Peamine küsimus, millele inimene peab teadma vastust, et maailmapilti õigesti mõista, on see, mis on aine keemias. See kontseptsioon kujuneb välja koolieas ja suunab last edasisel arengul. Keemiat õppima asudes on oluline leida sellega ühisosa igapäevasel tasandil, see võimaldab selgelt ja lihts alt selgitada teatud protsesse, definitsioone, omadusi jne.
Kahjuks jätavad paljud inimesed haridussüsteemi ebatäiuslikkuse tõttu kahe silma vahele mõned põhitõed. Mõiste "aine keemias" on omamoodi nurgakivi, selle määratluse õigeaegne assimilatsioon annab inimesele õige stardi edasiseks arenguks loodusteaduste valdkonnas.
Mõtete kujunemine
Enne mateeria mõiste juurde asumist on vaja määratleda, mis on keemia teema. Ained on need, mida keemia otseselt uurib, nende omavahelisi teisendusi, struktuuri ja omadusi. Üldises mõttes on mateeria see, millest füüsilised kehad koosnevad.
Mis on aine keemias? Moodustame definitsiooni, minnes üldisest mõistest puht alt keemilisele. Aine on teatud tüüpi aine, millel on tingimata mass, missaab mõõta. See omadus eristab ainet teist tüüpi ainest – väljast, millel puudub mass (elektriline, magnetiline, bioväli jne). Mateeria on omakorda see, millest meie ja kõik meid ümbritsev koosneb.
Aine pisut erinev omadus, mis määrab, millest see koosneb – see on juba keemia teema. Aineid moodustavad aatomid ja molekulid (mõned ioonid), mis tähendab, et iga aine, mis koosneb nendest valemiühikutest, on aine.
Lihtsad ja keerulised ained
Pärast põhimääratluse omandamist saate selle keerulisemaks muuta. Ained on erineva organiseerituse tasemega, st lihtsad ja keerulised (või ühendid) - see on kõige esimene jaotus aineklassidesse, keemial on palju järgnevaid jaotusi, üksikasjalikud ja keerukamad. Sellel klassifikatsioonil on erinev alt paljudest teistest rangelt määratletud piirid, iga seose saab selgelt omistada ühele üksteist välistavale liigile.
Lihtaine keemias on ühend, mis koosneb ainult ühe elemendi aatomitest Mendelejevi perioodilisustabelist. Reeglina on need binaarsed molekulid, st koosnevad kahest osakesest, mis on ühendatud kovalentse mittepolaarse sideme kaudu - ühise üksiku elektronpaari moodustumisega. Niisiis on sama keemilise elemendi aatomitel identne elektronegatiivsus, st võime hoida ühist elektrontihedust, nii et see ei nihkuta ühelegi sideme osalisele. Näited lihtsatest ainetest (mittemetallid) -vesinik ja hapnik, kloor, jood, fluor, lämmastik, väävel jne. Sellise aine nagu osoon molekul koosneb kolmest aatomist ja kõik väärisgaasid (argoon, ksenoon, heelium jne) koosnevad ühest. Metallides (magneesium, k altsium, vask jne) on oma tüüpi side - metalliline, mis toimub metalli sees olevate vabade elektronide sotsialiseerumise tõttu ja molekulide teket kui sellist ei täheldata. Metallaine registreerimisel näidatakse lihts alt keemilise elemendi sümbolit ilma indeksiteta.
Lihtne keemiaaine, mille näited on toodud ülal, erineb komplekssest ainest oma kvalitatiivse koostise poolest. Keemilised ühendid moodustuvad kahe või enama elemendi aatomitest. Sellistes ainetes toimub kovalentne polaarne või ioonne sidumine. Kuna erinevatel aatomitel on erinev elektronegatiivsus, siis ühise elektronpaari moodustumisel nihkub see elektronegatiivsema elemendi poole, mis viib molekuli ühise polarisatsioonini. Iooniline tüüp on polaarse äärmuslik juhtum, kui elektronide paar läheb täielikult üle ühele siduvatest osalejatest, seejärel muutuvad aatomid (või nende rühmad) ioonideks. Selget piiri nende tüüpide vahel ei ole, ioonset sidet võib tõlgendada kovalentse tugev alt polaarsena. Komplekssed ained on näiteks vesi, liiv, klaas, soolad, oksiidid jne.
Aine modifikatsioonid
Ainetel, mida nimetatakse lihtsateks, on tegelikult unikaalne omadus, mis ei ole omane komplekssetele ainetele. Mõned keemilised elemendid võivad moodustada mitut vormilihtne aine. Aluseks on ikkagi üks element, kuid kvantitatiivne koostis, struktuur ja omadused eristavad selliseid moodustisi radikaalselt. Seda funktsiooni nimetatakse allotroopiaks.
Hapnikul, väävlil, süsinikul ja muudel elementidel on mitu allotroopset modifikatsiooni. Hapniku jaoks on need O2 ja O3, süsinik annab nelja tüüpi aineid – karabiin, teemant, grafiit ja fullereenid, väävlimolekul on rombiline, monokliiniline ja plastiline modifikatsioon. Selline lihtne keemiaaine, mille näited ei piirdu ülalloetletutega, omab suurt tähtsust. Eelkõige kasutatakse fullereene pooljuhtidena tehnikas, fototakistitena, lisaainetena teemantkilede kasvatamiseks ja muuks otstarbeks ning meditsiinis on need võimsad antioksüdandid.
Mis ainetega juhtub?
