Najnevjerovatnije supstance. Šta je materija u fizici i hemiji

Razlika između materije i polja

Polje, za razliku od supstanci, karakterizira kontinuitet, poznata su elektromagnetna i gravitacijska polja, polje nuklearnih sila i valna polja raznih elementarnih čestica.

Moderna prirodna nauka eliminiše razliku između materije i polja, s obzirom da se i materija i polja sastoje od različitih čestica koje imaju čestično-valnu (dvostruku) prirodu. Identifikacija bliskog odnosa između polja i materije dovela je do produbljivanja ideja o jedinstvu svih oblika i strukture materijalnog svijeta.

Homogenu tvar karakterizira gustina - omjer mase tvari i njenog volumena:

Gdje ρ - gustina supstance, m- masa supstance, V- zapremina supstance.

Fizička polja nemaju takvu gustinu.

Svojstva materije

Svaka supstanca ima skup specifična svojstva- objektivne karakteristike koje određuju individualnost određene supstance i na taj način omogućavaju njeno razlikovanje od svih drugih supstanci. Najkarakterističnija fizička i hemijska svojstva obuhvataju konstante - gustinu, tačku topljenja, tačku ključanja, termodinamičke karakteristike, parametre kristalne strukture. Glavne karakteristike supstance uključuju njena hemijska svojstva.

Raznolikost supstanci

Broj supstanci je u principu neograničen; Određenom broju tvari stalno se dodaju nove tvari, kako otkrivene u prirodi, tako i umjetno sintetizirane.

Pojedinačne supstance i smeše

Agregatna stanja

Sve supstance, u principu, mogu postojati u tri agregatna stanja - čvrstom, tečnom i gasovitom. Dakle, led, tečna voda i vodena para su čvrsta, tečna i gasovita stanja iste supstance - vode H 2 O. Čvrsti, tečni i gasoviti oblici nisu individualne karakteristike supstanci, već odgovaraju samo različitim, zavisno od spoljašnjih fizičkih uslovljava stanja postojanja supstanci. Stoga je nemoguće vodi pripisati samo znak tečnosti, kiseoniku - znaku gasa, a natrijum-hloridu - znaku čvrstog stanja. Svaka od ovih (i sve druge supstance), kada se uslovi promene, može se transformisati u bilo koje drugo od tri agregatna stanja.

Prilikom prelaska sa idealnih modela čvrstog, tekućeg i gasovitog stanja u realna stanja materije, otkriveno je nekoliko graničnih međutipova, od kojih su dobro poznati amorfno (staklasto) stanje, stanje tečnog kristala i visoko elastično (polimerno). ) stanje. U tom smislu, često se koristi širi koncept „faze“.

U fizici se smatra četvrto agregatno stanje materije - plazma, djelomično ili potpuno ionizirano stanje u kojem je gustoća pozitivnih i negativnih naboja ista (plazma je električki neutralna).

Kristali

Kristali su čvrste tvari koje imaju prirodni vanjski oblik pravilnih simetričnih poliedara, na osnovu unutrašnja struktura, odnosno na jednom od nekoliko specifičnih pravilnih rasporeda sastavnih čestica materije (atoma, molekula, jona). Kristalna struktura, kao individualna za svaku supstancu, odnosi se na osnovna fizička i hemijska svojstva. Sastavne čestice ove čvrste supstance formiraju kristalnu rešetku. Ako su kristalne rešetke stereometrijski (prostorno) identične ili slične (imaju istu simetriju), onda geometrijska razlika između njih leži, posebno, u različitim udaljenostima između čestica koje zauzimaju mjesta rešetke. Udaljenosti između samih čestica nazivaju se parametri rešetke. Parametri rešetke, kao i uglovi geometrijskih poliedara, određuju se fizičkim metodama strukturne analize, na primjer, metodama rendgenske strukturne analize.

Često čvrste materije formiraju (u zavisnosti od uslova) više od jednog oblika kristalne rešetke; takvi oblici se nazivaju polimorfne modifikacije. Na primjer, među jednostavnim tvarima poznati su rombični i monoklinski sumpor, grafit i dijamant, koji su heksagonalne i kubične modifikacije ugljika; među složenim tvarima, kvarc, tridimit i kristobalit su različite modifikacije silicijum dioksida.

