Тела состоят из веществ. В этой главе вы познакомитесь с разнообразием веществ, с их строением и свойствами. Узнаете о наименьшей частице вещества – молекуле. Научитесь различать физические и химические явления природы.

Но прежде вспомните:

• Какие вещества вы уже знаете?

• По каким признакам, особым свойствам вы их различаете?

 

§ 6. Тела и вещества

Изучая в начальных классах природоведение, вы узнали, что природа состоит из множества тел, предметов. Они имеют разную форму, окраску, размеры, состояние. Они окружают нас везде и всюду: на улице, дома, в классе (рис. 25).

Рис. 25. Тела неживой и живой природы

Все тела состоят из веществ. Что понимается под словом «вещество»?

Вещество – это то, из чего состоит тело. Приведем пример. Допустим, утром, идя в школу и проходя около куста сирени, вы заметили на ее листьях капли росы. А под кустом лежал кем-то забытый мячик. Капли росы, мячик – это тела. Из чего же они состоят? Капли росы – из воды, мячик – из резины. Значит, вода и резина – это вещества.

Одно и то же вещество может находиться в различных состояниях. Например, токарь на заводе изготавливает детали из стали. Сталь – твердое вещество. При обработке деталей получается много металлической стружки. Ее собирают и в специальных печах нагревают до очень высокой температуры, при которой сталь плавится и становится жидкой, – получается жидкий металл. Его разливают в формы, где он остывает и вновь становится твердым.

Свойством вещества плавиться при нагревании пользуются при изготовлении различных изделий на основе отливки. Таким способом создают предметы из чугуна, стекла, стали, латуни, алюминия и некоторых других веществ.

Проделайте дома простой опыт.

Возьмите из холодильника несколько маленьких кусочков льда. Положите их на ладонь. Через несколько минут в ладони будет вода. Вылейте ее на поверхность стола. Пройдет немного времени, и она исчезнет, так как испарится (превратится в пар).

Следовательно, одно и то же вещество может находиться в трех состояниях: твердом (лед), жидком (вода) и газообразном (пар). Наблюдать водяной пар нельзя – он невидим.

При охлаждении газообразное вещество переходит вновь в жидкое и далее – в твердое состояние. Воздух – смесь газов. Но если воздух сильно охладить и при этом сжать, т. е. повысить давление, то он станет жидким. Еще понижая температуру и увеличивая давление, можно перевести воздух в твердое состояние.

1. Какие тела природы окружают вас дома, в классе, в лесу?

2. У вас в кошельке несколько монет и бумажная купюра. Как вы считаете, можно ли их назвать телами природы?

3. Приведите пример вещества, которое мы чаще всего встречаем в трех состояниях. Назовите эти состояния.

Немного истории. В истории каждого народа есть великие личности, внимание к которым не ослабевает в течение многих столетий. В русской истории – это прежде всего выдающийся ученый и писатель, инженер и художник, историк и педагог, общественный деятель и борец за национальное достоинство России Михаил Васильевич Ломоносов. Родился он 8 ноября 1711 г. в деревне Мишанинской, расположенной на острове в устье Северной Двины, против города Холмогоры. Михаил с детства познал тяжелый труд. Десятилетним мальчиком он уже сопровождал отца-помора в его далеких и часто опасных плаваниях. Рано научившись читать, он, возвращаясь из плавания, брался за книги. Но книг было мало, и вскоре Михаил знал их почти наизусть. В основном это были церковные книги, и в них он не находил ответов на все интересовавшие его вопросы. В 19 лет Ломоносов ушел с зимним обозом в Москву и здесь в январе 1731 г. поступил учиться в Заиконоспасскую славяно-греко-латинскую академию – первое высшее учебное заведение Московской Руси. Он проявил незаурядные способности к учебе, пройдя первые три класса за один год. Шли годы. Ломоносов учился в Москве, Петербурге. А затем, как один из лучших студентов, был направлен за границу (в Германию) для обучения горному делу и для прохождения общих наук. 8 июля 1741 г. Ломоносов вернулся в Россию. На родине Ломоносов основывает первую в России химическую лабораторию. В ней он проводит свои опыты, которые вывели русскую химию «на широкий путь экспериментальной науки».

М. В. Ломоносов (1711–1765)

Чтобы перечислить все творческие достижения М. В. Ломоносова, нам потребуется не одна страница. Вот тот далеко не полный перечень важнейших открытий, которые он сделал:

– развил учение о строении вещества;

– создал учение о теплоте как о молекулярном движении, которое явилось выдающимся достижением и которое на столетие опередило современную ему науку;

– создал новую науку – физическую химию;

– исследовал грозовые разряды.

