Что изучает химия
Первый урок химии: что это за наука, где она живёт среди физики и биологии, из чего состоят вещества и как их различать и разделять, каким методом химик добывает новое знание.
аудио-обзор «Что изучает химия»24:00- Химия среди наук
- Вещества и их состояния
- Чистые вещества и смеси: как их различить и разделить
- Как химик узнаёт новое: наблюдение и эксперимент
Стакан воды закипает — идёт пар. Гвоздь пролежал на дожде — покрылся рыжим налётом. Оба случая — превращение. Но только одно из них изучает химия. Какое и почему — разберёшься к концу урока.
Объяснять, что изучает химия и чем она отличается от физики и биологии — на примерах превращений вокруг тебя.
Различать чистые вещества и смеси, однородные и неоднородные смеси — и предлагать способ разделения смеси.
Описывать физические свойства вещества по плану наблюдения, как это делают в лаборатории.
Предмет химии и роль химии в жизни человека
Химия в системе наук
Тела и вещества
Физические свойства и агрегатное состояние веществ
Методы познания в химии (наблюдение и химический эксперимент)
Изучение и описание физических свойств неорганических веществ (металлов и неметаллов)
Химия среди наук
Стакан воды закипает — идёт пар. Гвоздь пролежал на дожде — покрылся рыжим налётом. Оба случая — превращение. Но только одно из них изучает химия. Какое и почему — разберёшься к концу урока, а для начала пойми, что вообще за наука химия и с кем она делит работу.
Представь мир как одного огромного пациента, которого осматривает целая команда врачей-специалистов. Один смотрит на движение и энергию. Другой — на вещества и их превращения. Третий — на живые организмы как систему. Науки устроены похоже: у каждой свой «участок осмотра».
Науки, изучающие внешние по отношению к человеку объекты и явления.
Науки, изучающие человека в сфере его умственной, нравственной и общественной деятельности.
Физика, химия, биология, география, астрономия — всё это естественные науки: они смотрят наружу, на вещество, энергию, живое и планету. История, литература, обществознание смотрят внутрь — на самого человека, его мысли, поступки, общество. Химия — часть первой команды.
Сама химия сложилась не сразу: у неё двое «родителей» — естествознание (наблюдения за природой) и алхимия (столетия попыток превращать одни вещества в другие, хотя бы металлы в золото). Из этой смеси практики и любопытства выросла наука со своим предметом.
Наука о веществах и их взаимных превращениях.
Изучение состава, строения и свойств веществ, способов их получения и безопасного использования.
Заметь ключевое слово в определении химии — «превращения». Физика тоже изучает изменения, но не превращает одно вещество в другое: лёд тает, вода остаётся водой, просто меняет форму. Химия же изучает случаи, когда из одних веществ получаются совсем другие, с новыми свойствами — как ржавчина из железа и кислорода.
| Физика | Химия | Биология | |
|---|---|---|---|
Главный предмет | тела, движение, энергия | вещества и их превращения друг в друга | живые организмы |
Пример явления | лёд тает — вода остаётся водой | гвоздь ржавеет — образуется новое вещество | растение растёт и цветёт |
Смежная наука с химией | физическая химия — энергия реакций | — | биохимия — вещества внутри клетки |
Границы между науками — не стены, а пограничные зоны, где выросли отдельные дисциплины: физическая химия изучает, сколько энергии выделяется или поглощается при превращении веществ; химическая физика — как устроены частицы вещества методами физики; биохимия и биофизика разбираются, что происходит внутри живых клеток.
Лёд растаял — значит, вещество изменилось, произошла химическая реакция.
Вода осталась водой, изменилась только её форма (агрегатное состояние) — это физическое явление, а не химическое.
Биохимия изучает вещества внутри живых клеток. Между какими двумя науками она стоит?
показать
Биохимия изучает вещества внутри живых клеток. Между какими двумя науками она стоит?
Между химией и биологией.
В чём заключается принципиальное отличие естественных наук от гуманитарных?
Вещества и их состояния
Стакан, вода в нём и лёд в морозилке — это одно и то же вещество или разные? А сам стакан?