Organska materija

Književnost

• Hemija: Referenca. ur./ W. Schröter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak et al.: Trans. s njim. - M.: Hemija, 1989

vidi takođe

Stvar
fizika
Visoka kvaliteta karakteristika	Supstanca Hadronska materija Neutronska materija atomska supstanca

Koncept materije proučava nekoliko nauka odjednom. Pitanje šta su supstance analiziraćemo sa dve tačke gledišta - sa pozicije hemijske nauke i sa pozicije fizike.

Supstanca u hemiji i fizici

Hemičari materiju shvataju kao fizičku supstancu sa određenim skupom hemijskih elemenata. U modernoj fizici materija se smatra vrstom materije koja se sastoji od fermiona ili vrstom materije koja sadrži fermione, bozone i ima masu mirovanja. Kao i obično, materija bi se trebala sastojati od čestica, uglavnom elektrona, protona i neutrona. Protoni i neutroni formiraju atomska jezgra, a zajedno ovi elementi formiraju atome (atomsku materiju).

Svojstva materije

Gotovo svaka supstanca ima svoj jedinstveni skup svojstava. Svojstva se shvataju kao karakteristike koje ukazuju na individualnost neke supstance, što zauzvrat pokazuje njene razlike od svih drugih supstanci. Karakteristične fizičke i hemijske osobine su konstante - gustina, Razne vrste temperature, termodinamika, indikatori kristalne strukture.

Hemijska klasifikacija supstanci

U hemiji se tvari dijele na spojeve i njihove smjese. Osim toga, treba reći da su organske tvari.Jedinjenje je skup atoma koji su međusobno povezani, uzimajući u obzir određene obrasce. Treba napomenuti da je granicu između spoja i mješavine supstanci prilično teško jasno odrediti. To je zbog činjenice da znanost poznaje tvari promjenjivog sastava. Za njih je nemoguće stvoriti tačnu formulu. Osim toga, spoj je uglavnom apstrakcija, jer se u praktičnom smislu može postići samo konačna čistoća supstance koja se proučava. Bilo koji postojeći u pravi zivot uzorak je mješavina supstanci, ali sa dominacijom jedne supstance iz cijele grupe. Osim toga, treba reći šta su to organske tvari. Ova grupa složenih supstanci sadrži ugljik (proteini, ugljikohidrati).

Jednostavne i složene supstance

Jednostavne supstance (O2, O3, H2, Cl2) su one supstance koje se sastoje samo od atoma jednog hemijskog elementa. Ove supstance su oblik postojanja elemenata u slobodnom obliku. Drugim rečima, formiraju se ovi hemijski elementi koji nisu kombinovani sa drugim elementima jednostavne supstance. Nauka poznaje više od 400 vrsta takvih supstanci. Jednostavne supstance se klasifikuju prema vrsti veze između atoma. Tako se jednostavne tvari dijele na metale (Na, Mg, Al, Bi itd.) i nemetale (H 2, N 2, Br 2, Si itd.).

Kompleksne supstance su hemijska jedinjenja koja se sastoje od atoma dva ili više elemenata povezanih zajedno. Jednostavne tvari također imaju pravo nazivati ​​se kemijskim spojevima ako se njihove molekule sastoje od atoma povezanih kovalentnom vezom (dušik, kisik, brom, fluor). Ali bilo bi pogrešno inertne (plemenite) gasove i atomski vodonik nazivati ​​hemijskim jedinjenjima.

Fizička klasifikacija supstanci

Sa stanovišta fizike, supstance postoje u nekoliko agregacionih stanja – telo, tečnost i gas. Koje su čvrste tvari, na primjer, vidljive golim okom. Isto se može reći i za drugo stanje agregacije. Znamo iz škole koje tekuće tvari postoje u prirodi. Važno je napomenuti da supstanca kao što je voda može postojati u tri stanja odjednom - kao led, tečna voda i para. Tri agregatna stanja supstance se ne smatraju individualnim karakteristikama supstanci, već odgovaraju različitim, zavisno od spoljašnjih uslova postojanja supstanci. U prelasku iz agregacionih stanja u realna stanja hemijske supstance može se identifikovati niz međutipova, koji se u nauci nazivaju amorfnim ili staklastim stanjima, kao i stanja tečnog kristala i polimerna stanja. U tom smislu, naučnici često koriste koncept "faze".