И еще один штрих к характеристике вклада великого ученого в русскую науку и культуру. Такие слова, как «атмосфера», «насос», «физика», «барометр», «метеорология», «термометр», «манометр», «микроскоп» и некоторые другие, которыми мы сейчас часто пользуемся, были введены в русский язык М. В. Ломоносовым. Михаил Васильевич Ломоносов по праву считается великим сыном России!

 

§ 7. Свойства твердых тел, жидкостей и газов

Каждый из вас сможет назвать множество различных твердых тел. Их твердость вы ощущаете сразу же, взяв в руки. Из алюминия изготовили прямоугольный брусок. Как бы мы его ни располагали, он будет сохранять свои форму и объем такими, какие ему были приданы при изготовлении (рис. 26).

Рис. 26. Твердые тела сохраняют неизмененными форму и объем

Чтобы изменить его форму, нужно приложить очень большое усилие. Следовательно, твердые тела способны сохранять неизменными форму и объем. Это одно из свойств твердых тел. Рассмотрим свойства жидкостей, например воды. Если воду наливать в разнообразные сосуды, то каждый раз она будет принимать форму этих емкостей (рис. 27).

Рис. 27. Жидкости не сохраняют форму

Объем же воды будет оставаться одним и тем же. Если сосуд разбить, то вода без поддерживающих ее стенок разольется. Жидкости способны сохранять объем, но не способны сохранять форму. Способность жидкости принимать форму сосуда широко используется и на производстве, и в повседневной жизни (например, при литье металлов и приготовлении пищи).

Газы не сохраняют формы и занимают весь объем, который им предоставлен. Следовательно, газы принимают форму и занимают объем того сосуда или помещения, в котором они находятся: закрытой бутылки, закупоренной колбы, комнаты, специального баллона для перевозки и т. д. (рис. 28).

Рис. 28. Газы не сохраняют форму и занимают весь объем, который им предоставлен

Деформация

Возьмите резиновую ленту и карандашом или фломастером разметьте ее на полоски равной длины. Если один конец ленты закрепить, а к другому подвесить груз, то лента растянется. При этом каждая из полосок на ней станет длиннее (рис. 29). Почему? Под действием груза возникает движение частей ленты относительно друг друга. В результате изменяются ее длина и объем. Если поворачивать, как показано на рисунке, концы полоски из мягкого металла, картона, бумаги, то в результате перемещения частей полоски изменится ее форма. Она будет иметь уже другой вид.

Таким образом, когда возникает движение частей тела относительно друг друга, происходит изменение формы, размеров и объема не только тела в целом, но и каждой его отдельной части.

Рис. 29. Деформация тел

Любое изменение формы, размеров и объема тела называется деформацией.

Если в опыте с резиновой лентой убрать груз, то она приобретет первоначальный вид – восстановит свою форму и размеры. Резина обладает свойством, которое называют упругостью.

Упругость – это свойство тела изменять форму и объем под действием других тел и восстанавливать их после прекращения действия.

Однако не все тела после произведенного на них воздействия возвращают свое первоначальное состояние. Пулю для пневматического ружья изготавливают из свинца. Если взять ее в руку и сжать пальцами, она изменит форму – сомнется и после разжатия пальцев останется деформированной. Следовательно, существуют тела, которые изменяют форму и затем не восстанавливают ее.

Свойство тел менять форму под действием других тел и сохранять ее (в измененном виде) после окончания действия называется пластичностью.

Воск, свинец, свежая оконная замазка, пластилин – все это пластичные вещества. Пластичность материалов – свойство, которое используется для изготовления деталей разных форм в технике и быту.

1. Приведите несколько своих примеров, когда в результате движения частей тела меняются его форма и размеры.

2. Какие тела называются упругими? Приведите примеры упругих тел.

3. Какие тела называются пластичными? Приведите примеры.

4. Какими свойствами обладают твердые тела?

5. Какими свойствами обладают газы?

6. Какими свойствами обладают жидкости?

Лабораторная работа № 3

Определение физических свойств твердых, жидких и газообразных тел

1. Положите кубик льда в стакан. Изменилась ли его форма? объем? Сделайте вывод, какое свойство твердых тел вы наблюдали.

