Бізді қоршап тұрған барлық нәрсенің өзіндік физикалық және химиялық табиғаты бар. Зат деп нені айтады және оның қандай түрлері бар? Бұл белгілі бір химиялық құрамы бар физикалық зат. Латын тілінде «зат» сөзін ғалымдар да жиі қолданатын Substantia терминімен белгілейді. Бұл не?
Бүгінгі таңда 20 миллионнан астам әртүрлі заттар белгілі. Газдардың барлық түрлері ауада, мұхитта, теңіздерде және өзендерде - минералды және тұздары бар суда болады. Біздің планетамыздың қатты беткі қабаты көптеген тау жыныстарынан тұрады. Кез келген тірі организмде әртүрлі заттардың орасан зор саны бар.
Жалпы түсініктер
Қазіргі химияда анықтамасы материя түрі ретінде түсінілетін заттың тыныштық массасы бар. Ол элементар бөлшектерден немесе квазибөлшектерден тұрады. Кез келген заттың ажырамас қасиеті оның массасы болып табылады. Әдетте, салыстырмалы түрде төмен тығыздықта және температурада оның құрамында электрондар, нейтрондар және протондар сияқты элементар бөлшектер жиі кездеседі. бастапсоңғы екеуі атомдық ядролар. Осы элементар бөлшектердің барлығы молекулалар мен кристалдар сияқты заттарды құрайды. Негізінде олардың атомдық заты (атомдары) электрондардан, протондардан және нейтрондардан тұрады.
Биология тұрғысынан «зат» кез келген организмдердің ұлпаларын құрайтын материя ұғымы. Ол жасушаларда кездесетін органоидтардың бір бөлігі. Жалпы мағынада "субстанция" - барлық физикалық денелер түзілетін материяның түрі.
Заттың қасиеттері
Заттың қасиеттері - даралықты анықтайтын объективті белгілердің жиынтығы. Олар бір затты екіншісінен ажыратуға мүмкіндік береді. Заттың ең тән физикалық және химиялық қасиеттері:
• тығыздық;
• Қайнау және балқу нүктелері;
• термодинамикалық сипаттамалар;
• химиялық қасиеттері;
• кристалдық құрылым мәндері.
Тізімдегі барлық параметрлер тұрақты мәндер. Барлық заттар бір-бірінен ерекшеленетіндіктен, олардың белгілі бір физикалық қасиеттері болады. Бұл тұжырымдама нені білдіреді? Заттың қасиеттері деп оны басқа затқа айналдырмай, өлшеу немесе бақылау арқылы анықталатын белгілерін айтады. Олардың ең маңыздылары:
• жиынтық күй;
• түс пен жылтыр;
• иіс;
• дәмі;
• суда ерімейтіндігі немесе ерімейтіндігі;
• балқу және қайнау нүктелері;
• тығыздық;
• электрөткізгіштік;
•жылу өткізгіштік;
• қаттылық;
• сынғыштық;
• пластикалық.
Хрустальды заттар пішін сияқты физикалық қасиетімен де сипатталады. Түс, дәм, иіс көру арқылы және сезім мүшелерінің көмегімен анықталады. Тығыздық, балқу және қайнау температуралары, электр өткізгіштік сияқты физикалық параметрлер әртүрлі өлшемдер арқылы есептеледі. Көптеген заттардың физикалық қасиеттері туралы ақпарат арнайы анықтамалық кітаптарда берілген. Олар заттың агрегаттық күйіне байланысты. Сонымен, судың, мұздың және будың тығыздығы мүлдем басқаша. Оттегі газ күйінде түссіз, ал сұйық күйінде көк. Физикалық қасиеттерінің айырмашылығына байланысты көптеген заттарды ажыратуға болады. Сонымен, мыс - қызыл реңктері бар жалғыз металл. Тек тас тұзының тұзды дәмі бар. Көп жағдайда затты анықтау үшін оның бірнеше белгілі қасиеттерін ескеру қажет.
Ұғымдардың арақатынасы
Көп адамдар «химиялық элемент», «атом», «қарапайым зат» ұғымдарын шатастырады. Шындығында, олар бір-бірінен ерекшеленеді. Сонымен, атом нақты ұғым, өйткені ол шын мәнінде бар. Химиялық элемент – дерексіз (ұжымдық) анықтама. Табиғатта ол тек байланысқан немесе бос атомдар түрінде болады. Басқаша айтқанда, бұл жай немесе күрделі субстанция. Әрбір химиялық элементтің өзіндік таңбасы – белгісі (символы) болады. Кейбір жағдайларда жай заттың (В, С, Zn) құрамын да білдіреді. Бірақ бұл символ жиі кездеседітек химиялық элементті білдіреді. Мұны оттегі формуласы анық көрсетеді. Демек, O жай ғана химиялық элемент, ал қарапайым оттегі заты O2 формуласымен белгіленеді.
