Dla chemików, najbardziej elementarnym budulcem materii jest atom. Choć oczywiście prawdą jest, że atom można podzielić na jeszcze bardziej elementarne bloki, to właśnie na poziomie atomu zaczynają pojawiać się pierwsze charakterystyczne właściwości „chemiczne”. Istnieje wiele różnych typów atomów, jak widać w układzie okresowym pierwiastków, z których każdy ma swoje własne, charakterystyczne właściwości chemiczne. Z tych atomów można zbudować cząsteczki. Molekuły są grupy atomów trzymane razem przez siły zwane wiązaniami chemicznymi.

Stany materii

Materia może być sklasyfikowana w trzech różnych stanach:

  • STAŁY – ma określoną objętość, określony kształt i jest sztywny.
  • PŁYNNY – ma określoną objętość, ale nie ma określonego kształtu.
  • GAZ – nie ma wyraźnej objętości, nie ma wyraźnego kształtu i może być łatwo skompresowany do zajmowania mniejszej objętości.
Demo:

  1. Cl2(g), Br2(l), I2(s)
  2. Zanurz Br2(l) w ciekłym azocie i utwórz Br2(s)

Mieszaniny

Substancja zawierająca tylko jeden rodzaj atomów lub jeden rodzaj cząsteczek jest substancją czystą. Większość materii wokół nas, jednak składa się z mieszanin czystych substancji. Powietrze, drewno, skały i brud są przykładami takich mieszanin. Mieszaniny mogą być dalej klasyfikowane jako homogeniczne i heterogeniczne.

Mieszaniny homogeniczne

Mieszaniny homogeniczne są jednolicie mieszane na poziomie atomowym lub molekularnym. Tego typu mieszaniny nazywane są również roztworami. Poniżej podano kilka przykładów mieszanin jednorodnych.

Powietrze jest mieszaniną jednorodną (roztworem gazowym) gazów N2, O2, H2O i CO2. W przeciwieństwie do tego, pojemnik z każdym gazem sam w sobie byłby czystą substancją. Tylko wtedy, gdy są one mieszane na poziomie molekularnym są one jednorodną mieszaninę (lub roztwór gazowy).

Brass jest jednorodna mieszanina (roztwór stały) miedzi i cynku. Ponownie każdy metal sam w sobie jest czystą substancją. Tylko wtedy, gdy są one mieszane na poziomie atomowym są jednorodną mieszaniną (lub roztwór stały).

Piwo jest jednorodną mieszaniną (roztwór ciekły) z H2O, C2H5OH, i kilka innych substancji. (Nie ma cząsteczki piwa. Cząsteczką, która nadaje piwu właściwości upajające jest etanol.)

Demo:

  1. Zmieszaj wodę i etanol, aby uzyskać jednorodny roztwór – pokaż również koncepcję objętości molowej.

Mieszaniny niejednorodne

Mieszaniny niejednorodne nie są jednolicie wymieszane na poziomie atomowym lub molekularnym. Na przykład,

Sól i pieprz, ciasteczka z kawałkami czekolady lub batonik Twix™, …

są przykładami mieszanin heterogenicznych, w których substancje nie są mieszane na poziomie molekularnym.

Demonstracja:

  1. Oddziel opiłki żelaza i siarkę za pomocą magnesu.
  2. Rozdzielić sodę winogronową na roztwory pomarańczowy i niebieski za pomocą chromatografii.

Wszystkie mieszaniny, heterogeniczne i homogeniczne, mogą być rozdzielone na czyste substancje za pomocą metod fizycznych, takich jak destylacja lub chromatografia.

    Scientific Calculator App

    Zmiana fizyczna

    Każda zmiana materii, która nie zmienia rodzaju atomów i cząsteczek w materii, jest nazywana zmianą fizyczną. Wrzenie wody jest przykładem zmiany fizycznej. Kiedy woda wrze, to jest zmiana z ciekłego stanu do stanu gazowego. Chemicy będą reprezentować ten proces w następujący sposób:

    H2O(l) → H2O(g)

    Tutaj (l) oznacza ciecz i (g) oznacza gaz. Ponieważ jest to zmiana fizyczna, cząsteczka H2O nie ulega zmianie.

    Demo:

    1. CO2(s) → CO2(g)
    2. H2O2(l) → H2O2(g)

    Przemiana chemiczna

    Molekuły, z drugiej strony, mogą się rozdzielać lub łączyć ze sobą, tworząc inne rodzaje molekuł. Proces, w którym cząsteczka jest przekształcana w inną cząsteczkę, nazywa się przemianą chemiczną.

    Demo:

    1. C2H5OH + 2 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O2(g)

    Aby pomóc nam zrozumieć pojęcie przemiany chemicznej, zbadajmy, dlaczego żarówki są wykonane w taki sposób, w jaki są. Żarówka działa poprzez przekazywanie prądu elektrycznego przez drut wolframowy wewnątrz żarówki. Drut wolframowy jest uszczelniony wewnątrz szklanej żarówki, ponieważ jeśli zrobiłeś to w powietrzu żarówka spaliłaby się bardzo szybko. To dlatego, że drut wolframowy ulega reakcji chemicznej z gazem O2 w powietrzu, tworząc tlenek wolframu.

    2W+3O2→ 2WO3

    Aby zapobiec tej reakcji z dzieje, cały tlen jest usuwany z powietrza zamkniętego wewnątrz żarówki.

    Chemical Change

    Jeśli tlen wycieka do żarówki, a następnie drut wolframowy reaguje stać się tlenek wolframu i utlenione drut nie będzie już przekazać prąd elektryczny łatwo. Jeśli spróbujesz przekazać prąd elektryczny przez utleniony drut będzie szybko nagrzać i złamać. To znaczy, żarówka się pali.

    Demo:

    1. Żarówka z otworem wywierconym w żarówce.

    Homework from Chemisty, The Central Science, 10th Ed.

    1.1, 1.2, 1.9, 1.19, 1.21