1.3: Фізико-хімічні властивості

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22659

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Опишіть різницю між фізичними і хімічними властивостями або зміненими.
Визначте властивість або перетворення як фізичну або хімічну, використовуючи символічні, тверді частинки або макроскопічні зображення.
Визначте властивості речовини як великі або інтенсивні.
Розпізнайте та опишіть частини алмаза небезпеки NFPA.

Характеристики, що дозволяють відрізняти одну речовину від іншого, називаються властивостями. Фізична властивість - характеристика речовини, яка не пов'язана зі зміною її хімічного складу. Знайомі приклади фізичних властивостей включають щільність, колір, твердість, температури плавлення та кипіння, а також електропровідність. Ми можемо спостерігати деякі фізичні властивості, такі як щільність і колір, не змінюючи фізичний стан спостережуваної речовини. Інші фізичні властивості, такі як температура плавлення заліза або температура замерзання води, можна спостерігати лише в тому випадку, коли речовина зазнає фізичних змін. Фізична зміна - це зміна стану або властивостей речовини без будь-яких супутніх змін її хімічного складу (ідентичності речовин, що містяться в речовині). Ми спостерігаємо фізичну зміну при таненні воску, коли цукор розчиняється в каві, і коли пар конденсується в рідку воду (рис.\(\PageIndex{1}\)). Інші приклади фізичних змін включають намагнічування та розмагнічування металів (як це робиться із загальними протиугінними захисними мітками) та подрібнення твердих речовин у порошки (що іноді може дати помітні зміни кольору). У кожному з цих прикладів відбувається зміна фізичного стану, форми або властивостей речовини, але не змінюється його хімічний склад.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): (а) Віск зазнає фізичних змін, коли твердий віск нагрівається і утворює рідкий віск. (b) Конденсація пари всередині варильної каструлі є фізичною зміною, оскільки водяна пара перетворюється на рідку воду. (кредит a: модифікація роботи «95jb14» /Вікісховище; кредит b: модифікація роботи «mjneuby» /Flickr).

Зміна одного виду речовини на інший тип (або неможливість зміни) - це хімічна властивість. Приклади хімічних властивостей включають горючість, токсичність, кислотність, реакційну здатність (багато типів) та теплоту згоряння. Залізо, наприклад, з'єднується з киснем в присутності води з утворенням іржі; хром не окислюється (рис.\(\PageIndex{2}\)). Нітрогліцерин дуже небезпечний тим, що легко вибухає; неон майже не представляє небезпеки, оскільки він дуже нереактивний.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): (а) Однією з хімічних властивостей заліза є те, що воно іржавіє; (б) одна з хімічних властивостей хрому полягає в тому, що він цього не робить. (кредит a: модифікація роботи Тоні Хісгетта; кредит b: модифікація роботи «Атома» /Wikimedia Commons)

Щоб виявити хімічну властивість, ми шукаємо хімічну зміну. Хімічна зміна завжди виробляє один або кілька видів речовини, які відрізняються від речовини, присутньої до зміни. Утворення іржі - це хімічна зміна, оскільки іржа - це інший вид речовини, ніж залізо, кисень та вода, присутні перед утворенням іржі. Вибух нітрогліцерину - це хімічна зміна, оскільки утворюються гази - це дуже різні види речовини від вихідної речовини. Інші приклади хімічних змін включають реакції, які проводяться в лабораторії (наприклад, мідь, що реагує з азотною кислотою), всі форми згоряння (спалювання) та їжу, яка готується, перетравлюється або гниє (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Рисунок\(\PageIndex{3}\): (а) Мідь та азотна кислота зазнають хімічної зміни з утворенням нітрату міді та коричневого, газоподібного діоксиду азоту. (б) Під час горіння сірника целюлоза в сірнику і кисень з повітря зазнають хімічної зміни з утворенням вуглекислого газу та водяної пари. (c) Приготування червоного м'яса викликає ряд хімічних змін, включаючи окислення заліза в міоглобіні, що призводить до звичної зміни кольору червоно-коричневого кольору. (d) Банан стає коричневим - це хімічна зміна, оскільки утворюються нові, темніші (і менш смачні) речовини. (кредит b: модифікація роботи Джеффа Тернера; кредит c: модифікація роботи Глорії Кабада-Леман; кредит d: модифікація роботи Роберто Верцо)