Бұл ұғымдар арасында басқа да айырмашылықтар бар. Бөлшектердің жиынтығы болып табылатын жай заттар мен белгілі бір типтегі атом болып табылатын химиялық элементтің белгілерін (қасиеттерін) ажырата білу керек. Атауларында да кейбір айырмашылықтар бар. Көбінесе химиялық элемент пен қарапайым заттың белгіленуі бірдей. Дегенмен, бұл ережеден ерекше жағдайлар бар.
Заттардың классификациясы
Ғылым тұрғысынан субстанция қалай аталады? Әртүрлі заттардың саны өте көп. Анықтамасы оның табиғи шығу тегімен байланысты табиғи зат органикалық немесе бейорганикалық болуы мүмкін. Адам көптеген қосылыстарды жасанды түрде синтездеуді үйренді. «Заттың» анықтамасы жай (жеке) заттар мен қоспаларға бөлуді білдіреді. Классификацияға деген көзқарас олардың қаншасы оған енгізілгеніне байланысты.
Жай заттың анықтамасы абстрактілі ұғымды түсінеді, ол белгілі бір физикалық және химиялық заңдарға сәйкес өзара байланысқан атомдар жиынтығын білдіреді. Осыған қарамастан, оның және қоспаның арасындағы шекара өте анық емес, өйткені кейбір заттардың ауыспалы құрамы бар. Олар үшін тіпті нақты формула әлі ұсынылмаған. Қарапайым субстанция үшін оның соңғы тазалығына ғана қол жеткізуге болатындығына байланысты бұл ұғым абстракция болып қалады. Басқаша айтқанда, олардың кез келгенінде химиялық элементтердің қоспасы барбірі басым. Көбінесе заттың тазалығы оның қасиеттеріне тікелей әсер етеді. Жалпы мағынада қарапайым зат бір химиялық элемент атомдарынан тұрады. Мысалы, оттегі газының молекуласында 2 бірдей атом бар (О2).
Күрделі зат деп нені айтады? Мұндай химиялық қосылыстың құрамына молекуланы құрайтын әртүрлі атомдар кіреді. Оны кейде аралас химиялық зат деп те атайды. Күрделі заттар – молекулалары екі немесе одан да көп элементтердің атомдарынан түзілетін қоспалар. Сонымен, мысалы, су молекуласында бір оттегі атомы және 2 сутегі атомы бар (Н2О). Күрделі зат ұғымы құрамында әртүрлі химиялық элементтер бар молекулаға сәйкес келеді. Мұндай заттар қарапайым заттарға қарағанда әлдеқайда көп. Олар табиғи немесе жасанды болуы мүмкін.
Тұжырымдамасы біршама ерікті болып табылатын жай және күрделі заттар өздерінің қасиеттерімен ерекшеленеді. Мәселен, титан оттегі атомдарынан пайыздың жүзден бір бөлігіне дейін босатылған кезде ғана күшті болады. Химиялық анықтамасын түсіну біршама қиын күрделі және қарапайым зат екі түрлі болуы мүмкін: бейорганикалық және органикалық.
Бейорганикалық заттар
Бейорганикалық - құрамында көміртегі жоқ барлық химиялық қосылыстар. Бұл топқа сондай-ақ осы элементті қамтитын кейбір заттар (цианидтер, карбонаттар, карбидтер, көміртегі оксидтері және бірнеше басқа заттар) кіреді. Олардың органикалық заттарға тән қаңқасы жоқ. затты атаңызМенделеевтің периодтық жүйесі мен химияның мектеп курсының арқасында әркім формуланы пайдалана алады. Олардың барлығы латын әріптерімен белгіленген. Бұл жағдайда зат қалай аталады? Барлық бейорганикалық заттар келесі топтарға бөлінеді:
• қарапайым заттар: металдар (Mg, Na, Ca); бейметалдар (P, S); асыл газдар (He, Ar, Xe); амфотерлі заттар (Al, Zn, Fe);
• кешені: тұздар, оксидтер, қышқылдар, гидроксидтер.
