Pääkysymys, johon ihmisen on tiedettävä vastaus ymmärtääkseen oikein maailmankuvan, on mikä on aine kemiassa. Tämä käsite muodostuu kouluiässä ja ohjaa lasta jatkokehitykseen. Kemiaa opiskellessaan aloittaessa on tärkeää löytää yhteinen sävel sen kanssa arkipäivän tasolla, jolloin voit selittää selkeästi ja helposti tietyt prosessit, määritelmät, ominaisuudet jne.
Valitettavasti koulutusjärjestelmän epätäydellisyyden vuoksi monet ihmiset kaipaavat joitain perusasioita. Käsite "aine kemiassa" on eräänlainen kulmakivi, tämän määritelmän oikea-aikainen omaksuminen antaa ihmiselle oikean alun luonnontieteen alan myöhempään kehitykseen.
Konseptin muodostuminen
Ennen kuin siirrytään aineen käsitteeseen, on tarpeen määritellä, mikä kemian aihe on. Kemia suoraan tutkii aineita, niiden keskinäisiä muunnoksia, rakennetta ja ominaisuuksia. Yleisesti ottaen aine on sitä, mistä fyysiset kehot on tehty.
Joten, mikä aine on kemiassa? Muodostetaan määritelmä siirtymällä yleisestä käsitteestä puhtaasti kemialliseen. Aine on tietyntyyppinen aine, jolla on välttämättä massa, jokavoidaan mitata. Tämä ominaisuus erottaa aineen toisesta ainetyypistä - kentästä, jolla ei ole massaa (sähkö-, magneetti-, biokenttä jne.). Aine puolestaan on sitä, mistä me ja kaikki ympärillämme on tehty.
Hieman erilainen aineen ominaisuus, joka määrittää, mistä se koostuu - tämä on jo kemian aihe. Aineet muodostuvat atomeista ja molekyyleistä (joistakin ioneista), mikä tarkoittaa, että mikä tahansa näistä kaavayksiköistä koostuva aine on aine.
Yksinkertaiset ja monimutkaiset aineet
Kun olet oppinut perusmääritelmän, voit siirtyä monimutkaisemaan sitä. Aineet ovat eri organisoitumistasoja, eli yksinkertaisia ja monimutkaisia (tai yhdisteitä) - tämä on ensimmäinen jako aineluokkiin, kemialla on monia myöhempiä jakoja, yksityiskohtaisia ja monimutkaisempia. Tällä luokittelulla, toisin kuin monilla muilla, on tiukasti määritellyt rajat, jokainen yhteys voidaan selvästi liittää yhteen toisensa poissulkevista lajeista.
Yksinkertainen aine kemiassa on yhdiste, joka koostuu vain yhden Mendelejevin jaksollisen taulukon alkuaineen atomeista. Yleensä nämä ovat binaarisia molekyylejä, eli ne koostuvat kahdesta hiukkasesta, jotka on yhdistetty kovalenttisella ei-polaarisella sidoksella - yhteisen yksinäisen elektroniparin muodostuminen. Joten saman kemiallisen alkuaineen atomeilla on identtinen elektronegatiivisuus, eli kyky pitää sisällään yhteinen elektronitiheys, joten se ei siirry mihinkään sidoksen osallistujaan. Esimerkkejä yksinkertaisista aineista (ei-metallit) -vety ja happi, kloori, jodi, fluori, typpi, rikki jne. Otsonin k altaisen aineen molekyyli koostuu kolmesta atomista, ja kaikki jalokaasut (argon, ksenon, helium jne.) koostuvat yhdestä. Metalleissa (magnesium, kalsium, kupari jne.) on oma sidostyyppinsä - metalli, joka tapahtuu metallin sisällä olevien vapaiden elektronien sosiaalistumisen vuoksi, eikä molekyylien muodostumista sellaisenaan havaita. Metalliainetta tallennettaessa ilmoitetaan yksinkertaisesti kemiallisen alkuaineen symboli ilman indeksejä.
