Другие физические свойства веществ

Кроме агрегатного состояния к важнейшим свойствам веществ относят:

• запах;
• цвет;
• вкус;
• твёрдость;
• температуру кипения и плавления;
• плотность;
• растворимость;
• ковкость;
• пластичность;
• способность проводить тепло и электричество.

Рассмотрим некоторые из них.

Запах

Есть вещества без запаха.

Например, кислород, вода, сахар, глицерин.

 

У некоторых веществ есть свой характерный запах.

Например, резкий удушливый запах имеют нашатырный спирт, озон, кристаллический иод.

Следует иметь в виду, что запах воспринимается людьми индивидуально. То есть то, что один человек будет воспринимать как нечто приятное, другому может показаться пахнущим отвратительно. Кроме того, некоторые люди в силу особенностей организма вообще не ощущают запахи.

 

Обрати внимание!

Нюхать вещества надо очень осторожно, не приближая лицо (нос) к горлышку сосуда, а направляя к себе ладонью газ или пары жидкости.

Цвет

Некоторые вещества являются бесцветными.

Например, такие как кислород, вода, глицерин, кварц.

Многие вещества имеют характерную окраску.

Например:

• белого цвета крахмал, мел, сахарная пудра;
• чёрного цвета сажа;
• красного цвета медь и гемоглобин (белок крови, отвечает за транспортировку кислорода в организме);
• зелёного цвета хлорофилл (пигмент, содержащийся в растительных клетках, участвующих в процессе фотосинтеза);
• жёлтого цвета сера и золото;
• большинство металлов имеет серебристо-белыйили серебристо-серый цвет.

Вкус

Вкуса не имеют: стекло (мы не чувствуем вкус стекла, когда пьём воду из стакана), азот, вода.

 

Некоторые вещества имеют характерный вкус.

Например:

• солёный вкус имеет поваренная соль;
• кислый вкус имеют кислоты (лимонная, молочная и другие);
• сладкий вкус у сахарозы (свекловичного и тростникового сахара), глюкозы, фруктозы;
• горький вкус имеет хинин.

Обрати внимание!

Восприятие цвета и вкуса зависит от физиологического состояния человека. При различных заболеваниях и с возрастом способность человека определять запах, цвет и вкус веществ может изменяться.

Твёрдость веществ

Под твёрдостью понимается способность вещества противостоять какому-либо механическому воздействию на него, обычно царапанью или вдавливанию.

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения). По шкале Мооса самым твёрдым веществом является алмаз, на втором месте — корунд, а замыкает шкалу тальк.

 

Шкала Мооса (минералогическая шкала твёрдости):

 

Эталонный минерал	Твёрдость	Обрабатываемость	Другие минералы с такой твёрдостью
Тальк	1	Царапается ногтем	Графит
Гипс	2	Царапается ногтем	Галит
Кальцит	3	Царапается медной монетой	Золото, серебро
Флюорит	4	Царапается ножом, оконным стеклом	Доломит, сфалерит
Апатит	5	Царапается ножом, оконным стеклом	Гематит, лазурит
Ортоклаз	6	Царапается напильником	Опал, рутил
Кварц	7	Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло	Гранат, турмалин
Топаз	8	Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло	Берилл, шпинель
Корунд	9	Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло	-
Алмаз	10	Режет стекло	-

Температура плавления и кипения

Температура плавления и кристаллизации — температура, при которой твёрдое вещество переходит в жидкое агрегатное состояние и наоборот.

Например, температура плавления и кристаллизации воды — 0 °С.

Температуру, при которой жидкость переходит в газообразное агрегатное состояние, называют температурой кипения. При такой же температуре происходит обратный переход, то есть конденсация паров.

Например, вода кипит, а также водяной пар конденсируется при температуре +100 °С.

Плотность веществ

Плотность — физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Например, плотность воды (при температуре +4 °С) ρ =1000 кг/м³, плотность алюминия — 2700 кг/м³.

Ковкость и пластичность веществ

Ковкость — это способность металлов и сплавов подвергаться ковке (высокотемпературной обработке) и другим видам обработки давлением (прокатке, волочению, прессованию, штамповке).