Органикалық заттар
Органикалық заттардың анықтамасы өте қарапайым. Бұл заттарға құрамында көміртегі бар химиялық қосылыстар жатады. Бұл заттардың класы ең ауқымды болып табылады. Рас, бұл ережеден ерекшеліктер бар. Сонымен, органикалық заттарға мыналар жатпайды: көміртегі оксидтері, карбидтер, карбонаттар, көмір қышқылы, цианидтер және тиоцианаттар.
«Органикалық заттарды атаңыз» деген сұраққа жауап бірқатар күрделі қосылыстардан тұрады. Оларға мыналар жатады: аминдер, амидтер, кетондар, ангидридтер, альдегидтер, нитрилдер, карбон қышқылдары, күкірт органикалық қосылыстар, көмірсутектер, спирттер, эфирлер мен күрделі эфирлер, амин қышқылдары.
Биологиялық органикалық заттардың негізгі кластарына липидтер, белоктар, нуклеин қышқылдары, көмірсулар жатады. Олардың құрамында көміртектен басқа сутегі, оттегі, фосфор, күкірт, азот бар. Органикалық заттардың қандай белгілері бар? Олардың алуан түрлілігі мен құрылымының әртүрлілігі көміртек атомдарының тізбектермен байланысқанда берік байланыс түзе алатын ерекшеліктерімен түсіндіріледі. Бұл өте тұрақты молекулалардың пайда болуына әкеледі. Көміртек атомдары зигзаг тізбегін құрайды,органикалық заттарға тән қасиет. Бұл жағдайда молекулалардың құрылымы химиялық қасиеттерге тікелей әсер етеді. Органикалық заттардағы көміртекті ашық және циклдік (тұйық) тізбектерге біріктіруге болады.
Жиынтық күйлер
Химиядағы «зат» анықтамасы оның агрегаттық күйі туралы толық түсінік бермейді. Олар молекулалардың өзара әрекеттесуінің олардың өмір сүруінде атқаратын рөлімен ерекшеленеді. Заттың 3 жиынтық күйі бар:
• Молекулалары тығыз байланысқан қатты дене. Олардың арасында күшті тартымдылық бар. Қатты күйде заттың молекулалары еркін қозғала алмайды. Олар тек тербелмелі қозғалыстар жасай алады. Нәтижесінде қатты заттар пішіні мен көлемін тамаша сақтайды.
• Молекулалары еркін және бір жерден екінші орынға жылжи алатын сұйықтық. Осы қасиеттердің арқасында кез келген сұйықтық ыдыс пішінін алып, ағып кетуі мүмкін.
• Газ тәрізді, онда заттың элементар бөлшектері еркін және ретсіз қозғалады. Бұл күйдегі молекулалық байланыстар соншалықты әлсіз, олар бір-бірінен алыс болуы мүмкін. Газ күйінде зат үлкен көлемді толтыра алады.
Мысал ретінде суды қолданып, мұз, сұйық және бу арасындағы айырмашылықты түсіну өте оңай. Бұл агрегаттық күйлердің барлығы химиялық заттың жеке сипаттамаларына жатпайды. Олар тек сыртқы физикалық жағдайларға тәуелді заттың өмір сүру күйлеріне сәйкес келеді. Сондықтансуға сұйықтықтың атрибуты сөзсіз берілуі мүмкін емес. Сыртқы жағдайлар өзгерген кезде көптеген химиялық заттар бір агрегаттық күйден екіншісіне өтеді. Бұл процесте аралық (шекаралық) типтер ашылады. Олардың ішіндегі ең белгілісі – шыны тәрізді аморфты күй. Химиядағы «заттың» бұл анықтамасы оның құрылымымен байланысты (грек тілінен аударғанда amorphos - пішінсіз).
Физикада агрегацияның тағы бір күйі қарастырылады, ол плазма деп аталады. Ол толық немесе жартылай иондалған және теріс және оң зарядтардың бірдей тығыздығымен сипатталады. Басқаша айтқанда: плазма электрлік бейтарап. Заттың бұл күйі тек өте жоғары температурада болады. Кейде олар мыңдаған кельвинге жетеді. Кейбір қасиеттерінде плазма газға қарама-қарсы. Соңғысының электр өткізгіштігі төмен. Газ бір-біріне ұқсас бөлшектерден тұрады. Алайда олар сирек кездеседі. Плазманың электр өткізгіштігі жоғары. Ол электр зарядтары бойынша ерекшеленетін элементар бөлшектерден тұрады. Олар бір-бірімен үнемі араласады.
