მთავარი კითხვა, რომელზეც ადამიანმა უნდა იცოდეს პასუხი სამყაროს სურათის სწორად გასაგებად, არის რა არის ნივთიერება ქიმიაში. ეს კონცეფცია ყალიბდება სასკოლო ასაკში და წარმართავს ბავშვს შემდგომ განვითარებაში. ქიმიის შესწავლის დაწყებისას მნიშვნელოვანია მასთან საერთო ენის პოვნა ყოველდღიურ დონეზე, ეს საშუალებას გაძლევთ ნათლად და მარტივად ახსნათ გარკვეული პროცესები, განმარტებები, თვისებები და ა.შ.
სამწუხაროდ, განათლების სისტემის არასრულყოფილების გამო, ბევრ ადამიანს აკლია რამდენიმე ფუნდამენტური საფუძვლები. ცნება „ნივთიერება ქიმიაში“ერთგვარი ქვაკუთხედია, ამ განსაზღვრების დროული ათვისება ადამიანს აძლევს სწორ დაწყებას საბუნებისმეტყველო დარგის შემდგომ განვითარებაში.
კონცეფციის ფორმირება
მატერიის ცნებაზე გადასვლამდე აუცილებელია განვსაზღვროთ რა არის ქიმიის საგანი. ნივთიერებები არის ის, რასაც ქიმია უშუალოდ სწავლობს, მათ ურთიერთ გარდაქმნებს, სტრუქტურასა და თვისებებს. ზოგადი გაგებით, მატერია არის ის, რისგან შედგება ფიზიკური სხეულები.
მაშ, რა არის ნივთიერება ქიმიაში? მოდით ჩამოვაყალიბოთ განმარტება ზოგადი კონცეფციიდან წმინდა ქიმიურზე გადასვლით. ნივთიერება არის გარკვეული ტიპის მატერია, რომელსაც აუცილებლად აქვს მასა, რომელიცშეიძლება გაიზომოს. ეს მახასიათებელი განასხვავებს მატერიას სხვა ტიპის მატერიისგან - ველისგან, რომელსაც არ აქვს მასა (ელექტრული, მაგნიტური, ბიოველი და ა.შ.). მატერია, თავის მხრივ, არის ის, რისგანაც ჩვენ და ყველაფერი ჩვენს გარშემოა შექმნილი.
მატერიის ოდნავ განსხვავებული მახასიათებელი, რომელიც განსაზღვრავს რისგან შედგება - ეს უკვე ქიმიის საგანია. ნივთიერებები წარმოიქმნება ატომებისა და მოლეკულების (ზოგიერთი იონების) მიერ, რაც ნიშნავს, რომ ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც შედგება ამ ფორმულის ერთეულებისგან, არის ნივთიერება.
მარტივი და რთული ნივთიერებები
ძირითადი განმარტების დაუფლების შემდეგ, შეგიძლიათ გადახვიდეთ მის გართულებაზე. ნივთიერებები მოდის ორგანიზაციის სხვადასხვა დონეზე, ანუ მარტივი და რთული (ან ნაერთები) - ეს არის პირველი დაყოფა ნივთიერებების კლასებად, ქიმიას აქვს მრავალი შემდგომი დაყოფა, დეტალური და უფრო რთული. ამ კლასიფიკაციას, ბევრი სხვასგან განსხვავებით, აქვს მკაცრად განსაზღვრული საზღვრები, თითოეული კავშირი აშკარად შეიძლება მიეკუთვნოს ერთ-ერთ ურთიერთგამომრიცხავ სახეობას.
