Człowiek jest połączony z otaczającym go światem tysiącami niewidzialnych nici, a on sam jest jego częścią. Natura zapewnia wszystko, co niezbędne do życia człowieka, zaspokaja jego codzienne potrzeby i daje niewypowiedzianą przyjemność komunikowania się z nią.

Jednak relacja człowieka ze środowiskiem jest bardzo trudna. Z jednej strony człowiek podziwia naturę i gloryfikuje ją w poezji, odzwierciedla naturę w doskonałych obrazach i fotografiach (ryc. 1).

Ryż. 1.
„Jak piękny jest ten świat, spójrz!”

Z drugiej strony wzrost problemy środowiskowe- smutna kara za liczne błędy i pomyłki ludzkie: wylesianie, eksterminację zwierząt, zanieczyszczenie środowisko odpady przemysłowe, bytowe itp. (ryc. 2).

Ryż. 2.
A tak wygląda piękny świat będący efektem działalności człowieka:
a - wylesianie; b - zatrucie atmosferyczne emisjami przemysłowymi; c - zanieczyszczenie zbiorników wodnych; d - polana leśna zamieniona w wysypisko śmieci

Aby relacja człowieka z przyrodą była dobra i harmonijna, należy ją poznać i zrozumieć, traktować ją ostrożnie oraz mądrze i racjonalnie korzystać z zasobów przyrody. Przedmioty przyrodnicze mają na celu naukę rozumienia otaczającego nas świata, znajomości praw jego istnienia: biologii, geografii, chemii, fizyki (ryc. 3). Niektórych z nich spotkaliście już na poprzednich etapach szkoły.

Ryż. 3.
Biologia, geografia, fizyka, chemia należą do nauk przyrodniczych

W tym roku zaczynasz studiować fizykę. I dopiero rok później, w ósmej klasie, zapoznasz się z innym przedmiotem akademickim - chemią.

Chemia to nauka o substancjach, ich strukturze, właściwościach i przemianach jednych substancji w inne.

Wszystkie otaczające nas obiekty nazywane są zwykle ciałami fizycznymi, a to, z czego się składają, nazywa się substancjami (ryc. 4).

Ryż. 4.
Ciała fizyczne i odpowiadające im substancje chemiczne:
a - wyroby stalowe i proszek żelaza; b - elementy komputerowe i różne tworzywa sztuczne; c - bateria słoneczna i krzem

Każde ciało ma kształt i objętość. Z kolei każda substancja jest indywidualna i niepowtarzalna w swoich właściwościach - właściwościach: stanie skupienia, gęstości, barwie, połysku, zapachu, smaku, twardości, plastyczności, rozpuszczalności w wodzie, zdolności do przewodzenia ciepła i prąd elektryczny.

Opiszmy na przykład właściwości trzech substancji w różnych stanach skupienia w normalnych warunkach: tlenu, kwasu octowego i glinu (tab. 1).

Tabela 1
Właściwości tlenu, kwasu octowego i glinu

Znajomość właściwości substancji jest konieczna do ich praktyczne zastosowanie. Przykładowo rysunek 5 przedstawia zastosowania aluminium ze względu na właściwości tego metalu.

Ryż. 5.
Zastosowania aluminium ze względu na jego właściwości

Wiele substancji jest toksycznych, wybuchowych, łatwopalnych i dlatego podczas pracy z nimi należy zachować ostrożność i kompetentne postępowanie.

Nasza książka ma na celu przygotowanie Cię do studiowania tego poważnego i ważnego przedmiotu i dlatego nosi tytuł „Chemia. Kurs wprowadzający.”

Czy chemia jest dla Ciebie zupełnie nową dyscypliną, dowiesz się z poniższych akapitów.

1. Chemia jest częścią nauk przyrodniczych.
2. Relacje człowieka ze środowiskiem.
3. Ciała i substancje fizyczne.
4. Właściwości substancji.
5. Zastosowanie substancji w oparciu o ich właściwości.

Pytania i zadania

1. Który przedmioty edukacyjne Czy są uważane za naturalne?
2. Podaj przykłady pozytywnego wpływu człowieka na środowisko.
3. Podaj przykłady negatywnego wpływu człowieka na przyrodę.
4. Co studiuje chemia?
5. Z poniższej listy nazw wypisz oddzielnie ciała i substancje: płatek śniegu, kropla rosy, woda, kawałek lodu, cukier granulowany, kostka cukru, kreda, kreda szkolna. Ile ciał i ile substancji wymieniono na tej liście?
6. Porównaj właściwości substancji (tj. ustal podobieństwa i różnice między nimi):

   a) dwutlenek węgla i tlen;
   b) azot i dwutlenek węgla;
   c) cukier i sól;
   d) kwas octowy i cytrynowy.

