Հիմնական հարցը, որի պատասխանը մարդը պետք է իմանա՝ աշխարհի պատկերը ճիշտ հասկանալու համար, այն է, թե ինչ է նյութը քիմիայում: Այս հայեցակարգը ձևավորվում է դպրոցական տարիքում և ուղղորդում է երեխային հետագա զարգացման մեջ։ Քիմիա ուսումնասիրելիս կարևոր է առօրյա մակարդակում գտնել դրա հետ ընդհանուր լեզու, սա թույլ է տալիս պարզ և հեշտությամբ բացատրել որոշակի գործընթացներ, սահմանումներ, հատկություններ և այլն:
Ցավոք, կրթական համակարգի անկատարության պատճառով շատերը բաց են թողնում որոշ հիմնարար հիմունքներ: «Նյութ քիմիայում» հասկացությունը մի տեսակ հիմնաքար է, այս սահմանման ժամանակին յուրացումը մարդուն տալիս է ճիշտ մեկնարկ բնական գիտության ոլորտում հետագա զարգացման մեջ։
Հայեցակարգի ձևավորում
Նախքան նյութ հասկացությանը անցնելը, անհրաժեշտ է սահմանել, թե որն է քիմիայի առարկան։ Նյութերն այն են, ինչ ուղղակիորեն ուսումնասիրում է քիմիան, նրանց փոխադարձ փոխակերպումները, կառուցվածքը և հատկությունները։ Ընդհանուր իմաստով նյութն այն է, թե ինչից են կազմված ֆիզիկական մարմինները:
Այսպիսով, ի՞նչ է նյութը քիմիայում: Կազմենք սահմանում՝ ընդհանուր հասկացությունից անցնելով զուտ քիմիականի։ Նյութը նյութի որոշակի տեսակ է, որն անպայմանորեն ունի զանգված, որըկարելի է չափել. Այս հատկանիշը տարբերում է նյութը նյութի մեկ այլ տեսակից՝ զանգված չունեցող դաշտից (էլեկտրական, մագնիսական, կենսադաշտ և այլն): Նյութն իր հերթին այն է, ինչից մենք և մեզ շրջապատող ամեն ինչ ստեղծված է:
Նյութի մի փոքր այլ հատկանիշ, որը որոշում է, թե ինչից է այն կազմված, սա արդեն քիմիայի առարկա է։ Նյութերը ձևավորվում են ատոմներից և մոլեկուլներից (որոշ իոններ), ինչը նշանակում է, որ այս բանաձևի միավորներից կազմված ցանկացած նյութ նյութ է։
Պարզ և բարդ նյութեր
Հիմնական սահմանումը յուրացնելուց հետո կարող եք անցնել այն բարդացնելուն: Նյութերը գալիս են կազմակերպման տարբեր մակարդակներում, այսինքն՝ պարզ և բարդ (կամ միացություններ) - սա հենց առաջին բաժանումն է նյութերի դասերի, քիմիան ունի բազմաթիվ հետագա բաժանումներ՝ մանրամասն և ավելի բարդ: Այս դասակարգումը, ի տարբերություն շատերի, ունի խիստ սահմանված սահմաններ, յուրաքանչյուր կապ կարող է հստակորեն վերագրվել փոխադարձաբար բացառող տեսակներից մեկին:
Քիմիայի մեջ պարզ նյութը Մենդելեևի պարբերական աղյուսակի միայն մեկ տարրի ատոմներից բաղկացած միացություն է: Որպես կանոն, դրանք երկուական մոլեկուլներ են, այսինքն՝ բաղկացած երկու մասնիկներից, որոնք կապված են կովալենտային ոչ բևեռային կապի միջոցով՝ ընդհանուր միայնակ էլեկտրոնային զույգի ձևավորում: Այսպիսով, նույն քիմիական տարրի ատոմներն ունեն միանման էլեկտրաբացասականություն, այսինքն՝ ընդհանուր էլեկտրոնային խտություն պահելու ունակություն, ուստի այն չի տեղափոխվում կապի մասնակիցներից որևէ մեկին: Պարզ նյութերի (ոչ մետաղների) օրինակներ.