Научные методы познания веществ. Основные понятия химии».

Тема урока №1: «Научные методы познания веществ. Основные понятия химии».

Цели урока:

1.          Сформулировать понятие «метод». Рассмотреть два уровня научного познания: эмпирический и теоретический.

2.          Сформировать представления о химии как науке, о месте химии среди других наук, о роли химии в жизни и хозяйственной деятельности человека.

Задачи урока:

1.      Образовательная: разъяснить понятие «материя», «вещество», их взаимосвязь. Изучить что такое «химия», что является предметом её изучения,

Сформировать у студентов знания: о физических телах и веществах; о физических свойствах веществ;  о химическом элементе;  о формах существования химических элементов.

2.      Развивающая: продолжить работу над формированием у студентов навыков частично – поисковой деятельности, умение находить взаимосвязь свойств и применения;  умения работать в должном темпе;  умение пользоваться справочными материалами.

3.      Воспитательная: формирование внутренней потребности к самосовершенствованию.

Вид занятия: лекция.

Оборудование: компьютер, мультимедиа проектор, экран, презентация.

Метод обучения: информационно-развивающий,  работа с тетрадями и таблицей, самостоятельная работа.

Наглядные: таблицы.

  Ход урока:

1.     Организационный момент.

2.     Повторение пройденного материала.

Фронтальный опрос (мозговой штурм). Повторение некоторых вопросов  за курс основной школы.

3.     Изучение нового материала.

              Прежде чем приступить к любой работе  и получить определённый результат, человек выбирает наиболее эффективные и доступные способы и приёмы выполнения её , инструмент и приспособления, которые можно использовать для этого, операции, которые необходимо совершить.

               Совокупность приёмов и операций практического и теоретического освоения действительности и определяет понятие «метод».

               Рассмотрим научные методы познания химии, т.е. методы познания, которые используются для изучения веществ и химических явлений.

Различают 2 уровня научного познания: эмпирический и теоретический.

                                         Методы  эмпирического уровня познания

  Эмпирический уровень - характеризуется исследованием реально существующих  объектов. На этом уровне происходит процесс накопления информации об этих объектах с помощью следующих методов: наблюдение, измерение, постановка экспериментов.

В это же время осуществляется первичная систематизация получаемых фактических данных в виде описания, таблиц, схем, графиков и т.д.

Познакомимся с каждым из этих методов отдельно.

               Наблюдение – это первоначальный метод эмпирического познания, позволяющий получить первичную информацию об объекте изучения.

Наблюдение является целенаправленным, планомерным, активным методом научного познания : оно ведётся для решения заранее поставленных задач, строго по составленному исследователем плану, согласованному с поставленными задачами и сопровождается активными действиями исследователя. Результаты научных наблюдений фиксируются в виде описания признаков наблюдаемого объекта, таблиц, схем и т.д. Всё это является базисом науки, опираясь на который учёные создают эмпирические обобщения, сравнивают изучаемые объекты  по тем или иным признакам, проводят классификацию, выявляют закономерности.

              Наблюдения могут быть непосредственными, воспринимаемыми органами чувств человека, и опосредованными, которые проводятся с использованием  технических средств наблюдения: микроскопов, телескопов и др.

              В процессе наблюдения могут совершаться открытия новых явлений, позволяющих обосновать какую-либо научную гипотезу или подтвердить какое-либо положение известной теории.

              Из всего сказанного следует, что наблюдение является важнейшим методом научного познания, позволяющим собрать обширную информацию об окружающем мире.

              Эксперимент – более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением . Он отличается от метода наблюдения тем, что в ходе эксперимента исследователь может изменять условия ( давление, температуру, напряжение и т.д. ), устранять побочные факторы, затрудняющие процесс исследования. Эксперимент может повторяться несколько раз для получения наиболее достоверных результатов.

Условия научного эксперимента:  целенаправленность, наличие базы в виде исходных теоретических положений, наличие плана проведения эксперимента, наличие технических средств, наличие специалистов необходимого уровня квалификации.

В зависимости от характера поставленных задач, решаемых в ходе эксперимента, последние подразделяются на исследовательские и проверочные.

                Исследовательские направлены на обнаружение новых, неизвестных науке свойств изучаемого объекта. Результатом такого эксперимента могут быть выводы, изменяющие представления об этом объекте.

