Изменение вещества

Изменение вещества

Какая связь между сильным взрывом, чайником, который меняет цвет, когда закипает и листьями растений?

Ответ заключается в материальных изменениях и реакциях. Все они являются примерами веществ, изменяющихся для получения новых веществ. Наши знания о том, как материалы изменяются и реагируют друг с другом, используются в производстве химических веществ, медицинских исследованиях и инженерии.

Изучение изменений и реакций материалов является частью науки химии. Многие люди думают о химии как о чем-то, что учёные изучают, проводя эксперименты в лаборатории со специальным оборудованием. Эта часть химии очень важна. Именно так учёные выясняют, из каких элементов состоят вещества и как они создают новые материалы — но это лишь малая часть химии. Большая часть химии происходит вне лабораторий — на фабриках и химических заводах. Химия используется для производства огромного ассортимента товаров, таких как металлы для металлургии, синтетические волокна для тканей, лекарства для лечения болезней, взрывчатые вещества для фейерверков, растворители для красок и удобрения для сельскохозяйственных культур.

Изменение вещества или для чего нужен эксперимент?

Эксперимент предназначен для того, чтобы помочь решить научную проблему. Ученые используют логический подход к экспериментам, чтобы делать выводы из полученных результатов. Ученый сначала записывает гипотезу, которая, по его мнению, может быть решением проблемы, затем разрабатывает эксперимент для проверки гипотезы. Затем он или она записывает результаты эксперимента и делает вывод о том, показывают ли результаты гипотезы его выводы.

Мы знаем о химии только то, что мы делаем, потому что ученые тщательно проводили миллионы экспериментов на протяжении сотен лет. Эксперименты позволили ученым выяснить, как и почему материалы изменяются при нагревании или охлаждении, и как различные семейства веществ реагируют друг с другом, образуя новые химические вещества.

В науке слово «материал» означает любое вещество вокруг нас, от древесины на деревьях до воздуха, которым мы дышим. Материалы постоянно меняются. Просто подумайте об изменениях, которые происходят в природе в течение года. Зимой вода может превратиться в лед и снег. Весной она снова превращается в воду. Листья и веточки растут весной, затем отмирают, падают с деревьев и гниют осенью и зимой. Твердые породы в земной коре могут быть превращены в мягкую почву под действием ветра и дождя.

А теперь подумай о кухне и еде приготовленный в нем. Ингредиенты в различных продуктах, таких как пирожные и хлеб меняются по мере их приготовления. Жидкое тесто для торта превращается в твердый торт. Вещества снова меняются, когда вы едите и перевариваете их. Это лишь несколько примеров того, как меняются материалы. Материальные изменения естественным образом происходят в растениях, животных и самой Земле. Мы используем их в наших интересах дома и во многих различных отраслях промышленности, включая химическую промышленность.

Эти изменения иногда заставляют материалы выглядеть по-другому, чувствовать себя по-другому или вести себя по-другому. Они часто даже делают полностью новые материалы, которые не существовали раньше.

Что такое атомная теория строения вещества и для чего она нужна? 

Химики думают о веществах как о состоящих из крошечных частиц, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть. Это называется атомной теорией. Эти частицы представляют собой либо отдельные атомы, либо атомы, соединенные химическими связями в группы, называемые молекулами. Для примера возьмём металл — частицы которого представляют собой отдельные атомы. В воде частицы представляют собой молекулы, каждая из которых состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.  Атомная теория помогает нам понять, как ведут себя вещества.

Изменение вещества: физические и химические. В чём разница?

Все материальные изменения являются либо физическими, либо химическими изменениями. При физическом изменении меняются только физические свойства — химические свойства остаются неизменными. При химическом изменении изменяются химические свойства и образуются новые материалы. Физические свойства новых материалов могут отличаться от исходных материалов. Химические изменения также называются химическими реакциями. 

Представьте себе кусок дерева. Если вы режете древесину, чтобы сделать опилки, древесина претерпевает физическое изменение вещества. Она превращается в опилки вместо прочного материала. Его физические свойства имеют
измененный характер — он всё равно остаётся деревянным.

Но если вы нагреете дрова, они сгорят и останутся только газ и пепел. Древесина больше не является древесиной, поэтому она претерпела химическое изменение вещества.

