Какие бывают классы веществ. Отличие между органическими и неорганическими веществами
по своему значению близко понятию материя, но не равнозначно ему полностью. В то время как со словом "материя" преимущественно связываются представления о грубой, инертной, мертвой действительности, в которой господствуют исключительно механические законы, вещество является "материалом", который благодаря получению формы вызывает мысли об оформленности, жизненной пригодности, облагораживании. См. Гешталъткачества.
Отличное определение
Неполное определение ↓
Вещество
по вид материи. Совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя.
Описание "вид" - морфологическое, правильное, но нас оно удовлетворить не может, так как это чисто классификационное деление, которому в реальности, в первом приближении, ничего не соответствует.
Существует гипотеза, что материя в "чистом виде"- вакуум (первый объект). Тогда: вещество - один из объектов (пятый объект) материального мира; материя в форме стоячей волны образует элементарную частицу (электрон, позитрон, протон, нейтрон и т.д.) - четвертый объект, в форме бегущей волны - фотон (третий объект), а их совокупность атом - вещество. Второй объект - поле (напряжение вакуума, подобное механическому напряжению пружины).
Здесь можно пофантазировать: есть вакуум (первый объект) и еще нечто (нулевой объект), например, апейрон, Вселенский разум, Бог и т.п., то есть то, что находится за пределами восприятия из нашего Мира и взаимодействие которого с вакуумом дает поле и вещество, дальнейшее развитие (движение и превращение) которых создает все многообразие Мира, в том числе и Жизнь. Эта фантазия несколько противоречит системе взглядов на Мир, в основе которой находится понятие материя, как вещь, "доступная нашему наблюдению".
Другой вариант: вещество, поле и вакуум - различные состояния материи (аналогично тому, как вода может пребывать в различных состояниях: газ, жидкость, твердое тело).
Вакуум - невозмущенное состояние, поле - напряженное состояние, вещество - колеблющееся состояние. Развивая мысль дальше, получим: неподвижная материя - вакуум, движущаяся в ней волна напряжения - поле, фотон, движущийся пакет стоячих волн - вещество.
Неполное определение ↓
Что такое вещество – один из тех вопросов, ответ на который вроде бы ясен, но с другой стороны – попробуй-ка ответь! На первый взгляд всё просто: вещество – это то, из чего состоят тела… как-то неопределённо получилось. Попробуем разобраться.
Для простоты начнём с понятия ещё более сложного и абстрактного – материя. На сегодняшний день считается, что материя – это объективная реальность, существующая в пространстве и изменяющаяся во времени.
Реальность эта существует в двух формах. Одна из этих форм обладает волновой природой: невесомость, непрерывность, проницаемость, способность распространяться со скоростью света. Природа другой формы – корпускулярная: она обладает массой покоя, состоит из локализованных частиц (атомных ядер и электронов), малопроницаема (а в некоторых случаях непроницаема вообще), и до скорости света ей далеко. Первая форма существования материи называется полем, вторая веществом.
Тут следует оговориться: такое чёткое разделение проводилось в XIX веке, позднее – с открытием корпускулярно-волнового дуализма – пришлось поставить это под сомнение. Оказалось, что у поля и вещества намного больше общего, чем можно было предполагать, ведь даже электрон демонстрирует свойства и частицы, и волны! Впрочем, проявляется это в микромире, на уровне элементарных частиц, в макромире – на уровне тел – это неочевидно, так что разделение на вещество и поле вполне подходит.
Но вернёмся к нашему веществу. Как все мы помним со школьной скамьи, оно может существовать в трёх состояниях. Одно из них – твёрдое: молекулы практически неподвижны, сильно притягиваются друг к другу, поэтому тело сохраняет форму. Другое – жидкое: молекулы могут перемещаться с места на место, тело принимает форму сосуда в котором находится, не имея собственной формы. И наконец – газообразное: хаотичное движение молекул, слабая связь между ними, как следствие – отсутствие не только формы, но и объема: газ заполнит ёмкость любого объёма, распределившись по ней. В таких состояниях может находиться любое вещество, вопрос только в том, какие условия для этого нужны – например, металлический водород, имеющийся на Юпитере, на Земле пока не удаётся получить даже в лаборатории.