Iga sekund sees ja ümberringi toimub ainete muundumine. Keemia käsitleb ja selgitab neid protsesse, mis kaasnevad kvalitatiivse ja/või kvantitatiivse muutusega reageerivate molekulide koostises. Paralleelselt, sageli omavahel seotud, toimuvad ka füüsikalised transformatsioonid, mida iseloomustavad ainult ainete kuju, värvuse või agregatsiooniseisundi muutumine ja mõned muud omadused.
Keemilised nähtused on erinevat laadi interaktsioonireaktsioonid, näiteks ühendid, asendused, vahetused, lagunemised, pöörduvad, eksotermilised, redoksreaktsioonid jne, olenev alt huvipakkuva parameetri muutusest. Füüsikaliste nähtuste hulka kuuluvad: aurustumine, kondenseerumine, sublimatsioon, lahustumine, külmumine, elektrijuhtivusjne. Sageli kaasnevad need üksteisega, näiteks äikese ajal tekkiv välk on füüsiline protsess ja osooni eraldumine selle toimel on keemiline.
Füüsikalised omadused
Keemias olev aine on aine, millel on teatud füüsikalised omadused. Nende olemasolu, puudumise, astme ja intensiivsuse järgi saab ennustada, kuidas aine teatud tingimustes käitub, samuti selgitada mõningaid ühendite keemilisi omadusi. Nii näiteks näitavad vesinikku ja elektronegatiivset heteroaatomit (lämmastik, hapnik jne) sisaldavate orgaaniliste ühendite kõrged keemistemperatuurid, et aines avaldub selline keemiline interaktsioon nagu vesinikside. Tänu teadmisele, millistel ainetel on parim võime elektrivoolu juhtida, valmistatakse elektrijuhtmete kaableid ja juhtmeid teatud metallidest.
Keemilised omadused
Omaduste mündi teise poole loomine, uurimine ja uurimine on keemia. Ainete omadused tema seisukohast on nende reaktsioonivõime interaktsioonile. Mõned ained on selles mõttes äärmiselt aktiivsed, näiteks metallid või mis tahes oksüdeerivad ained, samas kui teised, väärisgaasid (inertsed) gaasid, normaalsetes tingimustes praktiliselt ei reageeri. Keemilisi omadusi saab vajadusel aktiveerida või passiveerida, mõnikord ilma suuremate raskusteta ja mõnel juhul mitte lihts alt. Teadlased veedavad palju tunde laborites katse-eksituse meetodil, et saavutada oma eesmärke.eesmärke, mõnikord jäävad need saavutamata. Keskkonnaparameetreid (temperatuur, rõhk jne) muutes või spetsiaalseid ühendeid - katalüsaatoreid või inhibiitoreid - kasutades on võimalik mõjutada ainete keemilisi omadusi ja sellest tulenev alt ka reaktsiooni kulgu.
Kemikaalide klassifikatsioon
Kõik klassifikatsioonid põhinevad ühendite jaotusel orgaanilisteks ja anorgaanilisteks. Orgaanika põhielemendiks on süsinik, ühinedes omavahel ja vesinikuga, moodustavad süsinikuaatomid süsivesiniku karkassi, mis seejärel täidetakse teiste aatomitega (hapnik, lämmastik, fosfor, väävel, halogeenid, metallid jt), sulgub tsüklitena või harudega, mis õigustab laia valikut orgaanilisi ühendeid. Praeguseks on teadusele teada 20 miljonit sellist ainet. Kuigi mineraalseid ühendeid on ainult pool miljonit.
Iga ühend on individuaalne, kuid sellel on ka palju sarnaseid omadusi teiste omaduste, struktuuri ja koostise poolest, selle alusel toimub ainete rühmitamine klassidesse. Keemial on kõrge süstematiseerituse ja organiseerituse tase, see on täppisteadus.
Anorgaanilised ained
1. Oksiidid on kahekomponentsed ühendid hapnikuga:
a) happeline – veega suhtlemisel annavad nad hapet;
b) põhiline – veega suheldes annavad nad aluse.
2. Happed on ained, mis koosnevad ühest või mitmest vesinikuprootonist ja happejäägist.
3. Alused (leelised) – koosnevad ühest või mitmest hüdroksüülrühmast ja metalliaatomist:
a) amfoteersed hüdroksiidid – omavad nii hapete kui aluste omadusi.
4. Soolad on happe ja leelise (lahustuva aluse) vahelise neutraliseerimisreaktsiooni tulemus, mis koosneb metalliaatomist ja ühest või mitmest happejäägist:
a) happesoolad - happejäägi anioon sisaldab prootonit, mis on happe mittetäieliku dissotsiatsiooni tulemus;
b) aluselised soolad – metalliga on seotud hüdroksüülrühm, aluse mittetäieliku dissotsiatsiooni tulemusena.
Orgaanilised ühendid
Orgaanilises aines on väga palju ainete klasse, sellist teabemahtu on raske korraga meelde jätta. Peaasi on teada põhijaotusi alifaatseteks ja tsüklilisteks ühenditeks, karbotsüklilisteks ja heterotsüklilisteks, küllastunud ja küllastumata ühenditeks. Süsivesinikel on ka palju derivaate, milles vesinikuaatom on asendatud halogeeni, hapniku, lämmastiku ja muude aatomitega, samuti funktsionaalrühmadega.
Aine keemias on eksistentsi alus. Tänu orgaanilisele sünteesile on tänapäeval inimesel tohutul hulgal kunstlikke aineid, mis asendavad looduslikke, ja millel pole ka looduses oma omadustelt analooge.