Обратимые и постоянные материальные изменения

Химическое изменение вещества обычно являются постоянными, в то время как физические изменения — нет. При постоянном изменении — изменения внесенные в материал не могут быть отменены. Сжигание древесины является примером постоянного изменения, поскольку золу нельзя превратить обратно в древесину. При непостоянном изменении — изменение может быть обращено вспять. Например, вода становится льдом, когда вы кладете ее в морозильную камеру и снова в воду, когда вы ее разморозите. 

 

Физическое изменение состояния вещества

Плавление — это явление изменения состояния веществ из твердого в жидкое.

Конкретное вещество всегда плавится при определенной температуре, называемой точкой плавления. Например, температура плавления льда составляет O°C или 32°F (по фарингейту). Температура плавления железа составляет 1535°C или  2795°F.

Замораживание — это процесс изменения состояния вещества из жидкого в твердое.

Это противоположно плавлению и происходит по мере охлаждения вещества. Для любого вещества его температура замерзания равна той же температуре, что и температура плавления.

Кипение — это изменение состояния из жидкого в газообразное.

Определенное вещество всегда будет кипеть при определенной температуре, называемой точкой кипения. Температура кипения воды составляет 100°C  (212°F). Температура кипения железа Составляет 2861°C  (5182°F)

Конденсация — это изменение состояния из газообразного в жидкое.

Когда газ охлаждается до тех пор, пока его температура не достигнет точки кипения, он конденсируется в жидкость.

Испарение — это изменение состояния из жидкого в газообразное, которое происходит, когда температура жидкости все еще ниже точки кипения.

Частицы в жидкости постоянно движутся. Иногда частицы, движущиеся вверх по поверхности, улетают в воздух и превращаются в газ. Лужи высыхают из-за испарения. Вода в них медленно выходит, превращаясь в водяной пар в воздухе. Вода в воздухе снова конденсируется, если она попадает на холодную поверхность.

Некоторые материалы, такие как углекислый газ, переходят прямо из твердого состояния в газообразное. Это изменение вещества называется сублимацией.

Изменения состояния вещества происходят, когда частицы в твердых телах, жидкостях и газах либо отрываются друг от друга, либо соединяются вместе. Сами частицы никак не изменяются, поэтому изменения состояния не являются химическими изменениями. 

  • Когда любое вещество нагревается, его частицы вибрируют все больше и больше. Но частицы остаются там, где они есть, потому что связи между ними остаются нетронутыми. Когда температура достигает точки плавления вещества, связи между частицами начинают разрушаться. Частицы теперь могут свободно перемещаться, так что вещество теперь находится в жидком состоянии. Если жидкость остывает ниже температуры плавления вещества, связи восстанавливаются, и вещество снова становится твердым.
  • Когда вещество в жидком состоянии нагревается, его частицы движутся все быстрее и быстрее. Когда температура достигает точки кипения вещества, частицы полностью отделяются друг от друга. Жидкость вскипела и превратилась в газ.
  • Если газ охлаждается ниже точки кипения вещества, его частицы снова группируются вместе, связи восстанавливаются и вещество конденсируется и снова превращаясь в жидкость.

Дополнительные физическое изменение вещества

Разные вещества имеют разную температуру плавления и кипения. Например, вода кипит при 100 ° C (212°F), кислород при -183 °C (-297°F), а железо при 2861 °C (5182°F).

Так от чего зависит температура плавления и кипения материала?

Температуры плавления и кипения материала зависят от того, насколько прочны связи между его частицами. Материалы со слабо соединенными частицами имеют низкие температуры плавления и кипения.
Материалы с прочно соединенными частицами имеют высокие температуры плавления и кипения.

Твердые вещества, жидкости и газ изменяют размер или форму при растяжении или сжатии. Твердые тела становятся немного длиннее, когда вы их растягиваете, потому что связи между частицами растянуты. Их нелегко сжать, потому что частицы плотно упакованы. Объем жидкости немного уменьшается, когда она сжимается, так как частицы сближаются. Газы могут быть сжаты гораздо сильнее, чем твердые вещества или жидкости, поскольку их частицы широко распространены.

Твердые вещества, жидкости и газ также изменяют свой объем при нагревании или охлаждении.

  1. Твердые тела расширяются при нагревании, потому что их частицы сильнее вибрируют и поэтому занимают больше места.
  2. Жидкости расширяются, когда они нагреваются, потому что их частицы движутся быстрее и чаще сталкиваются и поэтому занимают больше места.
  3. Газы расширяются при нагревании, потому что их частицы движутся быстрее.

Физическое изменение вещества показывают превращение твердого вещества в жидкость, в газ и обратно

Химическое изменение состояния вещества

Когда происходит химическая реакция?