В химии различают тело и вещество. Тело — конкретный предмет: этот стакан, эта ложка, эта льдинка. Вещество — то, из чего тело сделано: стекло, металл, вода. Одно и то же вещество можно «слепить» в разные тела — как из одного куска пластилина можно скатать шарик или кубик; а одно и то же тело со временем может поменять форму или состояние, оставаясь тем же веществом.
У каждого вещества есть физические свойства — то, что можно заметить или измерить, не превращая вещество ни во что другое: цвет, запах, плотность, температура плавления и кипения, растворимость в воде, электро- и теплопроводность, твёрдость. По ним вещество узнают, как человека — по росту и цвету глаз.
На лабораторных занятиях эти свойства не просто перечисляют, а наблюдают: рассматривают и описывают образцы металлов и неметаллов — какие они на вид, тонут или плавают, притягиваются ли магнитом, проводят ли ток.
Одно и то же вещество способно существовать в разных агрегатных состояниях — твёрдом, жидком и газообразном. Лёд, жидкая вода и водяной пар — это всё та же вода: меняется не вещество, а то, как плотно и подвижно расположены его частицы. Растопить лёд, вскипятить воду, заморозить лужу — это физические явления: вещество остаётся собой.
Прикинь: воду в кастрюле довели до кипения, и она вся превратилась в пар. Вещество осталось прежним или стало другим?
показать
Прикинь: воду в кастрюле довели до кипения, и она вся превратилась в пар. Вещество осталось прежним или стало другим?
Прежним — это всё та же вода, просто в газообразном состоянии; химического превращения не было.
Знание физических свойств — не абстракция для контрольной: по плотности отличают настоящее золото от подделки, по температуре кипения очищают нефть на фракции, по электропроводности проверяют, дойдёт ли ток до лампочки, если провод сделан из нового сплава.
Какое из определений наиболее полно описывает химию как науку?
Чистые вещества и смеси: как их различить и разделить
Морская вода, воздух, молоко, гранит — в каждом что-то намешано. А дистиллированная вода — нет. Как отличить одно от другого, и что делать, если тебе нужно именно чистое вещество, а под рукой — смесь?
Чистое вещество состоит из частиц одного вида и всюду обладает одинаковыми свойствами: у дистиллированной воды в любой капле одна и та же температура кипения. Смесь — это несколько веществ вместе; в однородной смеси части не видны даже под лупой (морская вода, воздух, сладкий чай), а в неоднородной смеси видна граница между составляющими (гранит с его вкраплениями, вода с песком).
Если тебе досталась смесь, а нужно чистое вещество — на помощь приходят способы разделения. Способ выбирают по тому, чем составляющие смеси отличаются друг от друга физически: размером частиц, растворимостью, температурой кипения, скоростью движения по бумаге.
Смесь соли с песком залей водой и размешай: соль растворяется в воде, песок — нет.
Раствор с песком пропусти через бумажный фильтр: нерастворившийся песок останется на фильтре, а прозрачный раствор соли пройдёт насквозь.
Профильтрованный раствор нагрей в выпарительной чашке: вода испарится, а на дне останутся чистые кристаллы соли.
Так устроена практическая работа № 2 — очистка поваренной соли: растворение, фильтрование и выпаривание идут именно в этом порядке, потому что каждый следующий шаг убирает то, что не смогла убрать предыдущая операция.
У фильтрования и выпаривания есть соседи: дистилляция разделяет жидкости по температуре кипения (так получают чистую воду или разделяют нефть на фракции), а хроматография разводит вещества по скорости их движения — например, по бумаге вместе с растворителем, из-за чего капля чернил расползается радужной полоской вместо одного пятна. А если в неоднородной смеси одна из частей — металл, который притягивается магнитом (например, железные опилки среди серы), проще всего вытащить его магнитом, не трогая остальное руками.
Бензин и вода в одной банке — жидкость и жидкость, значит, это однородная смесь.
Между бензином и водой видна чёткая граница — плёнка бензина плавает сверху, — значит, смесь неоднородная: однородность определяют не по агрегатному состоянию, а по тому, видна ли граница между частями.
В стакане чай с плавающими чаинками и растворённым сахаром. Это чистое вещество, однородная или неоднородная смесь?
показать
В стакане чай с плавающими чаинками и растворённым сахаром. Это чистое вещество, однородная или неоднородная смесь?
Неоднородная смесь: сахар растворён (не виден), но чаинки видны — значит, граница между частями есть.
