Различие между веществом и полем

Поле, в отличие от веществ, характеризуется непрерывностью, известны электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля различных элементарных частиц.

Современное естествознание нивелирует различие между веществом и полем, считая, что и вещества, и поля состоят из различных частиц, обладающих корпускулярно-волновой (двойственной) природой. Выявление тесной взаимосвязи между полем и веществом привело к углублению представлений о единстве всех форм и структуры материального мира.

Однородное вещество характеризуется плотностью - отношением массы вещества к его объёму:

где ρ - плотность вещества, m - масса вещества, V - объём вещества.

Физические поля такой плотностью не обладают.

Свойства вещества

Каждому веществу присущ набор специфических свойств - объективных характеристик, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позволяют отличить его от всех других веществ. К наиболее характерным физико-химическим свойствам относятся константы - плотность, температура плавления , температура кипения , термодинамические характеристики, параметры кристаллической структуры. К основным характеристикам вещества принадлежат его химические свойства.

Разнообразие веществ

Число веществ в принципе неограниченно велико; к известному числу веществ всё время добавляются новые вещества, как открываемые в природе, так и синтезируемые искусственно.

Индивидуальные вещества и смеси

Агрегатные состояния

Все вещества в принципе могут существовать в трёх агрегатных состояниях - твёрдом, жидком и газообразном. Так, лёд, жидкая вода и водяной пар - это твёрдое, жидкое и газообразное состояния одного и того же вещества - воды H 2 O. Твёрдая, жидкая и газообразная формы не являются индивидуальными характеристиками веществ, а соответствуют лишь различным, зависящим от внешних физических условий состояниям существования веществ. Поэтому нельзя приписывать воде только признак жидкости, кислороду - признак газа, а хлориду натрия - признак твёрдого состояния. Каждое из этих (и всех других веществ) при изменении условий может перейти в любое другое из трёх агрегатных состояний.

При переходе от идеальных моделей твёрдого, жидкого и газообразного состояний к реальным состояниям вещества обнаруживается несколько пограничных промежуточных типов, общеизвестными из которых являются аморфное (стеклообразное) состояние, состояние жидкого кристалла и высокоэластичное (полимерное) состояние. В связи с этим часто пользуются более широким понятием «фаза».

В физике рассматривается четвёртое агрегатное состояние вещества - плазма , частично или полностью ионизированное состояние, в котором плотность положительных и отрицательных зарядов одинакова (плазма электронейтральна).

Кристаллы

Кристаллы - это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов). Кристаллическая структура , будучи индивидуальной для каждого вещества, относится к основным физико-химическим свойствам. Составляющие данное твёрдое вещество частицы образуют кристаллическую решётку . Если кристаллические решётки стереометрически (пространственно) одинаковы или сходны (имеют одинаковую симметрию), то геометрическое различие между ними заключается, в частности, в разных расстояниях между частицами, занимающими узлы решётки. Сами расстояния между частицами называются параметрами решётки. Параметры решётки, а также углы геометрических многогранников определяются физическими методами структурного анализа, например методами рентгеновского структурного анализа.

Часто твёрдые вещества образуют (в зависимости от условий) более чем одну форму кристаллической решётки; такие формы называются полиморфными модификациями. Например, среди простых веществ известны ромбическая и моноклинная сера , графит и алмаз , которые являются гексагональной и кубической модификациями углерода , среди сложных веществ - кварц , тридимит и кристобалит представляют собой различные модификации диоксида кремния.

Органические вещества

Литература

• Химия: Справ. изд./ В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. - М.: Химия, 1989

См. также

Материя
Физика
Качественная характеристика	Вещество Адронное вещество Нейтронное вещество Атомное вещество

по своему значению близко понятию материя, но не равнозначно ему полностью. В то время как со словом "материя" преимущественно связываются представления о грубой, инертной, мертвой действительности, в которой господствуют исключительно механические законы, вещество является "материалом", который благодаря получению формы вызывает мысли об оформленности, жизненной пригодности, облагораживании. См. Гешталъткачества.

Отличное определение

Неполное определение ↓

Вещество

по вид материи. Совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя.

Описание "вид" - морфологическое, правильное, но нас оно удовлетворить не может, так как это чисто классификационное деление, которому в реальности, в первом приближении, ничего не соответствует.

