Ce este substanța? Structura și proprietățile substanțelor. Ce este substanța în fizică și chimie

Mulțumită părinților mei care mi-au insuflat un interes pentru lumea din jurul meu, am devenit foarte curios. Și am învățat multe dintre lucrurile de bază predate la școală chiar înainte de a începe să predea. Unul dintre ele este subiectul substanțelor - cel pe care este construit practic întregul nostru Univers.

Ce sunt substanțele chimice

Substanțele în esență sunt un tip de materie care constă din particule elementare: neutroni, protoni și altele. Mai mult, ei înșiși nu sunt substanțe. La rândul lor, ele pot fi considerate doar agregate de particule, cum ar fi:

• atomii sunt o varietate elementară de materie;
• molecule - unirea mai multor atomi într-o structură stabilă;
• cristale - un set de molecule de același tip etc.

Principala caracteristică a unei substanțe este că, în anumite condiții, proprietățile sale se pot schimba. De exemplu, suntem cu toții obișnuiți să vedem fier solid. Dar dacă este încălzit la o anumită temperatură, poate deveni plastic, iar dacă este încălzit, poate deveni lichid. Un alt exemplu este apa, care poate fi solidă, lichidă sau gazoasă. Diferite stări de substanțe se numesc stări agregate.

O altă caracteristică a substanțelor este posibilitatea de a le amesteca. Datorită acestei proprietăți, omenirea a reușit să obțină, de exemplu, aliaje metalice.

Tabel periodic (PSHE)

După ce ați aflat ce sunt substanțele chimice, puteți lua în considerare pe scurt tema clasificării lor. Unul dintre cele mai populare moduri de a structura înregistrările corespunzătoare este PSEK sau, așa cum se numește și tabelul periodic.

Conține denumiri abreviate ale substanțelor elementare în latină, masa atomică și numărul de serie al acestora. Acesta din urmă, la rândul său, depinde de acesta din urmă. Prin urmare, hidrogenul este primul din PSCE, deoarece este cel mai ușor.

Total pentru acest moment Au fost descoperite 118 substanțe elementare. Mai mult, există lacune în tabel. Locul lor ar trebui să fie ocupat de ceva care nu a fost încă îndeplinit de oamenii de știință.

Subiectul substanțelor este destul de simplu. Mult mai dificil de înțeles și de reținut este subiectul care se referă la interacțiunile lor.

Un element chimic, o substanță simplă și complexă, alotropia. Greutăți atomice și moleculare relative, mol, masă molară. Valență, stare de oxidare, legătură chimică, formulă structurală.

Atelier: calcule după formule chimice, ecuații chimice Rezolvarea problemelor pentru a găsi formula chimică a unei substanțe. Rezolvarea problemelor folosind conceptul de „masă molară”. Calcule prin ecuații chimice, dacă una dintre substanțe este luată în exces, dacă una dintre substanțe conține impurități. Rezolvarea problemelor pentru a determina randamentul produsului de reacție.

Chimia este știința substanțelor, proprietățile și transformările lor care apar ca urmare a reacțiilor chimice, precum și legile fundamentale care guvernează aceste transformări. Deoarece toate substanțele sunt compuse din atomi, care, datorită legăturilor chimice, sunt capabile să formeze molecule, chimia se preocupă în principal de studiul interacțiunilor dintre atomi și molecule care rezultă din astfel de interacțiuni.

Un element chimic este un anumit tip de atom care are un nume, un număr de serie și o poziție în tabelul periodic se numește element chimic. În prezent, sunt cunoscute 118 elemente chimice, care se termină cu Uuo (Ununoctium - Ununoctium). Fiecare element este identificat printr-un simbol care reprezintă una sau două litere din numele său latin (hidrogenul este desemnat prin litera H - prima literă a numelui său latin Hydrogenium).

Substanță - un tip de materie cu anumite substanțe chimice și proprietăți fizice... Un set de atomi, particule atomice sau molecule într-o anumită stare de agregare. Corpurile fizice sunt compuse din substanțe (cuprul este o substanță, iar moneda de cupru este un corp fizic).

Substanță simplă - o substanță formată din atomi ai unuia element chimic: hidrogen, oxigen etc.

O substanță complexă este o substanță formată din atomi de diferite elemente chimice: acizi, apă etc.

Alotropia este capacitatea unor elemente chimice de a exista sub forma a două sau mai multe substanțe simple, diferite ca structură și proprietăți. De exemplu: diamantul și cărbunele sunt compuse din același element - carbon.

Masa atomică relativă. Relativ masă atomică element este raportul dintre masa absolută a atomului și 1/12 din masa absolută a atomului izotopului de carbon 12C. Masa atomică relativă a unui element este notată cu simbolul Аr, unde r este litera inițială a cuvântului englez relative.

