مواد ساده و پیچیده هستند. عناصر شیمیایی

انسان با هزاران رشته نامرئی با جهان پیرامونش مرتبط است و خود نیز بخشی از آن است. طبیعت همه چیز لازم برای زندگی انسان را فراهم می کند، نیازهای روزانه او را تامین می کند و از برقراری ارتباط با او لذتی وصف ناپذیر می دهد.

با این حال رابطه انسان و محیط بسیار دشوار است. از یک طرف، شخص طبیعت را تحسین می کند و آن را در شعر تجلیل می کند، طبیعت را در نقاشی ها و عکس های عالی منعکس می کند (شکل 1).

برنج. 1.
"این دنیا چقدر زیباست، ببین!"

از طرفی رشد مشکلات زیست محیطی- مجازات غم انگیز برای اشتباهات و اشتباهات انسانی متعدد: جنگل زدایی، نابودی حیوانات، آلودگی محیطزباله های صنعتی و خانگی و غیره (شکل 2).

برنج. 2.
و این چیزی است که یک دنیای زیبا در نتیجه فعالیت انسان به نظر می رسد:
الف - جنگل زدایی؛ ب - مسمومیت جوی توسط انتشارات صنعتی. ج - آلودگی بدنه های آبی؛ د - پاکسازی جنگل به محل دفن زباله تبدیل شده است

برای اینکه رابطه انسان و طبیعت مهربانانه و هماهنگ باشد، باید آن را شناخت و درک کرد، با دقت با آن برخورد کرد و از منابع طبیعی عاقلانه و منطقی استفاده کرد. موضوعات علوم طبیعی برای آموزش درک جهان اطراف ما، دانش قوانین وجود آن طراحی شده اند: زیست شناسی، جغرافیا، شیمی، فیزیک (شکل 3). شما قبلاً با برخی از آنها در مراحل قبلی مدرسه آشنا شده اید.

برنج. 3.
زیست شناسی، جغرافیا، فیزیک، شیمی متعلق به علوم طبیعی است

امسال شما شروع به تحصیل فیزیک می کنید. و تنها یک سال بعد، در کلاس هشتم، با یک موضوع درسی دیگر - شیمی آشنا خواهید شد.

شیمی علم مواد، ساختار آنها، خواص و تبدیل برخی از مواد به مواد دیگر است.

تمام اجسام اطراف ما معمولاً اجسام فیزیکی نامیده می شوند و آنچه از آنها تشکیل شده است، مواد نامیده می شود (شکل 4).

برنج. 4.
اجسام فیزیکی و مواد شیمیایی مربوط به آنها:
الف - محصولات فولادی و پودر آهن؛ ب - قطعات کامپیوتر و پلاستیک های مختلف. ج - باتری خورشیدی و سیلیکون

هر بدنی فرم و حجم دارد. به نوبه خود، هر ماده در ویژگی های خود فردی و منحصر به فرد است - خواص: حالت تجمع، چگالی، رنگ، درخشش، بو، طعم، سختی، انعطاف پذیری، حلالیت در آب، توانایی هدایت گرما و برق.

اجازه دهید به عنوان مثال، خواص سه ماده را در حالت های مختلف تجمع در شرایط عادی شرح دهیم: اکسیژن، اسید استیک و آلومینیوم (جدول 1).

میز 1
خواص اکسیژن، اسید استیک و آلومینیوم

آگاهی از خواص مواد برای آنها ضروری است کاربرد عملی. به عنوان مثال، شکل 5 کاربردهای آلومینیوم را با توجه به خواص این فلز نشان می دهد.

برنج. 5.
کاربردهای آلومینیوم بر اساس خواص آن

بسیاری از مواد سمی، منفجره، قابل اشتعال هستند و بنابراین هنگام کار با آنها نیاز به رسیدگی دقیق و شایسته دارند.

کتاب ما برای آماده سازی شما برای مطالعه این موضوع جدی و مهم طراحی شده است و به همین دلیل «شیمی. دوره مقدماتی."

آیا شیمی یک رشته کاملاً جدید برای شما است، در پاراگراف های بعدی متوجه خواهید شد.

