Основы химии

ОСНОВЫ 
ХИМИИ

 
УЧЕБНИК

Бакалавриат

Москва 
КУРС
ИНФРА-М 
2019

В.Г. ИВАНОВ, О.Н. ГЕВА

УДК 54 (075.32)
ББК 24.1я723
И20

       Иванов В.Г., Гева О.Н.
Основы химии: Учебник / В.Г. Иванов, О.Н. Гева. – М.: КУРС: 
ИНФРА-М, 2019. — 556 с.

ISBN 978-5-905554-40-7 (КУРС)
ISBN 978-5-16-009174-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-100347-3 (ИНФРА-М, online)

Книга состоит из трех разделов. В первом – на современном уровне 
рассматриваются теоретические основы общей химии, которые позволят 
легче воспринимать знания, изложенные в последующих главах. Во втором 
разделе «Неорганическая химия» изложены сведения об отдельных химических элементах и их соединениях. В третьем разделе, посвященном органической химии, рассмотрены вопросы теории строения органических 
веществ, взаимного влияния атомов в молекулах, а также сведения о главных классах органических соединений.
Книга предназначена для бакалавров, в том числе техникумов и колледжей с расширенной программой по химии. Книга может быть рекомендована для студентов нехимических вузов, изучающих общую, неорганическую и органическую химии.

УДК 54 (075.32)
ББК 24.1я723

© Т.И. Чиркова.
© КУРС, 2014

ISBN 978-5-905554-40-7 (КУРС)
ISBN 978-5-16-009174-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-100347-3 (ИНФРА-М, online)

И20

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Свойства веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Чистые вещества и смеси. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Физические и химические явления  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Общие положения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Химические элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Первые представления о строении атомов и периодической
системы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Молекулы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Массы атомов и молекул  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Моль и молярная масса  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Закон постоянства состава веществ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Ковалентная связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Ионная связь  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Металлическая связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Водородная связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
. . . . . . . . . . . . . 50
Уравнения химических реакций  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Закон сохранения массы веществ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Химические реакции и их классификация  . . . . . . . . . . . . . . 51
Расчёты по уравнениям химических реакций . . . . . . . . . . . . 55
Энергетика химических реакций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Катализ и катализаторы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Обратимые химические реакции  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Окислительновосстановительные реакции . . . . . . . . . . . . . . 76
Электрохимические процессы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Электролиз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Коррозия металлов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Растворение — физикохимический процесс . . . . . . . . . . . . . 99
Растворимость веществ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Теория электролитической диссоциации . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Способы выражения состава растворов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Газовые законы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Оксиды  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Основания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Кислоты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Соли. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
. . . . . . . . . 149
Периодический закон Д. И. Менделеева и периодическая 
система химических элементов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Строение атомов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Общая характеристика подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Кислород и его соединения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Вода  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Сера и её соединения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Простое вещество. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Сероводород . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Оксид серы (IV)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Сернистая кислота. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Оксид серы (VI)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Серная кислота  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Простые вещества  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Галогеноводороды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
Кислородсодержащие соединения галогенов  . . . . . . . . . 200
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Общая характеристика подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Аммиак. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Оксид азота (I)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Оксид азота (II). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Оксид азота (III) и азотистая кислота. . . . . . . . . . . . . . . . 214
Оксид азота (IV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Оксид азота (V). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Азотная кислота  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Соли азотной кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

Фосфор и его соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
Оксид фосфора (III)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
Оксид фосфора (V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
Фосфорноватистая кислота. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
Фосфористая кислота  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Фосфорные кислоты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Общая характеристика подгруппа  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
Углерод и его соединения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Простое вещество. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Оксид углерода (II)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
Оксид углерода (IV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Угольная кислота и её соли. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Кремний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Простое вещество. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Оксид кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Кремниевые кислоты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Силикаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Общая характеристика подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Соединения щелочных металлов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Общая характеристика подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Соединения магния и кальция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Общая характеристика подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Бор  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Соединения бора  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Борная кислота  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Алюминий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Соединения алюминия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Общая характеристика  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Железо  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
Гидроксиды железа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Соли железа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Подгруппа меди  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Соединения меди . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Серебро  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
Золото . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
Подгруппа цинка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
Цинк. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
Ртуть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Хром  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Соединения хрома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Марганец. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Соединения марганца  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Общая характеристика подгруппы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

