השאלה העיקרית שאדם חייב לדעת את התשובה כדי להבין נכון את תמונת העולם היא מהו חומר בכימיה. מושג זה מתגבש בגיל בית הספר ומנחה את הילד להמשך התפתחותו. כאשר מתחילים ללמוד כימיה, חשוב למצוא איתו מכנה משותף ברמה היומיומית, זה מאפשר להסביר בצורה ברורה וקלה תהליכים מסוימים, הגדרות, מאפיינים וכו'.
למרבה הצער, בגלל חוסר השלמות של מערכת החינוך, אנשים רבים מפספסים כמה יסודות בסיסיים. המושג "חומר בכימיה" הוא סוג של אבן יסוד, הטמעה בזמן של הגדרה זו נותנת לאדם התחלה נכונה בהתפתחות העוקבת בתחום מדעי הטבע.
גיבוש מושג
לפני שעוברים למושג החומר, יש צורך להגדיר מהו נושא הכימיה. חומרים הם מה שהכימיה חוקרת ישירות, התמורות ההדדיות, המבנה והתכונות שלהם. במובן כללי, החומר הוא ממה עשויים גופים פיזיים.
אז, מהו חומר בכימיה? הבה ניצור הגדרה על ידי מעבר ממושג כללי למושג כימי גרידא. חומר הוא סוג מסוים של חומר, בהכרח בעל מסה, אשרניתן למדוד. מאפיין זה מבדיל את החומר מסוג אחר של חומר - שדה שאין לו מסה (חשמלי, מגנטי, ביו-שדה וכו'). החומר, בתורו, הוא מה שאנחנו וכל מה שסביבנו עשויים ממנו.
מאפיין קצת שונה של חומר, שקובע ממה הוא עשוי - זה כבר נושא לכימיה. חומרים נוצרים על ידי אטומים ומולקולות (יונים מסוימים), מה שאומר שכל חומר המורכב מיחידות הנוסחה הללו הוא חומר.
חומרים פשוטים ומורכבים
לאחר שליטה בהגדרה הבסיסית, אתה יכול להמשיך לסבך אותה. חומרים מגיעים ברמות ארגון שונות, כלומר פשוטים ומורכבים (או תרכובות) - זוהי החלוקה הראשונה מאוד למחלקות של חומרים, לכימיה יש הרבה חלוקות עוקבות, מפורטות ומורכבות יותר. לסיווג זה, בניגוד לרבים אחרים, יש גבולות מוגדרים בקפדנות, ניתן לייחס כל קשר בבירור לאחד מהמינים הבלעדי זה את זה.
חומר פשוט בכימיה הוא תרכובת המורכבת מאטומים של יסוד אחד בלבד מהטבלה המחזורית של מנדלייב. ככלל, מדובר במולקולות בינאריות, כלומר מורכבות משני חלקיקים המחוברים באמצעות קשר קוולנטי לא קוטבי - היווצרות זוג אלקטרונים בודדים משותפים. אז, לאטומים של אותו יסוד כימי יש אלקטרושליליות זהה, כלומר, היכולת להחזיק צפיפות אלקטרונים משותפת, כך שהיא לא מועברת לאף אחד ממשתתפי הקשר. דוגמאות לחומרים פשוטים (לא מתכות) -מימן וחמצן, כלור, יוד, פלואור, חנקן, גופרית וכו'. מולקולה של חומר כמו אוזון מורכבת משלושה אטומים, וכל הגזים האצילים (ארגון, קסנון, הליום וכו') מורכבים מאחד. במתכות (מגנזיום, סידן, נחושת וכו') קיים סוג קשר משלו - מתכתי, שמתבצע עקב סוציאליזציה של אלקטרונים חופשיים בתוך המתכת, ולא נצפית היווצרות מולקולות ככאלה. בעת הקלטת חומר מתכת, פשוט הסמל של היסוד הכימי מצוין ללא כל מדדים.
