Зміст:
§ 1. Хімія — природнича наука. Речовини та їх перетворення в навколишньому світі
Предмет хімії. Курс природознавства, який ви вивчали раніше, підготував підґрунтя до сприйняття дуже цікавої, важливої для життя людини науки про речовини та їх перетворення — хімії. Вона, як і географія, фізика, астрономія, біологія, екологія, допомагає зрозуміти природні процеси, що відбуваються навколо нас. Хімія сприяє різнобічному пізнанню речовин, що відіграють особливу роль в існуванні життя на нашій планеті, а також явищ, якими люди цікавляться з метою зміни самих себе чи благотворного впливу на природу, збереження її первозданності й неповторності.
Сучасне знання про відомі людству об’єкти й явища природи поділяє їх на три взаємопов’язані рівні (світи):
- 1) мікросвіт, до якого відносять об’єкти дуже малих розмірів (>10 -8 м);
- 2) макросвіт — це об’єкти (10 -8 -10 7 м), що оточують людину і які вона може сприймати безпосередньо або за допомогою приладів;
- 3) мегасвіт, який складають об’єкти гігантських розмірів (
Об’єкти цих світів побудовані з частинок, які утворюють живу й неживу природу, існують незалежно від нас і проявляються у вигляді речовини або фізичного поля. Зоолог Μ. Ф. Реймерс писав: «. Наука лише штучно поділена на дисципліни, насправді ж це єдина система знань і бачення світу».
Як вам уже відомо, природознавство інтегрує наукові знання про будову й властивості неживих і живих природних об’єктів і перетворення, що відбуваються в природі. Фізика досліджує елементарні частинки, фізичні тіла та явища, їх взаємодії; біологія — живі організми та зміни, що в них відбуваються. Хімія вивчає речовини та їх перетворення.
Отже, предметом вивчення хімії є речовини та явища, що відбуваються з ними. Це речовини, які утворюють клітини й органи рослин, тварин і людини. Це процеси, що повсякчас відбуваються в живих організмах. Це гірські породи й мінерали, вода й повітря, з якими ви частково ознайомилися в курсі природознавства. Це речі, якими ми щоденно користуємося.
Хімія — наука про речовини, їх склад, будову, властивості й перетворення.
Що означає перетворення речовин? Розглянемо приклади перетворень, які відбуваються в природних умовах.
Рослини під час фотосинтезу вбирають вуглекислий газ і воду, на світлі утворюючи глюкозу та кисень. Глюкоза, у свою чергу, може перетворюватися на сахарозу (цукор), крохмаль, целюлозу (клітковину).
Людина дихає киснем, що міститься в повітрі. В її організмі він сприяє перетворенню жирів, білків, вуглеводів, що потрапляють з їжею, на простіші речовини, які через декілька стадій утворюють кінцеві продукти — вуглекислий газ і воду.
На дні стоячих водойм рештки рослин і тварин перетворюються на газ метан. Міститься цей газ також у Чорному й Азовському морях, де під дією високого тиску сполучається з водою, утворюючи метаногідрат, який у майбутньому може використовуватись як альтернативне паливо.
Що називають явищами? Що таке хімічні явища?
Однак перетворення можна спостерігати й у лабораторних або побутових умовах.
Проведемо демонстраційні досліди, які наочно засвідчать здатність речовин до перетворень.
Дослід 1. Насиплемо на дно пробірки відому вам у побуті харчову соду (натрій гідроген карбонат) і доллємо оцту (водний розчин етанової кислоти). Закриємо пробірку корком із газовідвідною трубкою, кінець якої опустимо в склянку з вапняною водою (водний розчин кальцій гідроксиду) (рис. 1).
Рис. 1. Взаємодія харчової соди з оцтом: 1 — пробірка; 2 — корок; 3 — газовідвідна трубка; 4 — склянка
Спостерігайте за змінами, що відбуваються.
Які явища підтверджують, що відбулося хімічне перетворення?
Що, на ваш погляд, є доказом утворення вуглекислого газу?