شیمی بخشی از علوم طبیعی است.
روابط انسان و محیط.
اجسام و مواد فیزیکی.
خواص مواد.
کاربرد مواد بر اساس خواص آنها.

سوالات و وظایف

کدام موضوعات دانشگاهیآیا آنها طبیعی محسوب می شوند؟
نمونه هایی از تأثیر مثبت انسان بر محیط زیست را بیان کنید.
مثال هایی از تاثیر منفی انسان بر طبیعت بیاورید.
شیمی چه چیزی را مطالعه می کند؟
از لیست اسامی زیر، اجسام و مواد را جداگانه یادداشت کنید: دانه برف، قطره شبنم، آب، تکه یخ، شکر دانه ریز، حبه قند، گچ، گچ مدرسه. چند جسم و چند ماده در این لیست نام برده شده است؟
خواص مواد را مقایسه کنید (یعنی شباهت ها و تفاوت های بین آنها را مشخص کنید):
چه خواصی از آلومینیوم زیربنای استفاده از آن است (شکل 5 را ببینید)؟

دنیای اطراف ما مادی است. دو نوع ماده وجود دارد: جوهر و میدان. موضوع شیمی یک ماده است (از جمله تأثیر میدان های مختلف بر روی ماده - صوت، مغناطیسی، الکترومغناطیسی و غیره)

ماده هر چیزی است که جرم سکون دارد (یعنی با حضور جرم در زمانی که حرکت نمی کند مشخص می شود). بنابراین، اگرچه جرم بقیه یک الکترون (جرم یک الکترون غیر متحرک) بسیار کوچک است - حدود 10 -27 گرم، اما حتی یک الکترون هم ماده است.

این ماده در سه حالت تجمع وجود دارد - گاز، مایع و جامد. حالت دیگری از ماده وجود دارد - پلاسما (به عنوان مثال، پلاسما در طوفان های تندری و رعد و برق توپ وجود دارد)، اما در دوره های مدرسه تقریباً شیمی پلاسما در نظر گرفته نمی شود.

مواد می توانند خالص، بسیار خالص باشند (مثلاً برای ایجاد فیبر نوری مورد نیاز هستند)، می توانند حاوی مقادیر قابل توجهی ناخالصی باشند یا می توانند مخلوط باشند.

همه مواد از ذرات ریز به نام اتم تشکیل شده اند. مواد متشکل از اتم های یک نوع(از اتم های یک عنصر)، ساده نامیده می شوند(به عنوان مثال، زغال چوب، اکسیژن، نیتروژن، نقره و غیره). موادی که حاوی اتم های عناصر مختلف به هم پیوسته هستند پیچیده نامیده می شوند.

اگر یک ماده (مثلاً هوا) دارای دو یا چند ماده ساده باشد و اتم های آنها به یکدیگر متصل نباشند، آن را یک ماده پیچیده نمی گویند، بلکه مخلوطی از مواد ساده نامیده می شود. تعداد مواد ساده نسبتا کم است (حدود پانصد)، اما تعداد مواد پیچیده بسیار زیاد است. تا به امروز، ده ها میلیون ماده پیچیده مختلف شناخته شده است.

تبدیلات شیمیایی

مواد قادر به تعامل با یکدیگر هستند و مواد جدید پدید می آیند. چنین تحولاتی نامیده می شود شیمیایی. به عنوان مثال، یک ماده ساده زغال سنگ (شیمیدانان می گویند که واکنش نشان می دهد) با یک ماده ساده دیگر - اکسیژن تعامل می کند و در نتیجه تشکیل می شود. ترکیب- دی اکسید کربن که در آن اتم های کربن و اکسیژن به یکدیگر متصل هستند. این گونه تبدیل های یک ماده به ماده دیگر شیمیایی نامیده می شود. دگرگونی های شیمیایی واکنش های شیمیایی هستند.بنابراین، هنگامی که شکر در هوا گرم می شود، یک ماده شیرین پیچیده - ساکارز (که شکر از آن ساخته شده است) - به یک ماده ساده - زغال سنگ و یک ماده پیچیده - آب تبدیل می شود.