. . . . . . . 317
Гибридизация и химические связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
Теория химического строения органических веществ 
А. М. Бутлерова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Классификация органических веществ  . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Номенклатура. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Изомерия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
Взаимное влияние атомов в молекуле. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
Классификация органических реакций и реагентов . . . . . . . 357
Классификация реакций по частным признакам . . . . . .365
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
369  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Алканы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
369  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Гомологический ряд, изомерия, номенклатура. . . . . . . . 370
Физические свойства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Способы получения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
Химические свойства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
Циклоалканы (циклопарафины). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
Номенклатура и изомерия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
Физические свойства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
Способы получения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
Химические свойства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387
Применение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
Алкены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
Номенклатура и изомерия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
Физические свойства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
Способы получения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
Химические свойства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
Применение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
399  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Алкадиены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
Изомерия, номенклатура, строение . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
Физические свойства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Способы получения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Химические свойства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
Применение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408
Алкины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
Номенклатура и изомерия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
Физические свойства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410
Химические свойства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
Применение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
Ароматические углеводороды или арены. . . . . . . . . . . . . . . . 419

Строение молекулы бензола . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419
Другие ароматические молекулы и признаки 
ароматичности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
Номенклатура и изомерия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
Физические свойства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
Способы получения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
Химические свойства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
Спирты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
Алифатические одноатомные спирты  . . . . . . . . . . . . . . . 436
Многоатомные спирты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
Фенолы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны) . . . . . . . . . 459
Карбоновые кислоты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
Непредельные (ненасыщенные) карбоновые кислоты. . . . . . 477
Сложные эфиры. Жиры. Мыла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
Углеводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
Моносахариды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
Олигосахариды  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
Полисахариды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
. . . . . . . . . . . . . . . . . 509
Амины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
Аминокислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
Пептиды и белки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
Азотсодержащие гетероциклические соединения. . . . . . . . . 530
Пятичленные азотсодержащие гетероциклы  . . . . . . . . . 530
Шестичленные азотсодержащие гетероциклы  . . . . . . . . 534
Нуклеиновые кислоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549

Слово «химия», согласно клинописным таблицам, найденным в древних городах Малой Азии и Египта, возникло
ранее 3000 тысяч лет до новой эры. Некоторые историки
считают, что слово «химия» связано с названием древнего
Египта — «Хем», что означает чёрный, тёмный. Другие —
связывают его с древнегреческим «хима», обозначающим
искусство выплавки металлов. Ещё одна гипотеза происхождения слова «химия» связана с древнекитайским словом «ким», которое обозначало золото. Впервые термин
«химия» употребил в конце IV века древнегреческий алхимик Зосима, который связывал это слово с именем Хемеса —
древнего мудреца, получавшего свои знания в виде божественного откровения. Современное название «химия» производится от позднелатинского Chimia и является международным термином.
Наряду с физикой, биологией и математикой, химия —
основополагающая наука о природе, которая составляет
фундамент современного естествознания. Главным объектом исследования химии является вещество и в том числе мельчайшие его частицы — молекулы, а также атомы.
В настоящее время известно более 111 видов различных
атомов (химических элементов), которые, соединяясь между собой в различной последовательности и в разных количествах, образуют более четырёх миллионов различных молекул. Молекулы одного вида составляют одно вещество.
Химия изучает строение веществ и процессы, происходящие при их взаимодействии друг с другом.
На всём протяжении своего развития человечество сталкивалось с различными природными явлениями, такими,
как горение, гниение, брожение и др. Некоторые из этих
процессов человек сумел поставить себе на службу. С помощью огня получали металлы из руд, что привело к замене деревянных и каменных орудий труда и оружия на более
совершенные и предопределило переход от каменного века
к бронзовому, а в дальнейшем к железному. Одним из первых металлов, которые стал использовать человек, была
медь. Она встречается в природе в свободном виде и выплавляется из руд при сравнительно низких температурах. Однако она оказалась слишком мягким материалом и в дальнейшем для придания твёрдости к ней стали прибавлять
олово. Этот сплав в дальнейшем получил название бронза.
Несколько позднее люди научились получать и обрабатывать железо, что привело к появлению более прочных и лёгких орудий труда.
Были и другие процессы, которые повлияли на развитие человечества, такие, как спекание и сплавление, которые привели к появлению гончарного и стекольного производств. Первые изделия из стекла появились в Египте за четыре тысячи лет до нашей эры.
Некоторые другие химические процессы, встречающиеся в природе, также в значительной степени связаны с развитием человека. Одним из таких процессов является брожение. Процесс брожения — это ферментативное расщепление органических веществ (главным образом углеводов)
до более простых соединений, осуществляемый микроорганизмами (бактериями и дрожжами). Некоторые из видов
брожения человек научился использовать в своей повседневной жизни. В каменном веке люди не умели печь хлеб.
Зерно либо поджаривали или перемалывали на ручной
мельнице между двух камней и варили плохо размолотую
муку. Прошли века, прежде чем человек научился при приготовлении теста добавлять в него опару (разведённые в воде дрожжи). Этот же процесс в дальнейшем нашёл применение при приготовлении вина и в пивоварении. Бактерии,
вызывающие молочнокислое брожение, нашли применение
при получении молочнокислых продуктов, квашении овощей и силосовании кормов.
Нет ни одной отрасли хозяйства, где бы ни использовались достижения химии. Химическая промышленность выпускает искусственные и синтетические волокна, пластические массы, красители, лекарственные вещества и многое
другое. В сельском хозяйстве находят широкое применение
минеральные удобрения, средства защиты растений и регуляторы их роста. Большое значение химия играет в биологии и медицине.