Ковкость характеризуется двумя показателями — пластичностью, то есть способностью металла подвергаться деформации под давлением без разрушения, и сопротивлением деформации.

У ковких металлов (сталь, латунь, дюралюминий и некоторые другие медные, алюминиевые, магниевые, никелевые сплавы) относительно высокая пластичность сочетается с низким сопротивлением деформации.

К числу весьма пластичных материалов относятся медь, алюминий, латунь, золото.
Менее пластичными являются дюралюминий и бронза.

К числу слабо пластичных материалов относятся многие легированные стали.

Способность проводить тепло и электричество

Очень хорошо проводят тепло и электричество металлы (серебро, золото, медь, алюминий) и графит.

 

Плохо проводят тепло и практически не проводят электричество (являются изоляторами) другие вещества, например, воздух, стекло, пластмассы, резина.

Вода также практически не проводит электрический ток. Это примечание не относится к природной воде — она хороший проводник, поскольку содержит растворённые в ней соли.

 

Чистые вещества

В античные времена древнегреческими учёными было сформулировано предположение, которое позже полностью подтвердилось — о том, что вещества состоят из мельчайших невидимых глазу частиц.

 

Например, вода состоит из одинаковых частиц, называемых молекулами воды. Сахар состоит из одинаковых частиц, называемых молекулами сахара. Вода и сахар — это чистые вещества.

Чистыми веществами называются вещества, которые состоят из частиц одинакового вида.

Если же сахар смешать с водой, происходит диффузия — молекулы сахара проникают между молекулами воды. Образуется раствор, в состав которого входят как молекулы воды, так и молекулы сахара.

Раствор — это смесь веществ.

 

Смесями называют вещества, в состав которых входят частицы разного вида.

Все вещества являются либо чистыми, либо смесями.

 

 

Чистые вещества состоят из частиц одного вида, а смеси — из частиц разного вида.

 

Кроме веществ, состоящих из молекул, существуют вещества, имеющие немолекулярное строение.

Например, металлы и инертные газы состоят не из молекул, а из более мелких частиц — атомов.

 

Таким образом, медь состоит только из атомов меди, а цинк состоит только из атомов цинка. Медь и цинк — чистые вещества. Если к меди добавить цинк и сильно нагреть, получится сплав, который называют латунью.

Латунь — это смесь, в состав которой входят как атомы меди, так и атомы цинка.

Существуют вещества немолекулярного строения, состоящие из частиц другого вида, называемых ионами. В состав ионных соединений входят не электрически нейтральные атомы или молекулы, а частицы, несущие на себе положительный или отрицательный заряд.

 

Примером таких веществ может служить хлорид натрия, то есть обычная поваренная соль, кристаллы которой состоят из положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлора. Поваренная соль является чистым веществом. Если же её растворить в воде, образуется раствор, который является смесью двух веществ — воды и поваренной соли.

Сравнение чистых веществ и смесей

	Чистые вещества	Смеси
Состав	Чистое вещество состоит из частиц одного вида. Например, вода состоит только из молекул воды. Чистое вещество имеет постоянный состав. Например, любая молекула воды состоит из двух атомов химического элемента водорода и одного атома химического элемента кислорода.	Смесь состоит из частиц разного вида. Например, раствор сахара в воде содержит как молекулы воды, так и молекулы сахара. Смесь не имеет постоянного состава: содержание отдельных составных частей одной и той же смеси может быть разным. Условно говоря, в стакане воды можно растворить и одну чайную ложку сахара, и две.
Свойства	Чистое вещество имеет постоянные свойства.	В смеси каждое вещество в основном сохраняет свои свойства. Например, железо так же, как обычно, притягивается магнитом, поваренная соль остаётся солёной.   Физические свойства смеси отчасти меняются с изменением её количественного состава.

 

Обрати внимание!

Следует иметь в виду, что идеально чистых веществ не существует, поскольку ни одно из веществ невозможно полностью очистить от содержащихся в нём примесей.

