алмаз — самое твёрдое вещество — резцы, свёрла, шлифовальные круги, а также ювелирные украшения благодаря блеску и прозрачности;
— стекло прозрачно, хрупко и не взаимодействует с большинством веществ — окна, лабораторная посуда;
— ртуть жидкая при обычных условиях и равномерно расширяется при нагревании — термометры;
— поваренная соль хорошо растворима в воде — для засолки продуктов и приготовления пищи;
— пенопласт и вата плохо проводят теплоту — теплоизоляция зданий, зимняя одежда;
— гелий легче воздуха — воздушные шары и дирижабли;
— полиэтилен эластичен, не пропускает воду и не токсичен — упаковка, плёнка для парников.
— медь и алюминий хорошо проводят электрический ток — электрические провода и кабели;
— вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди металлов (3422 °C) — нити ламп накаливания;
— алмаз — самое твёрдое вещество — резцы, свёрла, шлифовальные круги, а также ювелирные украшения благодаря блеску и прозрачности;
— стекло прозрачно, хрупко и не взаимодействует с большинством веществ — окна, лабораторная посуда;
— ртуть жидкая при обычных условиях и равномерно расширяется при нагревании — термометры;
— поваренная соль хорошо растворима в воде — для засолки продуктов и приготовления пищи;
— пенопласт и вата плохо проводят теплоту — теплоизоляция зданий, зимняя одежда;
— гелий легче воздуха — воздушные шары и дирижабли;
— полиэтилен эластичен, не пропускает воду и не токсичен — упаковка, плёнка для парников.
§ 1. Используйте дополнительную информацию.
7. Подготовьте сообщение об истории усовершенствования приборов для измерения температуры тела человека.
План сообщения. Первые приборы для измерения температуры — термоскопы Галилея (конец XVI в.) — были основаны на расширении воздуха и не имели шкалы. В XVII в. появились жидкостные термометры со спиртом. В 1714 г. Д. Фаренгейт создал ртутный термометр и шкалу, а в 1742 г. А. Цельсий предложил стоградусную шкалу по двум реперным точкам: плавление льда и кипение воды. В 1867 г. английский врач Т. Олбатт сконструировал короткий медицинский термометр, которым можно измерить температуру тела за несколько минут. Ртутный медицинский термометр со сужением в капилляре, удерживающим ртуть после измерения, много десятилетий оставался основным прибором. Из-за опасности паров ртути его заменили спиртовыми и галинстановыми (из сплава галлия, индия и олова) термометрами. Во второй половине XX в. появились электронные термометры с датчиком-термистором, затем инфракрасные приборы для бесконтактного измерения температуры в ухе или на лбу за 1–2 секунды и жидкокристаллические полоски. Современные приборы стали безопаснее, быстрее и точнее, а результат выводится на цифровой дисплей.
§ 1. Используйте дополнительную информацию.
8. Сторонником какой позиции — хемофилии или хемофобии — вы являетесь?
Аргументируйте свою точку зрения.
Хемофилия — позиция, при которой химию воспринимают как источник благ, а хемофобия — безосновательный страх перед «химией» и отрицание всего, что получено с помощью химических процессов. Разумнее придерживаться взвешенной позиции, близкой к хемофилии, но основанной на знаниях.
Аргументы: всё вокруг нас, включая воду, воздух, продукты и наше тело, состоит из химических веществ, поэтому «бесхимических» продуктов не существует. Лекарства, чистая вода, удобрения, прочные и лёгкие материалы, средства гигиены, без которых невозможна современная жизнь, получены благодаря химии. Вместе с тем вред природе и здоровью наносят не вещества сами по себе, а их неграмотное использование: выбросы, мусор, превышение доз, нарушение правил безопасности. Поэтому нужно не бояться химии, а знать свойства веществ, соблюдать правила обращения с ними и развивать «зелёную» химию, снижающую вред окружающей среде.
Аргументы: всё вокруг нас, включая воду, воздух, продукты и наше тело, состоит из химических веществ, поэтому «бесхимических» продуктов не существует. Лекарства, чистая вода, удобрения, прочные и лёгкие материалы, средства гигиены, без которых невозможна современная жизнь, получены благодаря химии. Вместе с тем вред природе и здоровью наносят не вещества сами по себе, а их неграмотное использование: выбросы, мусор, превышение доз, нарушение правил безопасности. Поэтому нужно не бояться химии, а знать свойства веществ, соблюдать правила обращения с ними и развивать «зелёную» химию, снижающую вред окружающей среде.
§ 1. Используйте дополнительную информацию.
9. Какой деятельностью вы хотели бы заниматься после окончания школы?
Какую роль играет в ней химия?
Ответ зависит от выбранной профессии; пример рассуждения. Если я выберу профессию врача или фармацевта, химия поможет понимать состав лекарств, действие веществ на организм, анализы крови и мочи. Повару и технологу пищевого производства химия нужна для понимания процессов варки, брожения, консервирования, подбора пищевых добавок. Строитель использует знания о цементе, бетоне, коррозии металлов; агроном — об удобрениях и составе почвы; эколог — о загрязнителях воды и воздуха и способах очистки; инженер и дизайнер — о свойствах материалов. Даже в профессии программиста или водителя химия присутствует в виде знаний о полупроводниках, аккумуляторах и топливе. Таким образом, химические знания необходимы практически в любой деятельности и позволяют безопасно и грамотно обращаться с веществами.
Оговорка: вопрос личный, приведён образец рассуждения; выбор профессии учащийся подставляет свой.
Оговорка: вопрос личный, приведён образец рассуждения; выбор профессии учащийся подставляет свой.
§ 1. Используйте дополнительную информацию.
10. Подготовьте сообщение о вкладе одного из отечественных химиков в мировую химическую науку.
Пример: Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907). В 1869 г. он открыл Периодический закон химических элементов и составил Периодическую систему, расположив элементы в порядке возрастания атомных масс и сопоставив сходные по свойствам. Он оставил в таблице пустые клетки для ещё не открытых элементов и предсказал свойства «экаалюминия», «экабора» и «экасилиция»; их затем открыли (галлий, скандий, германий), и предсказания блестяще подтвердились. Менделеев исследовал растворы, создал гидратную теорию растворов, предложил способ получения бездымного пороха, изучал нефть и предлагал перерабатывать её на химическое сырьё («топить можно и ассигнациями»). Он основал Русское химическое общество (1868), работал над стандартизацией мер и весов, написал учебник «Основы химии». Периодическая система стала фундаментом современной химии и физики.
Оговорка: можно выбрать другого химика (А. М. Бутлерова, Н. Н. Зинина, М. В. Ломоносова и др.); дан образец сообщения.
Оговорка: можно выбрать другого химика (А. М. Бутлерова, Н. Н. Зинина, М. В. Ломоносова и др.); дан образец сообщения.
§ 2. Вопрос в начале параграфа. Можно ли применять в химии методы, которые вы использовали в процессе изучения других естественно-научных предметов?
Да, можно. Химия — одна из естественных наук, как биология, география, физика и астрономия, поэтому в ней применяют те же общенаучные методы познания: наблюдение (например, за изменением цвета, выделением газа, образованием осадка), эксперимент, измерение, сравнение, выдвижение гипотез, моделирование (модели молекул, формулы и уравнения), обработку результатов и формулирование выводов. Кроме них, в химии есть и свои особенности: используются химические реактивы, специальная посуда и приборы, а результаты записываются с помощью знаков, формул и уравнений реакций.