Из курсов природоведения, физики и биологии вы познакомились с понятиями «физическое тело» и «вещество». «Вещество» — условно материал, из которого состоит
или изготовлено физическое тело. Примерами веществ могут служить золото, железо, бронза, сталь, кварц, мрамор,
стекло, вода и т. д. Из одного и того же куска золота можно
изготовить различные физические тела: сосуд, монету,
скульптуру, электрод и др. Все окружающие нас физические тела состоят из веществ. Например, железо — вещество, из него построены такие физические тела, как детали
машин, гвозди, пластины аккумуляторов. Вода — вещество, которое может образовывать кусочки льда, капли, снежинки, туман над рекой.
В настоящее время известно около десяти миллионов
веществ, учитывая тот факт, что каждое вещество может
образовывать несколько окружающих нас тел, поэтому физических тел значительно больше, чем веществ.
Вещество характеризуется определёнными свойствами, которые позволяют отличить одни вещества от других,
например цвет, запах, агрегатное состояние, плотность,
ковкость, теплои электропроводность, растворимость, температуры кипения и плавления и др. Эти свойства позволяют отличать одно вещество от другого не только визуально
(зрительно), но и по запаху или на ощупь и при экспериментальном измерении при помощи различных приборов.
При одинаковых условиях (например, при температуре
и давлении) все физические тела, построенные из одного и
того же вещества, будут обладать одинаковыми физикохимическими свойствами (цвет, плотность, температуры плавления и кипения и др.). Например, различные изделия (физические тела), изготовленные из стекла (рюмки, вазы,
пробирки, колбы, оконные стекла и др.), обладают очень
похожими свойствами: прозрачность, хрупкость, одинаковые температуры плавления и т. д.
Вещество может изменять свои свойства в зависимости
от внешних условий: температуры, давления и др. Так, вещество — вода при температуре ниже 0 °С — твёрдое вещество, при температуре от 0 до 100 °С — жидкость, выше
100 °С — газообразное вещество. При этом меняются многие свойства веществ, например плотность. Как уже известно из курса физики, твёрдое вещество характеризуется
очень плотной упаковкой частиц, его образующих, при более высоких температурах это же вещество плавится и плотность упаковки частиц уменьшается, в парообразном же состоянии частицы находятся на значительном удалении
друг от друга и плотность вещества при этом небольшая.
Одно из свойств веществ — это их способность при определённых условиях вступать во взаимодействие с другими
веществами, при этом исходные вещества превращаются
в другие. Такие взаимодействия называются химическими
явлениями или химическими реакциями. Например, при
нагревании мела образуются известь и углекислый газ,
а при нагревании древесины происходит её взаимодействие
с кислородом воздуха и образуются углекислый газ и вода.
Понятие «вещество» играет важную роль во всех естественных науках — физике, геологии, биологии, химии —
и в некоторых случаях заменяется термином «химическое
вещество».
Из предложенных слов выберите те, которые обозначают вещества и физические тела, состоящие из этих веществ:
а) снег, вода, лёд;
б) иней, роса, капли дождя;
в) целлюлоза (клетчатка), бумага;
г) картон, целлофан, хлопок.