7. Jakie właściwości aluminium leżą u podstaw jego zastosowania (patrz rys. 5)?

Świat wokół nas jest materialny. Istnieją dwa rodzaje materii: substancja i pole. Przedmiotem chemii jest substancja (w tym wpływ na substancję różnych pól - dźwiękowych, magnetycznych, elektromagnetycznych itp.)

Materia to wszystko, co ma masę spoczynkową (tj. charakteryzuje się obecnością masy, gdy się nie porusza). Zatem choć masa spoczynkowa jednego elektronu (masa nieruchomego elektronu) jest bardzo mała - około 10 -27 g, ale nawet jeden elektron jest materią.

Substancja występuje w trzech stanach skupienia – gazowym, ciekłym i stałym. Istnieje inny stan materii - plazma (na przykład grzmoty i błyskawice zawierają plazmę), ale na kursach szkolnych prawie nie bierze się pod uwagę chemii plazmy.

Substancje mogą być czyste, bardzo czyste (potrzebne np. do tworzenia światłowodów), mogą zawierać zauważalne ilości zanieczyszczeń lub mogą być mieszaninami.

Wszystkie substancje składają się z maleńkich cząstek zwanych atomami. Substancje składające się z atomów tego samego typu(z atomów jednego pierwiastka), nazywane są prostymi(na przykład węgiel drzewny, tlen, azot, srebro itp.). Substancje zawierające połączone ze sobą atomy różnych pierwiastków nazywane są złożonymi.

Jeśli substancja (na przykład powietrze) zawiera dwie lub więcej prostych substancji, a ich atomy nie są ze sobą połączone, wówczas nie nazywa się jej substancją złożoną, ale mieszaniną prostych substancji. Liczba prostych substancji jest stosunkowo niewielka (około pięciuset), ale liczba substancji złożonych jest ogromna. Do chwili obecnej znane są dziesiątki milionów różnych substancji złożonych.

Przekształcenia chemiczne

Substancje potrafią ze sobą oddziaływać i powstają nowe substancje. Takie przekształcenia nazywane są chemiczny. Przykładowo prosta substancja węgiel oddziałuje (chemicy twierdzą, że reaguje) z inną prostą substancją - tlenem, w wyniku czego powstaje mieszanina– dwutlenek węgla, w którym atomy węgla i tlenu są ze sobą połączone. Takie przemiany jednej substancji w drugą nazywane są chemicznymi. Przekształcenia chemiczne są reakcjami chemicznymi. Tak więc, gdy cukier podgrzewa się w powietrzu, złożona słodka substancja - sacharoza (z której składa się cukier) - zamienia się w prostą substancję - węgiel i złożoną substancję - wodę.

Chemia bada przemianę jednej substancji w drugą. Zadaniem chemii jest ustalenie, z jakimi substancjami dana substancja może oddziaływać (reagować) w danych warunkach i co powstaje. Ponadto ważne jest, aby dowiedzieć się, w jakich warunkach może nastąpić dana przemiana i można otrzymać pożądaną substancję.

Właściwości fizyczne substancji

Każda substancja charakteryzuje się zestawem właściwości fizycznych i właściwości chemiczne. Właściwości fizyczne to właściwości, które można scharakteryzować za pomocą instrumentów fizycznych. Na przykład za pomocą termometru można określić temperaturę topnienia i wrzenia wody. Metody fizyczne można zastosować do scharakteryzowania zdolności substancji do przewodzenia prądu elektrycznego, określenia gęstości substancji, jej twardości itp. Podczas procesów fizycznych substancje pozostają niezmienione w składzie.

Właściwości fizyczne substancji dzielą się na policzalne (te, które można scharakteryzować za pomocą określonych przyrządów fizycznych za pomocą liczb, na przykład wskazując gęstość, temperaturę topnienia i wrzenia, rozpuszczalność w wodzie itp.) i niezliczone (te, których nie można scharakteryzować za pomocą liczba lub jest bardzo trudna – jak kolor, zapach, smak itp.).

Właściwości chemiczne substancji

Właściwości chemiczne substancji to zbiór informacji o tym, z jakimi innymi substancjami i w jakich warunkach wchodzi ona w kontakt. interakcje chemiczne tę substancję. Najważniejszym zadaniem chemii jest określenie właściwości chemicznych substancji.