                Проверочные эксперименты служат для проверки или подтверждения тех или иных теоретических положений.

                 Следующий эмпирический метод познания – измерение.

Измерение – это процесс определения количественных значений свойств изучаемого объекта с помощью специальных технических устройств.

Измерения бывают прямые и косвенные. Прямые измерения – это такие измерения, при которых значение измеряемой величины выдаётся непосредственно измерительным прибором. При косвенном измерении искомое значение величины определяют по известной математической зависимости ( по формуле ), используя для этого данные, полученные при прямых измерениях.

                 В процессе измерения не всегда требуется участие человека. Измерение может быть включено в работу автоматической информационно-измерительной системы, которая строится на базе электронно-вычислительной техники.

                                        Методы  теоретического уровня познания

            Идеализация – представляет собой мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследований. В результате таких изменений могут быть исключены из рассмотрения какие-то свойства, признаки, стороны объектов. Например, в механике идеализация материальной точки как тела, лишенного размеров и массы. Такой прием удобен при описании движения, в том числе атомов и молекул.

Идеализация используется тогда, когда реальные объекты достаточно сложны для имеющихся средств математического анализа, когда некоторые свойства затемняют существо протекающих в объекте процессов.

              Роль идеализации как метода научного познания заключается в том, что получаемые на его основе теоретические положения, можно использовать для исследования реальных объектов или явлений.

              Формализация - заключается в использовании специальной символики, позволяет отвлечься от изучения реальных объектов и оперировать вместо этого символами (знаками). Достоинством формализации является возможность проведения исследований без обращения к какому-либо объекту, кроме этого обеспечивается краткость и четкость записи научной информации.

          Методы, применяемые на эмпирическом и теоретическом уровнях познания 

          Анализ и синтез.

Под анализом понимают разделение объекта (мысленно или реально ) на составные части с целью изучения их по отдельности.

Под синтезом понимают соединение составных частей объекта (мысленно или реально ) с целью изучения его как единого целого. Для изучения объекта как единого целого необходимо рассматривать его составные части в совокупности, в единстве. В процессе синтеза производится соединение воедино составных частей изучаемого объекта. Анализ и синтез успешно используются в сфере мыслительной деятельности человека, т.е. в теоретическом познании. 

           Моделирование – основано на изучении моделированного объекта. Модель строится по подобию оригинала, на ней воспроизводят, свойственные оригиналу процессы и полученные сведения переносятся на моделируемый объект – оригинал.

Различают несколько видов моделирования:

            Мысленное . К нему относятся самые различные мыслительные представления в форме тех или иных воображаемых моделей.

         Физическое. Оно характеризуется физическим подобием между моделью и оригиналом.

Символическое – связано с построением графиков, схем.

Численное моделирование на ЭВМ.

           Моделирование как метод познания бывает единственно необходимым для исследования некоторых явлений.

            Таким образом, все названные методы научного познания являются важными и необходимыми для познания окружающего мира.

Основные понятия химии

    Предмет химии

    Химия – одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их свойствах, строении и взаимных превращениях.

    Предмет химии – химические элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные химические реакции.

    Химические реакции – это процессы образования из простых по составу веществ более сложных, переход одних сложных веществ в другие и разложение сложных веществ на более простые по составу вещества. Химия изучает и описывает эти процессы как в макромасштабе, на уровне макроколичеств веществ, так и в микромасштабе, на атомно-молекулярном уровне. Внешние проявления химических процессов, протекающих в макромасштабе, нельзя непосредственно перенести на микроуровень взаимодействия веществ и однозначно их интерпретировать, однако такие переходы возможны при правильном использовании специальных химических законов, присущих только микрообласти (атомам, молекулам, ионам, взятым в единичных количествах). Все это способствует развитию наших представлений о природе, поскольку научная истина всегда относительна и лишь все более может приближаться к бесконечной в познании абсолютной истине. Предмет химии неисчерпаем, как неисчерпаема природа в своих проявлениях.

    Современная химия – настолько обширная область естествознания, что многие ее разделы по существу представляют собой самостоятельные, хотя и тесно взаимосвязанные научные дисциплины. По признаку изучаемых объектов (веществ) химию принято делить на неорганическую и органическую. Объяснением сущности химических явлений и установлением их общих закономерностей на основе физических принципов и экспериментальных данных занимается физическая химия, включающая квантовую химию, электрохимию, химическую термодинамику, химическую кинетику. Самостоятельными разделами являются также аналитическая и коллоидная химия.