Назовите физические тела, которые могут состоять из
следующих веществ: бронза, древесина, фарфор, алюминий, глина, пластмасса.

Сколько и каких веществ необходимо использовать
для создания следующих физических тел: лопата, грабли,
очки, бинокль, шкаф, стул, лампочка.

Из каких веществ могут состоять следующие физические тела: ложка, скульптура, электрический провод, ткань.
Какое из слов обозначает физическое тело:
а) вода; 
в) лёд;
б) стекло;
г) бронза?

Из какого вещества можно изготовить следующие
физические тела: скульптуру, гвоздь, проволоку, кровлю
крыши: 
а) стекло; 
в) целлюлоза;
б) глина;
г) медь?

В состав какого физического тела входят все следующие вещества: пластмасса, железо, стекло, краситель: 
а) лопата;
в) тарелка; 
б) нож;
г) очки.

Какое физическое тело можно изготовить из каждого
из следующих веществ: железо, серебро, фарфор, дерево:
а) лампочка;
в) молоток;
б) ложка;
г) электрический провод?

Как уже отмечалось в предыдущей главе, вещества характеризуются определёнными свойствами. Однако свойства вещества существенно меняются от присутствия в нём
примесей. Абсолютно чистых веществ в природе нет. Но если в составе вещества содержится очень небольшое количество примеси, которое не влияет на характерные свойства
основного вещества, то говорят о том, что вещество чистое.
Немногочисленными примерами относительно чистых веществ, встречающихся в природе, являются самородные сера, золото, алмазы.
Смешанные 
вещества
могут находиться в различных агрегатных состояниях (газообразном, жидком
или твёрдом) (табл. 1).
В смесях одно вещество
распределяется в другом в
виде мелких частиц. Если
размеры частиц довольно
крупные (10–4 см), то такие
смеси называют грубыми.
В них частицы видны невооруженным глазом в проходящем свете (конус Фарадея—Тиндаля) (рис. 1).

Рис. 1. Эффект Фарадея—
Тиндаля: 1 — источник света; 
2 — раствор; 3 — конус 
Фарадея—Тиндаля

Примерами таких смесей являются: туман — взвесь
мелких жидких капель в газообразном веществе (например,
капель воды в воздухе); дым и пыль — взвесь мелких твёрдых частиц в газообразном веществе (например, дым от костра — твёрдые несгоревшие частицы в воздухе). Жидкие
мелкие частицы рассредоточенные в другой жидкости называются эмульсиями (например, молоко — взвесь капелек
жира в воде), при распределении твёрдых частиц в жидкости образуются суспензии (например, смесь зубного порошка и воды). Если размеры частиц достигают 10–5 см, но они
видны в микроскоп, то такие смеси относят к тонким. В том
случае, если вещества представлены молекулами или ионами, то возникает однородная система — раствор (такие
частицы вещества не видны даже в микроскоп). Из приведённых в таблице 1 примеров растворами являются воздух,
кислород в воде, спирт и сахар в воде, сплавы.
Каждое из веществ смеси сохраняет свои индивидуальные свойства и на их основе может быть отделено от других
компонентов смеси. Так твёрдое вещество может быть отделено от жидкости путём фильтрования (например, суспензию зубного порошка в воде можно разделить путём фильтТаблица 1

Примеры смешанных веществ и агрегатные состояния
соединений, входящих в состав смесей

Основное 
вещество
Примесь
Примеры
смешанных веществ

Газ
Газ
Воздух (кислород
и углекислый газ в азоте)

Жидкость
Газ
Кислород в воде. Туман
(капельки воды в воздухе)

Жидкость
Жидкость
Спирт в воде. Молоко
(капельки жира в воде)

Жидкость
Твёрдое 
вещество
Сахар в воде

Твёрдое
 вещество
Газ
Дым, пыль в воздухе

Твёрдое 
вещество
Твёрдое 
вещество
Сплавы (серебро в золоте)

рования через бумажный фильтр) или выпариванием растворителя (например, отделение поваренной соли из её
водного раствора). Другим методом очистки веществ, позволяющим разделить две жидкости, является перегонка.
Этот метод позволяет разделить смесь жидкостей на отдельные вещества по разнице температур их кипения. Например, этиловый спирт от воды легко отделить перегонкой,
так как температура кипения спирта 78 °С, а воды 100 °С.
В чём заключается отличие смеси от раствора?