2. Возьмите стаканчик с водой и перелейте воду в колбу. Что изменилось? Изменился ли объем воды? Сделайте вывод, какое свойство жидких тел вы наблюдали.

3. На стеклянную пластинку пипеткой нанесите несколько капель воды. Наклоните пластинку. Что вы наблюдаете? Вспомните из курса начальной школы, как называется наблюдаемое свойство воды.

4. Сожмите ластик в руке и отпустите. Изменилась ли его форма? Объем? Сожмите кусочек пластилина и отпустите. Изменилась ли его форма? Сравните результаты опытов с ластиком и пластилином. Сделайте вывод, какие свойства твердых тел вы наблюдали.

5. Надуйте воздушный шарик (не очень сильно) и завяжите его ниткой. Надавите на шарик и наблюдайте за изменением его формы и объема. Отпустите руку. Что произошло с воздухом в шарике? Сделайте вывод, какое свойство газообразных тел вы наблюдали?

 

§ 8. Вещества и смеси

Вы уже знаете, что нас повсюду окружают тела природы и предметы, сделанные человеком. Все они состоят из веществ. Вещества характеризуются определенными свойствами, которыми они отличаются друг от друга.

Чем, например, отличается порошок серы от порошка железа? Сера – вещество светло-желтого цвета, порошок железа темно-серого цвета. Если бросить в воду немного порошка серы, то он будет плавать на ее поверхности. Если поднести к порошку серы магнит, то он к нему не притягивается. С железным порошком картина совершенно иная: в воде железный порошок тонет, к магниту – притягивается. Следовательно, вещества сера и железо отличаются друг от друга определенными свойствами.

Тела, предметы могут состоять из одного вещества (например, медь, железо, сера) или смеси веществ (чугун, молоко, нефть). Так, чугун – это сплав железа с углеродом. Смеси содержат два или более веществ.

Находясь в смеси, вещества сохраняют свои индивидуальные свойства.

Проделайте опыт.

Возьмите немного порошка серы и железа, насыпьте их на лист бумаги и перемешайте палочкой. Получилась смесь грязно-желтого цвета. Какими свойствами эта смесь обладает? Поднесите к ней магнит: железный порошок притягивается к нему, а сера – нет. Опустите смесь в стакан с водой – сера осталась на поверхности воды, а железо осело на дно. Сера и железо, находясь в смеси, сохранили свои свойства.

Рис. 30. Опыт по разделению смеси порошков серы и железа

Способность веществ сохранять свои индивидуальные свойства позволяет отличать их друг от друга в смеси, что широко используется человеком: определяется количество железа в руде, различные примеси в воде и т. д.

В природе смесей очень много. Некоторые из них вы знаете: гранит, различные руды, другие полезные ископаемые, воздух, морская вода и т. д.

1. Из перечисленных веществ и смесей выпишите названия только веществ: кислород, глина, серебро, морская вода, древесина, туман, дым.

2. Приведите примеры природных смесей, которые человек использует в строительстве.

3. Сформулируйте, какими свойствами обладает сера и какими – железо.

 

§ 9. Молекулы. Атомы. Элементы

Если сжать руками мяч, наполненный воздухом, то объем воздуха в мяче уменьшится. Если нагреть железный болт и попробовать ввернуть его в холодную гайку, то усилия будут безуспешными, потому что после нагревания болт расширился, его объем увеличился.

Опыты с мячом, железным болтом с гайкой показывают, что объем тела может изменяться – уменьшаться или увеличиваться. Как это объяснить?

Проделаем простой опыт.

Наполним до краев стакан с водой так, чтобы нельзя было больше прилить ни одной капельки. Осторожно всыпем в воду соль. Она растворится.

Как видно из опыта, в полный стакан с водой можно всыпать примерно чайную ложку соли. Почему? Этот опыт и многие другие наблюдения, о которых вы узнаете позже, позволяют сделать вывод, что вещества, из которых образованы тела, не сплошные, а состоят из частиц. (Частицы соли разместились между частицами воды в нашем опыте.) Эти частицы такие маленькие, что невидимы человеческим глазом.

Молекулы

В XIX в. ученые доказали существование мельчайших частиц вещества. Именно потому, что вещество состоит из частиц, в нем имеются «пустые пространства». Благодаря им тела могут изменять свой объем – увеличивать его или уменьшать, сжиматься при охлаждении и расширяться при нагревании. Частицы, из которых состоят вещества, назвали молекулами (в переводе с латинского «молекула» означает маленькая масса). Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства. Современные приборы – электронные микроскопы – позволили увидеть и сфотографировать наиболее крупные молекулы.