Но есть и четвёртое состояние вещества – плазма. Это ионизированный газ – т.е. газ, в котором наряду с нейтральными атомами присутствуют положительно и отрицательно заряженные частицы – ионы (атомы, лишившиеся части электронов) и электроны, при этом количество положительно и отрицательно заряженных частиц уравновешивает друг друга – это называется квазинейтральностью. Такое состояние вещества возможно при очень высокой температуре – счёт идёт на тысячи кельвинов. Напрашивается вопрос: если плазма – ионизированный газ, почему её надо считать четвёртым состоянием вещества, почему нельзя рассматривать как разновидность газа?
Оказывается, нельзя! По некоторым свойствам плазма противоположна газу. Газы обладают крайне низкой электрической проводимостью, а плазма – высокой. Газы состоят из частиц, подобных друг другу, которые крайне редко сталкиваются, а плазма – из частиц, различающихся по электрическому заряду, постоянно взаимодействующих друг с другом.
Если вам трудно представить, что такое плазма, не расстраивайтесь: вы видите её каждый день, а если повезёт, то и каждую ночь, ведь именно из неё состоят звёзды, в том числе и наше Солнце! Человек тоже научился её использовать: в светящихся вывесках «работает» именно неоновая или аргоновая плазма!
Таким образом, можно с уверенностью говорить не о трёх, а о четырёх состояниях вещества… не об этом ли догадывались философы древности, говоря о четырёх элементах бытия: «земля» (твёрдое), «вода» (жидкое), «воздух» (газообразное), «огонь» (плазма)? А мы, неразумные потомки, всё ищем в этом какую-то мистику!
Все химические вещества можно подразделить на два типа: чистые вещества и смеси (рис. 4.3).
Чистые вещества имеют постоянный состав и вполне определенные химические и физические свойства. Они всегда гомогенны (однородны) по составу (см. ниже). Чистые вещества в свою очередь подразделяются на простые вещества (свободные элементы) и соединения.
Простое вещество (свободный элемент)-это чистое вещество, которое не поддается разделению на более простые чистые вещества. Элементы принято подразделять на металлы и неметаллы (см. гл. 11).
Соединение-это чистое вещество, состоящее из двух или нескольких элементов, связанных между собой в постоянных и определенных отношениях. Например, соединение диоксид углерода (CO2) состоит из двух элементов - углерода и кислорода. Диоксид углерода неизменно содержит 27, 37% углерода и 72,73% кислорода по массе. Это утверждение в равной мере относится к образцам диоксида углерода, полученным на Северном полюсе, Южном полюсе, в пустыне Сахара или на Луне. Таким образом, в диоксиде углерода углерод и кислород всегда связаны в постоянном и строго определенном отношении.
Рис. 4.3. Классификация химических веществ
Смеси-это вещества, состоящие из двух или нескольких чистых веществ. Они имеют произвольный состав. В некоторых случаях смеси состоят из одной фазы и тогда называются гомогенными (однородными). Примером гомогенной смеси являются растворы. В других случаях смеси состоят из двух или нескольких фаз. Тогда они называются гетерогенными (неоднородными). Примером гетерогенных смесей является почва.
Типы частиц. Все химические вещества-простые вещества (элементы), соединения или смеси-состоят из частиц одного из трех типов, с которыми мы уже познакомились в предыдущих главах. Этими частицами являются:
- атомы (атом состоит из электронов, нейтронов и протонов, см. гл. 1; атом каждого элемента характеризуется определенным числом протонов в его ядре, и это число называется атомным номером соответствующего элемента);
- молекулы (молекула состоит из двух или нескольких атомов, связанных между собой в целочисленном отношении);
- ионы (ион представляет собой электрически заряженный атом или группу атомов; заряд иона обусловлен присоединением или потерей электронов).