ქიმიაში მარტივი ნივთიერება არის ნაერთი, რომელიც შედგება მენდელეევის პერიოდული სისტემის მხოლოდ ერთი ელემენტის ატომებისგან. როგორც წესი, ეს არის ორობითი მოლეკულები, ანუ შედგება ორი ნაწილაკისგან, რომლებიც დაკავშირებულია კოვალენტური არაპოლარული ბმის საშუალებით - საერთო მარტოხელა ელექტრონული წყვილის ფორმირება. ასე რომ, ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტის ატომებს აქვთ იდენტური ელექტრონეგატიურობა, ანუ საერთო ელექტრონის სიმკვრივის შენარჩუნების უნარი, ამიტომ იგი არ არის გადატანილი ბმის რომელიმე მონაწილეზე. მარტივი ნივთიერებების მაგალითები (არამეტალები) -წყალბადი და ჟანგბადი, ქლორი, იოდი, ფტორი, აზოტი, გოგირდი და ა.შ. ისეთი ნივთიერების მოლეკულა, როგორიც არის ოზონი, შედგება სამი ატომისგან, ხოლო ყველა კეთილშობილი აირი (არგონი, ქსენონი, ჰელიუმი და ა.შ.) ერთისგან შედგება. ლითონებში (მაგნიუმი, კალციუმი, სპილენძი და ა.შ.) არის ბმის საკუთარი ტიპი - მეტალიკი, რომელიც ხორციელდება ლითონის შიგნით თავისუფალი ელექტრონების სოციალიზაციის გამო და მოლეკულების წარმოქმნა, როგორც ასეთი, არ შეინიშნება. ლითონის ნივთიერების ჩაწერისას უბრალოდ ქიმიური ელემენტის სიმბოლო მიეთითება ყოველგვარი ინდექსის გარეშე.
მარტივი ნივთიერება ქიმიაში, რომლის მაგალითები ზემოთ იყო მოყვანილი, კომპლექსურისაგან განსხვავდება თვისებრივი შემადგენლობით. ქიმიური ნაერთები წარმოიქმნება სხვადასხვა ელემენტების ატომებით, ორი ან მეტიდან. ასეთ ნივთიერებებში ხდება კოვალენტური პოლარული ან იონური ტიპის შეკვრა. ვინაიდან სხვადასხვა ატომს აქვს განსხვავებული ელექტრონეგატიურობა, როდესაც წარმოიქმნება საერთო ელექტრონული წყვილი, ის გადადის უფრო ელექტროუარყოფითი ელემენტისკენ, რაც იწვევს მოლეკულის საერთო პოლარიზაციას. იონური ტიპი არის პოლარულის უკიდურესი შემთხვევა, როდესაც ელექტრონების წყვილი მთლიანად გადადის ერთ-ერთ შემაკავშირებელ მონაწილეზე, მაშინ ატომები (ან მათი ჯგუფები) იონებად იქცევა. ამ ტიპებს შორის არ არსებობს მკაფიო საზღვარი, იონური ბმა შეიძლება განიმარტოს, როგორც კოვალენტური ძლიერ პოლარული. რთული ნივთიერებების მაგალითებია წყალი, ქვიშა, მინა, მარილები, ოქსიდები და ა.შ.
სუბსტანციის ცვლილებები
ნივთიერებებს, რომლებსაც მარტივს უწოდებენ, რეალურად აქვთ უნიკალური თვისება, რომელიც არ არის თანდაყოლილი რთული ნივთებისთვის. ზოგიერთ ქიმიურ ელემენტს შეუძლია შექმნას რამდენიმე ფორმამარტივი ნივთიერება. საფუძველი ჯერ კიდევ ერთი ელემენტია, მაგრამ რაოდენობრივი შემადგენლობა, სტრუქტურა და თვისებები რადიკალურად განასხვავებს ასეთ წარმონაქმნებს. ამ მახასიათებელს ალოტროპია ჰქვია.
ჟანგბადს, გოგირდს, ნახშირბადს და სხვა ელემენტებს აქვთ რამდენიმე ალოტროპული მოდიფიკაცია. ჟანგბადისთვის ეს არის O2 და O3, ნახშირბადი იძლევა ოთხი სახის ნივთიერებას - კარაბინს, ბრილიანტს, გრაფიტს და ფულერენებს, გოგირდის მოლეკულა არის რომბული, მონოკლინიკური და პლასტიკური მოდიფიკაცია. ქიმიაში ასეთ მარტივ ნივთიერებას, რომლის მაგალითები არ შემოიფარგლება მხოლოდ ზემოთ ჩამოთვლილით, დიდი მნიშვნელობა აქვს. კერძოდ, ფულერენი გამოიყენება როგორც ნახევარგამტარები ტექნოლოგიაში, ფოტორეზისტორები, დანამატები ალმასის ფენების ზრდისთვის და სხვა მიზნებისთვის, ხოლო მედიცინაში ისინი ძლიერი ანტიოქსიდანტებია.