Greutatea moleculară relativă. Greutatea moleculară relativă a Mg este raportul dintre masa absolută a unei molecule și 1/12 din masa unui izotop de carbon 12C.

Rețineți că masele relative sunt, prin definiție, adimensionale.

Astfel, măsura masei atomice și moleculare relative este 1/12 din masa atomului izotopului de carbon 12C, care se numește unitatea de masă atomică (amu):

Cârtiță. În chimie, o cantitate specială este extrem de importantă - cantitatea de substanță.

Cantitatea unei substanțe este determinată de numărul de unități structurale (atomi, molecule, ioni sau alte particule) ale acestei substanțe, este de obicei notată cu n și este exprimată în moli (mol).

Un mol este o unitate de cantitate a unei substanțe care conține același număr de unități structurale ale unei substanțe date pe măsură ce atomii sunt conținuți în 12 g de carbon, constând doar din izotopul 12C.

Numărul lui Avogadro. Definiția molului se bazează pe numărul de unități structurale conținute în 12 g de carbon. S-a constatat că această masă de carbon conține 6,02 × 1023 atomi de carbon. Prin urmare, orice substanță cu o cantitate de 1 mol conține 6,02 × 1023 unități structurale (atomi, molecule, ioni).

Numărul de particule 6,02 × 1023 se numește numărul Avogadro sau constanta Avogadro și este notat cu NA:

N A \u003d 6,02 × 10 23 mol -1

Masă molară. Pentru comoditatea calculelor bazate pe reacții chimice și luând în considerare cantitatea de reactivi inițiali și produse de reacție în moli, se introduce conceptul de masă molară a unei substanțe.

Masa molară M a unei substanțe este raportul dintre masa acesteia și cantitatea unei substanțe:
unde g este masa în grame, n este cantitatea de substanță în moli, M este masa molară în g / mol este o valoare constantă pentru fiecare substanță dată.
Valoarea masei molare coincide numeric cu masa moleculară relativă a unei substanțe sau cu masa atomică relativă a unui element.

Valența este capacitatea atomilor de elemente chimice de a forma un anumit număr de legături chimice cu atomii altor elemente sau numărul de legături pe care le poate forma o substanță.

Starea de oxidare (numărul de oxidare, sarcina formală) este o valoare condițională auxiliară pentru înregistrarea proceselor de oxidare, reducere și reacții redox, valoarea numerică a sarcinii electrice atribuite unui atom într-o moleculă, presupunând că perechile de electroni care realizează legătura sunt complet părtinitoare către mai mult electronegativ. atomi.
Conceptul stării de oxidare stă la baza clasificării și nomenclaturii compușilor anorganici.

Starea de oxidare corespunde sarcinii unui ion sau sarcinii formale a unui atom într-o moleculă sau într-o unitate de formulă, de exemplu:

Na + Cl -, Mg 2+ Cl 2 -, N -3 H 3 -, C +2 O -2, C +4 O 2 -2, Cl + F -, H + N +5 O -2 3, C -4 H 4 +, K + 1 Mn + 7 O -2 4.

Starea de oxidare este indicată deasupra simbolului elementului. Spre deosebire de indicarea încărcării unui ion, atunci când se indică starea de oxidare, semnul este pus mai întâi, apoi valoarea numerică și nu invers.

H + N +3 O -2 2 - stare de oxidare, H + N 3+ O 2-2 - sarcini.

Starea de oxidare a unui atom într-o substanță simplă este zero, de exemplu:

O 0 3, Br 0 2, C 0.

Suma algebrică a stărilor de oxidare a atomilor dintr-o moleculă este întotdeauna zero:

H + 2 S +6 O -2 4, (+1 2) + (+6 1) + (-2 4) \u003d +2 +6 -8 \u003d 0

Legătura chimică, atracția reciprocă a atomilor, ducând la formarea de molecule și cristale. Se obișnuiește să spunem că există legături chimice între atomii vecini într-o moleculă sau într-un cristal. Legătura chimică este determinată de interacțiunea dintre particulele încărcate (nuclei și electroni). Principalele caracteristici ale unei legături chimice sunt rezistența, lungimea, polaritatea.

Proprietăți - un set de caracteristici prin care unele substanțe diferă de altele, sunt chimice și fizice.

Proprietăți fizice - semne ale unei substanțe, atunci când caracterizează substanța care nu își modifică compoziția chimică (densitate, stare de agregare, puncte de topire și fierbere etc.)

Proprietăți chimice - capacitatea substanțelor de a interacționa cu alte substanțe sau de a se modifica sub influența anumitor condiții.Rezultatul este transformarea unei substanțe sau a unor substanțe în alte substanțe.