חומר פשוט בכימיה, שדוגמאות שלו ניתנו לעיל, שונה מחומר מורכב בהרכבו האיכותי. תרכובות כימיות נוצרות על ידי אטומים של יסודות שונים, משניים או יותר. בחומרים כאלה מתרחשת קישור קוטבי או יוני קוולנטי. מכיוון שלאטומים שונים יש אלקטרושליליות שונה, כאשר נוצר זוג אלקטרונים משותף, הוא עובר לכיוון אלמנט אלקטרונילי יותר, מה שמוביל לקיטוב משותף של המולקולה. הסוג היוני הוא מקרה קיצוני של הקוטבי, כאשר זוג אלקטרונים עובר לחלוטין לאחד המשתתפים בקשירה, אז האטומים (או קבוצות שלהם) הופכים ליונים. אין גבול ברור בין הסוגים הללו, ניתן לפרש את הקשר היוני כקוולנטי קוטבי חזק. דוגמאות לחומרים מורכבים הם מים, חול, זכוכית, מלחים, תחמוצות וכו'.
שינויים מהותיים
לחומרים שנקראים פשוטים יש למעשה תכונה ייחודית שאינה טבועה במורכבים. כמה יסודות כימיים יכולים ליצור מספר צורותחומר פשוט. הבסיס הוא עדיין אלמנט אחד, אבל ההרכב הכמותי, המבנה והמאפיינים מבדילים באופן קיצוני תצורות כאלה. תכונה זו נקראת allotropy.
לחמצן, גופרית, פחמן וליסודות אחרים יש כמה שינויים אלוטרופיים. עבור חמצן, אלו הם O2 ו-O3, פחמן נותן ארבעה סוגים של חומרים - קרבין, יהלום, גרפיט ופולרנים, מולקולת הגופרית היא שינוי מעוין, מונוקליני ופלסטי. חומר פשוט כזה בכימיה, שדוגמאות שלו אינן מוגבלות לאלו המפורטות לעיל, הוא בעל חשיבות רבה. בפרט, פולרנים משמשים כמוליכים למחצה בטכנולוגיה, נגדי פוטו, תוספים לגידול סרטי יהלום ולמטרות אחרות, וברפואה הם נוגדי חמצון רבי עוצמה.
מה קורה לחומרים?
כל שנייה בפנים ומסביב יש טרנספורמציה של חומרים. הכימיה בוחנת ומסבירה את התהליכים הנלווים לשינוי איכותי ו/או כמותי בהרכב המולקולות המגיבות. במקביל, לעיתים קרובות קשורות זו בזו, מתרחשות גם טרנספורמציות פיזיקליות, המתאפיינות רק בשינוי בצורה, צבעם של חומרים או מצב הצבירה ועוד כמה מאפיינים.
תופעות כימיות הן תגובות אינטראקציה מסוגים שונים, למשל, תרכובות, החלפות, החלפות, פירוקים, הפיכים, אקסותרמיות, חיזור וכו', בהתאם לשינוי בפרמטר העניין. תופעות פיזיקליות כוללות: אידוי, עיבוי, סובלימציה, פירוק, הקפאה, מוליכות חשמליתוכו ' לעתים קרובות הם מלווים זה את זה, למשל, ברק במהלך סופת רעמים הוא תהליך פיזיקלי, ושחרור האוזון תחת פעולתו הוא כימי.
נכסים פיזיים
חומר בכימיה הוא חומר בעל תכונות פיזיקליות מסוימות. לפי נוכחותם, היעדרם, דרגתם ועוצמתם, ניתן לחזות כיצד יתנהג חומר בתנאים מסוימים, כמו גם להסביר כמה תכונות כימיות של תרכובות. כך, למשל, נקודות רתיחה גבוהות של תרכובות אורגניות המכילות מימן והטרואטום אלקטרוני שלילי (חנקן, חמצן וכו') מצביעות על כך שסוג כימי כזה של אינטראקציה כמו קשר מימן מתבטא בחומר. הודות לידע לאילו חומרים יש את היכולת הטובה ביותר להוליך זרם חשמלי, כבלים וחוטים של חיווט חשמלי עשויים ממתכות מסוימות.