    Технологические основы современных производств излагает химическая технология – наука об экономичных методах и средствах промышленной химической переработки готовых природных материалов и искусственного получения химических продуктов, не встречающихся в окружающей природе.

    Сочетание химии с другими смежными естественными науками представляют собой биохимия, биоорганическая химия, геохимия, радиационная химия, фотохимия и др.

    Вещества в химии

    В соответствии с классическими научными воззрениями различаются две физические формы существования материи – вещество и поле.

    Вещества – это различные виды движущейся материи, обладающей массой покоя.

    Вещество состоит из частиц, масса покоя которых не равна нулю; все вещества корпускулярны.

    Поле 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 наших представлений о единстве всех форм и структуры материального мира.

    Однородное вещество характеризуется плотностью – отношением массы вещества к его объему:

    Физические поля такой плотностью не обладают.

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

    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.

    Все химические вещества в принципе могут существовать в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Так, лед, жидкая вода и водяной пар – это твердое, жидкое и газообразное состояния одного и того же химического вещества – воды H₂O. Твердая, жидкая и газообразная формы не являются индивидуальными характеристиками веществ, а соответствуют лишь различным, зависящим от внешних физических условий состояниям существования химических веществ. Поэтому нельзя приписывать воде только признак жидкости, кислороду – признак газа, а хлориду натрия – признак твердого состояния. Каждое из этих (и всех других веществ) при изменении условий может перейти в любое другое из трех агрегатных состояний.

    При переходе от идеальных моделей твердого, 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 четвертое агрегатное состояние вещества – плазма, частично или полностью ионизированное состояние, в котором плотность положительных и отрицательных зарядов одинакова (плазма электронейтральна).

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

    Часто твердые вещества образуют (в зависимости от условий) более чем одну форму кристаллической решетки; такие формы называются полиморфными модификациями.

    Примеры. 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.

    Химические реакции

    Процессы, протекающие в химическом веществе, или в смесях различных веществ, представляют собой химические реакции.

    При протекании химических реакций всегда образуются новые вещества.

    Химические реакции выявляют и характеризуют химические свойства данного вещества.

    Исходные вещества, взятые для проведения химической реакции, называются реагентами, а новые вещества, образующиеся в результате химической реакции, – продуктами реакции, В общем виде химическая реакция изображается так:

    Пример. При нагревании магния (серебристо-белый металл) в молекулярном кислороде (бесцветный газ) образуется оксид магния (белый порошок):

2Mg + O₂ = 2MgO

    Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами: поглощением и выделением энергии, например в виде теплопередачи, изменением агрегатного состояния реагентов, изменением окраски реакционной смеси и др. Именно по этим физическим эффектам часто судят о протекании химических реакций.

    Химические процессы, протекающие в веществе, отличаются и от физических процессов, и от ядерных превращений. В физических процессах участвующие вещества сохраняют неизменными свои свойства, но могут изменять внешнюю форму или агрегатное состояние.

    Примеры наиболее распространенных физических процессов:

• обработка резанием (строгание, точение, фрезерование, пиление и др.);
• бесстружковая обработка (прессование, изгибание, волочение, вытягивание и др.);
• дробление (размалывание, пульверизация и др.);
• смешивание (перемешивание, совместное сплавление, растворение и др.);
• разделение (декантация, фильтрование, центрифугирование, дистилляция и др.);
• изменение агрегатного состояния (плавление и отвердевание, испарение или кипение и конденсация, сублимация и десублимация).

    В химических процессах (химических реакциях) получаются новые вещества с отличными от реагентов свойствами, но никогда не образуются атомы новых элементов. В атомах же участвующих в реакции элементов обязательно происходят видоизменения электронной оболочки.

    В ядерных реакциях происходят изменения в атомных ядрах всех участвующих элементов, что приводит к образованию атомов новых элементов.

    С помощью химических реакций можно получать практически важные вещества, которые в природе находятся в ограниченных количествах, например азотные удобрения, либо вообще не встречаются по каким-либо причинам, например сульфамиды и другие синтетические лекарственные препараты, полиэтилен и другие пластмассы. Химия позволяет синтезировать новые, неизвестные природе вещества, необходимые для жизнедеятельности человека. Вместе с тем интенсивное химическое воздействие на окружающую среду и на протекающие природные процессы может привести к нарушению установившихся естественных химических циклов, что делает актуальной экологическую проблему (загрязнение окружающей среды) и усложняет задачу рационального использования природных ресурсов и сохранения естественной среды обитания на Земле.