ջրածին և թթվածին, քլոր, յոդ, ֆտոր, ազոտ, ծծումբ և այլն: Օզոնի նման նյութի մոլեկուլը բաղկացած է երեք ատոմից, և բոլոր ազնիվ գազերը (արգոն, քսենոն, հելիում և այլն) բաղկացած են մեկից։ Մետաղներում (մագնեզիում, կալցիում, պղինձ և այլն) գոյություն ունի կապի իր տեսակը՝ մետաղական, որն իրականացվում է մետաղի ներսում ազատ էլեկտրոնների սոցիալականացման շնորհիվ, և որպես այդպիսին մոլեկուլների առաջացում չի նկատվում։ Մետաղական նյութը գրանցելիս պարզապես նշվում է քիմիական տարրի խորհրդանիշը՝ առանց որևէ ցուցանիշի։
Քիմիայի պարզ նյութը, որի օրինակները բերվեցին վերևում, իր որակական բաղադրությամբ տարբերվում է բարդ նյութից։ Քիմիական միացությունները առաջանում են տարբեր տարրերի ատոմներից՝ երկու կամ ավելիից։ Նման նյութերում տեղի է ունենում կովալենտ բևեռային կամ իոնային կապակցում։ Քանի որ տարբեր ատոմներ ունեն տարբեր էլեկտրաբացասականություն, երբ ձևավորվում է ընդհանուր էլեկտրոնային զույգ, այն տեղափոխվում է դեպի ավելի էլեկտրաբացասական տարր, ինչը հանգեցնում է մոլեկուլի ընդհանուր բևեռացման: Իոնային տեսակը բևեռայինի ծայրահեղ դեպքն է, երբ էլեկտրոնների զույգը ամբողջությամբ անցնում է կապող մասնակիցներից մեկին, ապա ատոմները (կամ դրանց խմբերը) վերածվում են իոնների։ Այս տեսակների միջև հստակ սահման չկա, իոնային կապը կարելի է մեկնաբանել որպես կովալենտ ուժեղ բևեռային: Բարդ նյութերի օրինակներ են ջուրը, ավազը, ապակին, աղերը, օքսիդները և այլն:
Նյութի փոփոխություններ
Նյութերը, որոնք կոչվում են պարզ, իրականում ունեն յուրահատուկ հատկություն, որը բնորոշ չէ բարդ նյութերին: Որոշ քիմիական տարրեր կարող են ձևավորել մի քանի ձևպարզ նյութ. Հիմքը դեռևս մեկ տարր է, բայց քանակական կազմը, կառուցվածքը և հատկությունները արմատապես տարբերում են նման գոյացությունները։ Այս հատկանիշը կոչվում է ալոտրոպիա։
Թթվածինը, ծծումբը, ածխածինը և այլ տարրեր ունեն մի քանի ալոտրոպ մոդիֆիկացիաներ: Թթվածնի համար սրանք են O2 և O3, ածխածինը տալիս է չորս տեսակի նյութեր՝ կարաբին, ադամանդ, գրաֆիտ և ֆուլերեններ, ծծմբի մոլեկուլը՝ ռոմբիկ, մոնոկլինիկ և պլաստիկ ձևափոխություն: Նման պարզ նյութը քիմիայում, որի օրինակները չեն սահմանափակվում վերը թվարկվածներով, մեծ նշանակություն ունի։ Մասնավորապես, ֆուլերեններն օգտագործվում են որպես կիսահաղորդիչներ տեխնոլոգիայի մեջ, ֆոտոռեզիստորներ, հավելումներ ալմաստի թաղանթների աճի և այլ նպատակների համար, իսկ բժշկության մեջ դրանք հզոր հակաօքսիդանտներ են։
Ի՞նչ է տեղի ունենում նյութերի հետ