Сұйық кристал және полимер (серпімділігі жоғары) сияқты заттың аралық күйлері де бар. Осы өтпелі формалардың болуына байланысты мамандар көбінесе «фаза» ұғымын кеңірек қолданады. Белгілі бір жағдайларда, әдеттегіден мүлдем өзгеше, кейбір заттар ерекше күйге өтеді, мысалы, асқын өткізгіштік және асқын сұйықтық.
Кристалдар
Кристаллдар – кәдімгі көп қырлы табиғи пішіні бар қатты денелер. Ол олардың ішкі құрылымына негізделген және оны құрайтын атомдардың, молекулалардың және иондардың орналасуына байланысты. Химияда оны кристалдық тор деп атайды. Бұл құрылым әрбір зат үшін жеке, сондықтан ол негізгі физикалық және химиялық параметрлердің бірі болып табылады.
Кристалдарды құрайтын бөлшектер арасындағы қашықтықтарды тор параметрлері деп атайды. Олар құрылымдық талдаудың физикалық әдістерін қолдану арқылы анықталады. Қатты денелерде кристалдық тордың бірнеше формасы болуы сирек емес. Мұндай құрылымдар полиморфты модификациялар деп аталады. Қарапайым заттардың ішінде ромбты және моноклиникалық формалар жиі кездеседі. Мұндай заттарға көміртектің алтыбұрышты және текше модификациясы болып табылатын графит, алмаз, күкірт жатады. Бұл пішін кремний диоксидінің модификациясы болып табылатын кварц, кристобалит, тридимит сияқты күрделі заттарда да байқалады.
Зат заттың нысаны ретінде
«Субстанция» және «материя» ұғымдары мағынасы жағынан өте жақын болғанымен, олар толықтай баламалы емес. Мұны көптеген ғалымдар айтады. Сонымен, «материя» терминін айтқан кезде олар көбінесе механикалық заңдардың үстемдігіне бағынатын өрескел, инертті және өлі шындықты білдіреді. «Зат» анықтамасы өзінің пішініне байланысты өмірге жарамдылық пен пішін идеясын тудыратын материал ретінде көбірек түсініледі.
Бүгінгі таңда ғалымдар материяны ішінде бар объективті шындық деп санайдыкеңістік және уақыт өзгерістері. Оны екі түрде көрсетуге болады:
• Біріншісінің толқындық сипаты бар. Оған салмақсыздық, өткізгіштік, сабақтастық жатады. Ол жарық жылдамдығымен қозғала алады.
• Екіншісі корпускулярлы, тыныштық массасы бар. Ол локализациясы бойынша ерекшеленетін элементар бөлшектерден тұрады. Оның енуі аз немесе мүлдем жоқ және жарық жылдамдығымен жүре алмайды.
Материяның өмір сүруінің бірінші түрі өріс, ал екіншісі - субстанция деп аталады. Олардың ортақ тұстары көп, өйткені электрондар да бөлшек пен толқындық қасиеттерге ие. Олар микрокосмос деңгейінде пайда болады. Сондықтан өріс пен затқа бөлу өте ыңғайлы.
Материя мен өрістің бірлігі
Материяның элементар бөлшегі неғұрлым массалы және үлкен болса, оның даралығы мен шекарасы соғұрлым айқын болатынын ғалымдар әлдеқашан дәлелдеген. Сонымен бірге материя мен өріс арасындағы үздіксіздікпен сипатталатын қарама-қарсылық айқынырақ көрінеді. Заттың элементар бөлшектері неғұрлым аз болса, соғұрлым оның массасы аз болады. Бұл жағдайда оны өріске қарсы қою қиынырақ болады. Әртүрлі микротолқындарда ол әдетте мағынасын жоғалтады, өйткені әртүрлі элементар бөлшектер әртүрлі өрістердің күйлерімен (электромагниттік - фотондар, ядролық - мезондар) кванттар қоздырылады.
Материя мен өрістің бірлігі және олардың арасындағы нақты шекараның болмауы белгілі бір жағдайларда бөлшектердің өрістің әсерінен пайда болуымен, ал басқа жағдайларда керісінше пайда болуымен көрінеді. Бұған жақсы мысал бола аладыаннигиляция (элементар бөлшектердің түрлену құбылысы) сияқты құбылысқа қызмет етеді. Кез келген материалдық дене оның элементтерінің өрістер арқылы қосылуының арқасында мүмкін болатын тұрақты бүтін болып табылады.