Существует гипотеза, что материя в "чистом виде"- вакуум (первый объект). Тогда: вещество - один из объектов (пятый объект) материального мира; материя в форме стоячей волны образует элементарную частицу (электрон, позитрон, протон, нейтрон и т.д.) - четвертый объект, в форме бегущей волны - фотон (третий объект), а их совокупность атом - вещество. Второй объект - поле (напряжение вакуума, подобное механическому напряжению пружины).

Здесь можно пофантазировать: есть вакуум (первый объект) и еще нечто (нулевой объект), например, апейрон, Вселенский разум, Бог и т.п., то есть то, что находится за пределами восприятия из нашего Мира и взаимодействие которого с вакуумом дает поле и вещество, дальнейшее развитие (движение и превращение) которых создает все многообразие Мира, в том числе и Жизнь. Эта фантазия несколько противоречит системе взглядов на Мир, в основе которой находится понятие материя, как вещь, "доступная нашему наблюдению".

Другой вариант: вещество, поле и вакуум - различные состояния материи (аналогично тому, как вода может пребывать в различных состояниях: газ, жидкость, твердое тело).

Вакуум - невозмущенное состояние, поле - напряженное состояние, вещество - колеблющееся состояние. Развивая мысль дальше, получим: неподвижная материя - вакуум, движущаяся в ней волна напряжения - поле, фотон, движущийся пакет стоячих волн - вещество.

Неполное определение ↓

Все химические вещества можно подразделить на два типа: чистые вещества и смеси (рис. 4.3).

Чистые вещества имеют постоянный состав и вполне определенные химические и физические свойства. Они всегда гомогенны (однородны) по составу (см. ниже). Чистые вещества в свою очередь подразделяются на простые вещества (свободные элементы) и соединения.

Простое вещество (свободный элемент)-это чистое вещество, которое не поддается разделению на более простые чистые вещества. Элементы принято подразделять на металлы и неметаллы (см. гл. 11).

Соединение-это чистое вещество, состоящее из двух или нескольких элементов, связанных между собой в постоянных и определенных отношениях. Например, соединение диоксид углерода (CO2) состоит из двух элементов - углерода и кислорода. Диоксид углерода неизменно содержит 27, 37% углерода и 72,73% кислорода по массе. Это утверждение в равной мере относится к образцам диоксида углерода, полученным на Северном полюсе, Южном полюсе, в пустыне Сахара или на Луне. Таким образом, в диоксиде углерода углерод и кислород всегда связаны в постоянном и строго определенном отношении.

Рис. 4.3. Классификация химических веществ

Смеси-это вещества, состоящие из двух или нескольких чистых веществ. Они имеют произвольный состав. В некоторых случаях смеси состоят из одной фазы и тогда называются гомогенными (однородными). Примером гомогенной смеси являются растворы. В других случаях смеси состоят из двух или нескольких фаз. Тогда они называются гетерогенными (неоднородными). Примером гетерогенных смесей является почва.

Типы частиц. Все химические вещества-простые вещества (элементы), соединения или смеси-состоят из частиц одного из трех типов, с которыми мы уже познакомились в предыдущих главах. Этими частицами являются:

• атомы (атом состоит из электронов, нейтронов и протонов, см. гл. 1; атом каждого элемента характеризуется определенным числом протонов в его ядре, и это число называется атомным номером соответствующего элемента);
• молекулы (молекула состоит из двух или нескольких атомов, связанных между собой в целочисленном отношении);
• ионы (ион представляет собой электрически заряженный атом или группу атомов; заряд иона обусловлен присоединением или потерей электронов).

Элементарные химические частицы. Элементарная химическая частица-это любой химически или изотопически индивидуальный атом, молекула, ион, радикал, комплекс и т.п., поддающийся идентификации как отдельная видовая единица. Совокупность одинаковых элементарных химических частиц образует химический вид. Химические названия, формулы и уравнения реакций могут относится в зависимости от контекста либо к элементарным частицам, либо к химическим видам*. Введенное выше понятие химическое вещество относится к химическому виду, который может быть получен в достаточном количестве, допускающем обнаружение его химических свойств.

Основной вопрос, на который должен знать ответ человек для правильного понимания картины мира - что такое вещество в химии. Данное понятие формируется ещё в школьном возрасте и направляет ребёнка в дальнейшем развитии. Приступая к изучению химии важно найти точки соприкосновения с ней на бытовом уровне, это позволяет наглядно и доступно разъяснить те или иные процессы, определения, свойства и т.д.