Дослід 2. Цей дослід складається з двох частин. Спочатку наллємо окремо у дві пробірки оцет і сік лимона. Потім додамо до них по кілька крапель індикаторів 1 : до першої — розчину лакмусу, до другої — метилового оранжевого (рис. 2 а).
Спостерігайте за змінами, що відбуваються. Поясніть спостереження.
У другій частині досліду наллємо окремо у дві пробірки розчин лугу та харчової соди й так само, як і в попередній частині досліду, додамо індикатори (рис. 2 б).
Рис. 2. Зміна забарвлення індикаторів у різних середовищах: а — кислому; б — лужному
Подумайте й поясніть, де в побутових умовах ви спостерігаєте перетворення речовин.
Значення хімії для людини. Цінність хімічних знань і вмінь. Французький просвітник Д. Дідро охарактеризував значення хімії так: «Якій сфері чудодійних мистецтв не потрібні знання з хімії? Чи можуть обійтися без неї землероб, металург, фармацевт, лікар, золотих справ майстер, чеканник монет?» А перший космонавт Ю. Гагарін, оцінюючи значення хімії для своєї професії, сказав: «Ми, космонавти, за характером нашої професії, можливо, частіше, ніж будь-хто інший, стикаємося з хімією в усіх її чудодійних проявах». Ці два висловлювання досить повно окреслюють значення хімії в житті людини.
1 Індикатор — речовина, яка змінює забарвлення в різних середовищах: лакмус, метиловий оранжевий, фенолфталеїн.
Здавна люди пристосовувалися до життя в певному середовищі й водночас впливали на довкілля, шукаючи матеріали для спорудження житла та продукти харчування. Вони використовували хімічні процеси, які пізніше людством було взято за основу майбутніх потужних виробництв, пов’язаних із розвитком науки-чарівниці — хімії. Так виникла хімічна галузь, у якій розвинулися різні види хімічного виробництва: виплавлення чорних і кольорових металів (рис. 3), скла; синтез різноманітних органічних речовин і матеріалів із них: каучуків, гуми, пластмас, волокон, лаків, фарб, барвників, мийних засобів; переробка кам’яного вугілля, природного газу, нафти й нафтопродуктів (рис. 4); виробництво цементу, кераміки, бетону та залізобетонних конструкцій; виробів парфумерної промисловості й косметичних засобів; фармацевтична індустрія; виробництво харчових продуктів (харчові добавки, маргарин, білкова ікра, молочнокислі продукти тощо); виробництво мінеральних добрив, засобів захисту рослин, кормових добавок для тварин.
У наші дні успішно розвиваються такі галузі хімії, як кристалохімія, медична хімія, зелена хімія.
Нині знання з хімії визначають наше ставлення до природи, спосіб життя, добробут. Хімічні знання передусім допомагають людині зрозуміти, як функціонують живі організми й організм людини в тому числі, які зміни в них відбуваються на клітинному рівні, як можна зберегти й поліпшити стан свого здоров’я і здоров’я своїх рідних. Ці знання допоможуть зорієнтуватися у великій кількості засобів особистої гігієни та побутової хімії, обрати з них найбільш безпечні для здоров’я та довкілля, наприклад, такі, що не забруднюють води Світового океану (рис. 5). Той, хто володіє достатніми знаннями з хімії, зможе виростити високі врожаї на присадибних ділянках, не завдаючи шкоди природі.
Рис. 3. Металургійний комбінат «Азовсталь»
Рис. 4. Кременчуцький нафтопереробний завод
Рис. 5. Узбережжя Чорного моря
Значення хімії в сучасному житті людства важко переоцінити, як і важливість хімічних знань. Хімія дотична до розвитку всіх галузей господарства: промисловості й будівництва, сільського господарства, охорони здоров’я тощо. Продукція хімічної промисловості полегшує побут людини, прикрашає її життя.