Химическая реакция происходит, когда два или более вещества вступают в реакцию друг с другом. После реакции образовывается одно или несколько новых веществ, а исходные вещества были изменены.

Это означает, что во время химической реакции происходят перемены. Исходные вещества называются реагентами, потому что они вступают в реакцию вместе. Новые материалы называются продуктами.

Пример химической реакции.
Примером распространенной химической реакции является сгорание газа на плите. Реагентами являются газообразный метан, который поступает по трубам и кислород, который является одним из газов в воздухе. В ходе реакции образуются два новых вещества. Они питались углекислым газом, который представляет собой газ, и водой — пар, который представляет собой воду в газообразной форме. Частицы кислорода, метана, углекислого газа и водяного пара являются молекулами. Во время реакции молекулы кислорода и метана распадаются и атомы перестраиваются, образуя молекулы углекислого газа и водяного пара. В результате реакции также выделяется много тепловой энергии, поэтому мы используем газ для приготовления пищи!

Ничего не теряется, ничего не приобретается. Хотя реагенты изменяются и в ходе химической реакции образуются новые продукты, ни один атом не теряется или не приобретается. Все атомы, которые находятся в реагентах, находятся в продукте. Это означает, что общая масса реагентов равна общей массе всех продуктов.

Химические уравнения определение

Химическое уравнение — это способ записи изменений, происходящих в ходе химической реакции. На нем показаны реагенты, которые принимают участие в реакции и продукты, образующиеся в ходе реакции. Реагенты записаны в левой части уравнения, а продукты — в правой части. Стрелка показывает направление, в котором происходит реакция, обычно указывая слева направо. Иногда вы увидите двойную стрелку, указывающую в обоих направлениях. Это означает, что реакция является обратимой реакцией, и продукты могут вступать в реакцию друг с другом с образованием исходного предыдущего реагента.

Словесные химические уравнения

В словесном уравнении реагенты и продукты показаны по их химическим названиям. Например, ниже приведено словесное уравнение для реакции между углеродом и кислородом. Углерод и кислород являются реагентами, а диоксид углерода — продуктом.

углерод + кислород ——————> двуокись углерода

реагенты——> направление продукта——> реакции

Символьные химические уравнения

Символьное уравнение — это уравнение, в котором реагенты и продукты представлены их химическими символами и формулами. Это символьное уравнение для приведенной выше реакции:

C + O2 ——-> CO2

Сбалансированные химические уравнения

В уравнении символов, символ для каждого элемента представляет атом элемента. Атомы не могут быть потеряны или приобретены во время реакции, поэтому в каждой части уравнения должно быть одинаковое количество атомов каждого элемента. Это известно как сбалансированное уравнение.

Например, магний и кислород вступают в реакцию с образованием оксида магния. В оксиде магния, который является твердым веществом, один атом магния всегда соединяется с одним атомом кислорода. Газообразный кислород состоит из молекул, каждая из которых содержит два атома кислорода.

магний + кислород —> оксид магния
2Mg +O2  —> 2MgO

Уравнение сбалансировано, потому что в каждой части уравнения есть два атома магния и два атома кислорода.

Важнейшие химические реакции

Тысячи различных химических веществ могут вступать в реакцию друг с другом, поэтому существуют миллионы возможных химических реакций. Многие реакции похожи друг на друга, хотя реагенты и продукты могут быть разными.

Например, кислота всегда будет реагировать с металлом одним и тем же способом. Таким образом, соляная кислота вступает в реакцию с магнием точно так же, как серная кислота вступает в реакцию с цинком. Эти сходства означают, что мы можем классифицировать химические реакции на группы, названные в честь того, что происходит с реагентами во время реакции, ниже приведены группы реакции, которые мы часто наблюдаем в жизни и которые часто используются
в химической промышленности.

  1. Синтез
  2. Разложение
  3. Нейтрализация
  4. Полимеризация

Синтез химическая реакция

Реакция синтеза — это простая реакция, в которой два элемента вступают в реакцию вместе с образованием соединения.

Например, если железные опилки (которые состоят из элемента железа) и серы нагреваются вместе, они вступают в реакцию с образованием сульфида железа:

железо + сера ——> сульфид железа
Fe + S ——> FeS

Разложение химическая реакция

Реакция разложения — это реакция, при которой соединение расщепляется с образованием двух или более различных элементов, или более простых соединений. Разложение часто происходит когда материал нагревается, в этом случае это называется термическим разложением.