Yksinkertainen kemian aine, josta esimerkkejä annettiin edellä, eroaa monimutkaisesta koostumuksestaan. Kemialliset yhdisteet muodostuvat eri alkuaineiden atomeista, kahdesta tai useammasta. Tällaisissa aineissa tapahtuu kovalenttista polaarista tai ionista sitoutumista. Koska eri atomeilla on erilainen elektronegatiivisuus, yhteisen elektroniparin muodostuessa se siirtyy kohti elektronegatiivisempaa elementtiä, mikä johtaa molekyylin yhteiseen polarisaatioon. Ionityyppi on polaarisen ääritapaus, kun elektroniparit siirtyvät kokonaan jollekin sitoutuneesta osanottajasta, jolloin atomit (tai niiden ryhmät) muuttuvat ioneiksi. Näiden tyyppien välillä ei ole selkeää rajaa, ionisidos voidaan tulkita kovalenttiseksi vahvasti polaariseksi. Esimerkkejä monimutkaisista aineista ovat vesi, hiekka, lasi, suolat, oksidit jne.
Aineen muutokset
Aineilla, joita kutsutaan yksinkertaisiksi, on itse asiassa ainutlaatuinen ominaisuus, joka ei liity monimutkaisiin aineisiin. Jotkut kemialliset alkuaineet voivat muodostaa useita muotojayksinkertainen aine. Perusta on edelleen yksi elementti, mutta määrällinen koostumus, rakenne ja ominaisuudet erottavat radikaalisti tällaiset muodostelmat. Tätä ominaisuutta kutsutaan allotropiaksi.
Happella, rikillä, hiilellä ja muilla alkuaineilla on useita allotrooppisia muunnelmia. Hapen os alta nämä ovat O2 ja O3, hiili antaa neljän tyyppisiä aineita - karbiinia, timanttia, grafiittia ja fullereeneja, rikkimolekyyli on rombinen, monokliininen ja plastinen modifikaatio. Tällainen yksinkertainen kemian aine, jonka esimerkit eivät rajoitu yllä lueteltuihin, on erittäin tärkeä. Fullereeneja käytetään erityisesti puolijohteina tekniikassa, valovastuksina, lisäaineina timanttikalvojen kasvattamiseen ja muihin tarkoituksiin, ja lääketieteessä ne ovat voimakkaita antioksidantteja.
Mitä aineille tapahtuu?
Joka sekunti sisällä ja ympärillä tapahtuu aineiden muutosta. Kemia tarkastelee ja selittää niitä prosesseja, joihin liittyy laadullinen ja/tai määrällinen muutos reagoivien molekyylien koostumuksessa. Rinnakkain, usein toisiinsa liittyviä, tapahtuu myös fysikaalisia muutoksia, joille on ominaista vain aineiden muodon, värin tai aggregaatiotilan muutos ja jotkut muut ominaisuudet.
Kemialliset ilmiöt ovat erilaisia vuorovaikutusreaktioita, esimerkiksi yhdisteitä, substituutioita, vaihtoja, hajoamisia, palautuvia, eksotermisiä, redox-reaktioita jne. kiinnostuksen kohteena olevan parametrin muutoksesta riippuen. Fysikaalisia ilmiöitä ovat: haihtuminen, kondensaatio, sublimaatio, liukeneminen, jäätyminen, sähkönjohtavuusjne. Usein ne seuraavat toisiaan, esimerkiksi salama ukkosmyrskyn aikana on fyysinen prosessi, ja otsonin vapautuminen sen vaikutuksesta on kemiallista.
Fysikaaliset ominaisuudet
Kemiassa aine on aine, jolla on tiettyjä fysikaalisia ominaisuuksia. Niiden läsnäolon, puuttumisen, asteen ja intensiteetin perusteella voidaan ennustaa, kuinka aine käyttäytyy tietyissä olosuhteissa, sekä selittää joitain yhdisteiden kemiallisia ominaisuuksia. Joten esimerkiksi vetyä ja elektronegatiivisen heteroatomin (typpi, happi jne.) sisältävien orgaanisten yhdisteiden korkeat kiehumispisteet osoittavat, että aineessa ilmenee sellainen kemiallinen vuorovaikutus, kuten vetysidos. Koska tiedetään, mitkä aineet johtavat parhaiten sähkövirtaa, sähköjohtojen kaapelit ja johdot valmistetaan tietyistä metalleista.