Вивчення хімії сприяє розвитку інтелекту, критичного й творчого мислення, формуванню здатності до пошукової та дослідницької роботи, розв’язанню навчальних і життєвих проблем. Отже, наука хімія має велику цінність для кожного з нас і є складовою української національної культури.
ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ
- Хімія — наука про речовини, їх склад, будову, властивості й перетворення.
- Хімія — наука, яка разом з іншими природничими дисциплінами формує цілісне уявлення про світ, природу, взаємозв’язки між речовинами та явищами, суть яких полягає в перетворенні речовин.
- Хімічні знання сприяють формуванню загальної культури особистості, що проявляється в ставленні людини до речовин, умінні застосовувати їх у різних життєвих ситуаціях, розумінні та пізнанні себе й навколишнього світу.
- Хімія — важлива галузь людського знання та значуща складова господарства країн.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ
- 1. Яку інформацію про хімію як природничу науку ви отримали на уроці?
- 2. Назвіть, що є предметом вивчення хімії.
- 3. Наведіть приклади речовин, які ви використовуєте в повсякденному житті.
- 4. Яке значення для вас особисто мають знання про речовини та їх перетворення? Обґрунтуйте свою думку.
- 5. Висловіть судження про цінність хімічних знань і вмінь застосовувати їх на практиці.
3.1:2.1-Основні одиниці та символи
Скільки коштує двір? Це залежить від того, кого ви запитаєте і коли задали питання. Сьогодні у нас є стандартне визначення двору, яке ви можете побачити позначені на кожному футбольному полі. Якщо ви рухаєте м’яч десять ярдів, ви отримаєте перший вниз, і це не має значення, граєте ви в Лос-Анджелесі, Даллас, або Грін-Бей. Але свого часу цей двір довільно визначався як відстань від кінчика носа царя до кінця витягнутої руки. Звичайно, проблема там проста: новий король, нова дистанція (а потім вам доведеться заново відзначати всі ці футбольні поля).
SI Базові одиниці
Всі вимірювання залежать від використання одиниць, які добре відомі і зрозумілі. Англійська система одиниць виміру (дюйми, фути, унції і т.д.) не використовуються в науці через труднощі при перетворенні з однієї одиниці в іншу. Метрична система використовується, оскільки всі метричні одиниці базуються на кратних 10, що робить перетворення дуже простими. Метрична система була спочатку створена у Франції в 1795 році. Міжнародна система одиниць – це система вимірювань, заснована на метричній системі. Абревіатура SI зазвичай використовується для позначення цієї системи і розшифровується як французький термін, Le Système International d’Unités. СІ був прийнятий міжнародною угодою в 1960 році і складається з семи базових одиниць в табл \(\PageIndex\) .
| Кількість | Базовий блок SI | Символ |
|---|---|---|
| Довжина | метр | \(\text\) |
| Маса | кілограм | \(\text\) |
| Температура | Кельвін | \(\text\) |
| Час | другий | \(\text\) |
| Кількість речовини | рити | \(\text\) |
| Електричний струм | ампер | \(\text\) |
| Інтенсивність світла | кандела | \(\text\) |
Перші одиниці часто зустрічаються в хімії. Усі інші величини вимірювання, такі як об’єм, сила та енергія, можуть бути отримані з цих семи базових одиниць.
На жаль, метрична система не є всюдисущою
На карті нижче показано прийняття одиниць СІ в країнах світу. США законодавчо прийняли метричну систему вимірювань, але не використовують її в повсякденній практиці. Великобританія та більша частина Канади використовують комбінацію метричних та імперських одиниць.
Малюнок \(\PageIndex\) : Області світу з використанням метричної системи (зеленим кольором). Лише кілька країн повільні або стійкі до усиновлення, включаючи Сполучені Штати.