شیمی تبدیل یک ماده به ماده دیگر را مطالعه می کند. وظیفه شیمی این است که بفهمد یک ماده خاص در شرایط معین با چه موادی می تواند برهمکنش (واکنش) داشته باشد و چه چیزی تشکیل می شود. علاوه بر این، مهم است که دریابیم تحت چه شرایطی یک تبدیل خاص می تواند رخ دهد و ماده مورد نظر را می توان بدست آورد.

خواص فیزیکی مواد

هر ماده با مجموعه ای از فیزیکی و خواص شیمیایی. خواص فیزیکی خواصی هستند که می توان با استفاده از ابزارهای فیزیکی مشخص کرد. به عنوان مثال، با استفاده از یک دماسنج می توانید نقطه ذوب و جوش آب را تعیین کنید. از روش های فیزیکی می توان برای مشخص کردن توانایی یک ماده برای هدایت جریان الکتریکی، تعیین چگالی ماده، سختی آن و غیره استفاده کرد. در طی فرآیندهای فیزیکی، مواد در ترکیب بدون تغییر باقی می مانند.

خواص فیزیکی مواد به قابل شمارش (آنهایی که می توان با استفاده از ابزارهای فیزیکی خاص با تعداد مشخص کرد، به عنوان مثال، با نشان دادن چگالی، نقطه ذوب و جوش، حلالیت در آب و غیره) و بی شمار (آنهایی که نمی توان با آنها مشخص کرد) تقسیم می شود. تعداد یا بسیار دشوار است - مانند رنگ، بو، طعم و غیره).

خواص شیمیایی مواد

خواص شیمیایی یک ماده مجموعه ای از اطلاعات در مورد اینکه چه مواد دیگری و تحت چه شرایطی با آن در تماس است. فعل و انفعالات شیمیاییاین ماده. مهمترین وظیفه علم شیمی شناسایی خواص شیمیایی مواد است.

در دگرگونی های شیمیایی شرکت می کند ذرات ریزمواد - اتم ها. در طی دگرگونی های شیمیایی، مواد دیگری از برخی مواد تشکیل می شود و مواد اولیه ناپدید می شوند و به جای آنها مواد جدید (محصولات واکنش) تشکیل می شوند. آ اتم ها درهر کس تحولات شیمیایی حفظ می شود. بازآرایی آنها اتفاق می افتد؛ در طی دگرگونی های شیمیایی، پیوندهای قدیمی بین اتم ها از بین می روند و پیوندهای جدید ایجاد می شوند.

عنصر شیمیایی

تعداد مواد مختلف بسیار زیاد است (و هر یک از آنها مجموعه ای از خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود را دارند). اتم های نسبتا کمی در دنیای مادی اطراف ما وجود دارند که در مهمترین ویژگی هایشان با یکدیگر متفاوت هستند - حدود صد. هر نوع اتم عنصر شیمیایی خاص خود را دارد. یک عنصر شیمیایی مجموعه ای از اتم ها با ویژگی های یکسان یا مشابه است. حدود 90 عنصر شیمیایی مختلف در طبیعت یافت می شود. تا به امروز، فیزیکدانان یاد گرفته اند که انواع جدیدی از اتم ها را ایجاد کنند که در زمین یافت نمی شوند. چنین اتم ها (و، بر این اساس، چنین عناصر شیمیایی) مصنوعی نامیده می شوند (به انگلیسی - عناصر ساخته شده توسط انسان). بیش از دوجین عنصر مصنوعی به دست آمده تا به امروز سنتز شده است.

هر عنصر یک نام لاتین و یک علامت یک یا دو حرفی دارد. در ادبیات شیمی روسی زبان هیچ قانون واضحی برای تلفظ نمادهای عناصر شیمیایی وجود ندارد. برخی آن را اینگونه تلفظ می کنند: آنها عنصر را به روسی (نمادهای سدیم، منیزیم و غیره) می نامند، برخی دیگر - با حروف لاتین (نماد کربن، فسفر، گوگرد)، برخی دیگر - نام عنصر در لاتین به نظر می رسد. (آهن، نقره، طلا، جیوه). ما معمولاً نماد عنصر هیدروژن H را طوری تلفظ می کنیم که این حرف در فرانسوی تلفظ می شود.

