Вещества и явления в окружающем мире

Изучая строение Земли, вы тоже знакомились с телами — это куски горных пород и минералов. Растения, животные, человек — тоже тела.

А изделия состоят из веществ. Железо, стекло, соль, вода, полиэтилен — это вещества. В настоящее время известно более 7 млн разных веществ, и каждый год люди синтезируют новые, ранее неизвестные.

В природе вещества находятся в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Например, вода может находиться в твёрдом, в жидком и газообразном состояниях.

В различных состояниях вещества обладают разными свойствами. Большинство окружающих нас тел состоят из твёрдых веществ. Это дома, машины, инструменты и др.

Форму твёрдого тела можно изменить, но для этого необходимо приложить усилие. Например, чтобы согнуть гвоздь, нужно приложить довольно большое усилие. Твёрдые тела имеют собственную форму и объём.

В отличие от твёрдых тел жидкости легко меняют свою форму. Например, они принимают форму сосуда, в котором находятся. Молоко, наполняющее бутылку, имеет форму бутылки. Налитое же в стакан, оно принимает форму стакана. Но, изменяя форму, жидкость сохраняет свой объём.

В обычных условиях только маленькие капельки жидкости имеют свою форму — форму шара. Это, например, капли дождя или капли, на которые разбивается струя жидкости.

Воздух, которым мы дышим, является газообразным веществом, или газом. Поскольку большинство газов бесцветны и прозрачны, то они не видны. Присутствие воздуха можно почувствовать, например, стоя у движущегося поезда, открытого окна. Его наличие в окружающем пространстве можно ощутить, если в комнате сквозняк, а также доказать с помощью простых опытов. Например, если стакан перевернуть вверх дном и попытаться опустить его в воду, то вода в стакан не войдёт, поскольку он заполнен воздухом.

Эти и многие другие примеры и опыты подтверждают, что в окружающем пространстве имеется воздух.

Газы легко изменяют свой объём. Например, когда мы сжимаем мячик, то тем самым меняем объём воздуха, наполняющего мяч. Газ, помещённый в закрытый сосуд, занимает весь его целиком. Нельзя газом заполнить половину бутылки так, как это можно сделать жидкостью. Газы не имеют собственной формы и постоянного объёма. Они принимают форму сосуда и полностью заполняют предоставленный им объём.

Все вещества разделяют на простые и сложные. Для того чтобы ответить на вопрос, чем они отличаются, нужно знать особенности строения вещества.

В настоящее время известно, что все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул и атомов. Они так малы, что увидеть их невооружённым глазом невозможно. Молекулы — это частицы, состоящие из атомов.

Атомы одного вида называют элементами. В одной молекуле может быть два, три и даже сотни и тысячи атомов. Изучая строение атомов, учёные установили, что они отличаются друг от друга, то есть в природе существуют разные виды атомов: один вид — атомы кислорода, другой — атомы углерода и так далее. Современной науке известно 111 видов атомов (элементов). Соединяясь между собой в различных комбинациях, они образуют то многообразие веществ, которое существует в природе.

Таким образом, если в состав веществ входят атомы одного вида, то такие вещества называют простыми. Это хорошо известные вам металлы (например, железо, медь, золото, серебро) и неметаллы (например, сера, фосфор, кремний, мышьяк и многие другие).

Все вещества являются либо чистыми, либо смесями. Чистые вещества состоят из частиц одного вида, а смеси — из частиц разных видов. Медь состоит только из атомов меди, а цинк состоит только из атомов цинка. Значит, медь и цинк — это чистые вещества.

Следует иметь в виду, что идеально чистых веществ не существует, поскольку ни одно из веществ невозможно полностью очистить от содержащихся в нём примесей. Например, вода считается практически чистой, если образец жидкости не имеет цвета, вкуса и запаха, замерзает при температуре 0 °C, кипит при температуре +100 °С, имеет плотность 1000 кг/м³ при температуре +4 °С и практически не проводит электрический ток.

В большинстве случаев вещества встречаются в виде смесей. Иногда это хорошо заметно даже невооружённым глазом. Например, глядя на кусочек гранита, можно увидеть, что он состоит из смеси веществ: кварца, слюды и полевого шпата, а вот в однородном на вид молоке только под микроскопом можно различить капельки жира и белки, плавающие в жидкости (воде).

В смеси каждое вещество сохраняет свои свойства. Зная эти свойства, смеси можно разделять на составные части.