Приведем несколько штрихов к обобщенному «портрету» молекул:

1) молекула – наименьшая частица вещества;

2) молекулы одного и того же вещества одинаковы;

3) размеры молекул очень малы;

4) между молекулами есть промежутки;

5) молекулы постоянно находятся в движении.

Атомы

Можно ли разделить молекулу? Оказывается, можно; хотя молекулы очень маленькие частицы вещества, но и они делимы. Частицы, на которые делится молекула, назвали атомами (в переводе с греческого «атомос» означает неделимый). Позже ученые доказали, что и атом делим. Атом настолько мал, что ни в один микроскоп увидеть его не удается. Итак, из атомов состоят молекулы. Например, молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода (рис. 31. Атомы условно изображены в виде шариков разных размеров.) Молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода, а молекула озона – из трех атомов кислорода. В состав молекулы может входить не только два, три, четыре, а и несколько десятков разнообразных атомов.

Рис. 31. Модель молекулы воды. Молекула воды состоит из двух атомов водорода (голубые) и одного атома кислорода (темный)

Химические элементы

Количество атомов на Земле огромно. Но разнообразие их ограничено – сейчас известно 109 видов различных атомов. Они в разных сочетаниях друг с другом образуют все вещества окружающего нас мира – неживого и живого.

Определенный вид атома называется химическим элементом.

У науки химии свой язык – язык знаков и формул. Ученые условились, что каждый из химических элементов должен иметь свое название и обозначаться особым знаком. Например, химический элемент водород обозначается латинской буквой Н, железо – Fe (рис. 32) и т. д. Сведения о химических элементах собраны в строго определенной системе в таблицу, созданную впервые русским ученым Д. И. Менделеевым.

Рис. 32. Два примера обозначения химических элементов. Каждый химический элемент имеет свой знак, состоящий из одной или двух букв его латинского названия

1. Износ обуви, углубления в ступенях древних лестниц, протирание локтей пиджаков… Не наводят ли эти будничные наблюдения на научные размышления? Какие?

2. Как называются частицы, составляющие молекулы?

3. Из каких атомов состоит молекула воды?

4. Объясните значение слов «молекула», «атом», «химический элемент».

 

§ 10. Движение частиц вещества

Представим такую ситуацию. В классной комнате закрыты все форточки, окна и двери. Кто-то капнул на стол немного духов или другого пахучего вещества. Через минуту-две запах достигнет каждого уголка класса.

Каким же образом, да еще так быстро?

Известно, что молекулы любого вещества находятся в постоянном беспорядочном движении. Движение есть естественное состояние молекул.

Молекулы пахучего вещества движутся. При движении они проникают в пространство между молекулами воздуха. Беспорядочно перемещаясь, они сталкиваются с молекулами воздуха и быстро перемешиваются с ними. Запах распространяется по комнате.

Взаимное проникновение соприкасающихся веществ, которое происходит вследствие беспорядочного движения частиц вещества, называют диффузией (в переводе с латинского «диффузия» означает распространение, растекание).

Диффузия происходит не только в газах (как это было в приведенном примере), но и в веществах, находящихся в жидком и твердом состоянии.

Рассмотрим диффузию в жидкостях. Представьте, что стакан наполовину заполнен концентрированным раствором медного купороса. Этот раствор имеет темно-голубой цвет; он тяжелее воды. Если осторожно влить в стакан чистой воды, то вначале наблюдается резкая граница раздела между водой и раствором медного купороса. Через несколько дней обнаружится, что голубая окраска распространилась вверх. С течением времени в стакане образуется однородная жидкость бледно-голубого цвета (рис. 33). Произошло взаимное перемешивание: молекулы тяжелого медного купороса проникли в пространство между молекулами воды, а молекулы воды проникли в пространство между молекулами медного купороса.

Рис. 33. Диффузия в жидкостях

В опыте с твердыми веществами гладко отшлифованные пластины свинца и золота положили одну на другую и сжали грузом. При обычной комнатной температуре за 5 лет золото и свинец взаимно проникли друг в друга примерно на 1 мм.

Следует сказать, что диффузия при более высокой температуре происходит быстрее.

Скорость движения молекул данного вещества связана с его температурой: чем выше температура вещества, тем быстрее движутся его молекулы.

Диффузия в жидкостях происходит медленнее, чем в газах, а в твердых телах еще медленнее. Почему? На этот вопрос мы ответим в следующем параграфе.