Ամեն վայրկյան ներսում և շրջակայքում տեղի է ունենում նյութերի փոխակերպում: Քիմիան դիտարկում և բացատրում է այն գործընթացները, որոնք ուղեկցվում են արձագանքող մոլեկուլների բաղադրության որակական և/կամ քանակական փոփոխությամբ: Զուգահեռաբար, հաճախ փոխկապակցված, տեղի են ունենում նաև ֆիզիկական փոխակերպումներ, որոնք բնութագրվում են միայն նյութերի ձևի, գույնի կամ ագրեգացման վիճակի և որոշ այլ բնութագրերի փոփոխությամբ։
Քիմիական երևույթները տարբեր տեսակի փոխազդեցության ռեակցիաներ են, օրինակ՝ միացություններ, փոխարինումներ, փոխանակումներ, տարրալուծումներ, շրջելի, էկզոթերմիկ, ռեդոքս և այլն՝ կախված հետաքրքրող պարամետրի փոփոխությունից։ Ֆիզիկական երևույթները ներառում են՝ գոլորշիացում, խտացում, սուբլիմացիա, տարրալուծում, սառեցում, էլեկտրական հաղորդունակությունև այլն: Հաճախ նրանք ուղեկցում են միմյանց, օրինակ՝ ամպրոպի ժամանակ կայծակը ֆիզիկական գործընթաց է, իսկ օզոնի արտազատումը դրա ազդեցության տակ՝ քիմիական։
Ֆիզիկական հատկություններ
Քիմիայի մեջ նյութը մի նյութ է, որն ունի որոշակի ֆիզիկական հատկություններ: Դրանց առկայությամբ, բացակայությամբ, աստիճանով և ինտենսիվությամբ կարելի է գուշակել, թե ինչ-որ նյութի իրեն պահելու է որոշակի պայմաններում, ինչպես նաև բացատրել միացությունների որոշ քիմիական առանձնահատկություններ։ Այսպիսով, օրինակ, օրգանական միացությունների բարձր եռման կետերը, որոնք պարունակում են ջրածին և էլեկտրաբացասական հետերոատոմ (ազոտ, թթվածին և այլն), ցույց են տալիս, որ այնպիսի քիմիական տիպի փոխազդեցություն, ինչպիսին ջրածնային կապն է, դրսևորվում է նյութում: Գիտելիքի շնորհիվ, թե որ նյութերն ունեն էլեկտրական հոսանք անցկացնելու լավագույն ունակությունը, էլեկտրական լարերի մալուխներն ու լարերը պատրաստվում են որոշակի մետաղներից։
Քիմիական հատկություններ
Հատկությունների մետաղադրամի մյուս կողմի ստեղծումը, հետազոտությունն ու ուսումնասիրությունը քիմիան է: Նյութերի հատկությունները նրա տեսանկյունից փոխազդեցության նկատմամբ նրանց ռեակտիվությունն են: Որոշ նյութեր այս առումով չափազանց ակտիվ են, օրինակ՝ մետաղները կամ ցանկացած օքսիդացնող նյութեր, իսկ մյուսները՝ ազնիվ (իներտ) գազերը, գործնականում չեն մտնում ռեակցիաների նորմալ պայմաններում։ Քիմիական հատկությունները կարելի է ակտիվացնել կամ պասիվացնել ըստ անհրաժեշտության, երբեմն առանց մեծ դժվարության, իսկ որոշ դեպքերում՝ ոչ հեշտ։ Գիտնականները շատ ժամեր են անցկացնում լաբորատորիաներում՝ փորձերի և սխալների միջոցով՝ հասնելով իրենց նպատակներին:նպատակները, երբեմն դրանք չեն հասնում: Փոխելով շրջակա միջավայրի պարամետրերը (ջերմաստիճան, ճնշում և այլն) կամ օգտագործելով հատուկ միացություններ՝ կատալիզատորներ կամ ինհիբիտորներ, հնարավոր է ազդել նյութերի քիմիական հատկությունների, հետևաբար՝ ռեակցիայի ընթացքի վրա։