מאפיינים כימיים
הקמה, מחקר ולימוד של הצד השני של מטבע המאפיינים הוא כימיה. התכונות של חומרים מנקודת מבטה הן התגובתיות שלהם לאינטראקציה. חומרים מסוימים פעילים ביותר במובן זה, למשל, מתכות או כל חומר מחמצן, בעוד שאחרים, גזים אצילים (אינרטיים), כמעט אינם נכנסים לתגובות בתנאים רגילים. ניתן להפעיל או לפסיבי תכונות כימיות לפי הצורך, לעיתים ללא קושי רב, ובמקרים מסוימים לא בקלות. מדענים מבלים שעות רבות במעבדות, באמצעות ניסוי וטעייה, בהשגת מטרותיהם.מטרות, לפעמים הן לא מושגות. על ידי שינוי הפרמטרים הסביבתיים (טמפרטורה, לחץ וכו') או שימוש בתרכובות מיוחדות - זרזים או מעכבים - ניתן להשפיע על התכונות הכימיות של חומרים, ומכאן על מהלך התגובה.
סיווג כימיקלים
כל הסיווגים מבוססים על חלוקת התרכובות לאורגניות ולא-אורגניות. היסוד העיקרי של חומרים אורגניים הוא פחמן, בשילוב זה עם זה ומימן, אטומי פחמן יוצרים שלד פחמימני, אשר מתמלא לאחר מכן באטומים אחרים (חמצן, חנקן, זרחן, גופרית, הלוגנים, מתכות ואחרים), נסגר במחזורים או ענפים, ובכך מצדיק מגוון רחב של תרכובות אורגניות. עד כה ידועים למדע 20 מיליון חומרים כאלה. אמנם יש רק חצי מיליון תרכובות מינרלים.
כל תרכובת היא אינדיבידואלית, אבל יש לה גם תכונות דומות רבות לאחרות בתכונות, במבנה ובהרכב, על בסיס זה יש קיבוץ לקבוצות של חומרים. לכימיה יש רמה גבוהה של שיטתיות וארגון, זה מדע מדויק.
חומרים לא אורגניים
1. תחמוצות הן תרכובות בינאריות עם חמצן:
a) חומצי - בעת אינטראקציה עם מים, הם נותנים חומצה;
b) בסיסי - בעת אינטראקציה עם מים, הם נותנים בסיס.
2. חומצות הן חומרים המורכבים מפרוטון מימן אחד או יותר ושארית חומצה.
3. בסיסים (אלקליים) - מורכבים מקבוצת הידרוקסיל אחת או יותר ואטום מתכת:
a) הידרוקסידים אמפוטריים - מציגים תכונות של חומצות וגם של בסיסים.
4. מלחים הם תוצאה של תגובת נטרול בין חומצה לבסיס (בסיס מסיס), המורכבת מאטום מתכת ושארית חומצה אחת או יותר:
a) מלחי חומצה - האניון של שארית החומצה מכיל פרוטון, תוצאה של פירוק לא שלם של החומצה;
b) מלחים בסיסיים - קבוצת הידרוקסיל קשורה למתכת, תוצאה של ניתוק לא שלם של הבסיס.
תרכובות אורגניות
יש הרבה מאוד מחלקות של חומרים בחומר אורגני, קשה לזכור נפח כזה של מידע בבת אחת. העיקר הוא לדעת את החלוקה הבסיסית לתרכובות אליפטיות ומחזוריות, קרבוציקליות והטרוציקליות, רוויות ובלתי רוויות. לפחמימנים יש גם נגזרות רבות שבהן אטום המימן מוחלף בהלוגן, חמצן, חנקן ואטומים נוספים, כמו גם קבוצות פונקציונליות.
חומר בכימיה הוא בסיס הקיום. הודות לסינתזה אורגנית, לאדם יש היום כמות עצומה של חומרים מלאכותיים שמחליפים את הטבעיים, וגם אין להם אנלוגים במאפיינים שלהם בטבע.