Например, оксид ртути, представляющий собой красный порошок, разлагается при нагревании. В результате реакции образуется жидкая металлическая ртуть и газообразный кислород:

оксид ртути  —> ртуть + кислород
2HgO —> 2Hg + O2 

Нейтрализация химическая реакция

Реакция нейтрализации — это реакция вещества либо с кислотой, либо со щелочью, которая превращает кислоту или щелочь в нейтральный раствор. Кислотный или щелочной раствор, который становится нейтральным, называется нейтрализованным.

Например, если гидроксид натрия постепенно добавлять в соляную кислоту, кислота нейтрализуется. Как и гидроксид натрия. Продуктами реакции являются соль и вода:

соляная кислота + гидроксид натрия -> хлорид натрия + вода:
HCI + NaOH ——> NaCl + H2

Большинство реакций нейтрализации используются для нейтрализации кислот. Какое-нибудь вещество, нейтрализующее кислоту, называется основанием. Гидроксид магния является основой. Его используют в медицине при расстройстве желудка, потому что он нейтрализует избыток соляной кислоты в желудке.

Полимеризация химическая реакция

Реакция полимеризации — это реакция, в которой множество маленьких простых молекул соединяются вместе, образуя гораздо большую молекулу, называемую полимером. Все пластмассы являются полимерами.

Реакция вытеснения

Иногда один элемент в соединении заменяется другим во время реакции. Первый элемент выталкивает или вытесняет, второй. Это называется реакцией вытеснения.

Наиболее распространенный пример реакции вытеснения — это когда один металл вытесняет другой металл из соединения.

Например, если в раствор медного купороса добавляют железные опилки, железо вытесняет медь. Образуется сульфат железа (твердое вещество) вместе с металлической медью:

железо + сульфат меди —> сульфат железа + медь
Fe + CuSO— FSO4+ Cu

Один металл вытесняет другой металл в реакции вытеснения, потому что первый металл более реакционноспособен, чем другой металл. Это означает, что первому металлу легче образовывать соединения с другими элементами, чем второму металлу.

Записав, какие металлы вытесняют другие металлы в реакциях вытеснения, вы можете составить список металлов в порядке их реактивности: наиболее реакционноспособные металлы находятся вверху, а наименее реакционноспособные — внизу. Этот список называется таблицей реактивности. Металл будет вытеснен в реакции любым другим, стоящий выше его в таблице.

Таблица реактивности металлов

Реакции окисления и восстановления примеры

Реакция окисления — это любая реакция, в которой кислород добавляется в вещество.

Продуктом реакции обычно является вещество, называемое оксидом.

 Оксид — это соединение, состоящее из элемента в сочетании с кислородом, такого как монооксид углерода или оксид меди, наиболее распространенная форма окисления возникает, когда элемент соединяется с кислородом в воздухе. Во время окисления вещество, которое соединяется с кислородом, называется окисленным.

Пример
В приведенной ниже реакции магний окисляется, потому что он получает кислород:

магний + кислород —> оксид магния
2Mg +O2  —> 2MgO

Реакция восстановления это любая реакция, при которой кислород удаляется из вещества. Восстановление — это противоположность окислению.

Во время восстановления говорят, что вещество, которое теряет кислород, восстанавливается. Термическое разложение оксида ртути является примером реакции восстановления. Содержание ртути в оксиде уменьшается, потому что он теряет кислород:

оксид ртути  —> ртуть + кислород
2HgO —> 2Hg + O2 

Окислительно восстановительная редокс реакция

Редокс означает восстановление или окисление. Таким образом,

Окислительно-восстановительная редокс реакция — это реакция, в которой происходит как восстановление, так и окисление. Восстановление и окисление всегда происходят в одно и то же время. У вас не может быть одного без другого. Во время окислительно-восстановительной реакции кислород удаляется из одного вещества и добавляется к другому.

Окислительно-восстановительная реакция происходит, когда газообразный водород протекает через оксид свинца. Продуктами реакции являются свинец и вода:

оксид свинца + водород -> свинец + вода
PbO +H2 — Pb + H2O

Поскольку образуется металлический свинец, кислород должен быть удален из оксида свинца. Таким образом, содержание оксида свинца было уменьшено. В то же время к водороду был добавлен кислород, образуя воду. Таким
образом, водород был окислен.

  • Окислительно — восстановительные процессы в промышленности, происходящие например внутри доменной печи, где железо получают из железной руды, является наглядным примером.
Изменение вещества

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Пролистать наверх