რა ემართება ნივთიერებებს?
ყოველ წამს შიგნით და ირგვლივ ხდება ნივთიერებების ტრანსფორმაცია. ქიმია განიხილავს და განმარტავს იმ პროცესებს, რომლებიც თან ახლავს ხარისხობრივ და/ან რაოდენობრივ ცვლილებას მოლეკულების შემადგენლობის ხარისხში. პარალელურად, ხშირად ურთიერთდაკავშირებული, ასევე ხდება ფიზიკური გარდაქმნები, რომლებიც ხასიათდება მხოლოდ ნივთიერების ფორმის, ფერის ან აგრეგაციის მდგომარეობის ცვლილებით და ზოგიერთი სხვა მახასიათებლით.
ქიმიური ფენომენი არის სხვადასხვა სახის ურთიერთქმედების რეაქციები, მაგალითად, ნაერთები, ჩანაცვლება, გაცვლა, დაშლა, შექცევადი, ეგზოთერმული, რედოქსი და ა.შ., რაც დამოკიდებულია ინტერესის პარამეტრის ცვლილებაზე. ფიზიკურ მოვლენებს მიეკუთვნება: აორთქლება, კონდენსაცია, სუბლიმაცია, დაშლა, გაყინვა, ელექტრული გამტარობა.და ა.შ. ხშირად ისინი თან ახლავს ერთმანეთს, მაგალითად, ჭექა-ქუხილის დროს ელვა არის ფიზიკური პროცესი, ხოლო ოზონის გამოყოფა მისი მოქმედებით არის ქიმიური.
ფიზიკური თვისებები
ქიმიაში ნივთიერება არის მატერია, რომელსაც აქვს გარკვეული ფიზიკური თვისებები. მათი ყოფნის, არარსებობის, ხარისხისა და ინტენსივობის მიხედვით შეიძლება წინასწარ განსაზღვროთ, თუ როგორ მოიქცევა ნივთიერება გარკვეულ პირობებში, ასევე ახსნათ ნაერთების ზოგიერთი ქიმიური მახასიათებელი. მაგალითად, ორგანული ნაერთების მაღალი დუღილის წერტილები, რომლებიც შეიცავს წყალბადს და ელექტროუარყოფით ჰეტეროატომს (აზოტი, ჟანგბადი და ა. იმის ცოდნის წყალობით, თუ რომელ ნივთიერებებს აქვთ ელექტრული დენის გატარების საუკეთესო უნარი, ელექტრული გაყვანილობის კაბელები და მავთულები მზადდება გარკვეული ლითონისგან.
ქიმიური თვისებები
თვისებათა მონეტის მეორე მხარის დაარსება, კვლევა და შესწავლა არის ქიმია. ნივთიერებების თვისებები მისი თვალსაზრისით არის მათი რეაქტიულობა ურთიერთქმედების მიმართ. ზოგიერთი ნივთიერება უკიდურესად აქტიურია ამ თვალსაზრისით, მაგალითად, ლითონები ან ნებისმიერი ჟანგვის აგენტი, ზოგი კი, კეთილშობილი (ინერტული) აირები, პრაქტიკულად არ შედის რეაქციებში ნორმალურ პირობებში. ქიმიური თვისებები შეიძლება გააქტიურდეს ან პასივირდეს საჭიროებისამებრ, ზოგჯერ დიდი სირთულის გარეშე და ზოგიერთ შემთხვევაში არც ისე მარტივად. მეცნიერები ბევრ საათს ატარებენ ლაბორატორიებში, ცდისა და შეცდომის გზით, რათა მიაღწიონ თავიანთ მიზნებს.მიზნები, ზოგჯერ ისინი არ მიიღწევა. გარემოს პარამეტრების შეცვლით (ტემპერატურა, წნევა და ა.შ.) ან სპეციალური ნაერთების - კატალიზატორების ან ინჰიბიტორების გამოყენებით - შესაძლებელია ნივთიერებების ქიმიურ თვისებებზე და შესაბამისად რეაქციის მიმდინარეობაზე ზემოქმედება.
