Физические явления. Физические свойства веществ

Каждое индивидуальное вещество обладает определенными свойствами. Свойства веществ могут быть различными или сходными друг с другом. Каждое вещество описывают при помощи набора физических и химических свойств.

Рассмотрим в качестве примера воду. Вода замерзает и превращается в лед при температуре 0°С, а закипает и превращается в пар при температуре +100°С. Данные явления относятся к физическим, так как вода не превратилась в другие вещества, происходит только изменение агрегатного состояния. Данные температуры замерзания и кипения – это физические свойства, характерные именно для воды.

 

Испарение спирта, как и испарение воды – физические явления, вещества при этом изменяют агрегатное состояние. После проведения опыта можно убедиться, что спирт испаряется быстрее, чем вода – это физические свойства этих веществ.

К основным физическим свойствам веществ можно отнести следующие: агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде, плотность, температура кипения, температура плавления, теплопроводность, электропроводность.

Такие физические свойства как цвет, запах, вкус, форма кристаллов, можно определить визуально, с помощью органов чувств, а плотность, электропроводность, температуру плавления и кипения определяют измерением. Сведения о физических свойствах многих веществ собраны в специальной литературе, например, в справочниках.

Физические свойства вещества зависят от его агрегатного состояния. Например, плотность льда, воды и водяного пара различна. Газообразный кислород бесцветный, а жидкий – голубой.

Знание физических свойств помогает «узнавать» немало веществ. Например, медь – единственный металл красного цвета. Соленый вкус имеет только поваренная соль. Иод – почти черное твердое вещество, которое при нагревании превращается в фиолетовый пар. В большинстве случаев для определения вещества нужно рассматривать несколько его свойств.

В качестве примера охарактеризуем физические свойства воды:

~     цвет – бесцветная (в небольшом объеме),

~     запах – без запаха,

~     агрегатное состояние – при обычных условиях жидкость,

~     плотность – 1 г/мл,

~     температура кипения – +100°С,

~     температура плавления – 0°С,

~     теплопроводность – низкая,

~     электропроводность – чистая вода электричество не проводит.

 

Кристаллические и аморфные вещества

При описании физических свойств твердых веществ принято описывать структуру вещества. Если рассмотреть образец поваренной соли под увеличительным стеклом, можно заметить, что соль состоит из множества мельчайших кристаллов. В соляных месторождениях можно встретить и весьма крупные кристаллы.

 

Рисунок 34. Кристаллы поваренной соли

Кристаллы могут иметь различную форму и размер. Кристаллы некоторых веществ, таких как поваренная соль – хрупкие, их легко разрушить. Существуют кристаллы довольно твердые. Например, одним из самых твердых минералов считается алмаз.

Если рассматривать кристаллы поваренной соли под микроскопом, можно заметить, что все они имеют похожее строение. Если же рассмотреть, например, частицы стекла, то все они будут иметь различное строение – такие вещества называют аморфными. К аморфным веществам относят стекло, крахмал, янтарь, пчелиный воск.

 

 

Химические явления. Химическая реакция

Если при физических явлениях вещества, как правило, лишь изменяют агрегатное состояние, то при химических явлениях происходит превращение одних веществ в другие вещества. Приведем несколько простых примеров: горение спички сопровождается обугливанием древесины и выделением газообразных веществ, то есть, происходит необратимое превращение древесины в другие вещества. Другой пример: со временем бронзовые скульптуры покрываются налетом зеленого цвета. Дело в том, что в состав бронзы входит медь. Этот металл медленно взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, в результате на поверхности скульптуры образуются новые вещества зеленого цвета.

Процесс взаимодействия веществ с образованием новых веществ называют химической реакцией. Химические реакции происходят повсеместно вокруг нас. Химические реакции происходят и в нас самих. В нашем организме непрерывно происходят превращения множества веществ, вещества реагируют друг с другом, образуя продукты реакции. Таким образом, в химической реакции всегда есть реагирующие вещества, и вещества, образовавшиеся в результате реакции.

Химическая реакция изображается в общем виде схемой реакции

РЕАГЕНТЫ ® ПРОДУКТЫ,

где  реагенты  –  исходные  вещества,  взятые  для  проведения  реакции;  продукты  –  новые вещества, образовавшиеся в результате протекания реакции.

