§1.2 Предмет химии. Физические и химические превращения.
Ясно, что в случае с незадачливым исследователем (он остался жив, но твердо решил изучить химию), мы имеем дело с каким-то новым явлением - не физическим, а химическим. Натрий в этом опыте перестал быть самим собой - металлом натрием, превратившись в другое вещество. Произошло типичное химическое превращение, в то время как в других опытах (с нагреванием натрия или измерением его электропроводности) вещество осталось тем же серебристым металлом натрием, хотя с ним происходили физические превращения: натрий плавился, проводил ток и т.д.
На фотографии: слева - металлический натрий (химический символ Na, мягкий металл, легко режется ножом, на срезе серебристо-сиреневый). Справа: вещество, в которое превращается натрий после реакции с водой (едкая щелочь NaOH). Эти вещества не похожи ни внешне, ни по своим свойствам.
К химическим явлениям относят такие явления, при которых одни вещества превращаются в другие. Химические явления называют иначе химическими реакциями. Физические явления не сопровождаются превращением одних веществ в другие.
Наш исследователь, сам того не желая, проделал типичную химическую реакцию между натрием и водой. Натрий и вода при этом превратились в другие вещества. К счастью, лишь немногие химические превращения протекают так же бурно. При изучении химии в школе мы будем иметь дело со "спокойными" и давно изученными превращениями. А вот профессиональным химикам часто приходится быть настороже: даже тогда, когда впервые изучаемые химические превращения идут без взрывов, нужно помнить о том, что в эксперименте могут получаться новые, неизвестные ранее вещества, обладающие какими-нибудь необычными свойствами.
Химия - это наука о веществах и законах, по которым происходят их превращения в другие вещества.
Если бы мы захотели проследить, когда возникла химия, то обнаружили бы ее следы у самых истоков человеческой цивилизации - в те времена, когда зарождались ремесла и искусства. С тех пор история человечества неразрывно связана с получением нужных человеку веществ - будь то порох, лекарства, бумага, булатная сталь, краски, топливо и смазка для машин, цемент, стекло, фарфор и многое другое, что не существует в природе в готовом виде. Это приводило к постоянному накоплению химических знаний, что, в свою очередь, подталкивало дальнейшее развитие цивилизации.
Сейчас, когда население земного шара достигло 7 миллиардов, трудно представить, как можно было бы прокормить, защитить от болезней, одеть и согреть в холодное время такое огромное количество людей, не используя синтетических материалов, лекарств, искусственных удобрений, продуктов переработки нефти, угля, газа, древесины, различных руд. Не менее важны и многие вещи, которые просто украшают нашу жизнь, делают ее легкой и удобной. Это современные воздушные лайнеры из новейших материалов, переносящие нас без посадки на другой конец Земли, живые краски кино и телевидения, искусственные беговые дорожки стадионов, яркие цвета легкой и удобной одежды, прекрасные ароматы духов и шампуней. И многое, многое другое, что так или иначе связано с химией.
К сожалению, неконтролируемый рост потребления, за которым часто не поспевает совершенствование технологий производства, во многих странах породил немало проблем. Природа испытывает непосильные для нее "нагрузки" на среду обитания, которые создает человек. Если потребление все новых и новых материалов будет возрастать теми же темпами, а технологии изготовления этих веществ будут оставлять на Земле горы отходов, то природа отплатит за это изменением климата, прекращением плодоношения земли, непредсказуемыми генетическими изменениями самого человека, исчезновением многих видов зверей, птиц, рыб, растений.
Чтобы избежать в будущем серьезных неприятностей, люди должны постоянно искать способы так производить нужные им вещества, чтобы при этом не разрушалась окружающая среда. И еще нужно постоянно изобретать все более и более эффективные материалы взамен старых, создававших проблемы. Надо придумывать способы их безотходного производства, разумно использовать невосполняемые источники сырья, научиться перерабатывать отходы промышленности и жизнедеятельности. Причем это нужно делать так, чтобы человечество не теряло достигнутых возможностей наслаждаться полноценной жизнью. И здесь опять решающее слово за химией.
Но это лишь одна - прикладная сторона химии. Еще более интересна ее роль в познании окружающего мира. Здесь до сих пор много неясного, даже загадочного. Не нужно думать, что современная наука уже знает все. Например, нашу планету можно сравнить с могучей химической “машиной”. На поверхности Земли и в ее недрах постоянно происходят сложнейшие химические превращения. Как работает эта “машина”? Каким образом поддерживаются условия для ее бесперебойной работы? Как на протяжении миллиардов лет Земле удается сохранить примерно постоянную (и наилучшую!) температуру для протекания сложных химических реакций? Почему содержание газа кислорода в атмосфере Земли сохраняется неизменным (причем с точностью до процента!) последние полмиллиарда лет?
Даже внешне наша планета Земля разительно отличается от других космических тел и планет Солнечной системы (справа - фотография Марса).
Принято считать, что на Земле кислород продуцируют зеленые растения, но ведь в разные эпохи существования планеты растительный мир Земли менялся разительно! Кстати, ученым удалось выяснить, что при повышении доли кислорода в атмосфере всего на 3% лесные пожары опустошили бы сушу (в этом случае горит даже мокрая трава и лес под дождем!). Таких катастроф на Земле пока не происходило. Но где он - этот таинственный регулятор состава атмосферы? Будет ли повышаться содержание в атмосфере углекислого газа или тот же регулятор справится с ним? Не может ли человек своими неосторожными действиями поломать этот регулятор? Это лишь малая часть вопросов, на которые современная химия в содружестве с физикой и биологией упорно ищет ответы. О других мы расскажем позже, когда познакомимся с атомами, молекулами, простыми и сложными веществами и другими важнейшими понятиями химии.
Посмотрите серию опытов из "Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов", в которых происходят как хмические, так и физические превращения различных веществ В этих опытах видно различие между физическими и химическими явлениями.
Задачи
1.1. Среди окружающих вас предметов многие состоят из веществ, не существующих в природе в готовом виде и полученных на химических производствах. Назовите хотя бы пять из них.
1.2. Придумайте ситуацию: с помощью какого-нибудь предмета совершается действие, и при этом совершенно неважно, из какого вещества состоит этот предмет (учтите, придумать такую ситуацию довольно сложно).
1.3. В городе работают три электростанции: тепловая (на угле), ветряная и гидроэлектростанция. В каком случае для получения электричества используется энергия химического превращения?
1.4. Завод производит: а) железо из железной руды; б) железо из металлолома; в) железную проволоку из железных заготовок; г) щебень из гранита.
Какие химические и физические превращения здесь перечислены?
1.5. Среди определений различных предметов укажите те, которые дают его химическую характеристику:
а) черная тяжелая железная гиря;
б) красное пластмассовое ведро;
в) длинный гнутый ржавый гвоздь;
г) холодная разменная медная монета.
Найдите среди определений указание на протекание химической реакции.
1.6. Разделите явления на физические и химические:
- вода превращается в пар,
- вода превращается в лед,
- желудок переваривает пищу,
- брусок дерева нагревается трением,
- брусок дерева дымится от трения,
- кусок стекла раскалывается в костре,
- дрова сгорают в костре.
_________________