Как можно очистить воздух от пыли или дыма?

Можно ли увидеть пылевые частицы, используя эффект Тиндаля?

Какие из названий относятся к индивидуальным веществам, а какие к смесям и растворам: а) дистиллированная вода; б) морская вода; в) воздух; г) заваренный чай;
д) фруктовый сок; е) кровь; ж) поваренная соль; з) питьевая
сода; и) сахароза.
Какое из веществ является примером относительно
чистого вещества: 
а) мел; 
в) снег;
б) алмаз;
г) водопроводная вода?

Какая из перечисленных систем является раствором
твёрдого вещества в твёрдом веществе:
а) бронза; 
в) молоко;
б) минеральная вода;
г) дым?

Какая система является примером раствора твёрдого
вещества в жидком:
а) туман; 
в) соль в воде;
б) воздух;
г) кислород в воде?

Каким из методов можно отделить сахар из его раствора:
а) перегонкой; 
в) выпариванием;
б) фильтрованием;
г) в электрическом поле?

С различными веществами, окружающими нас, происходят разные изменения. Например, таяние снега, испарение воды, разрушение горных пород, ржавление металлов,
горение горючих материалов и т. д. Все эти изменения по
нескольким признакам можно разделить на две группы —
физические и химические. При физических изменениях вещества не превращаются в другие соединения, а лишь изменяется их агрегатное состояние или меняется их форма.
Например, при таянии снега образуется жидкость, которая
затем испаряется, превращаясь в пар. Но все эти превращения претерпевает одно вещество — вода. При дроблении вещества изменяется лишь его форма, но не состав. Лёд останется льдом, а мрамор — мрамором, даже если их разбить
на мелкие кусочки. Подобные процессы постоянно протекают в природе.
Химические явления, или химические реакции, сопровождаются внешними эффектами (изменениями). Например, изменением окраски, выпадением осадка, выделением
газообразных веществ, тепла или света, появлением запаха. При химических явлениях (реакциях) исходные вещества превращаются в другие соединения (вещества), отличающиеся своими свойствами. Примерами химических реакций, сопровождающихся выделением тепла и света,
является горение горючих веществ (дров, бытового газа и
др.), окисление магния кислородом воздуха. Осадок выпадает при пропускании углекислого газа (например, образующегося при дыхании) через известковую воду. Газообразное вещество (углекислый газ) будет выделяться, если
капнуть соляной или уксусной кислотой на мрамор или кусочек школьного мела. Высокая степень измельчённости
веществ, вступающих в химическую реакцию, и повышение температуры способствуют протеканию этих превращений.
К физическим или химическим относят следующие
явления: горение дров; горение лампочки; образование тумана; образование снежинок; таяние снега; дыхание; испарение воды; измельчение сахара в пудру; горение метана в

газовой плите; ржавление железа; холодная ковка металла;
отливка изделий из пластмассы.

При очистке воды используются следующие процедуры: а) отстаивание; б) фильтрование; в) хлорирование; г) озонирование; д) дистилляция; е) умягчение воды путём осаждения ионов Ca2+ и Mg2+. Какие из этих процессов являются
физическими, а какие химическими?
Какое из явлений является химическим?
а) Конденсация воды;
б) измельчение льда;
в) сгорание бензина в двигателе автомобиля;
г) испарение воды.

При круговороте в природе вода подвергается следующим процессам:
а) испарению;
б) конденсации и выпадению в виде осадков;
в) взаимодействию с веществами почвы;
г) фильтрации через почву.
Какое из перечисленных явлений является химиче
ским?

Первые представления об атомах и молекулах зародились в Древней Греции в философских учениях Левкиппа
(500—400 г. до н. э.), Демокрита (460—370 г. до н. э.), Эпикура (342—270 г. до н. э.). Экспериментальными основами
для создания атомномолекулярных представлений стали
законы, установленные с середины XVIII до начала XIX в.
К таким законам относятся: закон сохранения материи и
движения (М. В. Ломоносов, 1756 г.); закон постоянства состава вещества (Ж. Пруст, 1801 г.); закон кратных отношений (Д. Дальтон, 1803 г.); закон объёмных отношений
(Ж. ГейЛюссак, 1805 г.); закон Авогадро (А. Авогадро,
1811 г.). Эти законы послужили основой для создания атомномолекулярного учения, основные положения которого были сформулированы в 1860 г. на I Международном съезде химиков (Германия).