Din cursul de fizică se știe că atomii elementelor chimice au forma unor particule libere. Pot fi combinate între ele prin diverse tipuri de legături chimice. Ca urmare, se formează molecule de substanțe, atât simple, cât și complexe. În acest fel, se formează una dintre formele de existență a materiei, care este cea mai comună pe Pământ. În articolul nostru vom lua în considerare structura și proprietățile substanțelor și vom da exemple ale diferitelor stări ale acestora: solid, lichid și gazos.

Caracteristicile generale ale conexiunilor

Oxigenul, pe care îl respiră ființele vii, plasatorul de diamante, depozitele de cărbune sunt exemple de substanțe simple, ale căror proprietăți depind de structura moleculelor lor. Acestea conțin atomi cu un singur element chimic - carbon, oxigen, azot. Unele dintre elemente pot forma nu una, ci mai multe substanțe simple. Ele diferă între ele nu numai aspect, dar și structura internă și, prin urmare, proprietățile. Vorbim despre modificări alotropice, pe care le vom discuta mai jos. Opus acestora sunt particule ale unui compus complex, care este un alt nume pentru o substanță, acestea constând din atomi de diferite elemente. Apă, sare de bucătărie, alcool etilic, amidon - lista compușilor complexi care formează obiecte ale lumii materiale poate fi continuată la nesfârșit.

Alotropie

Cât de izbitor de diferite sunt tija de grafit a unui creion, un diamant într-un cadru rafinat și o pulbere albă de carbină cristalină, extrasă din craterul Arizona ... Dar toți cei trei compuși simpli numiți constau doar din atomi de carbon. De ce sunt atât de diferite unele de altele? Ce este o substanță numită modificare alotropică în chimie? Vom găsi răspunsul în structura internă a compusului, adică în caracteristicile formei rețelei sale de cristal. Alotropia este rară în natură. Oxigenul și ozonul sunt un alt exemplu de astfel de substanțe. Acestea diferă prin numărul de atomi de oxigen din moleculă: oxigenul are doi, ozonul are trei.

Diamant și grafit

O moleculă uriașă în care fiecare atom de carbon este legat de patru spații egale este un diamant. Legaturi covalente extrem de puternic între particule, cristalul refractează perfect razele de lumină, de aceea este considerat cea mai scumpă bijuterie. Este neconductiv și super dur material naturalfolosit pentru găurirea găurilor și tăierea sticlei. Ce este o substanță - grafit? Cristalele sale gri închis sunt uleioase la atingere, moi și lasă cu ușurință urme pe hârtie. Atomii dintr-o moleculă sunt aranjați în straturi. Aparține conductorilor de curent și este utilizat în electrotehnică.

Ce este Carbyne?

Carbyne este a treia modificare a carbonului. În anii 60 ai secolului XX, a fost obținut în laboratorul omului de știință rus V.V. Korshak și apoi a fost descoperit în natură în compoziția materiei meteorite. Structura lanțurilor sale de carbon este liniară, compusul este sub formă de fibre, pulbere sau filme alb... Carbyne posedă proprietăți semiconductoare, în mod ideal prinde rădăcini în corpul uman. Prin urmare, este utilizat pentru producerea de proteze artificiale pentru articulații, vase de sânge, elemente în oftalmologie, urologie și proteze dentare.

Stare a materiei

Dacă un compus are o structură atomică și aparține nemetalelor, atunci particulele sale sunt legate între ele printr-o singură legătură covalentă. Din acest motiv, astfel de molecule sunt diatomice. Care sunt următoarele formule: Cl 2, N 2, O 2? Acestea sunt molecule de clor, azot, oxigen. În exemplul dat, substanțele sunt într-o stare gazoasă și particulele lor se mișcă în direcții diferite, iar forțele de interacțiune dintre ele sunt foarte slabe. O imagine diferită este observată atunci când forma agregată a compusului este densă - condensată. Lichidele și solidele, spre deosebire de gaze, ocupă un anumit volum la o temperatură constantă. Particulele lor sunt atrase una de cealaltă destul de puternic, natura unor astfel de conexiuni este electrică. Structura compușilor metalici cu o serie de proprietăți specifice prezintă interes: conductivitate termică, maleabilitate, plasticitate, conductivitate electrică. Ce este o substanță metalică din punctul de vedere al structurii sale rețea de cristal? Poate fi comparat cu un complex uriaș de atomi care conțin electroni comuni. Se deplasează în interiorul cristalului și formează așa-numitul gaz de electroni, care este motivul pentru toate caracteristicile de mai sus ale metalelor. Deci, am stabilit că compușii chimici au trei stări de agregare: solid, lichid și gazos.