Какую важную роль сыграли средневековые алхимики в развитии химии?
Как химик узнаёт новое: наблюдение и эксперимент
Разглядывать пробирку от скуки и разглядывать её, добывая ответ на конкретный вопрос, — выглядит одинаково. А по сути это два разных занятия. Какое из них наука?
Представь двух людей у окна поезда. Один просто смотрит на пейзаж, ни о чём не думая. Другой считает столбы, засекает время между ними по часам и вычисляет скорость поезда — у него есть цель, и он собирает данные. Наука занимается вторым способом смотреть.
Вопросы, для ответов на которые в науке пока нет необходимых знаний.
Наблюдение, отличающееся от обыденного наличием определённой цели (поиск ответа на научную проблему) и направленностью на сбор максимальной информации об изучаемом объекте или явлении.
В химии научное наблюдение — первый шаг работы в лаборатории. Прежде чем что-то менять с веществом, его описывают: цвет, запах (если можно безопасно понюхать — лёгким движением руки от сосуда к себе, а не носом в горлышко), агрегатное состояние, растворяется ли в воде, притягивается ли магнитом. Это и есть план наблюдения, по которому на лабораторных занятиях описывают образцы металлов и неметаллов.
Вторая часть работы — эксперимент, то есть проверка своими руками: не просто посмотреть, а сделать (растворить, отфильтровать, нагреть) и увидеть результат. Демонстрации в начале курса — как раз про это: знакомство с химической посудой (пробирки, колбы, воронки), с правилами работы в лаборатории и приёмами обращения с оборудованием, а также демонстрация самих способов разделения смесей — фильтрования, выпаривания, дистилляции, хроматографии.
Прежде чем что-то трогать руками или нагревать, проводят практическую работу № 1 — она посвящена именно правилам работы в лаборатории и приёмам обращения с оборудованием. Без этих правил ни одно вещество трогать нельзя: посуда бьётся, а некоторые вещества опасны при неправильном обращении.
Так выглядит вся цепочка метода химии: есть научная проблема (например, «из чего сделан этот сплав?») → её изучают целенаправленным наблюдением и экспериментом → результат описывают и проверяют. Именно эту цепочку от тебя ждут в письменных и устных ответах по химии: не пересказ параграфа, а объяснение через понятия — вещество, свойство, наблюдение, эксперимент.
Одноклассник просто повертел в руках кусок серы на перемене от скуки. Это научное наблюдение?
показать
Одноклассник просто повертел в руках кусок серы на перемене от скуки. Это научное наблюдение?
Нет: у него не было цели узнать что-то конкретное, и он не собирал информацию о веществе — это обычное разглядывание, а не научное наблюдение.
Как учёные называют вопросы, для ответов на которые в науке пока нет необходимых знаний?
Кипение воды — физическое явление: пар — это та же вода, просто в другом агрегатном состоянии, и, если его собрать и охладить, снова получится вода. А ржавчина на гвозде — химическое явление: железо соединилось с кислородом воздуха и водой, и получилось новое вещество со своими свойствами — оно не превращается обратно в железо просто от высыхания. Вот почему это изучает именно химия: она смотрит на случаи, когда из одних веществ получаются другие.
Химия — наука о веществах и их превращениях друг в друга; физика изучает движение и энергию, биология — живые организмы.
Естественные науки изучают мир вокруг нас, гуманитарные — самого человека.
Чистые вещества и смеси различают по составу; смеси бывают однородными и неоднородными.
Смеси разделяют по разнице в физических свойствах: фильтрование, выпаривание, дистилляция, хроматография.
Главный метод химии — целенаправленное научное наблюдение и эксперимент, а не случайное разглядывание.
Наука о веществах и их взаимных превращениях.
Изучение состава, строения и свойств веществ, способов их получения и безопасного использования.
Науки, изучающие внешние по отношению к человеку объекты и явления.
Науки, изучающие человека в сфере его умственной, нравственной и общественной деятельности.
Вопросы, для ответов на которые в науке пока нет необходимых знаний.
Наблюдение с определённой целью и направленностью на сбор максимальной информации об изучаемом объекте или явлении.
Вещество из частиц одного вида, с одинаковыми свойствами во всём объёме.