Элементарные химические частицы. Элементарная химическая частица-это любой химически или изотопически индивидуальный атом, молекула, ион, радикал, комплекс и т.п., поддающийся идентификации как отдельная видовая единица. Совокупность одинаковых элементарных химических частиц образует химический вид. Химические названия, формулы и уравнения реакций могут относится в зависимости от контекста либо к элементарным частицам, либо к химическим видам*. Введенное выше понятие химическое вещество относится к химическому виду, который может быть получен в достаточном количестве, допускающем обнаружение его химических свойств.
Понятие вещества изучается сразу несколькими науками. Вопрос о том, какие есть вещества, мы разберём с двух точек зрения - с позиции химической науки и с позиции физики.
Вещество в химии и физике
Химики понимают вещество, как физическую субстанцию с определённым набором химических элементов. В современной физике вещество рассматривается как вид материи, который состоит из фермионов или вид материи, содержащий в себе фермионы, бозоны, обладает массой покоя. По обыкновению, вещество должно состоять из частиц, по большей части электронов, протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны образуют атомные ядра, а все вместе эти элементы образуют атомы (атомное вещество).
Свойства вещества
Практически каждое из веществ имеет свой уникальный набор свойств. Под свойствами понимают характеристики, указывающие на индивидуальность вещества, которая в свою очередь демонстрирует его отличия от всех остальных веществ. Характерными физико-химическими свойствами являются константы - плотность, различные типы температур, термодинамика, показатели кристаллической структуры.
Химическая классификация веществ
В химии разделяют вещества на соединения и их смеси. Кроме того, следует сказать органические вещества Соединение - это есть набор атомов, которые связаны друг с другом с учётом определённых закономерностей. При этом следует отметить, что границу между соединением и смесью веществ определить чётко довольно сложно. Это обусловлено тем, что науке известны вещества непостоянного состава. Для них составить точную формулу невозможно. Кроме того, соединение - это по большому счёту абстракция, так как в практическом смысле может быть достигнута только лишь конечная чистота изучаемого вещества. Любой существующий в реальной жизни образец - это смесь веществ, но с преобладанием одного вещества из всей группы. Кроме того, следует сказать, какие есть органические вещества. Эта группа сложных веществ имеет в составе углерод (белки, углеводы).
Простые и сложные вещества
Простые вещества(O2, O3, H2, Cl2) - это те вещества, которые состоят только из атомов одного химического элемента. Эти вещества - есть форма существования элементов в свободном виде. Другими словами, эти химические элементы, которые не связаны с другими элементами, образуют простые вещества. Таких веществ науке известно более чем 400 разновидностей. Простые вещества классифицируют по типу связи между атомами. Так, простые вещества разделяют на металлы(Na, Mg, Al, Bi и др.) и неметаллы (H 2 , N 2 , Br 2 , Si и др).
Сложные вещества - химические соединения, которые состоят из связанных друг с другом атомов двух и более элементов. Простые вещества также имеют право называться химическими соединениями, если их молекулы будут состоять из атомов, соединённых ковалентной связью (азот, кислород, бром, фтор,). А вот инертные (благородные) газы и атомарный водород называть химическими соединениями будет ошибкой.
Физическая классификация веществ
С точки зрения физики вещества существуют в нескольких агрегатных состояниях - тело, жидкость и газ. О том, какие твердые вещества, например, видно невооружённым взглядом. Тоже самое можно сказать и о другом агрегатном состоянии. Какие жидкие вещества есть в природе мы со школы знаем. Примечательно, что такое вещество как вода может существовать сразу в трёх состояния - как лёд, жидкая вода и пар. Три агрегатных состояния вещества не считаются индивидуальными характеристиками веществ, но соответствуют разным, зависимым от внешних условий существования веществ. При переходе от состояний агрегатных состояний к реальным состояниям химического вещества можно выявить ряд промежуточных типов, которые в науке получили название аморфных или стеклообразных состояний, а также состояния жидкого кристалла и полимерного состояние. В связи с этим учёные часто используют понятие «фаза».