Какое же вещество в таком случае на практике считается чистым?

Практически чистым (чистым) называют вещество, в котором содержание примесей столь ничтожно, что эти примеси существенным образом не влияют на его свойства.

Например, вода считается практически чистой, если образец жидкости не имеет цвета, вкуса и запаха, замерзает при температуре 0 °С, кипит при температуре +100 °С, при температуре +4 °С имеет плотность 1000 кг/м³ и практически не проводит электрический ток.

 

Чистые вещества: кислород, дистиллированная вода, рафинированный сахар

 

В некоторых отраслях науки и техники используют особо чистые вещества.

 

В банках золото хранится в слитках, массовая доля благородного металла в которых составляет 99,9 %; в технике для изготовления электронных приборов и микросхем используется кремний, чистота которого составляет 99,999 %.

 

В природе, в технике и в повседневной жизни большей частью приходится иметь дело со смесями. Так, смесью является воздух, природная вода, почва, биологические жидкости, пища и многое другое.

Смеси бывают двух видов: однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные).

 

Однородные смеси

Смеси могут отличаться между собой не только по составу, но и по внешнему виду. В соответствии с тем, как выглядит данная смесь и какими свойствами она обладает, её можно отнести либо к однородным (гомогенным), либо к неоднородным (гетерогенным) смесям.

Однородными (гомогенными) называют такие смеси, в которых даже при помощи микроскопа нельзя обнаружить частицы других веществ.

Состав и физические свойства во всех частях такой смеси одинаковы, поскольку между отдельными её составными частями отсутствуют поверхности раздела.

 

К однородным смесям относятся:

• смеси газов;
• растворы;
• сплавы.

Смеси газов

В качестве примера такой однородной смеси можно назвать воздух.

 

В состав чистого воздуха входят различные газообразные вещества:

• азот (его объёмная доля в чистом воздухе составляет 78 %);
• кислород (21 %);
• благородные газы — аргон и другие (0,96 %);
• углекислый газ (0,04 %).

Газообразной смесью являются природный газ и попутный нефтяной газ. Основными составными частями этих смесей являются газообразные углеводороды: метан, этан, пропан и бутан.

 

Также газообразной смесью является такой возобновляемый ресурс, как биогаз, образующийся при переработке бактериями органических остатков на свалках, в ёмкостях очистных сооружений и в специальных установках. Главная составная часть биогаза — метан, который содержит примесь углекислого газа, сероводорода и целого ряда других газообразных веществ.

 

Cмеси газов: воздух и биогаз. Воздух можно продавать любознательным туристам, а биогаз, получаемый из зелёной массы в специальных ёмкостях — использовать в качестве топлива

Растворы

Обычно так называют жидкие смеси веществ, хотя этот термин в науке имеет более широкое значение: раствором принято называть любую (в том числе газообразную и твёрдую) однородную смесь веществ. Итак, о жидких растворах.

 

Важным раствором, встречающимся в природе, является нефть. Жидкие продукты, получаемые при её переработке: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, смазочные масла — также представляют собой смесь различных углеводородов.

 

Обрати внимание!

Чтобы приготовить раствор, нужно газообразное, жидкое или твёрдое вещество смешать с растворителем (водой, спиртом, ацетоном и др.).

Например, нашатырный спирт получают, растворяя вводе газ аммиак. В свою очередь, для приготовления тинктуры йода кристаллическиййод растворяют в этиловом спирте(этаноле).

 

Жидкие однородные смеси (растворы): нефть и нашатырный спирт

Сплавы

Сплав (твёрдый раствор) может быть получен на основе любого металла, и в его состав может входить множество различных веществ.

 

Самыми важными в настоящее время являются сплавы железа — чугуны и стали.

Чугунами называют сплавы железа, содержащие более 2 % углерода, а сталями — сплавы железа, содержание углерода в которых меньше.

То, что обычно называют «железом», на самом деле является сталью с низким содержанием углерода. Кроме углерода в состав сплавов железа могут входить кремний, фосфор, сера.