Kemialliset ominaisuudet
Ominaisuuksien kolikon toisen puolen perustaminen, tutkimus ja tutkiminen on kemia. Aineiden ominaisuuksia hänen näkökulmastaan ovat niiden reaktiivisuus vuorovaikutuksessa. Jotkut aineet ovat tässä mielessä äärimmäisen aktiivisia, esimerkiksi metallit tai mitkä tahansa hapettimet, kun taas toiset, jalokaasut (inertit) eivät käytännössä pääse reaktioihin normaaleissa olosuhteissa. Kemialliset ominaisuudet voidaan aktivoida tai passivoida tarpeen mukaan, joskus ilman suuria vaikeuksia ja joissain tapauksissa ei helposti. Tiedemiehet viettävät useita tunteja laboratorioissa yrityksen ja erehdyksen kautta saavuttaakseen tavoitteensa.tavoitteita, joskus niitä ei saavuteta. Muuttamalla ympäristöparametreja (lämpötila, paine jne.) tai käyttämällä erityisiä yhdisteitä - katalyyttejä tai inhibiittoreita - voidaan vaikuttaa aineiden kemiallisiin ominaisuuksiin ja siten reaktion kulkuun.
Kemikaalien luokitus
Kaikki luokitukset perustuvat yhdisteiden jakoon orgaanisiin ja epäorgaanisiin. Orgaanisten aineiden pääalkuaine on hiili, joka yhdistyy keskenään ja vedyn kanssa, hiiliatomit muodostavat hiilivetyrungon, joka sitten täytetään muilla atomeilla (happi, typpi, fosfori, rikki, halogeenit, metallit ja muut), sulkeutuu sykleissä tai haaroissa, mikä oikeuttaa laajan valikoiman orgaanisia yhdisteitä. Tähän mennessä tieteen tiedossa on 20 miljoonaa tällaista ainetta. Vaikka mineraaliyhdisteitä on vain puoli miljoonaa.
Jokainen yhdiste on yksilöllinen, mutta sillä on myös monia samank altaisia piirteitä muiden kanssa ominaisuuksiltaan, rakenteeltaan ja koostumukseltaan. Tämän perusteella on olemassa aineryhmien ryhmittely. Kemialla on korkea systematisoinnin ja organisoinnin taso, se on tarkka tiede.
Epäorgaaniset aineet
1. Oksidit ovat binääriyhdisteitä hapen kanssa:
a) hapan - vuorovaikutuksessa veden kanssa ne antavat happoa;
b) perus - kun ne ovat vuorovaikutuksessa veden kanssa, ne antavat perustan.
2. Hapot ovat aineita, jotka koostuvat yhdestä tai useammasta vetyprotonista ja happojäännöksestä.
3. Emäkset (emäkset) - koostuvat yhdestä tai useammasta hydroksyyliryhmästä ja metalliatomista:
a) amfoteeriset hydroksidit - niillä on sekä happojen että emästen ominaisuuksia.
4. Suolat ovat tulosta hapon ja emäksen (liukoisen emäksen) välisestä neutralointireaktiosta, joka koostuu metalliatomista ja yhdestä tai useammasta happojäännöksestä:
a) happosuolat - happotähteen anioni sisältää protonin, joka on seurausta hapon epätäydellisestä dissosiaatiosta;
b) emäksiset suolat - metalliin sitoutuu hydroksyyliryhmä, mikä johtuu emäksen epätäydellisestä dissosiaatiosta.
Orgaaniset yhdisteet
Orgaanisessa aineessa on monia aineluokkia, on vaikea muistaa niin paljon tietoa kerralla. Tärkeintä on tietää perusjaot alifaattisiin ja syklisiin yhdisteisiin, karbosyklisiin ja heterosyklisiin, tyydyttyneisiin ja tyydyttymättömiin. Hiilivedyillä on myös monia johdannaisia, joissa vetyatomi on korvattu halogeenilla, hapella, typellä ja muilla atomeilla sekä funktionaalisilla ryhmillä.
Kemiassa aine on olemassaolon perusta. Orgaanisen synteesin ansiosta ihmisellä on nykyään v altava määrä keinotekoisia aineita, jotka korvaavat luonnolliset, eikä niillä ole ominaisuuksiltaan analogeja luonnossa.