    Чистые вещества и смеси веществ

     Индивидуальное чистое вещество обладает определенным набором характеристических свойств. От чистых веществ следует отличать смеси веществ, которые могут состоять из двух или большего числа чистых веществ, сохраняющих присущие им свойства.

    Смеси веществ делятся на гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные).

Различные примеры возможных смесей веществ в разных агрегатных состояниях

Агрегатное состояние составных частей (до образования смеси)	Гомогенная смесь (гомогенная система)	Гетерогенная смесь (гетерогенная система)
Твердое – твердое	Твердые растворы, сплавы (например латунь, бронза)	Горные породы (например гранит, минералособдержащие руды и др.)
Твердое – жидкое	Жидкие растворы (например водные растворы солей)	Твердое в жидком – суспензии ил взвеси (например частицы глины в воде, коллоидные растворы)
		Жидкое в твердом – жидкость в пористых телах (например почвы, грунты)
Твердое – газообразное	Хемосорбированные водород в платине, палладии, сталях	Твердое в газообразном – порошки, аэрозоли, в том числе дым, пыль, смог
		Газообразное в твердом – пористые материалы (например кирпич, пемза)
Жидкое – жидкое	Жидкие растворы (например уксус – раствор уксусной кислоты в воде)	Двух- и многослойные жидкие системы, эмульсии (например молоко – капли жидкого жира в воде)
Жидкое – газообразное	Жидкие растворы (например раствор диоксида углерода в воде)	Жидкое в газообразном  – аэрозоли жидкости в газе, в том числе туманы
		Газообразное в жидком – пены (например мыльная пена)
Газообразное – газообразное	Газовые растворы (смеси любых количеств и любого числа газов)	Гетерогенная система невозможна

    В гомогенных смесях составные части нельзя обнаружить ни визуально, ни с помощью оптических приборов, поскольку вещества находятся в раздробленном состоянии на микроуровне. Гомогенными смесями являются смеси любых газов и истинные растворы, а также смеси некоторых жидкостей и твердых веществ, например сплавы.

    В гетерогенных смесях либо визуально, либо с помощью оптических приборов можно различить области (агрегаты) разных веществ, разграниченные поверхностью раздела; каждая из этих областей внутри себя гомогенна. Такие области называются фазой.

    Гомогенная смесь состоит из одной фазы, гетерогенная смесь состоит из двух или большего числа фаз.

    Гетерогенные смеси, в которых одна фаза в виде отдельных частиц распределена в другой, называются дисперсными системами. В таких системах различают дисперсионную среду (распределяющую среду) и дисперсную фазу (раздробленное в дисперсионной среде вещество).

    С помощью физических методов разделения можно провести разделение смесей на их составные части, т. е. на чистые вещества.

Обзор известных физических методов разделения смесей веществ, используемых в химии и химической технологии.

Агрегатное состояние составных частей смеси	Физическое свойство, используемое для разделения	Метод разделения
Твердое – твердое	Плотность	Отстаивание, седиментация
	Смачиваемость	Флотация, пенная флотация
	Размер частиц	Просеивание
	Растворимость	Экстракция, выщелачивание
	Магнетизм	Магнитная сепарация
Твердое – жидкое	Плотность	Седиментация, декантация (сливание жидкости с осадка), центрифугирование
	Температура кипения жидкости	Выпаривание, дистилляция, осушка
	Размер частиц	Фильтрование
	Растворимость твердого вещества	Кристаллизация
Твердое – газообразное	Плотность	Седиментация, центробежная сепарация
	Размер частиц	Фильтрование
	Электрический заряд	Электрофильтрование
Жидкое – жидкое	Плотность	Отстаивание (в делительной воронке, в маслоотделителе), центрифугирование
	Температура кипения	Дистилляция
	Растворимость	Экстракция
Жидкое – газообразное	Плотность	Седиментация, центробежная сепарация
	Растворимость газа	Отгонка газа (путем повышение температуры), промывание с помощью другой жидкости
Газообразное – газообразное	Температура конденсации	Конденсация
	Абсорбируемость	Абсорбция (поглощение объемом сорбента)
	Адсорбируемость	Адсорбция (поглощение поверхностью сорбента)
	Размер частиц	Диффузия
	Масса	Центрифугирование

    Чистыми веществами называются вещества, которые при проведении физических методов не разделяются на два или более других веществ и не изменяют своих физических свойств.