Помимо прочих в физике рассматривают ещё и четвёртое агрегатное состояние химического вещества. Это плазма, то есть состояние, полностью или частично ионизированное, а плотность положительных и отрицательных зарядов в этом состоянии одинакова, иными словами плазма электронейтральна. В целом, веществ в природе множество, но теперь вы знаете, какие бывают вещества, а это гораздо важнее.
Изучая в рамках школьного или вузовского курса различные направления науки, несложно заметить, что они очень часто оперируют понятием вещества.
Но что такое вещество в физике и химии, в чём разница между определениями этих двух наук? Постараемся рассмотреть подробнее.
Что такое вещество в физике?
Классическая физика учит, что , из которой состоит Вселенная, находится в одном из двух основных состояний – в виде вещества и в виде поля. Веществом в физике называют материю, состоящую из элементарных частиц (по большей части это нейтроны, протоны и электроны), образующих атомы и молекулы, которые обладают массой покоя, отличной от нуля.
Вещество представлено различными физическими телами, обладающими рядом параметров, которые поддаются объективным измерениям. В любой момент можно измерить удельный вес и плотность исследуемого вещества, его упругость и твёрдость, электропроводность и магнитные свойства, прозрачность, теплоёмкость и т.д.
В зависимости от вида вещества и внешних условий, эти параметры могут изменяться в достаточно широких пределах. В то же время каждому типу вещества свойственен определённый набор постоянных характеристик, отражающих его качественные показатели.
Агрегатные состояния веществ
Все существующие во Вселенной вещества могут пребывать в одном из агрегатных состояний:
— в виде газа;
— в виде жидкости;
— в твёрдом состоянии;
— в виде плазмы.
При этом многим веществам свойственны переходные, или пограничные состояния. Наиболее распространёнными из них являются:
— аморфное, или стеклообразное;
— жидкокристаллическое;
— высокоэластичное.
Кроме того, некоторые вещества при особых внешних условиях могут переходить в состояния сверхтекучести и сверхпроводимости.
Что такое вещество в химии?
Химическая наука изучает вещества, состоящие из атомов, а также законы, по которым происходят преобразования веществ, называемые химическими реакциями. Вещества могут пребывать в виде атомов, молекул, ионов, радикалов, а также их смесей.
Химия делит вещества на простые, т.е. те, которые состоят из атомов одного вида, и сложные, состоящие из разных видов атомов. Простые вещества называют химическими элементами: из них, как из кирпичиков, состоят все вещества в мире.
В ходе химической реакции вещества взаимодействуют друг с другом, обмениваясь атомами и атомными группами, в результате чего образуются новые вещества. В то же время химия не рассматривает процессы, при которых происходят изменения в атомарной структуре: количество и виды атомов, участвующих в реакции, всегда остаются неизменными.
Все простые вещества сведены в так называемую периодическую таблицу элементов, которая была создана русским учёным Д.И. Менделеевым. В этой таблице простые вещества расставлены в порядке возрастания их атомных масс и сгруппированы по свойствам, что существенно упрощает их дальнейшее изучение.
Органические и неорганические вещества
В современной химии принято разделение всех веществ на две основные группы: неорганические и органические. К неорганическим веществам относятся:
— оксиды – соединения химических элементов с кислородом;
— кислоты – соединения, состоящие из атомов водорода и так называемого кислотного остатка;
— соли – вещества, состоящие из атомов металла и кислотного остатка;
— основания, или щёлочи – соединения, состоящие из металла и гидроксильной группы или нескольких групп;
— амфотерные гидроксиды – вещества, обладающие свойствами оснований и кислот.
Существуют и более сложные соединения неорганических элементов. Всего насчитывается до полумиллиона разновидностей неорганических веществ.
Органические вещества – это соединения углерода с гидрогеном и другими химическими элементами. По большей части они представляют собой сложные молекулы, состоящие из большого количества атомов. Существует множество разновидностей органических веществ, в зависимости от их состава и молекулярного строения. Всего на текущий момент науке известно более 20 миллионов разновидностей органических веществ.