Властивості речовини діляться на одну з двох категорій. Якщо майно залежить від кількості присутньої речовини, це велика власність. Маса і об'єм речовини є прикладами великих властивостей; наприклад, галон молока має більшу масу і об'єм, ніж чашка молока. Вартість екстенсивного майна прямо пропорційна кількості розглянутої матерії. Якщо властивість зразка речовини не залежить від кількості присутньої речовини, це інтенсивне властивість. Температура - приклад інтенсивного властивості. Якщо галон і чашка молока знаходяться при температурі 20° C (кімнатна температура), то при їх поєднанні температура залишається на рівні 20° C. в якості іншого прикладу розглянемо виразні, але пов'язані властивості тепла і температури. Крапля гарячого кулінарного масла, розбризкувана на руці, викликає короткий, незначний дискомфорт, тоді як горщик з гарячою олією дає сильні опіки. І крапля, і горщик з маслом мають однакову температуру (інтенсивне властивість), але горщик явно містить набагато більше тепла (велика властивість).

Небезпека Алмаз

Можливо, ви бачили символ, показаний\(\PageIndex{4}\) на малюнку, на контейнерах з хімічними речовинами в лабораторії або на робочому місці. Іноді його називають «вогненним діамантом» або «небезпечним діамантом», цей алмаз хімічної небезпеки дає цінну інформацію, яка коротко узагальнює різні небезпеки, про які слід знати при роботі з певною речовиною.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Національне агентство протипожежного захисту (NFPA) небезпечний алмаз узагальнює основні небезпеки хімічної речовини.

Національне агентство протипожежного захисту (NFPA) 704 Система ідентифікації небезпек була розроблена NFPA для надання інформації про безпеку деяких речовин. Система деталізує горючість, реакційну здатність, здоров'я та інші небезпеки. У загальному символі діаманта верхній (червоний) діамант визначає рівень пожежної небезпеки (температурний діапазон для температури спалаху). Синій (лівий) діамант вказує на рівень небезпеки для здоров'я. Жовтий (правий) алмаз описує небезпеку реактивності, наприклад, наскільки легко речовина зазнає детонації або насильницької хімічної зміни. Білий (нижній) алмаз вказує на особливі небезпеки, наприклад, якщо він є окислювачем (що дозволяє речовині горіти при відсутності повітря/кисню), зазнає незвичайну або небезпечну реакцію з водою, є корозійним, кислим, лужним, біологічною небезпекою, радіоактивним і так далі. Кожна небезпека оцінюється за шкалою від 0 до 4, при цьому 0 не є небезпекою, а 4 є надзвичайно небезпечними.

У той час як багато елементів різко відрізняються за своїми хімічними і фізичними властивостями, деякі елементи мають схожі властивості. Ми можемо визначити набори елементів, які демонструють загальну поведінку. Наприклад, багато елементів добре проводять тепло і електрику, тоді як інші - погані провідники. Ці властивості можуть бути використані для сортування елементів на три класи: метали (елементи, які добре проводять), неметали (елементи, які погано проводять) і металоїди (елементи, які мають властивості як металів, так і неметалів).

Періодична таблиця - це таблиця елементів, яка розміщує елементи з подібними властивостями близько один до одного (рис.\(\PageIndex{5}\)). Ви дізнаєтеся більше про таблицю Менделєєва, продовжуючи вивчення хімії.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Таблиця Менделєєва показує, як елементи можуть бути згруповані за певними подібними властивостями. Зверніть увагу, що колір тла позначає, чи є елемент металом, металоїдом або неметалом, тоді як колір символу елемента вказує, чи є він твердим тілом, рідиною чи газом.

Резюме

Всі речовини мають відмінні фізико-хімічні властивості, і можуть зазнавати фізичних або хімічних змін. Фізичні властивості, такі як твердість і температура кипіння, і фізичні зміни, такі як плавлення або заморожування, не передбачають зміни складу речовини. Хімічні властивості, такі горючість і кислотність, а також хімічні зміни, такі як іржавіння, передбачають виробництво речовини, яка відрізняється від присутніх заздалегідь.

Вимірювані властивості діляться на одну з двох категорій. Великі властивості залежать від кількості присутньої речовини, наприклад, маси золота. Інтенсивні властивості не залежать від кількості присутньої речовини, наприклад, щільності золота. Тепло - приклад великої властивості, а температура - приклад інтенсивного властивості.

Глосарій

хімічна зміна: зміна, виробляючи інший вид матерії від початкового виду матерії

хімічна властивість: поведінка, яка пов'язана зі зміною одного виду матерії на інший вид матерії

велика власність: властивість речовини, яке залежить від кількості речовини

інтенсивне майно: властивість речовини, яке не залежить від кількості речовини

фізична зміна: зміна стану або властивостей речовини, що не передбачає зміни її хімічного складу

фізичне майно: характеристика речовини, яка не пов'язана з будь-якою зміною її хімічного складу