Рассмотрим вышесказанное на конкретном примере. При гашении соды уксусом наблюдается вспенивание смеси вследствие выделения углекислого газа. Сода и уксус – реагенты, которые вступают в реакцию, выделяющийся углекислый газ – продукт реакции.

Любые химические явления (реакции) сопровождаются определенными признаками, при помощи которых химические явления можно отличить от физических. К таким признакам можно отнести изменение окраски веществ, выделение газа, образование осадка, выделение тепла, излучение света.

 

 

 

 

 

Рисунок 37. Горение магния

Многие химические реакции сопровождаются выделением энергии в виде тепла и света. Как правило, такими явлениями сопровождаются реакции горения. В реакциях горения на воздухе вещества реагируют с кислородом, содержащимся в воздухе. Так, например, металл магний вспыхивает и горит на воздухе ярким слепящим пламенем. Именно поэтому вспышку магния использовали           при

создании  фотографий  в первой половине ХХ века.

В некоторых случаях возможно выделение энергии в виде света, но без выделения тепла. Один из видов тихоокеанского планктона способен испускать ярко-голубой свет, хорошо заметный в темноте. Выделение энергии в виде света – результат химической реакции, которая протекает в организмах данного вида планктона.

 

 

Рисунок 38. Светящийся планктон

Таким образом,

 

 

Подведем итоги

Вопросы, упражнения и задачи

5.1.	В чем отличие физических явлений от химических?
5.2.	Какие свойства веществ относят к физическим?
5.3.	Что такое химическая реакция?
5.4.	Приведите  примеры физических и химических	явлений,	встречающихся	в

повседневной жизни.

Из предложенного перечня отдельно выпишите физические и химические явления: а) скисание молока; б) испарение спирта; в) кипение воды; г) ржавление железа; д) свечение электролампочки; е) выпекание хлеба; ж) квашение капусты; з) измельчение мела в ступке; и) таянье снега; к) горение бумаги; л) ковка металла; м) растворение соли в воде; н) фотосинтез растений.

Какие из явлений относятся к химическим, а какие – к физическим: а) притягивание железа  магнитом;  б) горение  пороха;  в) потемнение  серебряных  изделий  со  временем; г) «исчезновение»  кусочка  «сухого  льда»;  д) горение  свечи;  е) поглощение  влаги  ватой; ж) образование осадка при отстаивании мутной воды; з) растворение уксуса в воде; и) горение

«бенгальского огня»? Каждый ответ объясните.

По предложенным физическим свойствам, приведенным в параграфе в пункте 5.3, охарактеризуйте  физические  свойства  следующих  веществ:  железо,  полиэтилен,  кислород,

графит. Для характеристики воспользуйтесь справочными данными, приведенными в конце учебника. Ответ оформите в виде таблицы:

	Железо	Полиэтилен	Кислород	Графит
Агрегатное состояние
…

В пробирках без этикеток содержатся кусочки мела, кухонная соль, вода, подсолнечное масло, духи. По каким физическим свойствам можно различить каждое вещество? Составьте план определения.

Приведите как можно больше примеров веществ, которые можно определить по запаху.

Назовите типы переходов между агрегатными состояниями: а) кубик льда в стакане превратился в жидкую воду; б) при низких температурах воздух становится сначала жидким, а затем – твердым; в) если кусочек «сухого льда» оставить на воздухе, то через некоторое время он бесследно исчезнет; г) если капля расплавленного металла падает на землю, то она становится твердой; д) если сильно нагревать железо, оно размягчается, становится жидким, а затем начинает кипеть и испаряться; е) если кожу протереть одеколоном, то вскоре на ней не останется и следа жидкости.

Укажите, какими признаками будут сопровождаться следующие химические реакции: горение парафина свечи, скисание молока, превращение сахара в карамель, брожение фруктового сока.

Какими сходными и различными свойствами обладают следующие вещества: сахар и пищевая сода; спирт и вода?

Приведите примеры использования человеком физических и химических явлений.

Каковы основные различия между кристаллическими и аморфными веществами? Приведите несколько примеров.

Юный Химик исследовал свойства серы:

1) мелко истолок кусочек серы в ступке и получил порошок желтого цвета;

2) высыпал часть порошка в воду – порошок всплыл на поверхность;

3) другую часть порошка поджег, сера сгорела голубоватым пламенем;

4) после сжигания серы в воздухе распространился резкий запах.