Između ostalog, fizika razmatra i četvrto stanje agregacije hemijske supstance. Ovo je plazma, odnosno stanje koje je potpuno ili djelomično ionizirano, a gustoća pozitivnih i negativnih naboja u tom stanju je ista, drugim riječima, plazma je električno neutralna. Općenito, u prirodi postoji mnogo tvari, ali sada znate koje tvari postoje, a ovo je mnogo važnije.

Hemijski element, jednostavna i složena supstanca, alotropija. Relativna atomska i molekularna masa, mol, molarna masa. Valencija, oksidaciono stanje, hemijska veza, strukturna formula.

Radionica: Proračuni pomoću hemijskih formula, hemijskih jednačina.Rešavanje zadataka za pronalaženje hemijske formule supstance. Rješavanje problema korištenjem koncepta “molarne mase”. Proračuni pomoću hemijskih jednadžbi, ako je jedna od tvari uzeta u višku, ako jedna od tvari sadrži nečistoće. Rješavanje zadataka za određivanje prinosa produkta reakcije.

Hemija je nauka o supstancama, njihovim svojstvima i transformacijama koje nastaju kao rezultat hemijskih reakcija, kao i osnovnim zakonima kojima te transformacije podležu. Budući da su sve supstance sastavljene od atoma, koji zahvaljujući hemijskim vezama mogu da formiraju molekule, hemija se uglavnom bavi proučavanjem interakcija između atoma i molekula dobijenih kao rezultat takvih interakcija.

Hemijski element - određena vrsta atoma koja ima ime, serijski broj i poziciju u periodnom sistemu naziva se hemijski element. Trenutno je poznato 118 hemijskih elemenata, koji se završavaju sa Uuo (Ununoctium). Svaki element je označen simbolom koji predstavlja jedno ili dva njegova slova Latinski naziv(vodonik je označen slovom H - prvo slovo njegovog latinskog naziva Hydrogenium).

Supstanca je vrsta materije sa određenim hemijskim i fizička svojstva. Zbirka atoma, atomskih čestica ili molekula smještenih u određenom agregacijskom stanju. Fizička tijela su napravljena od supstanci (bakar je supstanca, a bakarni novčić je fizičko tijelo).

Jednostavna supstanca je supstanca koja se sastoji od atoma jednog hemijskog elementa: vodonika, kiseonika itd.

Složena supstanca je supstanca koja se sastoji od atoma različitih hemijskih elemenata: kiselina, vode itd.

Alotropija je sposobnost nekih kemijskih elemenata da postoje u obliku dvije ili više jednostavnih supstanci, različitih po strukturi i svojstvima. Na primjer: dijamant i ugalj napravljeni su od istog elementa - ugljika.

Relativna atomska masa. Relativna atomska masa elementa je omjer apsolutne mase atoma i 1/12 apsolutne mase atoma izotopa ugljika 12C. Relativna atomska masa elementa je označena simbolom Ar, gdje je r početni engleska riječ relativan (relativan).

Relativna molekulska težina. Relativna molekulska masa Mr je omjer apsolutne mase molekula i 1/12 mase atoma izotopa ugljika 12C.

Imajte na umu da su relativne mase, po definiciji, bezdimenzionalne veličine.

Dakle, mjera relativne atomske i molekularne mase je 1/12 mase atoma ugljikovog izotopa 12C, što se naziva jedinica atomske mase (amu):

Mol. U hemiji je od izuzetne važnosti posebna količina - količina supstance.

Količina supstance određena je brojem strukturnih jedinica (atoma, molekula, jona ili drugih čestica) ove supstance, obično se označava n i izražava u molovima (mol).

Mol je jedinica za količinu tvari koja sadrži isti broj strukturnih jedinica date tvari koliko ima atoma sadržanih u 12 g ugljika, koji se sastoji samo od 12C izotopa.