    В природе не существует абсолютно чистых веществ. Например, так называемый особо чистый алюминий все еще содержит 0,001 % примесей других веществ. Таким образом, абсолютно чистое вещество – это абстракция. Правда, когда речь идет о каком-либо веществе, то химия пользуется этой абстракцией, т. е. считает, что вещество истинно чистое, хотя практически берется вещество с некоторым содержанием примесей. Конечно, химик должен стремиться использовать в своей практике по возможности чистые вещества, содержащие минимальное количество примесей. Следует учитывать, что  даже   незначительное  содержание   примесей   может  существенно   изменить   химические свойства вещества.

    Химическая промышленность выпускает реактивы различной степени чистоты, так что у химика всегда имеется выбор в зависимости от цели использования реактива. Так, для приготовления охлаждающих смесей целесообразно применять технический (невысокой степени очистки) хлорид натрия, тогда как для изучения химических свойств NaCl следует взять химически чистый реактив.

    Простые и сложные вещества. Синтез и анализ веществ

    Среди чистых веществ принято различать простые и сложные вещества. Простые вещества состоят из атомов одного вида элемента, т. е. они одноэлементны. Сложные вещества состоят из атомов разных элементов, т. е. они многоэлементны.

    Примеры.

    Простые вещества: молекулярные азот N₂, водород H₂, хлор Cl₂, натрий Na состоят из элементов одного вида – соответственно азота N, водорода H, хлора Cl и натрия Na. Сложные вещества: аммиак NH₃ включает элементы азот N и водород H, хлорид натрия NaCl – элементы натрий Na и хлор Cl.

    Простые вещества следует отличать от понятий «атом» и «химический элемент». Простые вещества представляют собой формы существования элементов в свободном виде; каждому элементу соответствует, как правило, несколько-простых веществ (аллотропных форм), которые могут различаться по составу, например атомный кислород O, кислород O₂ и озон O₃, или по кристаллической решетке, например алмаз и графит для элемента углерод C. Очевидно, что простые вещества могут быть одно- и многоатомными.

    Сложные вещества иначе называются химическими соединениями. Этот термин означает, что вещества могут быть получены с помощью химических реакций соединения из простых веществ – химического синтеза или разделены на элементы в свободном виде (простые вещества) с помощью химических реакций разложения – химического анализа.

    Примеры.

    2Hg + O₂ = 2HgO

    2HgO = 2Hg + O₂

    Hg и O₂ – простые вещества, HgO – химическое соединение.

    Простые вещества представляют собой конечные формы химического разложения сложных веществ. Сложные вещества, образующиеся из простых веществ, не сохраняют химические свойства составляющих веществ.

    Пример.

    Хлорид натрия NaCl обладает набором собственных свойств и не реагирует интенсивно с водой, как простое вещество натрий Na, и не является ядовитым, как простое вещество хлор Cl₂.

Различия между смесями веществ и сложными веществами

Смесь	Сложное вещество
Образуется с помощью физического процесса (смешивание чистых веществ)	Образуется с помощью химической реакции (синтез из простых веществ)
Свойства чистых веществ, из которых составлена смесь, остаются неизменными	Свойства простых веществ, из которых получено сложное вещество, в последнем не сохраняются
Чистые вещества (простые и сложные) могут находиться в смеси в любом массовом соотношении	Элементы, входящие в состав сложного вещества, всегда находятся в определенном массовом отношении
Может быть разделена на составные части (чистые вещества) с помощью физических методов	Может быть разложено на составные части (элементы в виде простых веществ) только с помощью химической реакции (анализ)

    Суммируя все сказанное выше, можно записать:

    Таким образом, если простые вещества участвуют в химической реакции как реагенты, то они всегда будут переведены в сложные вещества. При этом масса образующегося химического соединения будет всегда больше, чем масса исходного элемента в свободном виде, так как к последней добавляется как минимум масса другого элемента. Примеры:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

Cu + S = CuS

    Если во второй реакции взять 63,55 г меди Cu, то масса продукта – сульфида меди (II) CuS окажется равной 79,55 г, поскольку к 63,55 г Cu добавляется 16,00 г второго реагента – серы S.