مقایسه مهمترین ویژگی هاعناصر شیمیایی و مواد ساده در جدول زیر آورده شده است. یک عنصر ممکن است با چند ماده ساده (پدیده آلوتروپی: کربن، اکسیژن و غیره) یا شاید فقط یک عنصر (آرگون و سایر گازهای بی اثر) مطابقت داشته باشد.

حالت	خواص
گازی	1. توانایی گرفتن حجم و شکل ظرف. 2. تراکم پذیری. 3. انتشار سریع (حرکت آشفته مولکول ها). 4. E سینتیک. > پتانسیل E
	1. توانایی گرفتن شکل آن قسمت از رگ که ماده اشغال می کند. 2. عدم انبساط برای پر شدن ظرف. 3. تراکم پذیری کم. 4. انتشار آهسته. 5. سیالیت. 6. E سینتیک. = پتانسیل E
	1. توانایی حفظ شکل و حجم مشخصه. 2. تراکم پذیری کم (تحت فشار). 3. انتشار بسیار آهسته به دلیل حرکات نوسانی ذرات. 4. بدون گردش مالی. 5. E سینتیک.< Е потенц.

وضعیت تجمع یک ماده توسط نیروهای وارده بین مولکول ها، فاصله بین ذرات و ماهیت حرکت آنها تعیین می شود.

که در سخت حالت، ذرات موقعیت خاصی را نسبت به یکدیگر اشغال می کنند. تراکم پذیری و استحکام مکانیکی پایینی دارد، زیرا مولکول ها آزادی حرکت ندارند، بلکه فقط ارتعاش دارند. مولکول ها، اتم ها یا یون هایی که یک جامد را تشکیل می دهند نامیده می شوند واحدهای ساختاریجامدات به تقسیم می شوند بی شکل و کریستالی(جدول 27 ).

جدول 33

مشخصات مقایسه ای مواد بی شکل و کریستالی

ماده

مشخصه

بی شکل

1. ترتیب کوتاه برد آرایش ذرات.

2. ایزوتروپی مشخصات فیزیکی.

3. نقطه ذوب خاصی وجود ندارد.

4. ناپایداری ترمودینامیکی (ذخیره بزرگ انرژی داخلی).

5. سیالیت.

به عنوان مثال: کهربا، شیشه، پلیمرهای آلی و غیره.

کریستالی

1. نظم دوربرد آرایش ذرات.

2. ناهمسانگردی خواص فیزیکی.

3. نقطه ذوب خاص.

4. پایداری ترمودینامیکی (ذخایر انرژی داخلی کم).

5. عناصر تقارن وجود دارد.

به عنوان مثال: فلزات، آلیاژها، نمک های جامد، کربن (الماس، گرافیت) و غیره.

مواد کریستالی در دمای کاملاً مشخص (Tm) ذوب می شوند، مواد آمورف نقطه ذوب مشخصی ندارند. هنگامی که گرم می شوند، نرم می شوند (که با فاصله نرم شدن مشخص می شود) و به حالت مایع یا چسبناک می روند. ساختار داخلی مواد آمورف با آرایش تصادفی مولکول ها مشخص می شود . حالت کریستالی یک ماده مستلزم چیدمان صحیح در فضا ذرات تشکیل دهنده بلور و تشکیل آن است. کریستالی (فضایی)رنده. ویژگی اصلی اجسام کریستالی آنهاست ناهمسانگردی - عدم تشابه خواص (رسانایی حرارتی و الکتریکی، مقاومت مکانیکی، سرعت انحلال و غیره) در جهات مختلف، در حالی که اجسام بی شکل همسانگرد .

جامدکریستال ها- سازندهای سه بعدی که با تکرارپذیری دقیق همان عنصر ساختاری (سلول واحد) در همه جهات مشخص می شوند. سلول واحد- نشان دهنده کوچکترین حجم یک کریستال به شکل موازی است که در کریستال بی نهایت بار تکرار می شود.