Основные положения атомномолекулярного учения:
1. Все вещества состоят из атомов, молекул или ионов.
Атом — это электронейтральная частица, состоящая из
положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.
2. Каждый отдельный вид атомов называется химическим элементом. Для обозначения химических элементов
используются химические знаки, которые представляют
собой начальные буквы латинских названий: H — Hydrogenium — водород, O — Oxygenium — кислород и т. д.
3. Атомы каждого вида (элемента) одинаковы, но отличаются от атомов любого другого вида (элемента).
4. Молекулы состоят из атомов. Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его свойствами и состоящая из соединённых между собой атомов.
5. Состав молекул обозначается химической формулой,
содержащей химические знаки всех химических элементов, образующих молекулу. Индекс, который изображён
справа и внизу от знака химического элемента, показывает
число атомов данного элемента, входящего в состав молекулы. Например, молекула воды H2O состоит из двух атомов
водорода и одного атома кислорода; молекула серной кислоты H2SO4 — из двух атомов водорода, одного атома серы
и четырёх атомов кислорода.
6. Молекулы, атомы и ионы находятся в непрерывном
движении.
7. При химических явлениях (реакциях) молекулы
претерпевают изменения и из одних молекул образуются
другие. При физических явлениях состав молекул остаётся
неизменным.
Какими химическими знаками обозначаются следующие химические элементы: кислород, водород, углерод,
азот, натрий, магний, алюминий, кремний, фосфор, сера,
хлор, марганец, железо, медь, цинк, мышьяк, бром, серебро, олово, иод, вольфрам, платина, золото, ртуть, свинец?

Назовите химические элементы, которым соответствуют следующие химические знаки: He, Li, Be, B, F, K, Ca,
Cr, Co, Ni, Ba.

Назовите какие элементы входят в состав следующих
молекул: HCl, MgCl2, HNO3, NaOH, H3PO4, H2CO3, CaCO3,
CuSO4, Cu(OH)2, Fe2(SO4)3. Сколько атомов каждого химического элемента входит в состав каждой молекулы?
Каким химическим знаком обозначается сера?
а) Se;
б) S;
в) Sn;
г) Sr.

Назовите химический элемент, который обозначается знаком Mn.
а) Магний; 
в) марганец;
б) молибден;
г) менделеевий.

Какие элементы входят в состав следующего вещества: MgCO3?
а) Марганец, сера и кислород;
б) магний, сера и кислород;
в) магний, углерод и кислород;
г) магний, кремний и водород.

Сколько и каких атомов входит в состав молекулы
Ca(H2PO4)2?
а) 1 атом кальция, 1 атом фосфора, 4 атома кислорода,
2 атома водорода;
б) 1 атом кальция, 2 атома фосфора, 8 атомов кислорода, 4 атома водорода;
в) 2 атома кальция, 1 атом фосфора, 4 атома кислорода,
4 атома водорода;
г) 1 атом кальция, 1 атом фосфора, 4 атома кислорода,
5 атомов водорода.

Химическим элементом называется определённый вид
атомов, характеризующийся одинаковым положительным
зарядом ядра.