1. Дома вы решили покрасить краской двери комнаты. Объясните, можно ли почувствовать ее запах, находясь на кухне.

2. Можно ли сказать, что диффузия пахучих жидкостей в воздухе – доказательство существования промежутков между частицами газообразных веществ?

3. Почему диффузия происходит быстрее при более высокой температуре?

 

§ 11. Взаимодействие частиц

Вы знаете, что в телах частицы находятся в непрерывном беспорядочном движении. Почему же твердое тело не распадается на отдельные частицы? Это объясняется тем, что частицы (молекулы или атомы) большинства твердых тел расположены в определенном порядке и очень близко друг к другу.

Каждая частица притягивает к себе соседние частицы и сама притягивается к ним. Эти силы удерживают, например, атомы железа в куске металла, молекулы воды в куске льда или в капле воды. Иначе говоря, сила притяжения – это такая сила, которая удерживает частицы вместе.

Если разломать вязальную спицу на две части и составить их вместе, то они не будут удерживаться друг около друга. Оказывается, притяжение между частицами вещества становится возможным лишь тогда, когда они находятся на определенном расстоянии, достаточно близко одна от другой.

Опыт позволяет обнаружить притяжение частиц.

Берут небольшой свинцовый цилиндр, разрезают его на две половины и быстро сдвигают их свежими срезами. Если место среза не успело окислиться, то обе части свинцового цилиндра соединятся в одно целое. Это можно проверить, закрепив один из цилиндров в держатель, а к другому подвесив груз. Половинка цилиндра с грузом не падает. Следовательно, молекулы половинок цилиндра взаимодействуют друг с другом.

Рис. 34. Притяжение частиц. Две половины свинцового цилиндра соединяются благодаря взаимодействию молекул

Описанный опыт удается благодаря мягкости свинца. С более твердыми, чем свинец, телами (например, половинками разбитого стекла) подобный опыт осуществить невозможно.

Чтобы произошло соединение, молекулы должны находиться на расстоянии друг от друга несколько меньше размеров самих молекул. Куски мягкого материала, например пластилина, слипаются легко. Это происходит потому, что их можно сблизить на такое расстояние, на котором действуют силы притяжения.

Строение жидкостей отличается от строения твердых тел. В жидкостях взаимодействие между молекулами слабее, чем в твердых телах, но все-таки оно имеется. Представьте, что в стакан налили воду, а затем перелили ее в колбу. Первоначально жидкость занимала форму стакана, а затем колбы, в которую ее перелили. Если бы в воде между молекулами действовало притяжение такой же силы, как и в твердых телах, то ее форма не могла бы меняться так легко.

Молекулы в жидкостях расположены почти вплотную друг к другу, поэтому все жидкости обладают очень малой сжимаемостью. Но взаимодействие между молекулами не так велико, чтобы жидкости сохраняли свою форму. Этим объясняется главное свойство жидкостей – текучесть.

Мы уже говорили, что газ можно сжать так, что его объем уменьшится в несколько раз. Значит, в газах расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул. В таких случаях молекулы слабо притягиваются друг к другу. Вот почему газы не сохраняют форму и объем.

Между частицами в твердых телах, жидкостях и газах существует взаимное притяжение.

Возникает вопрос: «Почему существуют промежутки между частицами?» Казалось бы, частицы, притягиваясь друг к другу, должны «слипнуться». Сжатию тел, однако, препятствует отталкивание частиц. Что это именно так, можно убедиться на примере. Резиновый ластик, сжатый и согнутый пополам, распрямится, если края отпустить. Сжатые тела распрямляются потому, что при сжатии частицы настолько сближаются, что начинают отталкиваться друг от друга. Следовательно, притяжение, действующее между частицами – атомами и молекулами, удерживает их друг около друга, а отталкивание препятствует их полному сближению.

1. Когда мы ломаем палку, разрываем нитку или бумагу, какие силы мы преодолеваем?

2. Нитка и медная проволока имеют одинаковую толщину. Что из них легче разорвать?

3. Можно ли две капли воды слить в одну?

 

§ 12. Разнообразие веществ

Вещества простые и сложные

В зависимости от того, из атомов одного или разных элементов состоит их молекула, все вещества делят на простые и сложные.