К сожалению, в силу неидеальности системы образования, многие упускают некоторые фундаментальные азы. Понятие «вещество в химии» - это своего рода краеугольный камень, своевременное усвоение данного определения даёт человеку правильный старт в последующем развитии в области естествознания.

Формирование понятия

Перед тем как перейти к понятию вещества, необходимо определить, чем является предмет химии. Вещества - это то, что непосредственно изучает химия, их взаимные превращения, строение и свойства. В общем понимании вещество - это то, из чего состоят физические тела.

Итак, в химии? Сформируем определение путём перехода от общего понятия к чисто химическому. Вещество - это определённый обязательно имеющий массу, которую можно измерить. Данная характеристика отличает вещество от другого вида материи - поля, которое массы не имеет (электрическое, магнитное, биополе и т.д.). Материя, в свою очередь, - это то, из чего созданы мы и всё, что нас окружает.

Несколько другая характеристика материи, определяющая то, из чего конкретно она состоит - это уже предмет химии. Вещества сформированы атомами и молекулами (некоторые ионами), а значит любая субстанция, состоящая из этих формульных единиц, и есть вещество.

Простые и сложные вещества

После усвоения базового определения можно перейти к его усложнению. Вещества бывают различных уровней организации, то есть простые и сложные (или соединения) - это самое первое деление на классы веществ, химия имеет множество последующих разделений, подробных и более сложных. Эта классификация, в отличие от многих других, имеет строго определённые границы, каждое соединение можно чётко отнести к одному из видов, взаимоисключающих друг друга.

Простое вещество в химии - это соединение, состоящее из атомов только одного элемента из периодической таблицы Менделеева. Как правило, это бинарные молекулы, то есть состоящие из двух частиц, соединённых посредством ковалентной неполярной связи - образования общей неподелённой электронной пары. Так, атомы одного и того же химического элемента имеют идентичную электроотрицательность, то есть способность удерживать общую электронную плотность, поэтому она не смещена ни к одному из участников связи. Примеры простых веществ (неметаллы) - водород и кислород, хлор, йод, фтор, азот, сера и т.д. Из трёх атомов состоит молекула такого вещества, как озон, а из одного - всех благородных газов (аргона, ксенона, гелия и т.д.). В металлах (магнии, кальции, меди т.д.) существует свой собственный тип связи - металлический, осуществляющийся за счёт обобществления свободных электронов внутри металла, а образования молекул как таковых не наблюдается. При записи вещества металла указывается просто символ химического элемента без каких-либо индексов.

Простое вещество в химии, примеры которого были приведены выше, отличается от сложного качественным составом. Химические соединения образованы атомами разных элементов, от двух и более. В таких веществах имеет место ковалентный полярный или ионный тип связывания. Так как разные атомы имеют отличающуюся электроотрицательность, то при образовании общей электронной пары происходит её сдвиг в сторону более электроотрицательного элемента, что приводит к общей поляризации молекулы. Ионный тип - это крайний случай полярного, когда пара электронов полностью переходит к одному из участников связывания, тогда атомы (или их группы) превращаются в ионы. Чёткой границы, между этими типами нет, ионную связь можно интерпретировать как ковалентную сильно полярную. Примеры сложных веществ - вода, песок, стекло, соли, оксиды и т.д.

Модификации веществ

Вещества, именуемые простыми, на самом деле имеют уникальную особенность, которая не присуща сложным. Некоторые химические элементы могут образовывать несколько форм простого вещества. В основе всё так же лежит один элемент, но количественный состав, строение и свойства кардинально отличают такие образования. Эта особенность имеет название аллотропии.

Кислород, сера, углерод и другие элементы имеют несколько Для кислорода - это О 2 и О 3 , углерод даёт четыре типа веществ - карбин, алмаз, графит и фуллерены, молекула серы бывает ромбической, моноклинной и пластической модификации. Такое простое вещество в химии, примеры которого не ограничены вышеперечисленными, имеет огромное значение. В частности, фуллерены используются как полупроводники в технике, фоторезисторы, добавки для роста алмазных плёнок и в других целях, а в медицине это мощнейшие антиоксиданты.

Что происходит с веществами?