Avogadrov broj. Definicija mola temelji se na broju strukturnih jedinica sadržanih u 12 g ugljika. Utvrđeno je da ova masa ugljika sadrži 6,02 × 1023 atoma ugljika. Prema tome, svaka tvar s količinom od 1 mol sadrži 6,02 × 1023 strukturnih jedinica (atoma, molekula, iona).

Broj čestica 6,02 × 1023 naziva se Avogadrov broj ili Avogadrova konstanta i označava se NA:

N A = 6,02 × 10 23 mol -1

Molarna masa. Radi praktičnosti proračuna koji se provode na temelju kemijskih reakcija i uzimajući u obzir količine početnih reagensa i produkta reakcije u molovima, uvodi se koncept molarne mase tvari.

Molarna masa M supstance je omjer njene mase i količine supstance:
gdje je g masa u gramima, n je količina tvari u molovima, M je molarna masa u g/mol - konstantna vrijednost za svaku datu supstancu.
Vrijednost molarne mase je numerički ista kao relativna molekulska masa tvari ili relativna atomska masa elementa.

Valencija je sposobnost atoma hemijskih elemenata da formiraju određeni broj hemijskih veza sa atomima drugih elemenata ili broj veza koje neka supstanca može formirati.

Oksidacijsko stanje (oksidacijski broj, formalni naboj) - pomoćna konvencionalna vrijednost za bilježenje procesa oksidacije, redukcije i redoks reakcija, numerička vrijednost električnog naboja dodijeljenog atomu u molekuli pod pretpostavkom da se elektronski parovi koji vrše veza je potpuno pomaknuta prema elektronegativnijim atomima.
Ideje o stepenu oksidacije čine osnovu za klasifikaciju i nomenklaturu neorganskih jedinjenja.

Oksidacijski broj odgovara naboju jona ili formalnom naboju atoma u jedinici molekule ili formule, na primjer:

Na + Cl - , Mg 2+ Cl 2 - , N -3 H 3 - , C +2 O -2 , C +4 O 2 -2 , Cl + F - , H + N +5 O -2 3 , C -4 H 4 + , K +1 Mn +7 O -2 4 .

Oksidacijski broj je naznačen iznad simbola elementa. Za razliku od indikacije naboja jona, kod označavanja oksidacionog stanja prvo se daje znak, a zatim numerička vrijednost, a ne obrnuto.

H + N +3 O -2 2 - oksidaciono stanje, H + N 3+ O 2- 2 - naelektrisanja.

Oksidacijsko stanje atoma u jednostavnoj tvari je nula, na primjer:

O 0 3, Br 0 2, C 0.

Algebarski zbir oksidacijskih stanja atoma u molekuli je uvijek nula:

H + 2 S +6 O -2 4 , (+1 2) + (+6 1) + (-2 4) = +2 +6 -8 = 0

Hemijska veza, međusobno privlačenje atoma dovodi do stvaranja molekula i kristala. Obično se kaže da u molekulu ili u kristalu postoje hemijske veze između susjednih atoma. Hemijska veza je određena interakcijom između nabijenih čestica (jezgra i elektrona). Glavne karakteristike hemijske veze su čvrstoća, dužina, polaritet.

Svojstva su skup karakteristika po kojima se neke supstance razlikuju od drugih; mogu biti hemijske i fizičke.

Fizička svojstva su karakteristike supstance, kada se karakteriše, supstanca ne menja svoj hemijski sastav (gustina, stanje agregacije, tačke topljenja i ključanja, itd.)

Hemijska svojstva su sposobnost supstanci da stupaju u interakciju sa drugim supstancama ili da se menjaju pod uticajem određenih uslova.Rezultat je transformacija jedne supstance ili supstanci u druge supstance.

Fizičke pojave - ne nastaju nove supstance.
Hemijski fenomeni - nastaju nove supstance.

Kada se proučavaju različite oblasti nauke u okviru školskog ili univerzitetskog kursa, lako je primetiti da one vrlo često operišu konceptom materije.


Ali šta je materija u fizici i hemiji, koja je razlika između definicija ove dve nauke? Hajde da pokušamo da pogledamo izbliza.