Многообразие явлений природы

Окружающий нас мир постоянно изменяется в результате различных явлений. Например, с повышением температуры происходит испарение воды. Испарение — это явление. Благодаря наличию кислорода в воздухе происходит горение. Горение ― тоже явление.

Гремит гром, сверкает молния. Гром — это звуковое явление в атмосфере, которое сопровождается разрядами молний.

Интересно, что можно определить расстояние, на котором находится гроза от нас. Для этого необходимо взять скорость звука и умножить её на время между раскатами грома и вспышкой молнии (как правило, речь идёт о нескольких секундах, например, 5 секунд). В результате мы получим определённую цифру, которая и будет означать удалённость грозы (в метрах). Конечно же, цифра эта будет примерной, поскольку скорость звука может сильно изменяться, например, при повышении или понижении температуры. Кстати, в большинстве случаев человек может слышать гром на расстоянии до 20 км.

Что общего между всеми явлениями и чем они отличаются? При нагревании форма тела (кусочка льда) изменилась, однако состав вещества (воды) остался прежним.

При прокаливании медной пластинки образовалось новое вещество — оксид меди. Проведённые опыты показывают, что в одних случаях происходит образование новых веществ, в других — нет.

Химические и физические явления

На основании этого признака различают физические и химические явления. К физическим явлениям относятся распространение запаха в воздухе, свечение раскалённых металлов, прохождение электрического тока по металлической проволоке, растворение сахара в воде, выделение соли из раствора при выпаривании. В этих процессах вещества не изменяют состав и строение.

Физические явления бывают: тепловыми, механическими, световыми, звуковыми, оптическими, электрическими и другими.

Тепловые явления связаны с изменением температуры тел и возникающими в следствие этого изменениями их физического состояния. Так, тела способны нагреваться и охлаждаться.

Некоторые при этом плавятся (как воск свечи при её горении), другие испаряются (вода при нагревании), третьи переходят из жидкого в твёрдое состояние (например, вода превращается в лёд).

При нагревании длина и объём тел увеличиваются, а при охлаждении — уменьшаются. Это явление необходимо учитывать в строительстве и промышленном производстве. Например, при прокладке железнодорожных путей на стыках рельсов оставляют небольшие промежутки, поэтому при нагревании и удлинении рельса путь не разрушается.

К механическим физическим явлениям относятся различные движения и взаимодействия тел, например: автомобили могут набирать скорость (ускоряться), человек может идти, мяч ― сталкиваться с поверхностью Земли и отскакивать, планеты двигаться по орбитам вокруг звёзд.

Световые явления связаны с особенностями светового луча. Например, прямолинейность его распространения объясняет образование теней. Способность света отражаться от тел, на которые он падает, даёт нам возможность видеть их.

Удивительно красивы световые явления в природе (например, радуга). Она образуется в результате разложения света в каплях дождя. Когда луч света «натыкается» на прозрачную преграду — каплю воды или стекло — он распадается на различные цвета.

К звуковым относят явления, связанные с распространением звука в различных средах, поведением звуковых волн при столкновении с препятствиями, и другие явления, связанные со звуком.

Где быстрее распространяется звук ― в воде или воздухе? Любопытно, что скорость распространения звука в воде почти в четыре раза выше, чем в воздухе. То есть рыбы «слышат» быстрее, чем мы.

Что такое эхо? Звуковое эхо — это отражённый звук. Эхо обусловлено тем, что звуковые волны могут отражаться твёрдыми поверхностями. Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг (в основном при помощи высокочастотных звуковых сигналов).

Химические явления

К ним относится, например, образование в зелёных листьях растений крахмала и кислорода из углекислого газа и воды.

По-другому такие явления называют химическими превращениями или химическими реакциями. В результате таких реакций образуются новые вещества, которые отличаются от исходных по ряду признаков.

Некоторые химические реакции протекают очень медленно, и мы их не замечаем, они длятся миллиарды лет. Например, твёрдый камень горных пород — известняк ― под действием воды и углекислого газа разрушается и превращается в другие вещества. Вода вымывает их — так в горах образуются пустоты, пещеры.

Другие реакции происходят очень быстро (например, горение). Так, сгорает топливо в газовой горелке. При горении выделяется много тепла и света.

При гниении тоже выделяется тепло, но оно рассеивается в окружающем пространстве. Это тепло мы обычно не замечаем, но учитывать его должны. Например, неправильно сложенный стог сена, нарушенные условия хранения соломы приводят к развитию процесса гниения. Это может вызвать даже самовозгорание материала.