Если вещество состоит из атомов одного элемента, его называют простым. Так, гелий, кислород, водород, хлор, железо, озон – простые вещества. Молекула гелия состоит из одного атома гелия, молекула кислорода – из двух атомов кислорода. Молекулы простых веществ могут содержать и больше двух атомов. К примеру, молекула озона образована тремя атомами кислорода.

Если вещество состоит из атомов разных элементов, его называют сложным. Вода, углекислый газ, поваренная соль – сложные вещества. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (). Молекула углекислого газа – из одного атома углерода и двух атомов кислорода.

Вещества неорганические и органические

На уроках природоведения вы узнали, что в окружающей нас природе различают неживые и живые тела.

Тела неживой природы образованы, как правило, только неорганическими веществами. К неорганическим веществам относятся: кислород, водород, вода, медь, алюминий, хлорид натрия (поваренная соль) и др. Неорганические вещества могут быть простыми (кислород) и сложными (вода). Большинство из них в составе молекулы имеют небольшое число атомов.

Вещества, которые образуются, как правило, в телах живой природы, называют органическими. К ним относятся белки, жиры, углеводы. Органические вещества – все сложные. Кроме того, молекулы большинства из них содержат большое число атомов. Так, молекулы белка, например, состоят из многих тысяч атомов.

Ученые установили, что в состав неорганических и органических веществ входят атомы одних и тех же химических элементов: водорода, кислорода, углерода, азота и др.

Вы уже знаете, что неорганическое вещество вода состоит из атомов водорода и кислорода. Атомы этих же элементов, наряду с углеродом, азотом и другими, входят в состав клеток всех живых организмов, в том числе и клеток человеческого тела. Кроме перечисленных элементов в организмах есть еще и такие, как кальций, фосфор, хлор, натрий, калий и т. д. Эти же элементы можно обнаружить в веществах, образующих тела неживой природы: азот присутствует в воздухе, кальций – в извести, хлор – в поваренной соли.

1. Какие вещества называются простыми, а какие – сложными? Приведите примеры.

2. Как вы назовете вещество – простым или сложным, если его молекула состоит из двух атомов кислорода; из одного атома углерода и двух атомов кислорода; из трех атомов кислорода; из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода?

3. Приведите примеры неорганических и органических веществ.

 

§ 13. Явления природы. Физические явления

Нас окружает бесконечно разнообразный мир веществ и явлений.

В нем непрерывно происходят изменения.

Любые изменения, которые происходят с телами, называют явлениями. Рождение звезд, смена дня и ночи, таяние льда, набухание почек на деревьях, сверкание молнии при грозе и так далее – все это явления природы.

Физические явления

Вспомним, что тела состоят из веществ. Заметим, что при одних явлениях вещества тел не меняются, а при других – меняются. Например, если разорвать листок бумаги пополам, то, несмотря на произошедшие изменения, бумага останется бумагой. Если же бумагу сжечь, то она превратится в пепел и дым.

Явления, при которых могут изменяться размеры, форма тел, состояние веществ, но вещества остаются прежними, не превращаются в другие, называют физическими явлениями (испарение воды, свечение электрической лампочки, звучание струн музыкального инструмента и т. д.).

Физические явления чрезвычайно разнообразны. Среди них различают механические, тепловые, электрические, световые и др.

Давайте вспомним, как плывут по небу облака, летит самолет, едет автомобиль, падает яблоко, катится тележка и т. д. Во всех перечисленных явлениях предметы (тела) движутся. Явления, связанные с изменением положения какого-либо тела по отношению к другим телам, называют механическими (в переводе с греческого «механе» означает машина, орудие).

Многие явления вызываются сменой тепла и холода. При этом происходят изменения свойств самих тел. Они меняют форму, размеры, изменяется состояние этих тел. Например, при нагревании лед превращается в воду, вода – в пар; при понижении температуры пар превращается в воду, вода – в лед. Явления, связанные с нагреванием и охлаждением тел, называют тепловыми (рис. 35).

Рис. 35. Физическое явление: переход вещества из одного состояния в другое. Если заморозить капли воды, вновь возникнет лед

Рассмотрим электрические явления. Слово «электричество» происходит от греческого слова «электрон» – янтарь. Вспомните, что, когда вы быстро снимаете с себя шерстяной свитер, вы слышите легкий треск. Проделав то же в полной темноте, вы увидите еще и искры. Это простейшее электрическое явление.

Чтобы познакомиться еще с одним электрическим явлением, проделайте следующий опыт.

Нарвите маленькие кусочки бумаги, положите их на поверхность стола. Расчешите чистые и сухие волосы пластмассовой расческой и поднесите ее к бумажкам. Что произошло?