Для того чтобы придать сталям какие-то особые свойства, их легируют — вводят специальные добавки. Например, ударопрочная сталь отличается повышенным содержанием марганца, а при выплавке нержавеющей стали в её состав вводится хром.

 

В настоящее время широкое распространение получили сплавы алюминия. Они отличаются лёгкостью и высокой механической прочностью. В состав сплавов алюминия обычно входят магний, марганец, медь и кремний.

 

С давних времён человечество широко использует сплавы на основе меди.

Бронзой называют сплав меди с оловом, а латунью — сплав меди с цинком.

Хотя в настоящее время в состав этих сплавов меди могут входить и другие металлы (алюминий, никель, свинец и др.).

 

Изделия из чугуна и алюминиевой бронзы

 

Неоднородные смеси

Если в случае однородных смесей состав и физические свойства во всех частях такой смеси одинаковы, то в случае неоднородных смесей между отдельными составными частями имеются поверхности раздела, при переходе через которые свойства вещества существенным образом изменяются.

Неоднородными (гетерогенными) называют такие смеси, в которых невооружённым глазом или при помощи микроскопа можно заметить частицы других веществ.

К неоднородным смесям принадлежат:

• аэрозоли (дымы, туманы);
• суспензии;
• эмульсии;
• пены;
• и другие смеси, не имеющие собственных названий.

В случае образования неоднородной (гетерогенной) смеси частички (капельки, пузырьки) одного вещества оказываются распределены в среде другого вещества. Классифицируя (группируя) такие смеси, удобно принимать во внимание агрегатное состояние того вещества, в среде которого оказывается распределено другое вещество.

Неоднородные (гетерогенные) смеси, среда которых газообразная

Если в среде газообразного вещества распределены частички твёрдого вещества, такую смесь называют дымом.

Простейшим примером такой смеси является пыль, висящая в воздухе.

Если в среде газообразного вещества распределены мелкие капельки жидкости, такую смесь называют туманом.

Туманы и дымы имеют общее название — аэрозоли.

В качестве примера аэрозоля можно также назвать смог — чрезвычайно ядовитую смесь, которая образуется в воздухе при определённых погодных условиях и содержит вредные вещества, выделившиеся в результате работы предприятий, сжигания топлива на транспорте и в печах теплоэлектростанций, крупных лесных пожаров.

 

Неоднородные смеси: туман, дым и смог в Москве (2010 г.)

Неоднородные (гетерогенные) смеси, среда которых жидкая

Если в жидкости распределены частички твёрдого вещества, такую смесь называют суспензией.

Например, суспензию представляет собой взвесь песка или глины в воде.

Если в жидкости распределены мелкие капельки другой (не смешивающейся с первой) жидкости, такую смесь называют эмульсией.

Эмульсия образуется при энергичном смешивании растительного масла с водой. Эмульсию представляет собой майонез и многие другие продукты питания. Чтобы не происходило расслоение не смешивающихся между собой жидкостей, к таким смесям добавляют вещества, называемые эмульгаторами.

Если в среде жидкости распределены пузырьки газа, такую смесь называют пеной.

Пена образуется каждый раз при откупоривании бутылки с газированным напитком.

 

Неоднородные смеси: суспензия (глина в воде), эмульсия (капельки жира в молоке) и мыльная пена

Неоднородные (гетерогенные) смеси, среда которых твёрдая

Такие смеси не имеют специфических названий, поэтому ограничимся соответствующими примерами.

 

В среде твёрдого вещества могут находиться пузырьки газа. Примером такой смеси может служить пемза — пористое стекло вулканического происхождения. Такое же строение имеют пенопласт и обычный хлеб.

 

Встречаются смеси и такого вида, когда в среде твёрдого вещества распределены мельчайшие капельки жидкости. В качестве примера такой смеси можно назвать влажную почву.

 

В среде твёрдого вещества могут быть распределены частицы других твёрдых веществ. Примером такой смеси может служить гранит, в состав которого входят полевой шпат, кварц и слюда.

 

Неоднородные смеси: пемза, почва, гранит