Šta je materija u fizici?

Klasična fizika uči da je materijal od kojeg se Univerzum sastoji u jednom od dva osnovna stanja – u obliku materije i u obliku polja. U fizici se materijom naziva materija koja se sastoji od elementarnih čestica (uglavnom neutrona, protona i elektrona), formirajući atome i molekule čija masa mirovanja je različita od nule.

Materija je predstavljena raznim fizičkim tijelima koja imaju niz parametara koji se mogu objektivno izmjeriti. U svakom trenutku možete izmjeriti specifičnu težinu i gustoću ispitivane tvari, njenu elastičnost i tvrdoću, električnu provodljivost i magnetska svojstva, prozirnost, toplinski kapacitet itd.

Ovisno o vrsti tvari i vanjskim uvjetima, ovi parametri mogu varirati u prilično širokim granicama. Istovremeno, svaku vrstu tvari karakterizira određeni skup stalnih karakteristika koje odražavaju njegove pokazatelje kvalitete.

Agregatna stanja supstanci

Sve supstance koje postoje u Univerzumu mogu postojati u jednom od agregacijskih stanja:

- u obliku gasa;

- u obliku tečnosti;

- u čvrstom stanju;

- u obliku plazme.

U isto vrijeme, mnoge tvari karakteriziraju prijelazna ili granična stanja. Najčešći od njih su:

- amorfni, ili staklasti;

- tečni kristal;

- visoko elastičan.


Osim toga, neke tvari pod posebnim vanjskim uvjetima mogu se transformirati u stanja superfluidnosti i supravodljivosti.

Šta je supstanca u hemiji?

Hemijska nauka proučava supstance koje se sastoje od atoma, kao i zakone po kojima se odvijaju transformacije supstanci, koje se nazivaju hemijske reakcije. Supstance mogu biti u obliku atoma, molekula, jona, radikala, kao i njihove mješavine.

Hemija dijeli supstance na jednostavne, tj. oni koji se sastoje od atoma istog tipa i složeni koji se sastoje od različite vrste atomi. Proste supstance se nazivaju hemijski elementi: Sve supstance na svetu su napravljene od njih, kao cigle.

Tokom hemijska reakcija tvari međusobno djeluju, razmjenjujući atome i atomske grupe, što rezultira stvaranjem novih tvari. Istovremeno, hemija ne razmatra procese u kojima dolazi do promjena u atomskoj strukturi: broj i vrste atoma koji sudjeluju u reakciji uvijek ostaju nepromijenjeni.

Sve jednostavne supstance sažete su u tzv periodni sistem elemenata, koje je stvorio ruski naučnik D.I. Mendeljejev. U ovoj tabeli jednostavne supstance su raspoređene u rastućem redosledu njihovih atomskih masa i grupisane po svojstvima, što uveliko pojednostavljuje njihovo dalje proučavanje.

Organske i neorganske supstance

U modernoj hemiji uobičajeno je podijeliti sve tvari u dvije glavne grupe: neorganske i organske. Neorganske supstance uključuju:

— oksidi– jedinjenja hemijskih elemenata sa kiseonikom;

— kiseline– spojevi koji se sastoje od atoma vodika i takozvanog kiselinskog ostatka;

— sol– tvari koje se sastoje od atoma metala i kiselinskog ostatka;

— baze ili alkalije– spojevi koji se sastoje od metala i hidroksilne grupe ili više grupa;

— amfoterni hidroksidi- supstance koje imaju svojstva baza i kiselina.

Postoje i složenije veze neorganski elementi. Ukupno postoji do pola miliona sorti organska materija.


Organske supstance su jedinjenja ugljenika sa vodonikom i drugim hemijskim elementima. Uglavnom, to su složeni molekuli koji se sastoje od velika količina atomi. Postoji mnogo vrsta organskih supstanci, ovisno o njihovom sastavu i molekularnoj strukturi. Ukupno, nauka trenutno poznaje više od 20 miliona vrsta organskih supstanci.

Šta je supstanca jedno je od onih pitanja na koje se čini da je odgovor jasan, ali s druge strane, pokušajte odgovoriti na njega! Na prvi pogled, sve je jednostavno: materija je od čega se sastoje tela... nekako je ispalo nejasno. Pokušajmo to shvatiti.

