Все, что существует вокруг нас, современная наука называет материей. Ее разнообразные виды, от мельчайших песчинок до гигантских планет, и образуют этот огромный удивительный мир.
Материя встречается нам в двух формах. Первая форма материи, частицы которой обладают массой, называется веществом. Вещества — это воздух, вода, животные и растительные ткани, огромное множество других материалов. Ко второй форме материи относятся поля. С помощью различных полей частицы вещества взаимодействуют друг с другом. Например, благодаря гравитационному полю, Земля притягивает к себе всех своих обитателей. Свет, радиоволны, рентгеновское излучение — все это примеры полей (рис. 1).
Объекты, состоящие из веществ, называются макроскопическими телами: их можно увидеть, потрогать, попробовать на вкус. Таким образом, железо, стекло и глина — это вещества, а шуруп, стакан и глиняная фигурка — тела (рис. 2).
Каждое макроскопическое тело состоит из более мелких частиц. Наименьшая частица вещества, сохраняющая все его свойства называется молекулой. Давайте представим, например, что у нас есть капля воды и мы разделяем ее на две более мелкие капли. Затем одну из них — на две еще более мелкие капли, и так далее, пока, наконец, перед нами не окажется настолько маленькая «капелька», что разделить ее будет уже невозможно. Это и есть молекула (рис. 3).
Рис. 3
Молекула воды
В основе иллюстрации лежит лицензионная фотография
Молекулы могут быть самыми разными (рис. 4): длинными, симметричными, разветвленными, замкнутыми в кольца и закрученными в спираль; размеры самых больших из них имеют величину порядка 10–7м (можно разглядеть в микроскоп), самых маленьких — 10–10м.
Рис. 4
Молекулы трех веществ: воды, углекислого газа, уксусной кислоты
Вещества, состоящие из одинаковых молекул, называются чистыми, однако в природе их практически нет: абсолютное большинство веществ существует только в составе различных смесей. Например, молоко — смесь воды, белков, жиров и углеводов, а воздух — смесь азота, кислорода и некоторых других газов.
Молекулы состоят из более мелких частиц — атомов; именно атомы изображены в виде шариков на рис. 3 и 4. На сегодня известно более 1 800 различных атомов, однако многие из них очень похожи друг на друга и незначительно различаются лишь своей массой. Такие атомы объединили под общим названием химический элемент (рис. 5).
Элементов уже значительно меньше — всего 118. Таким образом, каждый элемент объединяет в себе от 2 до 29 похожих атомов. Химические элементы собраны в периодической системе элементов, первый вариант которой составил в 1869 году величайший русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев (рис. 6).
Названия некоторых элементов, как и сами эти элементы, известны с незапамятных времен (медь, серебро, золото), другие были названы в честь выдающихся ученых (резерфордий) или даже в честь целых государств (германий). Русскоязычное произношение элементов, используемое в устной речи, может совпадать:
с символом, например: водород, H — произносится «аш»;
с латинским называнием, например: кремний, Si — произносится «сили́циум»;
с русским называнием, например: алюминий, Al — произносится «алюминий».
Названия и произношение элементов, у которых произношение совпадает либо с символом, либо с латинским названием, приведены в таблице. У всех остальных элементов, которые в эту таблицу не вошли, произношение будет совпадать с русским названием.
Итак, мы уже знаем, что атомы способны соединяться между собой, образуя молекулы. Силы, которые удерживают атомы вместе, называются химическими связями. Они чем-то напоминают гравитацию, которая не позволяет нам просто так оторваться от поверхности Земли и улететь в открытый космос (рис. 8). Таким образом, молекулу, на самом деле, можно описать с двух точек зрения:
это наименьшая частица вещества, сохраняющая все его свойства;
это система взаимодействующих атомов, соединенных друг с другом посредством химических связей.
Превращения одних веществ в другие называются химическими реакциями. Вокруг нас постоянно протекают самые разные химические реакции. При сгорания топлива в двигателе самолета смесь одних веществ, называемая керосином, превращается в другие вещества — выхлопные газы. В ясный день их можно наблюдать на небе в виде белой полосы, тянущейся за самолетом. Или, например, ржавчина — вещество, образующееся в результате химической реакции железа с кислородом в присутствии влаги (рис. 9).
Кроме химических реакций, вещества могут участвовать так же и в физических процессах. Физическим процессом называется процесс, в котором изменяются какие-либо свойства вещества, а само вещество остается неизменным. Примером физического процесса является таяние снега: одно и то же вещество — вода — переходит из твердого состояния в жидкое.
В химии принято говорить на языке химических формул, роль букв в котором исполняют символы химических элементов. Химические формулы бывают трех видов — истинные, эмпирические и структурные. Истинная формула показывает точное количество атомов каждого элемента в одной молекуле. Этому количеству отвечает индекс — маленькая цифра после символа соответствующего элемента. Если индекс равен 1, т. е. в молекуле присутствует только один атом данного элемента, то такой индекс не указывают:
Эмпири́ческая (или простейшая) формула показывает только соотношение атомов в молекуле. Для того, чтобы перейти от истинной формулы к эмпирической, нужно разделить все индексы в истинной формуле на их наибольший общий делитель. В случае воды эмпирическая формула совпадает с истинной, в случае уксусной кислоты — нет:
И, наконец, стоит отметить, что существует множество веществ, содержащих в молекуле несколько одинаковых групп атомов. В этом случае группу берут в круглые скобки, а количество таких групп обозначают индексом после всей скобки, например:
Произносятся химические формулы в той же последовательности, что и пишутся: H2O — «аш два о», C2H4O2 — «це два аш четыре о два». Если индекс относится к группе атомов, то он произносится с суффиксом -жды: Ca(OH)2 — «кальций о аш дважды».
Здесь можно потренироваться в произношении химических формул