Несколько веществ вместе; однородная — части не видны, неоднородная — видна граница между частями.
- Химия
вещества и их превращения
- Физика
движение, энергия, силы
- Биология
живые организмы
- Естественные науки
изучают то, что вне человека
- Гуманитарные науки
изучают самого человека
- Чистое вещество
один вид частиц, постоянные свойства
- Однородная смесь
составные части не видны глазом
- Неоднородная смесь
видна граница между частями
- Агрегатное состояние
твёрдое, жидкое, газообразное — форма одного вещества
- Растворить
залить смесь водой, соль растворяется, песок — нет
- Отфильтровать
через фильтр песок остаётся, раствор соли проходит
- Выпарить
нагреть раствор — вода испарится, соль останется
- Фильтрование
отделяет нерастворимое твёрдое от жидкости
- Выпаривание
испаряет жидкость, оставляя растворённое вещество
- Дистилляция
разделяет жидкости по температуре кипения
- Хроматография
разделяет вещества по скорости движения на бумаге
Слово «химия» многие связывают с алхимией — искусством, которым занимались столетия до появления науки в современном смысле: алхимики искали способ превращать металлы в золото и заодно накопили массу наблюдений о веществах.
Кораллы строят свой известковый скелет, забирая из морской воды растворённые вещества и превращая их в твёрдый минерал, — это самая настоящая химическая реакция, идущая прямо в океане.
Дайте определение химии как науки.
Наука о веществах и их взаимных превращениях.
Учёный проводит исследование, чтобы выяснить, как из азота и водорода в промышленных условиях синтезировать аммиак. К какой части предмета химии относится данная работа?
Инфографика
Слайды
Конспектвесь параграф сжатым текстом — для повторения перед контрольнойпоказать целикомсвернуть
Предмет химии и методы познания: Полное учебное пособие
Данное учебное пособие систематизирует знания о химии как науке, её месте в системе естественных наук, методах научного познания и основах лабораторной практики. Материал подготовлен на основе анализа образовательных программ и теоретических основ предмета.
1. Химия как естественная наука
Определения и предмет изучения
Химия является одной из ключевых наук о природе. Она изучает материальный мир, окружающий человека, и фокусируется на превращениях материи.
- Химия — это наука о веществах и их взаимных превращениях.
- Предмет химии включает в себя изучение:
- Состава и строения веществ;
- Свойств веществ;
- Способов получения веществ;
- Безопасного использования веществ.
Классификация наук
Все науки можно разделить на две большие группы в зависимости от объекта их интереса:
Тип наук · Объект изучения · Примеры
- Естественные — Внешние по отношению к человеку объекты и явления природы.; Химия, физика, биология, физическая география.
- Гуманитарные — Человек в сфере его умственной, нравственной и общественной деятельности.; История, филология, психология.
2. Химия в системе наук и её история
Исторический контекст
Химия выделилась в отдельную дисциплину в результате специализации общего естествознания. Значительный вклад в накопление знаний о веществах внесли алхимики Средневековья. Несмотря на ложные цели (поиск «философского камня» или «эликсира мудрецов» для превращения неблагородных металлов в золото), они детально описали свойства многих веществ:
- Поваренной соли;
- Нашатыря;
- Поташа;
- Воды.
Взаимосвязь с другими дисциплинами
Химия тесно связана с другими естественными науками, что привело к возникновению междисциплинарных областей:
- Биохимия и биофизика: изучение процессов в живых организмах.
- Физическая химия и химическая физика: использование физических законов для объяснения превращений веществ.
3. Методы познания в химии
Основным способом получения знаний в химии является переход от простых наблюдений к контролируемому эксперименту.
Научное наблюдение vs. Обыденное
Научное наблюдение принципиально отличается от повседневного восприятия:
- Наличие цели: Поиск ответа на конкретную научную проблему (вопрос, на который у науки пока нет ответа).
- Информативность: Направленность на сбор максимально полных данных об объекте.
- Специальные условия: Проведение в организованной среде (лаборатории).
Химический эксперимент
Экспериментальный метод позволяет изучать свойства тел и веществ в управляемых условиях. В рамках учебного курса выделяются:
- Физические свойства веществ: Описание агрегатного состояния, цвета, блеска (для металлов и неметаллов).