Укажите, какие явления – физические или химические – наблюдал юный химик.

Какие явления наблюдаются при горении свечи? Образуются ли при этом новые вещества и если да, то какие и как доказать их наличие?

Капля спирта попала на нагретую поверхность и испарилась. В другом случае спирт сгорел в спиртовке, т.е. жидкость тоже «исчезла», и образовались газообразные продукты – углекислый газ и водяной пар. Как экспериментально можно было бы убедиться, что в первом случае произошло физическое, а во втором химическое явление?

Объясните, на каких свойствах веществ основывается их использование: а) из меди изготавливают электрические  провода;  б) из  золота  изготавливают  ювелирные  украшения; в) ванилин добавляют в кондитерские изделия; г) из алюминия изготавливают фольгу; д) из графита изготавливают стержни для карандашей.

Объясните, почему гвозди изготавливают из железа, а не из свинца или алюминия.

Почему вещества имеют разные свойства? Почему свойства некоторых веществ похожи? Могут ли два вещества иметь одинаковые температуры плавления, одинаковую плотность, одинаковый цвет? Изложите в тетради свои предположения.

Блокнот эрудита

12. Плазма – электрически нейтральный, сильно ионизированный газ, состоящий из положительно заряженных ионов, электронов и нейтральных молекул. Во многом плазма ведёт себя как обычный газ.

Плазма возникает в разрядах молний, в пламени. Верхние слои атмосферы Земли также представляют собой плазму, образовавшуюся под действием солнечного излучения.

Плазму можно создавать искусственно, подвергая нейтральный разреженный газ действию электрического поля (как в лампах дневного света) или очень высоких температур.

Звёзды состоят из высокоионизированной плазмы, в которой атомы теряют уже не один внешний, а все электроны, для чего требуются колоссальные температуры – миллионы градусов.

По-видимому, большая часть Вселенной состоит из плазмы, порождённой чрезвычайно высокими температурами или радиацией. Таким образом, «необычным» это состояние материи является только с нашей, земной, точки зрения.

Примером низкотемпературной плазмы является огонь (поток раскаленных газов).

13. Стекло трудно однозначно отнести к одному из двух состояний материи – жидкому или твёрдому. Оно обладает свойствами твёрдых веществ, но в то же время имеет структуру жидкостей.

Почему же расплавленное стекло при охлаждении не кристаллизуется? Дело в том, что при охлаждении расплавленного стекла его вязкость возрастает очень быстро, и не успевает образоваться кристалл. Подобным же образом ведёт себя, например, глицерин, который трудно закристаллизовать. В стеклообразном состоянии можно получить даже металл, если его расплавить, а потом охладить с очень большой скоростью – миллионы градусов в секунду.

Тем не менее, в специальных условиях стекло можно всё же получить и в кристаллическом состоянии. Такие материалы называются ситаллами. Они обладают ценными механическими, оптическими и электрическими свойствами, которые можно целенаправленно менять, изменяя химический состав стёкол.

14. Химия и механика. Обычно считается, что измельчение вещества – физический процесс. Но! При длительной обработке в специальных мельницах частицы вещества за счёт поглощения энергии переходят в химически активное  состояние:  усиливаются колебательные движения частиц, ослабляются связи между ними, рвутся некоторые связи, возникают свободные активные частицы.

Этот процесс учёные называют механохимической активацией, а область химии, изучающую химические и физико-химические изменения веществ под действием механической энергии, – механохимией.

Активированное вещество вступает в химические реакции намного легче, чем не прошедшее механохимической обработки. Многие металлы (железо, алюминий) после измельчения становятся пирофорными (от греч. «пир» – «огонь» и «форос» – «несущий») – воспламеняются на воздухе.

Механохимической активации подвергают удобрения, а также некоторые лекарственные препараты (аспирин), ведь активированное вещество быстрее переходит в раствор, полнее усваивается организмом.

Инициирование некоторых химических реакций ударом или трением применяется и в лабораториях (взрыв смеси бертолетовой соли с фосфором), и в быту (бензин в зажигалке воспламеняется от искры, полученной трением кремня).

§6. Практическая работа 2.