§ 1. Предмет химии. Роль химии в жизни человека

То, из чего состоят физические тела.

• Все окружающие нас объекты живой и неживой природы представляют собой физические тела
• Каждое вещество обладает уникальным набором физических и химических свойств

Признаки, по которым вещества сходны между собой или отличаются друг от друга.

• Включают агрегатное состояние при заданных условиях, цвет, запах, плотность, температуры плавления и кипения
• Характеризуются теплопроводностью, электропроводностью, твёрдостью и пластичностью

Физические характеристики наиболее изученных веществ, принятые в качестве эталонов (образцов, мерил) для измерения физических величин.

• Температура замерзания чистой воды (0 °C) и температура её кипения (100 °C) лежат в основе температурной шкалы Цельсия
• Нагревание 1 г воды на 1 °C принято за единицу теплоты — калорию
• Высокая плотность столба ртути используется как эталон в барометре Торричелли для измерения атмосферного давления
• Десять эталонных минералов от талька (1) до алмаза (10) образуют шкалу твёрдости Мооса

Материал представляет собой вещество или смесь веществ, используемых для изготовления изделий и конструкций, а материаловедение изучает их строение и свойства для создания продуктов с заданными параметрами.

• Свойства материала определяют область его практического применения
• Примеры: сплавы алюминия в авиастроении, полупроводниковый кремний в электронике

Явления, при которых из одних веществ образуются другие, новые вещества с иными свойствами.

• Сопровождаются изменением цвета, выпадением осадка, выделением газа, тепла или света
• Изучением сущности и закономерностей протекания этих процессов занимается химия

Химия служит фундаментальной базой для производства лекарств, полимеров, синтетических тканей, минеральных удобрений, источников энергии и микроэлектроники.

• Обеспечивает повышение качества и продолжительности жизни человека
• Требует научно обоснованного применения во избежание экологических угроз

Противоположные типы отношения общества к химической науке и промышленности.

• Хемофилия — положительное отношение к химии, восхищение её созидательным потенциалом (выраженное М. В. Ломоносовым: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие...»)
• Хемофобия — предубеждение и необоснованный страх перед химией, порождённый экологическими проблемами, загрязнением биосферы и бытовой неграмотностью

Великий русский учёный-энциклопедист, химик, физик и естествоиспытатель, основоположник отечественной химической науки и создатель первой в России университетской научно-исследовательской химической лаборатории.

• В 1747 году в слове «О пользе химии» провозгласил знаменитый тезис «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие...», предвосхитив колоссальное прикладное значение науки для развития цивилизации.
• Экспериментально доказал закон сохранения массы веществ при химических реакциях в ходе опытов по обжигу металлов в запаянных стеклянных сосудах (ретортах).
• Заложил основы физической химии и атомно-корпускулярного учения, настойчиво требуя сочетать химические превращения с точными количественными физическими измерениями.

Выдающийся советский физикохимик, академик Академии наук СССР, единственный отечественный лауреат Нобелевской премии по химии и один из основоположников химической физики.

• В 1956 году удостоен Нобелевской премии по химии за фундаментальные экспериментальные исследования механизма химических реакций и создание теории разветвлённых цепных реакций.
• Подчёркивал ключевое значение химии для научно-технического прогресса человечества, отмечая, что в современном мире ни один специалист не способен обойтись без знания законов химии.
• Внёс решающий вклад в развитие теории горения, взрывов и кинетики сложных химических процессов, обеспечивших создание передовых полимерных материалов и синтетических технологий.

Немецкий геолог и минералог, разработавший всемирно признанную шкалу относительной твёрдости минералов, основанную на эталонных физических свойствах природных веществ.

• В 1812 году предложил 10-балльную минералогическую шкалу твёрдости (шкалу Мооса), определяющую твёрдость веществ методом эталонного взаимного царапания.
• Отобрал в качестве стандартных эталонов 10 минералов в порядке возрастания их твёрдости: от самого мягкого талька (1) до сверхтвёрдого алмаза (10).
• Созданный им эталонный метод сравнительного анализа свойств веществ стал базовым диагностическим стандартом в химии, минералогии и практическом материаловедении.

Шведский астроном, физик и метеоролог, создавший стоградусную шкалу температур, основанную на эталонных физических свойствах чистой воды.