Uczestniczy w przemianach chemicznych drobne cząstki substancje - atomy. Podczas przemian chemicznych z niektórych substancji powstają inne substancje, a substancje pierwotne znikają, a na ich miejscu powstają nowe substancje (produkty reakcji). A atomy w wszyscy przemiany chemiczne zostają zachowane. Następuje ich przegrupowanie; podczas przemian chemicznych stare wiązania między atomami ulegają zniszczeniu i powstają nowe wiązania.

Pierwiastek chemiczny

Liczba różnych substancji jest ogromna (a każda z nich ma swój własny zestaw właściwości fizycznych i chemicznych). W otaczającym nas świecie materialnym jest stosunkowo niewiele atomów, które różnią się między sobą najważniejszymi cechami - około stu. Każdy rodzaj atomu ma swój własny pierwiastek chemiczny. Pierwiastek chemiczny to zbiór atomów o takich samych lub podobnych właściwościach. W naturze występuje około 90 różnych pierwiastków chemicznych. Do tej pory fizycy nauczyli się tworzyć nowe typy atomów, których nie ma na Ziemi. Takie atomy (i odpowiednio takie pierwiastki chemiczne) nazywane są sztucznymi (w języku angielskim - pierwiastkami sztucznymi). Do tej pory zsyntetyzowano ponad dwadzieścia sztucznie uzyskanych pierwiastków.

Każdy element ma łacińską nazwę i jedno- lub dwuliterowy symbol. W rosyjskojęzycznej literaturze chemicznej nie ma jasnych zasad wymowy symboli pierwiastków chemicznych. Niektórzy wymawiają to w ten sposób: nazywają pierwiastek po rosyjsku (symbole sodu, magnezu itp.), inni - literami łacińskimi (symbole węgla, fosforu, siarki), inni - jak brzmi nazwa pierwiastka po łacinie (żelazo, srebro, złoto, rtęć). Zwykle wymawiamy symbol pierwiastka wodoru H tak, jak wymawia się tę literę w języku francuskim.

Porównanie najważniejsze cechy pierwiastki chemiczne i proste substancje podano w poniższej tabeli. Jeden pierwiastek może odpowiadać kilku prostym substancjom (zjawisko alotropii: węgiel, tlen itp.), a może tylko jednej (argon i inne gazy obojętne).

Państwo	Właściwości
Gazowy	1. Możliwość przyjęcia objętości i kształtu naczynia. 2. Ściśliwość. 3. Szybka dyfuzja (chaotyczny ruch cząsteczek). 4. E kinetyka.
	> Potencjał E 1. Zdolność do przyjęcia kształtu tej części naczynia, w której znajduje się substancja. 3. Niska ściśliwość. 4. Powolna dyfuzja. 5. Płynność. 6. E kinetyka.
	= Potencjał E 1. Zdolność do zachowania charakterystycznego kształtu i objętości. 2. Niska ściśliwość (pod ciśnieniem). 3. Bardzo powolna dyfuzja spowodowana oscylacyjnymi ruchami cząstek. 4. Brak obrotów.< Е потенц.

5. E kinetyka.

O stanie skupienia substancji decydują siły działające pomiędzy cząsteczkami, odległość między cząsteczkami oraz charakter ich ruchu. W twardy stanie, cząstki zajmują określone położenie względem siebie. Ma niską ściśliwość i wytrzymałość mechaniczną, ponieważ cząsteczki nie mają swobody ruchu, a jedynie wibracje. Nazywa się cząsteczki, atomy lub jony tworzące ciało stałe jednostki strukturalne. Substancje stałe dzielą się na amorficzny i krystaliczny ).

(Tabela 27

Tabela 33

Charakterystyka porównawcza substancji amorficznych i krystalicznych	Substancja
Charakterystyczny	Amorficzny 1. Porządek krótkiego zasięgu ułożenia cząstek. 2. Izotropia. właściwości fizyczne 3. Brak określonej temperatury topnienia. 5. Płynność. 4. Niestabilność termodynamiczna (duża rezerwa energii wewnętrznej).
Przykłady: bursztyn, szkło, polimery organiczne itp.	Krystaliczny 1. Dalekosiężny porządek ułożenia cząstek. 2. Anizotropia właściwości fizycznych. 3. Specyficzna temperatura topnienia. 4. Stabilność termodynamiczna (niska wewnętrzna rezerwa energii). 5. Istnieją elementy symetrii.