Рис. 36. Небольшие кусочки бумаги притягиваются к расческе

Тела, которые способны после натирания притягивать легкие предметы, называют наэлектризованными (рис. 36). Молнии при грозе, полярные сияния, электризация бумаги и синтетических тканей – все это электрические явления. Работа телефона, радио, телевизора, разнообразных бытовых приборов – это примеры использования человеком электрических явлений.

Явления, которые связаны со светом, называют световыми. Свет излучают Солнце, звезды, лампы и некоторые живые существа, например жуки-светлячки. Такие тела называются светящимися.

Мы видим при условии воздействия света на сетчатку глаза. В абсолютной темноте мы видеть не можем. Предметы, которые сами не излучают свет (например, деревья, трава, страницы этой книги и др.), видны только тогда, когда они получают свет от какого-нибудь светящегося тела и отражают его от своей поверхности.

Луна, о которой мы часто говорим как о ночном светиле, в действительности является лишь своеобразным отражателем солнечного света.

Изучая физические явления природы, человек научился использовать их в повседневной жизни, быту.

1. Что называют явлениями природы?

2. Прочитайте текст. Перечислите, какие явления природы называются в нем: «Наступила весна. Солнце греет все сильнее. Тает снег, бегут ручьи. На деревьях набухли почки, прилетели грачи».

3. Какие явления называют физическими?

4. Из перечисленных ниже физических явлений в первый столбик выпишите механические явления; во второй – тепловые; в третий – электрические; в четвертый – световые явления.

Физические явления: вспышка молнии; таяние снега; спуск с горы на санках; плавление металлов; работа электрического звонка; радуга на небе; солнечный зайчик; перемещение камней, песка водой; кипение воды.

 

§ 14. Химические явления. Горение

Вспомните, что смесь из порошка серы и железа легко разделить водой или магнитом (). Если же эту смесь нагреть в пробирке, то начинает меняться ее окраска, она становится черной. После этого разделить смесь уже не удается. Что произошло? Образовалось новое вещество? Опустим кусочек этого вещества в воду – оно тонет; поднесем к нему магнит – не притягивается. Значит, в процессе нагревания смеси из двух веществ – железа и серы – действительно образовалось новое вещество (сульфид железа), которое обладает иными свойствами, чем сера и железо в отдельности.

Явления, в результате которых одни вещества превращаются в другие, называют химическими явлениями или химическими реакциями.

Химические явления происходят в условиях нагревания веществ, при действии на них электрическим током, сильным давлением и др. Некоторые химические реакции человек использует уже тысячи лет – выплавляет металлы из руд, обжигает глину, дубит кожу и т. д.

Химические реакции происходят не только в неживой природе, но и в живых организмах. Благодаря им организмы питаются, движутся, растут.

Реакция горения

Реакцию, сопровождающуюся выделением тепла и света, называют горением. Представьте три горящие свечи. Первая накрыта стаканом, вторая – литровой банкой, а третья открыта. Что происходит с горящими свечами?

Первая свеча (под стаканом) погасла первой. Вторая свеча горела дольше, потому что под банкой было больше воздуха, чем под стаканом. А теперь попробуйте сами объяснить, почему третья свеча горела до тех пор, пока не сгорела полностью.

Это наблюдение подсказывает одно из свойств воздуха – он участвует в горении. Где больше воздуха, там дольше горение, и наоборот. Известно, что воздух – это смесь разных газов. Ученые установили, что участвует в горении только кислород, входящий в состав воздуха. Горение можно представить как реакцию соединения веществ с кислородом.

Многие вещества горят с образованием пламени (рис. 37).

Рис. 37. Строение пламени свечи. Оно состоит из трех слоев. Самый горячий – внешний слой

Вы, наверное, видели, как горит костер. Верхние поленья дров сгорают быстро, и чтобы лучше разгорелись нижние поленья, нужно палкой их немного пошевелить. Этим обеспечивается доступ кислорода к нижним поленьям.

А как решить обратную задачу – погасить пламя? Прежде всего следует прекратить доступ воздуха (кислорода) к горящему предмету. Чтобы погасить горящую древесину или уголь, их заливают водой. Она охлаждает горящие вещества (древесину или уголь) и преграждает доступ к ним воздуха.