ქიმიკატების კლასიფიკაცია
ყველა კლასიფიკაცია ეფუძნება ნაერთების ორგანულ და არაორგანულ დაყოფას. ორგანული ნივთიერებების ძირითადი ელემენტია ნახშირბადი, რომელიც აერთიანებს ერთმანეთს და წყალბადს, ნახშირბადის ატომები ქმნიან ნახშირწყალბადის ჩონჩხს, რომელიც შემდეგ ივსება სხვა ატომებით (ჟანგბადი, აზოტი, ფოსფორი, გოგირდი, ჰალოგენები, ლითონები და სხვა), იხურება ციკლებში ან ტოტებში., რითაც ამართლებს ორგანული ნაერთების მრავალფეროვნებას. დღეისათვის მეცნიერებისთვის ცნობილია 20 მილიონი ასეთი ნივთიერება. მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს მხოლოდ ნახევარი მილიონი მინერალური ნაერთი.
თითოეული ნაერთი ინდივიდუალურია, მაგრამ მას ასევე აქვს მრავალი მსგავსი თვისება სხვებთან თვისებებით, სტრუქტურით და შემადგენლობით, ამის საფუძველზე ხდება ნივთიერებების კლასებად დაჯგუფება. ქიმიას აქვს მაღალი დონის სისტემატიზაცია და ორგანიზაცია, ის ზუსტი მეცნიერებაა.
არაორგანული ნივთიერებები
1. ოქსიდები არის ორობითი ნაერთები ჟანგბადთან:
ა) მჟავე - წყალთან ურთიერთობისას ისინი აძლევენ მჟავას;
ბ) ძირითადი - წყალთან ურთიერთობისას ისინი აძლევენ საფუძველს.
2. მჟავები არის ნივთიერებები, რომლებიც შედგება ერთი ან მეტი წყალბადის პროტონისა და მჟავის ნარჩენებისგან.
3. ფუძეები (ტუტეები) - შედგება ერთი ან მეტი ჰიდროქსილის ჯგუფისა და ლითონის ატომისგან:
ა) ამფოტერული ჰიდროქსიდები - ავლენენ როგორც მჟავებს, ასევე ფუძეებს.
4. მარილები არის ნეიტრალიზაციის რეაქციის შედეგი მჟავასა და ტუტეს (ხსნად ფუძეს) შორის, რომელიც შედგება ლითონის ატომისა და ერთი ან მეტი მჟავის ნარჩენებისგან:
ა) მჟავა მარილები - მჟავას ნარჩენის ანიონი შეიცავს პროტონს, მჟავის არასრული დისოციაციის შედეგი;
ბ) ძირითადი მარილები - ჰიდროქსილის ჯგუფი შეკრულია ლითონთან, ფუძის არასრული დისოციაციის შედეგი.
ორგანული ნაერთები
ორგანულ ნივთიერებებში უამრავი კლასის ნივთიერებაა, ძნელია ამხელა მოცულობის ინფორმაციის ერთდროულად დამახსოვრება. მთავარია ვიცოდეთ ძირითადი დაყოფა ალიფატურ და ციკლურ ნაერთებად, კარბოციკლურ და ჰეტეროციკლურ, გაჯერებულ და უჯერი ნაერთებად. ნახშირწყალბადებს ასევე აქვთ მრავალი წარმოებული, რომლებშიც წყალბადის ატომი იცვლება ჰალოგენით, ჟანგბადით, აზოტით და სხვა ატომებით, ასევე ფუნქციური ჯგუფებით.
ნივთიერება ქიმიაში არის არსებობის საფუძველი. ორგანული სინთეზის წყალობით, დღეს ადამიანს აქვს უზარმაზარი ხელოვნური ნივთიერებები, რომლებიც ცვლის ბუნებრივ ნივთიერებებს და ასევე არ გააჩნიათ ანალოგი ბუნებაში მათი მახასიათებლებით.