Modul în care structura internă a unei substanțe determină proprietățile acesteia

Forma cristalină solidă este cea mai abundentă în natură. Structura unei substanțe este determinată de configurația rețelei sale de cristal, care, la rândul său, afectează fizicul și proprietăți chimice... De exemplu, cea mai mare duritate a diamantului se explică prin faptul că nodurile rețelei sale sunt atomi, forțele de interacțiune dintre care sunt destul de mari. Legăturile covalente formate în acest mod țin ferm particulele una lângă alta, asigurând stabilitatea structurii. Cristalele de iod, pe de altă parte, sunt capabile să se descompună rapid atunci când sunt încălzite. Chiar și fără a trece în faza lichidă, iodul se sublimează până la formarea vaporilor, adică se sublimează. Acest fenomen se explică prin particularitățile structurii interne a iodului cristalin. Moleculele sunt localizate la nivelul rețelei sale la distanțe mari una de cealaltă. Sub influența temperaturii ridicate, se desprind ușor unul de celălalt, formând o fază gazoasă. Compuși cu ionice tip de zăbrele de cristal sunt conductori de curent excelenți. Sunt refractare și durabile, au particule încărcate - ioni - în nodurile din rețea. Forțele de atracție electrostatică apar între cationi și anioni, prin urmare cristalele de sare sunt destul de dure și durabile.

Nomenclatura conexiunilor

Împreună cu numele binecunoscute, triviale, adică de multă vreme în viața de zi cu zi, de exemplu: bicarbonat de sodiu sau sare de bucătărie, există o clasificare științifică destul de diversă a compușilor chimici. Deci, într-o nomenclatură rațională, acestea sunt împărțite în simple și complexe, metale și nemetale. În clasificatorul IUPAC mare atenție dat diferitelor grupe de compuși organici. Denumirea substanței din ea depinde de prezența legăturilor simple sau duble, triple sau a ciclurilor în moleculă. De exemplu, compușii care conțin o legătură sigma se numesc alcani, iar moleculele nesaturate sunt denumite alchene sau alchine. Datorită faptului că arsenalul de noi, sintetice compusi organici actualizate constant, acestea sunt clasificate în conformitate cu nomenclatura internațională IUPAC. Acest lucru asigură principiul coerenței și ajută oamenii de știință din domeniul chimiei din întreaga lume să efectueze cercetări comune.

În articolul nostru, am răspuns la întrebările: ce este o substanță și cum depind proprietățile fizice și chimice de structura sa internă.

în sensul său este apropiat de conceptul de materie, dar nu este complet echivalent cu acesta. În timp ce cuvântul „materie” este asociat în principal cu ideea unei realități grosolane, inerte, moarte, în care domină exclusiv legile mecanice, materia este un „material” care, datorită primirii unei forme, evocă gânduri de formare, vitalitate, înnobilare. Vezi Gestalt de calitate.

Definiție excelentă

Definiție incompletă ↓

Substanţă

după tipul de materie. Un set de formațiuni discrete cu o masă de repaus.

Descrierea „specie” este morfologică, corectă, dar nu ne poate satisface, deoarece aceasta este o diviziune pur clasificativă, căreia în realitate, în prima aproximare, nu îi corespunde nimic.

Există o ipoteză că materia în „forma sa pură” este un vid (primul obiect). Apoi: substanța este unul dintre obiectele (al cincilea obiect) ale lumii materiale; Materia sub forma unei unde staționare formează o particulă elementară (electron, pozitron, proton, neutron etc.) - al patrulea obiect, sub forma unei unde călătoare - un foton (al treilea obiect) și atomul lor agregat - materia. Al doilea obiect este un câmp (solicitare de vid, similară cu solicitarea mecanică a unui arc).

Aici puteți fantezia: există un vid (primul obiect) și altceva (obiect zero), de exemplu, apeiron, mintea Universală, Dumnezeu etc., adică ceea ce este dincolo de percepție din Lumea noastră și a cărui interacțiune cu vidul dă câmp și materie, a căror dezvoltare ulterioară (mișcare și transformare) creează toată diversitatea lumii, inclusiv viața. Această fantezie contrazice oarecum sistemul de puncte de vedere asupra lumii, care se bazează pe conceptul de materie, ca un lucru „accesibil observației noastre”.

O altă opțiune: materia, câmpul și vidul sunt stări diferite ale materiei (similar cu modul în care apa poate fi în diferite stări: gaz, lichid, solid).

Vacuumul este o stare netulburată, un câmp este o stare stresată, o substanță este o stare oscilantă. Dezvoltând gândirea în continuare, obținem: materie staționară - vid, un val de tensiune care se mișcă în el - un câmp, un foton, un pachet în mișcare de unde staționare - materie.

Definiție incompletă ↓