    В настоящее время понятия «синтез» и «анализ» химических веществ используются в более широком смысле. К синтезу относят любой химический процесс, который приводит к получению необходимого вещества и при этом существует возможность его выделения из реакционной смеси. Анализом считается любой химический процесс, позволяющий определить качественный и количественный состав вещества или смеси веществ, т. е. установить, из каких элементов составлено данное вещество и каково содержание каждого элемента в этом веществе. Соответственно различают качественный и количественный анализ – две составные части одной из химических наук – аналитической химии.

    Атомы и химические элементы. Распространенность элементов в природе

    Атомы – это мельчайшие химические частицы, являющиеся пределом химического разложения любого вещества. Простое вещество (если оно не является одноатомным, как, например, гелий He) разлагается на атомы одного вида, сложное вещество – на атомы разных видов.

    Атомы неделимы химическим путем.

    Масса атомов разных видов составляет порядка 10^–24 – 10^–23 г, размеры (диаметр) атомов колеблются в пределах 1·10^–24 – 5·10^–23 м, поэтому атомы считаются мельчайшими химическими частицами.

    Атомы одного вида являются атомами одного химического элемента, атомы разных видов – атомами разных химических элементов. К важнейшему свойству и главному отличительному признаку атома каждого элемента относится положительный заряд его ядра.

    Химический элемент – это вид атомов с определенным положительным зарядом ядра.

    Все химические элементы указаны в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева; каждому элементу отвечает свой порядковый (атомный) номер в Периодической системе. Значение порядкового номера элемента и значение заряда ядра атома того же элемента совпадают, отсюда

    химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым порядковым номером.

    Все химические элементы по их свойствам, т. е. свойствам свободных атомов и свойствам образуемых элементами простых и сложных веществ, деляг на металлические и неметаллические элементы. Условно к неметаллам относят элементы He, Ne, Ar, Кг, Xe, Rn, F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, N, P, As, C, Si, B и H, а остальные элементы считаются металлами.

    Не следует путать понятия «химический элемент» и «простое вещество». Элемент это не вещество, а определенный вид атомов, которые могут образовывать вещество – простое (из атомов одного элемента) и сложное (из атомов разных элементов).

    Пример. Элемент Na входит в состав простого вещества натрий Na; это вещество может находиться в твердом состоянии в виде металла, в котором атомы расположены в узлах кристаллической решетки, или в газообразном состоянии (выше 1159 K, или 886 °С) в виде некоторого числа несвязанных между собой атомов натрия. Кроме того, элемент натрий в виде ионов Na⁺ входит как составная часть во многие сложные вещества, включающие заряженные атомы других элементов; так, сульфат натрия Na₂SO₄ состоит из атомов натрия Na, серы S и кислорода O.

    Из всех химических элементов в природе найдено 88; такие элементы, как технеций Tc, прометий Pm, астат At и франций Fr с порядковыми номерами 43, 61, 85, 87 и все элементы, следующие за ураном U (порядковый номер 92), впервые получены искусственно. Некоторые из них в исчезающе малых количествах обнаружены в природе.

Распространенность химических элементов в земной оболочке

(Числа отвечают массовому содержанию элементов (в %)

    Из химических элементов наиболее распространены в земной оболочке кислород и кремний. Эти элементы вместе с элементами алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний, водород и титан составляют более 99% массы земной оболочки, так что на остальные элементы приходится менее 1%. В морской воде, помимо кислорода и водорода – составных частей самой воды, высокое содержание имеют такие элементы, как хлор, натрий, магний, сера, калий, бром и углерод.

    Молекулы химических соединений

    Химические соединения, состоящие из атомов не менее двух элементов, имеют в качестве наименьших составных частей молекулы – электрически нейтральные группы атомов, или ионы  – электрически заряженные атомы или группы атомов.

    Из  молекул  составлены  ковалентные  соединения,   обычно  легколетучие.

    Пример. Молекулы воды H₂O, аммиака NH₃ и диоксида углерода CO₂ построены из атомов различных неметаллических элементов, соединенных между собой ковалентными связями. Так, молекула воды H₂O составлена из двух атомов водорода H и одного атома кислорода O, причем атом кислорода образует отдельные ковалентные связи с каждым атомом водорода.

