§ 1. Предмет химии. Роль химии в жизни человека

ТЕЛА, ВЕЩЕСТВА И ИХ СВОЙСТВА

• Естествознание и место химии: Природу вокруг нас издавна называли словом «естество», поэтому всю систему наук о природе называют естествознанием. Химия занимает среди них фундаментальное место наряду с физикой, биологией, географией и астрономией.

• Физическое тело vs вещество: Любой окружающий нас предмет, обладающий чёткой формой и объёмом, учёные называют физическим телом (лабораторная колба, стакан, мерный цилиндр, ложка, воронка). А то, из чего состоят физические тела, называется веществом (стекло, пластмасса, алюминий, медь).
  • Из одного и того же вещества можно изготовить самые разные тела: из стекла делают пробирки, оконные стёкла, линзы и колбы.
  • Одно и то же тело может быть изготовлено из разных веществ: воронка бывает стеклянной или пластиковой.

• Свойства веществ: Каждое вещество обладает уникальным набором признаков, по которым его отличают от других веществ или находят сходство. К ключевым физическим свойствам относятся агрегатное состояние при данных условиях (твёрдое, жидкое или газообразное), цвет, металлический блеск, запах, вкус, плотность, температуры плавления и кипения, тепло- и электропроводность, пластичность и растворимость в воде.

ЭТАЛОННЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ И ШКАЛА МООСА

• Эталонные свойства воды и ртути: Свойства наиболее доступных и стабильных веществ служат природными эталонами (эталон — мерило, образец):
  • Шкала Цельсия: шведский астроном Андерс Цельсий принял за $0\ ^\circ\text{C}$ температуру замерзания чистой воды, а за $100\ ^\circ\text{C}$ — температуру её кипения при нормальном давлении;
  • Калория: количество тепловой энергии, необходимое для нагревания 1 грамма чистой воды на $1\ ^\circ\text{C}$;
  • Барометр Торричелли: итальянский физик Эванджелиста Торричелли в XVII веке предложил измерять атмосферное давление высотой столбика тяжёлой жидкой ртути (760 мм рт. ст.).

• Минералогическая шкала твёрдости Мооса (1812 г.): Немецкий геолог Фридрих Моос расположил 10 эталонных минералов в порядке возрастания их твёрдости (каждый следующий оставляет царапину на предыдущем):

1. Тальк — самый мягкий эталон, легко царапается ногтем (жирный на ощупь);
2. Гипс — царапается ногтем;
3. Кальцит — царапается медной монетой;
4. Флюорит — легко царапается ножом или оконным стеклом;
5. Апатит — царапается ножом или стеклом с заметным усилием;
6. Ортоклаз (полевой шпат) — сам царапает стекло, обрабатывается напильником;
7. Кварц — царапает стекло, поддаётся обработке алмазом;
8. Топаз — легко режет стекло;
9. Корунд (сапфир, рубин) — царапает кварц и топаз;
10. Алмаз — самое твёрдое вещество в земной природе.

МАТЕРИАЛЫ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ (НА ПРИМЕРЕ АЛЮМИНИЯ)

• Материалы в жизни и технике: Вещества редко служат человеку в чистом виде — из них производят материалы (вещество или смесь веществ, непосредственно применяемая для изготовления изделий: древесина, чугун, сплавы, стеклопластик). Наука материаловедение создаёт материалы с заданными эксплуатационными свойствами (жаропрочность, коррозионная стойкость, сверхпроводимость).

• Свойства и применение «крылатого металла» — алюминия:
  • Лёгкость и прочность сплавов (дюралюминий): малая плотность (2,7 г/см³) сделала его незаменимым в авиации, судостроении и ракетостроении;
  • Высокая электропроводность: массовое производство магистральных кабелей линий электропередачи (ЛЭП);
  • Пластичность и безвредность: раскатка в тончайшую упаковочную фольгу и выпуск пищевой посуды;
  • Серебристый порошок: основа устойчивых декоративных и защитных красок («серебрянка»);
  • Яркое горение: сгорание на воздухе ослепительным белым пламенем используется в салютах, фейерверках и осветительных ракетах;
  • Химическая пассивация: алюминий не реагирует с концентрированными азотной и серной кислотами (образует прочнейшую микроплёнку оксида), поэтому едкие кислоты перевозят по железной дороге именно в алюминиевых цистернах.

ПРЕДМЕТ ХИМИИ И ХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

• Физические и химические явления: Если лед тает или вода закипает, меняется только агрегатное состояние, но молекулы воды остаются прежними — это физические явления. Если же зажечь бенгальский огонь, алюминий сгорает с образованием оксида алюминия — нового вещества с совершенно другими свойствами.
• Определение химии: Явления, при которых из одних веществ образуются новые вещества, называются химическими явлениями (реакциями). Химия — это естественная наука о веществах, их свойствах и превращениях.

РОЛЬ ХИМИИ: ХЕМОФИЛИЯ, ХЕМОФОБИЯ И ЭКОЛОГИЯ

• Значение химии в цивилизации: М. В. Ломоносов ещё в 1747 году провозгласил: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие...». Нобелевский лауреат Н. Н. Семёнов доказал, что развитие человечества невозможно без химии: она создаёт лекарства, витамины, волокна, микроэлектронику и минеральные удобрения.
• Две крайности восприятия:
  • Хемофилия — слепое преклонение перед химией и бездумное её применение везде без учёта рисков;
  • Хемофобия — иррациональный страх перед любыми химическими названиями и искусственными материалами.
• Химическая и экологическая культура: Ежегодно человечество сжигает более 1 млрд тонн топлива, выбрасывая оксиды углерода, азота и серы, вызывающие губительные кислотные дожди. Мусорные свалки пластика отравляют водоёмы и почву. Знание химии — это основа ответственного отношения к природе и безопасного обращения с веществами в быту и на производстве.