Взаимосвязи между химическими элементами отражает периодическая система элементов Д. И. Менделеева. Порядковый номер каждого элемента в периодической системе равен заряду ядра атома, т. е. числу протонов, содержащихся в ядре. Каждый химический элемент имеет свой
символ: водород — H, кислород — O, кремний — Si и т. д.
В настоящее время известно 111 химических элементов.
Наиболее распространёнными на Земле являются кислород
(47% от массы земной коры), кремний (28%), алюминий
(8,8%), железо (4,6%), кальций (3,5%), натрий (2,6%), калий (2,5%), магний (2,0%), углерод (0,15%). На долю всех
остальных элементов приходиться менее 1%. Наиболее распространённые элементы космоса это водород и гелий.
Химические элементы входят в состав молекул и существуют в форме простых и сложных веществ.
Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента. Например, O2, N2, H2.
Сложные вещества состоят из атомов нескольких химических элементов. Например, H2O, Na2O, SiO2 и др.
Простые вещества подразделяются на металлы и неметаллы. К металлам относят натрий (Na), кальций (Ca), железо (Fe), магний (Mg) и др. Из 109 элементов периодической системы 86 относятся к металлам. К неметаллам относится азот (N), углерод (C), кислород (O), кремний (Si), хлор
(Cl) и др. Если в периодической таблице Д. И. Менделеева
условно провести диагональ из левого верхнего угла в правый нижний, то слева внизу будут располагаться металлы,
а справа вверху неметаллы. Однако граница между металлами и неметаллами часто бывает довольно условной.
Металлы обладают хорошей теплои электропроводностью, металлическим блеском и другими свойствами, обусловленными наличием свободных электронов. Неметаллы
этими свойствами не обладают.
Многие химические элементы существуют в виде нескольких простых веществ, такое явление называется аллотропией или аллотропной модификацией.
Аллотропия может быть вызвана тем, что в состав молекул простых веществ может входить различное число атомов элемента, например кислород — O2 и озон — O3, фосфор
P2 и P4; или строением кристаллической решётки, например, аллотропные модификации углерода — графит, алмаз,
карбин, фуллерен. В настоящее время известно более 500
простых веществ.

Название химических элементов часто совпадает с названием простого вещества. Так, элемент сера образует аллотропные формы — αсера и βсера.
Разделите приведённые ниже вещества на простые и
сложные: HCl, H2O, Cl2, CO2, F2, O3, H2SiO3, N2.

Назовите металлы и неметаллы, которые входят в состав следующих веществ: K2SO4, CuSO4, NaCl, Na2CO3,
HNO3, H2SO4, Cu(OH)2, CaCO3, CO2, Na2O.

Выберите вещества, которые являются аллотропными модификациями: CO, CO2, O2, P6, O3, P2, Se2, S2, Se8, SO3,
SO2, S8, Na2O, Na2O2.
Какое из веществ является сложным?
а) Br2;
б) O3;
в) He;
г) K2O?

В состав какого вещества не входит металл?
а) Cu(OH)2;
б) HNO3;
в) Na2CO3;
г) FeO.

Какой из элементов является неметаллом?
а) Zn;
б) Mg;
в) Si;
г) Li.

Какие из веществ являются аллотропными модификациями?
а) Cu2O, CuO; 
в) P2, P6;
б) CO, CO2;
г) NaOH, KOH.

Строение атомов различных химических элементов напоминает по строению нашу Солнечную систему. В Солнечной системе вокруг яркой звезды Солнца вращаются различные планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер
и др., которые удерживаются на кольцевых орбитах гравитационным притяжением.

В атоме вокруг положительно заряженного ядра вращаются отрицательно заряженные электроны, которые удерживаются электростатическим притяжением. Каждый химический элемент имеет свой заряд ядра. Например, у водорода (H) заряд ядра равен +1, у гелия (He) — +2, у лития
(Li) — +3 и т. д. (см. первые элементы в таблице
Д. И. Менделеева). Заряд зависит от числа протонов, входящих в состав ядра атома. Протон обладает единичным положительным зарядом и поэтому в состав ядра атома водорода
входит один, атома гелия — два, атома лития — три протона соответственно. Если расположить все известные элементы по степени возрастания числа протонов, то получится ряд, который в химии именуют Периодической системой. Но атомы являются электронейтральными частицами
и положительный заряд ядра уравновешивают вращающиеся вокруг него отрицательно заряженные электроны.
Поэтому у атома водорода вокруг ядра вращается один
электрон, у атома гелия — два, у атома лития — три электрона (рис. 2).
У последующих химических элементов заряд ядра за
счёт накопления протонов постепенно возрастает от элемента к элементу на одну единицу (протон), поэтому при переходе от одного элемента к другому возрастает и число электронов.
Но, как известно, одинаково заряженные частицы испытывают взаимное отталкивание и протоны, входящие в
состав ядер, должны были разлететься друг от друга на
большие расстояния. Однако этого не происходит, так как
в состав ядер входят особые частицы, которые по массе равны протону, но не имеют заряда. Эти частицы называются
нейтронами. Они, как цементный раствор, прочно связываРис. 2. Строение атомов водорода, гелия, лития