Radi jednostavnosti, počnimo sa još složenijim i apstraktnijim konceptom - materijom. Danas se vjeruje da je materija objektivna stvarnost koja postoji u prostoru i mijenja se u vremenu.

Ova realnost postoji u dva oblika. Jedan od ovih oblika ima talasnu prirodu: bestežinsko stanje, kontinuitet, propusnost, sposobnost širenja brzinom svjetlosti. Priroda drugog oblika je korpuskularna: ima masu mirovanja, sastoji se od lokaliziranih čestica (atomskih jezgri i elektrona), slabo je propusna (iu nekim slučajevima potpuno neprobojna) i daleko je od brzine svjetlosti. Prvi oblik postojanja materije naziva se polje, drugi - supstancija.

Ovdje je potrebno napraviti rezervu: takva jasna podjela izvršena je u 19. stoljeću, kasnije, otkrićem čestično-valnog dualizma, to je moralo biti dovedeno u pitanje. Ispostavilo se da polje i materija imaju mnogo više zajedničkog nego što se moglo očekivati, jer čak i elektron pokazuje svojstva i čestica i talasa! Međutim, to se manifestuje u mikrokosmosu, na nivou elementarnih čestica, u makrokosmosu - na nivou tela - to nije očigledno, pa je podela na materiju i polje sasvim prikladna.

No, vratimo se na našu suštinu. Kao što se svi sjećamo iz škole, može postojati u tri stanja. Jedan od njih je čvrst: molekuli su praktično nepomični, snažno privučeni jedni drugima, tako da tijelo zadržava svoj oblik. Drugi je tečan: molekuli se mogu kretati s mjesta na mjesto, tijelo poprima oblik posude u kojoj se nalazi, a da nema svoj oblik. I na kraju - plinoviti: haotično kretanje molekula, slaba veza između njih, kao rezultat - odsustvo ne samo oblika, već i volumena: plin će ispuniti posudu bilo kojeg volumena, distribuirajući se po njemu. Bilo koja tvar može biti u takvim stanjima, samo je pitanje koji su uvjeti za to potrebni - na primjer, metalni vodonik, koji je dostupan na Jupiteru, još se ne može dobiti na Zemlji čak ni u laboratoriji.

Ali postoji i četvrto stanje materije - plazma. To je jonizovani gas – tj. plin u kojem se uz neutralne atome nalaze pozitivno i negativno nabijene čestice - ioni (atomi koji su izgubili dio elektrona) i elektroni, dok se broj pozitivno i negativno nabijenih čestica međusobno balansira - to se naziva kvazineutralnost. Ovo stanje materije je moguće sa vrlo visoke temperature– broj se kreće u hiljade Kelvina. Ovo postavlja pitanje: ako je plazma jonizovani gas, zašto bi se smatrala četvrtim agregatnim stanjem, zašto se ne bi smatrala vrstom gasa?

Ispostavilo se da ne možete! Po nekim svojstvima, plazma je suprotna od gasa. Gasovi imaju izuzetno nisku električnu provodljivost, dok plazma ima visoku električnu provodljivost. Gasovi se sastoje od čestica sličnih jedna drugoj, koje se izuzetno rijetko sudaraju, a plazma se sastoji od čestica koje se razlikuju po električni naboj, u stalnoj interakciji jedni s drugima.

Ako vam je teško da zamislite šta je plazma, nemojte se uznemiriti: vidite je svaki dan, a ako imate sreće i svake noći, jer od nje se sastoje zvezde, uključujući i naše Sunce! Čovek je takođe naučio da ga koristi: to je neonska ili argon plazma koja „radi“ u svetlećim natpisima!

Dakle, možemo sa sigurnošću govoriti ne o tri, već o četiri stanja materije... nije li to ono što su antički filozofi nagađali kada su govorili o četiri elementa postojanja: "zemlja" (čvrsto), "voda" (tečnost) ), "vazduh" (gasovit) ), "vatra" (plazma)? A mi, nerazumni potomci, još uvijek tražimo neku vrstu misticizma u tome!