Какое бывает вещество: классы, характеристики, свойства. Физические свойства вещества

Среди фундаментальных наук химия представляет собой область человеческого познания, предметом изучения которой являются состав и признаки соединений, а также их взаимные превращения. Одним из центральных вопросов химии представляется следующий: какие бывают классы веществ? Специальные разделы науки, такие как неорганическая и органическая химия, рассматривают особенности строения и свойств соединений, а также раскрывают их практическое значение.

Что такое химическое вещество, как разделять физические тела и материалы, какое бывает разнообразие веществ – эти и другие вопросы будут освещены нами в данной работе.

Основное понятие химии

В каждой отрасли человеческого знания есть главные – базовые представления и понятия, на которых удерживается все стройное здание науки. Для математики – это число, в программировании – абстракция данных. В химии центральное место занимает вещество – форма материи, структурными единицами которой являются атомы, молекулы или ионы. Сочетаясь в различных комбинациях, они образуют фантастическое количество всевозможных соединений, имеющих различные химические и физические свойства вещества.

Тело и материал

Исходя из представлений об агрегатном состоянии, можно определить, какое бывает вещество в естественных условиях: твердое, жидкое или газообразное. Организуясь в виде кристаллических решеток структурные единицы химических соединений образуют тела. Вещества, частицы которых (атомы, молекулы или ионы) используются человеком для определенных потребностей и нужд, называют материалом. Так, цемент, стекло – это искусственные, а древесина, песок, гранит – это природные материалы.

Что такое чистые вещества

В химии принято различать индивидуальные вещества и смеси. Последних в природе на несколько порядков больше: морская вода, кровь, молоко, горные породы, воздух, которым мы дышим, – это комбинации нескольких соединений. Познакомиться с чистыми веществами можно в обычной школьной химической лаборатории. Реактивы в ней распределены по степени чистоты. Так, в особо чистых их видах массовая доля примесей не превышает 0,0001%, но в наукоемких отраслях производства, таких как микроэлектроника, робототехника, космическая промышленность, такая степень чистоты вещества недостаточна.

Например, в полупроводниках на 10 миллиардов атомов германия допускается не больше одного атома примеси. Чтобы определить, какое бывает вещество по степени чистоты, применяют такие современные приемы химического анализа, как диспергирование, солюбилизация и коллоидно-химическая очистка. После освобождения от примесей его химические и физические свойства вещества становятся уникальными.

Язык химии

Являясь точной наукой, оперирующей понятием веществ, химия использует символы элементов. Они обозначают качественный и количественный состав молекул. Так, в определение формул органических веществ входит несколько возможных вариантов, например, по общей формуле соединения, по его химическим свойствам, по продуктам сгорания.

Соединения простые и сложные

Продолжая искать ответ на вопрос, какое бывает вещество, стоит вспомнить одну из самых первых классификаций, изучаемых на уроках химии, – разделение веществ на простые и сложные. Первые в своем составе содержат атомы только одного химического элемента. Например, кислород – О₂, сера – S, кальций – Ca. Другие же, называемые еще соединениями, состоят из атомов двух (бинарные вещества Н₂О, CuS) и более химических элементов. Например, Na₂CO₃, Ba(OH)₂. Простые вещества, в свою очередь, можно разделить на металлы и неметаллы.

Главные различия между ними касаются, прежде всего, такой характеристики, как физические свойства. Вещества "металлы" легко узнать по характерному серебристому блеску, они прекрасно проводят тепло и электрический ток, являясь проводниками первого рода. Неметаллы же в подавляющих случаях диэлектрики. Они также плохо проводят и тепло. Однако такое деление веществ является условным. Так как между металлами и неметаллами трудно провести четкую грань. Например, германий и графит, широко использующиеся в электротехнике, относятся к неметаллам.

Классы сложных веществ

Систематизируя знания, объясняющие химические и физические свойства вещества, ученые разделили неорганические и органические соединения на классы. Оксиды, кислоты, соли и основания подробно изучаются на уроках химии в 7 – 9 классах, а классы органических веществ (углеводороды, спирты, альдегиды) введены в программу 10 – 11 классов.