Каждую секунду внутри и вокруг происходит превращение веществ. Химия рассматривает и объясняет те процессы, которые идут с качественным и/или количественным изменением состава реагирующих молекул. Параллельно, часто взаимосвязано протекают и физические превращения, которые характеризуются лишь изменением формы, цвета веществ или агрегатного состояния и некоторых других характеристик.

Химические явления - это реакции взаимодействия различных видов, например, соединения, замещения, обмена, разложения, обратимые, экзотермические, окислительно-восстановительные и т.д., в зависимости от изменения интересующего параметра. К относят: испарение, конденсацию, сублимацию, растворение, замерзание, электропроводимость и т.д. Часто они сопровождают друг друга, например, молния во время грозы - это физический процесс, а выделение под её действием озона - химический.

Физические свойства

Вещество в химии - это материя, которой присущи определённые физические свойства. По их наличию, отсутствию, степени и интенсивности можно спрогнозировать, как вещество поведёт себя в тех или иных условиях, а также объяснить некоторые химические особенности соединений. Так, например, высокие температуры кипения органических соединений, в которых есть водород и электроотрицательный гетероатом (азот, кислород и т.д.), свидетельствуют о том, что в веществе проявляется такой химический тип взаимодействия, как водородная связь. Благодаря знанию о том, какие вещества имеют наилучшую способность проводить электрический ток, кабеля и провода электропроводки изготавливаются именно из определённых металлов.

Химические свойства

Установлением, исследованием и изучением другой стороны медали свойств занимается химия. с её точки зрения - это их реакционная способность к взаимодействию. Некоторые вещества крайне активны в этом смысле, например, металлы или любые окислители, а другие, благородные (инертные) газы, при нормальных условиях в реакции практически не вступают. Химические свойства можно активировать или пассивировать при необходимости, иногда это не связано с особыми трудностями, а в некоторых случаях приходится нелегко. Учёные проводят многие часы в лабораториях, методом проб и ошибок добиваясь поставленных целей, иногда и не достигают их. Изменяя параметры окружающей среды (температуру, давление и т.д.) или применяя специальные соединения - катализаторы или ингибиторы - можно повлиять на химические свойства веществ, а значит и на ход реакции.

Классификация химических веществ

В основе всех классификаций лежит разделение соединений на органические и неорганические. Главный элемент органики - это углерод, соединяясь друг с другом и гидрогеном, атомы карбона образуют углеводородный скелет, который после заполняется другими атомами (кислородом, азотом, фосфором, серой, галогенами, металлами и другими), замыкается в циклы или разветвляется, обосновывая тем самым большое разнообразие органических соединений. На сегодняшний день науке известны 20 миллионов таких веществ. В то время как минеральных соединений всего лишь полмиллиона.

Каждое соединение индивидуально, но имеет и множество похожих черт с другими в свойствах, строении и составе, на этой основе происходит группировка в классы веществ. Химия имеет высокий уровень систематизации и организации, это точная наука.

Неорганические вещества

1. Оксиды - бинарные соединения с кислородом:

а) кислотные - при взаимодействии с водой дают кислоту;

б) основные - при взаимодействии с водой дают основание.

2. Кислоты - вещества, состоящие из одного или нескольких протонов водорода и кислотного остатка.

3. Основания (щёлочи) - состоят из одной или нескольких гидроксильных групп и атома металла:

а) амфотерные гидроксиды - проявляют свойства и кислот и оснований.

4. Соли - результат между кислотой и щелочью (растворимым основанием), состоят из атома металла и одного или нескольких кислотных остатков:

а) кислые соли - анион кислотного остатка имеет в составе протон, результат неполной диссоциации кислоты;

б) основные соли - с металлом связана гидроксильная группа, результат неполной диссоциации основания.

Органические соединения

Классов веществ в органике великое множество, такой объём информации сложно сразу запомнить. Главное, знать основные разделения на алифатические и циклические соединения, карбоциклические и гетероциклические, предельные и непредельные. Также углеводороды имеют множество производных, в которых атом гидрогена замещён на галоген, кислород, азот и другие атомы, а так же функциональные группы.

Вещество в химии - это основа сущестования. Благодаря органическому синтезу человек на сегодняшний день имеет огромное количество искусственных веществ, заменяющих натуральные, а также не имеющих аналогов по своим характеристикам в природе.