پارامترهای اساسی شبکه کریستالی:

انرژی شبکه کریستالی (E cr. ، kJ/mol) - این انرژی است که در طول تشکیل 1 مول از یک کریستال از ریزذرات (اتم ها، مولکول ها، یون ها) که در حالت گاز هستند و در فاصله ای که مانع از برهمکنش آنها می شود از یکدیگر جدا می شود، آزاد می شود.

ثابت شبکه ( د , [ آ 0 ]) – کوچکترین فاصله بین مرکز دو ذره در یک کریستال که توسط یک پیوند شیمیایی به هم متصل شده اند.

شماره هماهنگی (c.n.) – تعداد ذرات اطراف ذره مرکزی در فضا که توسط یک پیوند شیمیایی به آن متصل شده اند.

به نقاطی که ذرات کریستال در آن قرار دارند گفته می شود گره های شبکه کریستالی

با وجود انواع شکل های کریستالی، می توان آنها را طبقه بندی کرد. سیستم سازی اشکال کریستالی معرفی شد A.V. گادولین(1867)، بر اساس ویژگی های تقارن آنها است. مطابق با شکل هندسی بلورها، سیستم ها (سیستم های) زیر امکان پذیر است: مکعب، چهارضلعی، متعامد، تک کلینیک، سه کلینیک، شش ضلعی و رومبوهدرال (شکل 18).

یک ماده می تواند اشکال کریستالی متفاوتی داشته باشد که در آنها متفاوت است ساختار داخلیو بنابراین از نظر خواص فیزیکوشیمیایی. این پدیده نامیده می شود پلی مورفیسم . ایزومورفیسم – دو ماده با طبیعت متفاوت کریستال هایی با ساختار یکسان را تشکیل می دهند. چنین موادی می توانند جایگزین یکدیگر در شبکه کریستالی شوند و کریستال های مخلوط را تشکیل دهند.

برنج. 18. سیستم های کریستالی پایه.

بسته به نوع ذرات واقع در گره های شبکه کریستالی و نوع پیوند بین آنها، بلورها چهار نوع هستند: یونی، اتمی، مولکولی و فلزی(برنج . 19).

برنج. 19. انواع کریستال

ویژگی های شبکه های کریستالی در جدول ارائه شده است. 34.

خواص ماده	اکسیژن	استیک اسید	آلومینیوم
1. حالت تجمعدر شرایط عادی	گاز	مایع	جامد
2. رنگ	بدون رنگ	بدون رنگ	سفید نقره ای
3. طعم	بی مزه	ترش	بی مزه
4. بو کنید	ندارد	تیز خاص	ندارد
5. حلالیت در آب	کم محلول	محلول	عملا نامحلول
6. هدایت حرارتی	کم	کم اهمیت	بالا
7. هدایت الکتریکی	غایب	کم اهمیت	بالا

آگاهی از خواص مواد برای استفاده عملی از آنها ضروری است. به عنوان مثال، شکل 6 کاربردهای آلومینیوم را با توجه به خواص این فلز نشان می دهد.

1. چه موضوعاتی طبیعی محسوب می شوند؟

2. نمونه هایی از تأثیر مثبت انسان بر محیط زیست را بیان کنید.

3. مثال هایی از تأثیر منفی انسان بر طبیعت بیاورید.

4. شیمی چه چیزی را مطالعه می کند؟

5. از لیست اسامی زیر، اجسام و مواد را جداگانه یادداشت کنید: دانه برف، قطره شبنم، آب، تکه یخ، شکر دانه ریز، حبه قند، گچ، گچ مدرسه. چند جسم و چند ماده در این لیست نام برده شده است؟

6. خواص مواد را با هم مقایسه کنید (یعنی مشترک و متفاوت بین آنها را مشخص کنید):

الف) دی اکسید کربن و اکسیژن؛

ب) نیتروژن و دی اکسید کربن؛

ج) شکر و نمک؛

د) اسیدهای استیک و سیتریک.

7. چه خواصی از آلومینیوم زیربنای استفاده از آن است؟

8. چرا دیرتر از زیست شناسی، جغرافیا و فیزیک شروع به مطالعه شیمی می کنند؟