Изучение классов химических соединений расширяет кругозор человека, способствует формированию реальной картины окружающего мира, состоящего из огромного разнообразия веществ. Так, рассматривая оксиды, мы узнаем не только о том, какое бывает вещество этого класса по своим физическим или химическим свойствам, но и знакомимся с распространением оксидов в природе, а также определяем их применение в промышленности и быту. Так, оксид силиция SiO₂ входит в состав песка, глины, гранита, кварца, формируя литосферу Земли.

Он является важнейшим сырьем для промышленности строительных материалов, в производстве стекла, цемента, керамики. Оксиды железа FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ являются основными компонентами различных видов железных руд, образующих месторождения, например, криворожское, курское, качканарское. В атмосфере широко представлены как оксиды углерода, в особенности углекислый газ, так и оксиды азота.

Соли - как наиболее обширный класс химических веществ

Выше мы рассмотрели характеристики оксидов – бинарных соединений оксигена с металлами и неметаллами. Сейчас остановимся на одном из самых больших классов неорганических веществ – солях. Их физические свойства объясняются ионными кристаллическими решетками. Это прежде всего способность проводить электрический ток как в растворах, так и в расплавах, а также высокие температуры плавления. Например, у обычной поваренной соли она равна 801 °С, у силиката кальция – 1544 °С.

Соли принимают участие в химических процессах с металлами, щелочами, кислотами, а также могут в растворах реагировать между собой, вступая в реакции обмена. Химия изучает не только, какое бывает вещество по своим химическим и физическим свойствам, но и большое внимание уделяет его применению в промышленности, сельском хозяйстве или в быту. Например, хлорид натрия, используемый нами для того, чтобы солить пищу, является многотонным сырьем для получения соляной кислоты, соды, хлора. Соли калия, например, хлорид нитрат и сульфат, являются минеральными удобрениями, повышающими урожайность сельскохозяйственных культур. Карбонат кальция, представленный в природе, широко используют в строительстве.

Свойства психотропных веществ

Природные или синтезированные искусственным путем соединения, оказывающие влияние как на отделы центральной нервной системы, так и на периферическую часть, называют психоактивными веществами или нейролептиками. Делая акцент на негативных свойствах и их способности вызывать у человека зависимость, часто используют термин "наркотики". Чтобы уточнить, какое влияние оказывают психотропные вещества на нервную систему в целом, напомним, что соединения этого ряда могут как усиливать скорость передачи возбуждения к головному и спинному мозгу, так и угнетать работу всей нервной системы в целом.

Они являются специфическими стимуляторами различных видов рецепторов: болевых, слуховых, зрительных, тактильных. Это может вызывать у человека особое состояние сознания, называемое измененным. Хорошо известны природные психоактивные вещества с более мягким эффектом действия на организм человека. Они содержатся в зернах кофе, листьях чая, плодах мускатного ореха.

Достаточно выраженным токсическим действием обладают никотин, эталон, иботеновая кислота, содержащаяся в вытяжке ядовитых грибов. Многие обезболивающие средства, применяемые в анестезии, такие как морфин, кодеин, эфедрин, получают из растений. Они также являются сильными психотропными соединениями. Наиболее тяжелые, приводящие к полному разрушению организма человека являются полусинтетические и синтетические нейролептики: амфетамин, героин, ЛСД. Использование всех психотропных препаратов строго контролируется, а применение проходит под обязательным наблюдением врача.

Вещества с уникальными свойствами

В общей массе химических соединений можно называть такие, которые имеют определенные, особенные свойства. Например, самым пластичным металлом в природе считается золото, самым сладким веществом – -L-α -аспаргил-аминомалоновой кислоты. Он в 40 тысяч раз слаще пищевого сахара. А вот на вопрос, какое вещество имеет самый зловонный запах, нет однозначного ответа, так как целый ряд ртутно-серных соединений с общей формулой R-S-H, называемых меркаптанами, отвратительно пахнут. Они выделяются в процессе гниения мертвой органики, присутствуют в каловых массах птиц и млекопитающих и даже входят в состав пахучих желез некоторых животных, например, скунса.

Как видим, мир веществ огромен и интересен, а химия – это наука, позволяющая изучить их строение, свойства и значение в жизни человека.