Префіксні мультиплікатори
Перетворення між метричними системними одиницями є простими, оскільки система базується на степенях десяти. Наприклад, метри, сантиметри і міліметри – це все метричні одиниці довжини. Є 10 міліметрів в 1 сантиметрі і 100 сантиметрів в 1 метрі. Метричні приставки використовуються для розрізнення одиниць різного розміру. Всі ці префікси походять від латинських або грецьких термінів. Наприклад, мега походить від грецького слова \(\mu \varepsilon \gamma \alpha \varsigma\) , що означає «великий». У таблиці \(\PageIndex\) наведено найпоширеніші метричні префікси та їх зв’язок з центральною одиницею, яка не має префікса. Length використовується як приклад для демонстрації відносного розміру кожної префіксної одиниці.
| Префікс | Абревіатура одиниці | Значення | Приклад |
|---|---|---|---|
| гіга | \(\text\) | 1 000 000 000 | 1 гігаметр \(\left( \text \right)=10^9 \: \text\) |
| мега | \(\text\) | 1 000 000 | 1 мегаметр \(\left( \text \right)=10^6 \: \text\) |
| кіло | \(\text\) | 1 000 | 1 кілометр \(\left( \text \right)=1,000 \: \text\) |
| гекто | \(\text\) | 100 | 1 гектометр \(\left( \text \right)=100 \: \text\) |
| дека | \(\text\) | 10 | 1 декаметр \(\left( \text \right)=10 \: \text\) |
| 1 | 1 метр \(\left( \text \right)\) | ||
| деці | \(\text\) | 1/10 | 1 дециметр \(\left( \text \right)=0.1 \: \text\) |
| центі | \(\text\) | 1/100 | 1 сантиметр \(\left( \text \right)=0.01 \: \text\) |
| Міллі | \(\text\) | 1/1,000 | 1 міліметр \(\left( \text \right)=0.001 \: \text\) |
| мікро | \(\mu\) | 1/1 000 000 | 1 мікрометр \(\left( \mu \text \right)=10^ \: \text\) |
| нано | \(\text\) | 1/1 000 000 000 | 1 нанометр \(\left( \text \right)=10^ \: \text\) |
| піко | \(\text \) | 1/1 000 000 000 000 | 1 пікометр \(\left( \text \right)=10^ \: \text\) |
Є кілька непарних практик з використанням метричних скорочень. Більшість скорочень мають малі регістри. Ми використовуємо ” \(\text\) ” для лічильника, а не ” \(\text\) ». Однак якщо мова йде про обсяг, то базовий агрегат «літр» скорочено позначається як « \(\text\) », а не « \(\text\) ». Таким чином, ми б написали 3.5 мілілітрів як \(3.5 \: \text\) .
Як практичне питання, коли це можливо, ви повинні виражати одиниці в невеликій і керованій кількості. Якщо ви вимірюєте вагу матеріалу, який важить \(6.5 \: \text\) , це простіше, ніж сказати, що він важить \(6500 \: \text\) або \(0.65 \: \text\) . Всі три правильні, але \(\text\) агрегати в цьому випадку роблять за невелике і легко кероване число. Однак якщо конкретній проблемі потрібні грами замість кілограмів, йдіть з грамами для консистенції.
Приклад \(\PageIndex\) : Unit Abbreviations
Дайте абревіатуру для кожної одиниці і визначте абревіатуру в терміні базової одиниці.
Рішення
| Пояснення | Відповідь | |
|---|---|---|
| a | Приставка кілограм означає «1000 ×», тому 1 кЛ дорівнює 1000 л. | кЛ |
| б | Префікс мікро передбачає 1/1000000th одиниці, тому 1 мкс дорівнює 0.000001 с. | мкс |
| c | Приставка деці означає 1/10, тому 1 дм дорівнює 0,1 м. | дм |
| d | Приставка нано означає 1/1000000000, тому нанограм дорівнює 0.000000001 г. | нг |
Вправа \(\PageIndex\)
Дайте абревіатуру для кожної одиниці і визначте абревіатуру в терміні базової одиниці.
Резюме
- Метричні префікси походять від латинських або грецьких термінів. Префікси використовуються для того, щоб зробити одиниці керованими.
- Система СІ заснована на кратних десяти. У системі СІ є сім основних одиниць. П’ять з цих одиниць зазвичай використовуються в хімії.