Есть такие вещества, которые нельзя гасить водой. Они легче воды и горят на ее поверхности. К ним относятся нефть, бензин, керосин. Их гасят песком или углекислым газом из огнетушителя, так как углекислый газ не поддерживает горения. Если очаг горения небольшой, огонь гасят, накрывая горящий предмет куском плотной ткани – брезентом, одеялом и т. д.

Значение горения

Человек начал использовать огонь с давних времен. Вначале он поддерживал огонь, который возникал от удара молний, потом научился получать его самостоятельно.

Горючие материалы, сжигаемые для использования выделяющейся теплоты, называют топливом.

Топливо может быть твердым (торф, каменный уголь), жидким (бензин, керосин), газообразным (природные горючие газы).

Топливо имеет большое значение в хозяйственной деятельности человека: применяется практически во всех отраслях промышленности, обеспечивает движение транспорта, обогревает жилища и т. д. Энергия, которая выделяется при сгорании топлива, используется на тепловых электростанциях, превращаясь в электрическую энергию.

1. Какие явления называются химическими? Приведите примеры.

2. Как вы думаете, к какой группе явлений можно отнести гниение листьев?

3. Можно ли сказать, что горение веществ – химический процесс?

4. Что произойдет, если пламя спиртовки накрыть колпачком?

5. Почему при протапливании печей открывают трубы?

6. Почему горящий бензин нельзя тушить водой?

 

§ 15. Окисление

Кислород, входящий в состав воздуха, вступает в химические реакции со многими веществами.

Взаимодействие веществ с кислородом называется реакцией окисления. Горение – процесс, с которым вы познакомились в предыдущем параграфе, – одна из них.

Менее заметно протекают другие процессы с участием кислорода: гниение растительных и животных остатков, дыхание организмов, появление ржавчины на металлических изделиях и др. Эти химические реакции протекают медленнее горения, без выделения света, хотя небольшое количество тепла и выделяется. Ученые назвали эти процессы медленным окислением.

Если вы возьмете железный гвоздь и опустите его во влажную пробирку, то через 10–15 дней увидите на нем буроватый налет – это ржавчина. Откуда она взялась? Ржавчина образовалась в результате соединения железа с кислородом во влажной среде. Ржавея, металл постепенно разрушается, что приходится учитывать при эксплуатации металлических изделий и изобретать средства, замедляющие этот процесс.

Окислительные способности кислорода человек использует и себе на благо. Так, жидкий кислород применяют в качестве окислителя топлива в ракетных двигателях. Тепло, выделяющееся при окислении навоза, используют в сельском хозяйстве для создания «теплых грядок», на которых круглогодично выращивают растительные культуры.

Дыхание

Вещества, входящие в состав тел живой природы, также соединяются с кислородом. В организмах происходит медленное окисление питательных веществ, в результате чего выделяется тепло и накапливается энергия, которая расходуется на жизнедеятельность. Этот процесс называется дыханием.

Кислород воздуха используют для дыхания большинство бактерий, грибы, растения, животные и человек.

Живые организмы потребляют кислород постоянно. Казалось бы, с каждым годом кислорода в земной атмосфере должно становиться все меньше и меньше. Однако этого не происходит, потому что растения обладают уникальной особенностью: на свету поглощают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород. Таким образом происходит пополнение кислорода в атмосфере. Благодаря растениям все живые существа Земли могут дышать.

1. Что называется окислением?

2. Почему грядки для выращивания огурцов часто делают на основе навоза?

3. Почему после каждого урока в классе необходимо открывать форточки?

1. Чем объясняется распространение в спокойном воздухе запахов бензина, дыма, духов и других пахучих веществ?

2. Почему в газах и жидкостях диффузия протекает значительно быстрее, чем в твердых телах?

3. Какие природные тела состоят из смесей?

4. Какие вещества называются сложными?

5. При тушении пожаров используют воду, однако все чаще применяют углекислый газ. Объясните почему.

Что вы узнали о телах и веществах (самое, самое, самое…)

Тела природы

• твердые

• жидкие

• газообразные

Свойства газов

• не сохраняют формы

• занимают весь объем, предоставленный им

• диффузия

Свойства жидких тел

• сохраняют объем

• не сохраняют форму

• текучи

• диффузия

Свойства твердых тел

• сохраняют форму, объем

• пластичны

• диффузия

Строение тел

• вещество

• молекула

• атом

• элемент

Разнообразие веществ

• простые

• сложные

• смеси

Явления природы

• физические

• химические

Физические явления

• механические

• тепловые

• электрические

• световые

Химические явления

• горение

• окисление