- Чистые вещества и смеси: Понимание различий между однородными и неоднородными смесями.
Методы разделения смесей
Для получения чистых веществ используются различные физико-химические приемы:
- Фильтрование: отделение нерастворимых твердых частиц.
- Выпаривание: получение растворенных веществ при нагревании.
- Дистилляция: разделение жидкостей с разными температурами кипения.
- Хроматография: разделение компонентов за счет разной скорости их поглощения.
- Магнитная сепарация: выделение веществ, обладающих магнитными свойствами.
4. Глоссарий важных терминов
- Агрегатное состояние — физическое состояние вещества (твердое, жидкое, газообразное) при определенных условиях.
- Квинтэссенция (пятая сущность) — одно из названий гипотетического вещества (философского камня), которое искали алхимики.
- Научная проблема — вопрос, для решения которого в науке на текущий момент недостаточно знаний.
- Смесь — система, состоящая из нескольких веществ, которые могут быть разделены физическими методами.
- Физические явления — изменения, при которых не происходит превращения одних веществ в другие (например, изменение агрегатного состояния).
5. Практические задания и вопросы
Тест с короткими ответами
- Что является предметом изучения химии?
- Чем естественные науки отличаются от гуманитарных?
- Как называется метод разделения смеси, основанный на использовании магнита?
- Какая главная цель научного наблюдения?
- Назовите две междисциплинарные науки, возникшие на стыке химии с другими дисциплинами.
- В чем заключалась практическая польза деятельности алхимиков, несмотря на их недостижимые цели?
- Какое лабораторное оборудование необходимо для разделения смеси поваренной соли и песка?
Темы для эссе (развернутых ответов)
- Роль химии в жизни современного человека: Опираясь на определение предмета химии, докажите, что современная цивилизация невозможна без химических знаний. Укажите аспекты безопасного использования веществ.
- Химия как часть единого естествознания: Объясните цитату М. Горького о том, что химия «везде открывая гармонию, упорно ищет начала жизни». Как химические знания помогают биологам и физикам?
- От наблюдения к эксперименту: Опишите алгоритм проведения научного исследования: от постановки научной проблемы до проведения практической работы по разделению смесей.
6. Лабораторный практикум: важные примечания
При выполнении практических работ (№1 «Правила работы в лаборатории» и №2 «Разделение смесей») необходимо строго следовать алгоритмам:
- Знакомство с оборудованием: Изучение устройства лабораторного штатива и химической посуды.
- Безопасность: Неукоснительное соблюдение правил обращения с химическими веществами.
- Очистка веществ: Практическое освоение фильтрования и выпаривания на примере очистки поваренной соли.
Таблица понятийтермин, определение и пример в одном местепоказать целикомсвернуть
| Термин | Определение | Пример |
|---|---|---|
| Химия | Наука о веществах, их свойствах и взаимных превращениях. | Изучение состава воды, свойств железа или процесса горения древесины; алхимия. |
| Предмет химии | Изучение состава, строения и свойств веществ, закономерностей их превращений в другие вещества, способов их получения и безопасного использования. | Изучение свойств поваренной соли, воды, поташа; исследование структуры молекулы воды. |
| Естественные науки | Система наук, изучающих внешние по отношению к человеку объекты и явления природы. | Физика, биология, химия, физическая география. |
| Вещества | То, из чего состоят физические тела. | Металлы, неметаллы, поваренная соль. |
| Тела | Материальные объекты, имеющие массу, объем и состоящие из веществ. | Стеклянная пробирка, железный гвоздь. |
| Физические свойства веществ | Характеристики, которые можно измерить или наблюдать без изменения химической природы вещества. | Агрегатное состояние, цвет, плотность. |
| Агрегатное состояние | Состояние вещества, характеризующееся определенными физическими свойствами и расположением частиц. | Твердое, жидкое, газообразное. |
| Естествознание | Общая наука о природе, из которой в процессе накопления знаний выделились отдельные дисциплины. | Труды древних естествоиспытателей. |
| Смежные науки | Науки, развивающиеся на стыке нескольких дисциплин для объяснения сложных явлений. | Биохимия, физическая химия, биофизика. |
| Гуманитарные науки | Науки, изучающие человека в сфере его умственной, нравственной и общественной деятельности. | История, социология, психология. |