Քիմիական նյութերի դասակարգում
Բոլոր դասակարգումները հիմնված են միացությունների օրգանական և անօրգանական բաժանման վրա: Օրգանական նյութերի հիմնական տարրը ածխածինն է՝ միանալով միմյանց և ջրածին, ածխածնի ատոմները կազմում են ածխաջրածնային կմախք, որն այնուհետև լցվում է այլ ատոմներով (թթվածին, ազոտ, ֆոսֆոր, ծծումբ, հալոգեններ, մետաղներ և այլն), փակվում է ցիկլերով կամ ճյուղերով։, դրանով իսկ արդարացնելով օրգանական միացությունների լայն տեսականի։ Մինչ օրս գիտությանը հայտնի է 20 միլիոն նման նյութ։ Մինչդեռ կան ընդամենը կես միլիոն հանքային միացություններ:
Յուրաքանչյուր միացություն անհատական է, բայց ունի նաև շատ նման հատկություններ մյուսների հետ՝ հատկություններով, կառուցվածքով և բաղադրությամբ, դրա հիման վրա կա խմբավորում նյութերի դասերի: Քիմիան ունի համակարգվածության և կազմակերպման բարձր մակարդակ, այն ճշգրիտ գիտություն է։
Անօրգանական նյութեր
1. Օքսիդները թթվածնի հետ երկուական միացություններ են՝
ա) թթվային - ջրի հետ փոխազդելիս տալիս են թթու;
բ) հիմնական - ջրի հետ փոխազդելիս հիմք են տալիս:
2. Թթուները նյութեր են, որոնք բաղկացած են մեկ կամ մի քանի ջրածնի պրոտոններից և թթվային մնացորդից:
3. Հիմքեր (ալկալիներ) - բաղկացած են մեկ կամ մի քանի հիդրօքսիլ խմբերից և մետաղի ատոմից՝
ա) ամֆոտերային հիդրօքսիդներ - ցուցադրում են ինչպես թթուների, այնպես էլ հիմքերի հատկությունները:
4. Աղերը չեզոքացման ռեակցիայի արդյունք են թթվի և ալկալիի (լուծվող հիմքի) միջև, որը բաղկացած է մետաղի ատոմից և մեկ կամ մի քանի թթվային մնացորդներից:
ա) թթվային աղեր - թթվային մնացորդի անիոնը պարունակում է պրոտոն՝ թթվի ոչ լրիվ տարանջատման արդյունք;
բ) հիմնական աղեր - հիդրօքսիլ խումբը կապված է մետաղի հետ՝ հիմքի ոչ լրիվ տարանջատման արդյունք։
Օրգանական միացություններ
Օրգանական նյութերում կան բազմաթիվ դասերի նյութեր, դժվար է միանգամից հիշել նման ծավալի տեղեկատվություն: Հիմնական բանը իմանալն է հիմնական բաժանումները ալիֆատիկ և ցիկլային միացությունների, կարբոցիկլիկ և հետերոցիկլիկ, հագեցած և չհագեցած միացությունների: Ածխաջրածիններն ունեն նաև բազմաթիվ ածանցյալներ, որոնցում ջրածնի ատոմը փոխարինվում է հալոգենով, թթվածնով, ազոտով և այլ ատոմներով, ինչպես նաև ֆունկցիոնալ խմբերով:
Քիմիայի մեջ նյութը գոյության հիմքն է։ Օրգանական սինթեզի շնորհիվ մարդն այսօր ունի հսկայական քանակությամբ արհեստական նյութեր, որոնք փոխարինում են բնականին, ինչպես նաև բնության մեջ իրենց բնութագրերով նմանը չունեն։