    Молекула – это наименьшая частица химического соединения, обладающая его химическими свойствами.

    Это определение молекулы действительно только при учете следующих двух ограничений. Во-первых, в форме молекул могут быть не только соединения, но и простые вещества. Молекулы химического соединения, т. е. сложного вещества, многоэлементны (H₂O, NH₃, CO₂, H₂SO₄), молекулы простых веществ – одноэлементны (H₂, O₂, N₂, Cl₂, S₈, P₄ и др.). Поэтому в приведенном выше определении молекулы речь идет о многоэлементных молекулах.

    Если в химической реакции образуются простые вещества, то в первый момент возникновения эти вещества одноатомны (H, O, Cl). Их называют простыми веществами in statu nascendi (лат., в момент возникновения) или атомными простыми веществами, например атомный водород. Атомные простые вещества чрезвычайно химически активны, и поэтому, если нет другого реагента, в доли секунды они объединяются в многоатомные молекулы и образуют молекулярные простые вещества (H₂, O₂, Cl₂), обладающие меньшей реакционной способностью.

    Во-вторых, большинство химических сложных веществ состоит не из молекул, а из ионов. Ионными соединениями являются все соли, а также солеобразные соединения. Составными частями таких соединений являются одноэлементные или многоэлементные ионы, соединенные между собой (в кристаллической решетке) ионной связью.

    Примеры. Хлорид натрия NaCl состоит из ионов Na⁺ и Cl^–, пероксид натрия Na₂O₂ состоит из ионов Na⁺ и O₂^2–, сульфат меди (II) CuSO₄ состоит из ионов Cu²⁺ и SO₄^2–.

    Ионные соединения не содержат молекул.

    Химические свойства ионных соединений определяются одновременно обоими видами ионов (положительными ионами, или катионами и отрицательными ионами, или анионами), а, следовательно, сочетанием ионов, передаваемым формулами, например, NaCl, Na₂O₂, CuSO₄ (хотя молекулы такого состава в этих твердых веществах не содержатся). Для некоторых из таких веществ в газообразном состоянии можно получить отдельные частицы того же состава, что и в твердом состоянии; они называются ионными парами, и для отличия от ковалентных молекул изображаются с зарядами ионов, например (Na⁺)(Cl^–).

4.     Закрепление изученного материала:

1.      Дайте определение «метод», какие методы изучения вам известны?

2.      Какие частицы называются атомами и молекулами?

3.      Какие вещества называются простыми? Приведите примеры.

4.      Какое вещество называется сложным?

5.      Что показывает химическая формула?

  5.  Проверка уровня усвоения знаний – выполнение  заданий.

 Самостоятельная работа по теме «Вещества. Свойства веществ»

   Вариант I

      1. Выпишите из приведенного перечня физических тел (предметов) и веществ названия веществ: кирпич, поваренная соль, мел, железная кнопка, вода, сахар, проволока, свеча, химический стакан, стеклянная воронка.
      2. В химической посуде без этикеток находятся медь, алюминий, мрамор, уксусная кислота и поваренная соль. По каким свойствам можно распознать эти вещества? Выпишите названия веществ и наиболее характерный для их распознавания признак.

   Вариант II

      1. В химическом кабинете используется оборудование, сделанное из разных веществ. Например: а) стеклянные пробирки, колбы, мерные цилиндры, воронки, химические стаканы; б) железные штативы, держалки для пробирок, ложечки и тигли для прокаливания веществ; в) фарфоровые ступки, пестики, шпатели. Приведите примеры предметов, используемых в быту и изготовленных из этих же веществ.
      2. Приведите пример предмета, сделанного из разных веществ.

     Вариант III

      1. Приведите примеры двух тел, состоящих из одного вещества, и одного тела, состоящего из разных веществ.
      2. Сравните свойства: а) поваренной соли и сахара; б) меди и алюминия; в) серы и угля. Какие свойства каждой пары веществ позволяют отличить их друг от друга?

6.Домашнее задание. Сообщение и запись домашнего задания, комментарии по выполнению домашнего задания

7. Итог занятия. Учитель подводит итоги урока - делает выводы о работе студентов на уроке, выставляет итоговые оценки за урок с их аргументацией, заполняет  журнал.