Przykłady: metale, stopy, sole stałe, węgiel (diament, grafit) itp. . Substancje krystaliczne topią się w ściśle określonej temperaturze (Tm), substancje amorficzne nie mają ściśle określonej temperatury topnienia; po podgrzaniu miękną (charakteryzują się okresem mięknienia) i przechodzą w stan ciekły lub lepki. Wewnętrzną strukturę substancji amorficznych charakteryzuje losowy układ cząsteczek Stan krystaliczny substancji zakłada prawidłowe ułożenie w przestrzeni cząstek tworzących kryształ i powstanie krystaliczny)(przestrzenny kraty. Główną cechą ciał krystalicznych jest ich anizotropia - odmienność właściwości (przewodność cieplna i elektryczna, wytrzymałość mechaniczna, szybkość rozpuszczania itp.) w różnych kierunkach, podczas gdy ciała amorficzne .

izotropowySolidny kryształy - formacje trójwymiarowe charakteryzujące się ścisłą powtarzalnością tego samego elementu konstrukcyjnego (komórki elementarnej) we wszystkich kierunkach.- reprezentuje najmniejszą objętość kryształu w postaci równoległościanu, powtarzającą się w krysztale nieskończoną liczbę razy.

Podstawowe parametry sieci krystalicznej:

Energia sieci krystalicznej (E kr. , kJ/mol) – Jest to energia, która uwalnia się podczas tworzenia 1 mola kryształu z mikrocząstek (atomów, cząsteczek, jonów) znajdujących się w stanie gazowym i oddzielonych od siebie na odległość uniemożliwiającą ich oddziaływanie.

Stała sieci ( D , [ A 0 ]) – najmniejsza odległość między środkami dwóch cząstek w krysztale połączonych wiązaniem chemicznym.

Numer koordynacyjny (c.n.) – liczba cząstek otaczających cząstkę centralną w przestrzeni, połączonych z nią wiązaniem chemicznym.

Punkty, w których znajdują się cząstki kryształów, nazywane są węzły sieci krystalicznej

Pomimo różnorodności kształtów kryształów, można je klasyfikować. Wprowadzono systematyzację form krystalicznych AV Gadolin(1867) opiera się na cechach ich symetrii. Zgodnie z geometrycznym kształtem kryształów możliwe są następujące układy (układy): sześcienny, tetragonalny, ortorombowy, jednoskośny, trójskośny, sześciokątny i romboedryczny (ryc. 18).

Ta sama substancja może mieć różne formy krystaliczne, które różnią się między sobą struktura wewnętrzna, a co za tym idzie pod względem właściwości fizykochemicznych. Zjawisko to nazywa się wielopostaciowość . Izomorfizm – dwie substancje o różnym charakterze tworzą kryształy o tej samej budowie. Substancje takie mogą się wzajemnie zastępować w sieci krystalicznej, tworząc kryształy mieszane.

Ryż. 18. Podstawowe układy krystaliczne.

W zależności od rodzaju cząstek znajdujących się w węzłach sieci krystalicznej i rodzaju wiązań między nimi, wyróżnia się cztery typy kryształów: jonowe, atomowe, molekularne i metaliczne(ryż . 19).

Ryż. 19. Rodzaje kryształów

Charakterystykę sieci krystalicznych przedstawiono w tabeli. 34.

Właściwości materii	Tlen	Kwas octowy	Aluminium
1. Stan fizyczny w normalnych warunkach	Gaz	Płyn	Solidny
2. Kolor	Brak koloru	Brak koloru	Srebrno-biały
3. Smak	Bez smaku	Kwaśny	Bez smaku
4. Zapach	nie ma	Ostry konkretny	nie ma
5. Rozpuszczalność w wodzie	Słabo rozpuszczalny	Rozpuszczalny	Praktycznie nierozpuszczalny
6. Przewodność cieplna	Niski	Mały	Wysoki
7. Przewodność elektryczna	Nieobecny	Mały	Wysoki

Znajomość właściwości substancji jest konieczna do ich praktycznego zastosowania. Przykładowo rysunek 6 przedstawia zastosowania aluminium ze względu na właściwości tego metalu.

1. Jakie przedmioty są uważane za naturalne?

2. Podaj przykłady pozytywnego wpływu człowieka na środowisko.

3. Podaj przykłady negatywnego wpływu człowieka na przyrodę.

4. Czego uczy się chemia?

5. Z poniższej listy nazw wypisz oddzielnie ciała i substancje: płatek śniegu, kropla rosy, woda, kawałek lodu, cukier granulowany, kostka cukru, kreda, kreda szkolna. Ile ciał i ile substancji wymieniono na tej liście?

6. Porównaj właściwości substancji (to znaczy ustal, co jest między nimi wspólne i różne):

a) dwutlenek węgla i tlen;

b) azot i dwutlenek węgla;

c) cukier i sól;

d) kwasy octowy i cytrynowy.

7. Jakie właściwości aluminium leżą u podstaw jego zastosowania?

8. Dlaczego zaczynają uczyć się chemii później niż biologii, geografii i fizyki?