• В 1742 году предложил использовать в качестве фундаментальных природных эталонов температуры фазовых переходов воды: замерзание (0 °C) и кипение (100 °C).
• Разделил температурный интервал между точками замерзания и кипения воды при нормальном атмосферном давлении на сто равных делений, создав общедоступную шкалу.
• Температурная шкала Цельсия стала глобальным научным и практическим стандартом в химии, физике и повседневных измерениях температуры по всему миру.

Итальянский физик и математик, ученик Галилео Галилея, впервые экспериментально доказавший существование атмосферного давления с помощью свойств ртути и изобретший ртутный барометр.

• В 1643 году провёл знаменитый опыт с запаянной с одного конца стеклянной трубкой, наполненной тяжёлой жидкой ртутью, доказав, что ртутный столб уравновешивает давление земной атмосферы.
• Использовал высокую плотность жидкой ртути как эталонное физическое свойство вещества для создания первого в истории прибора для измерения атмосферного давления — ртутного барометра.
• Обнаружил безвоздушное пространство над поверхностью ртути в закрытой трубке («торричеллиева пустота»), положив начало научному изучению вакуума и свойств газов.

Вещество — это материя, из которой состоят физические тела (например, вода, железо, алюминий, медь, кислород). Материал — это конкретное вещество или композиция (смесь) веществ, служащая сырьём для изготовления полезных предметов, машин, конструкций и деталей (например, полиэтилен и стекло служат материалами для посуды, а дюралюминий и титан — материалами для фюзеляжей самолётов и космических аппаратов).

Свойства веществ — это объективные характеристики и признаки, по которым вещества сходны между собой или отличаются друг от друга (цвет, плотность, электро- и теплопроводность, пластичность, температуры фазовых переходов, химическая активность).

Взаимосвязь с применением прямая и определяющая: свойства материала диктуют границы и способы его практического использования. Например:

• Лёгкость, высокая механическая прочность и пластичность алюминия делают его базовым конструкционным материалом в авиации и ракетостроении;
• Высокая электропроводность меди и алюминия обуславливает их применение в электротехнике и линиях электропередачи (ЛЭП);
• Способность алюминия образовывать на воздухе прочную оксидную плёнку, защищающую от концентрированных кислот, позволяет перевозить в алюминиевых ёмкостях азотную и серную кислоты.

В качестве эталонов выступают следующие фундаментальные физические свойства веществ:

• Температурные реперные точки воды: температуры замерзания (0 °C) и кипения (100 °C) чистой воды при стандартном атмосферном давлении послужили эталонными точками для градуировки шкалы Андерса Цельсия;
• Теплоёмкость воды: количество тепла, необходимое для нагревания 1 г воды на 1 °C, определило эталонную внесистемную единицу измерения энергии — калорию;
• Плотность ртути: в опыте Эванджелиста Торричелли столб ртути высотой 760 мм стал эталоном нормального атмосферного давления (760 мм рт. ст.);
• Шкала твёрдости Фридриха Мооса: относительная твёрдость 10 минералов-эталонов (от мягкого талька — 1, гипса — 2 до корунда — 9 и сверхтвёрдого алмаза — 10) используется для эталонной оценки твёрдости материалов методом царапания.

Положительное значение (хемофилия): химическая индустрия создаёт жизненно важные продукты, без которых невозможно существование цивилизации: синтетические полимеры и пластмассы, заменяющие дефицитное природное сырьё; эффективные лекарственные препараты, вакцины и антибиотики; минеральные удобрения и пестициды, спасающие мир от голода; сверхчистые кремниевые кристаллы для микропроцессоров; экологичные сплавы и альтернативные энергоносители.

Отрицательное значение (хемофобия): неконтролируемое промышленное развитие и химическая безграмотность приводят к тяжёлым экологическим кризисам: выбросы оксидов серы и азота вызывают кислотные дожди, разрушающие леса и водоёмы; утечки нефти губят морские экосистемы; накопление устойчивого к разложению пластика загрязняет почву и Мировой океан; выбросы парниковых газов ускоряют изменение климата.

Вывод: химия сама по себе не несёт зла — безопасность планеты зависит от уровня знаний человека и экологической культуры при обращении с веществами.