Глава I.1 Предмет химии. Роль химии в жизни человека

Окружающую природу раньше называли естеством. Отсюда произошло название области знаний о природе – естествознание. Оно объединяет такие науки, как химия, физика, география, биология, астрономия. С физикой, физической географией и биологией вы знакомились ранее.

Все окружающие нас объекты (в том числе лабораторная посуда) – это физические тела. Вы, конечно, заметили, что лабораторная посуда для опыта, за исключением одной пластмассовой воронки, изготовлена из стекла.

Каждое вещество характеризуется индивидуальными физическими свойствами: цветом, запахом, агрегатным состоянием (при определённых условиях), температурой плавления, температурой кипения, плотностью, теплопроводностью, электропроводностью и др.

А что такое свойства веществ?

Свойства самых известных веществ выступают в роли эталонных (от фр. etalon – образец, мерило). Так, на свойствах воды основана температурная шкала, которую предложил шведский астроном и метеоролог Андерс Цельсий (шкала Цельсия). В этой шкале за 0 °С принята температура замерзания воды, а за 100 °С – температура её кипения. За единицу измерения теплоты принята 1 калория – это количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 г воды на 1 °С.

Твёрдость веществ определяют по минералогической шкале твёрдости, предложенной немецким минералогом и геологом Фридрихом Моосом (шкала Мооса). Эталонами в ней являются 10 распространённых минералов (от талька до алмаза), расположенных в порядке возрастания твёрдости, значения шкалы от 1 до 10 (табл. 1).

Таблица 1

Шкала твёрдости Мооса

Твёрдость по Моосу	Эталонный минерал	Изображение	Тест на твёрдость
1	Тальк		Царапается ногтем
2	Гипс		Царапается ногтем
3	Кальцит		Царапается медью
4	Флюорит		Легко царапается ножом, оконным стеклом
5	Апатит		С усилием царапается ножом, оконным стеклом
6	Ортоклаз		Царапает стекло. Обрабатывается напильником
7	Кварц		Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло
8	Топаз		Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло
9	Корунд		Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло
10	Алмаз		Царапает стекло

Измерять атмосферное давление по высоте столбика ртути в качестве эталона предложил в XVII в. итальянский математик и физик Эванджелиста Торричелли. Проведя опыт, он доказал, что атмосферное давление уравновешивается весом столбика ртути, имеющей очень высокую плотность. Позднее на основе этого открытия был создан прибор для измерения атмосферного давления – барометр (рис. 1). Жидкую ртуть используют также и в термометрах. 

Свойства веществ обусловливают их применение. Например, стекло и пластмасса – это материалы для изготовления самых разных изделий. 

Изучением свойств и созданием материалов занимается раздел науки – материаловедение. Важная цель материаловедения – получать материалы с заранее заданными свойствами. 

Изделия изготавливают с учётом свойств материала. Рассмотрим в качестве примера физические свойства материалов на основе алюминия. Лёгкость и прочность таких материалов позволяют использовать их в авиационной технике, транспортном машиностроении (судостроении и т. д.). А простота механической обработки позволяет изготавливать из алюминия самые разные изделия (рис. 2): детали машин и приборов, архитектурные сооружения, конструкции мостов, линии электропередачи (ЛЭП), трубы, железнодорожные цистерны и т. д. Поскольку материалы на основе алюминия безвредны, их широко применяют для изготовления посуды. Алюминий незаменим для изготовления упаковочной фольги. Серебристый порошок алюминия применяется для получения декоративной краски. 

Используются и химические свойства алюминия: 
– он не взаимодействует с концентрированными серной и азотной кислотами, поэтому их перевозят в алюминиевых цистернах; 
– способность алюминия гореть ослепительно ярким пламенем широко используется при производстве фейерверков, салютов, бенгальских огней, осветительных ракет. При этом алюминий превращается в другие вещества. 

Явления, при которых из одних веществ образуются новые вещества, называются химическими явлениями. Изучением таких явлений и занимается химия. 

Сегодня химия и химическая промышленность развиваются гораздо быстрее многих наук и отраслей производства. Почему же слово «химия» вызывает у нас как положительные, так и отрицательные эмоции? Положительные потому, что без достижений химии немыслимо существование современного общества (рис. 3). Это самые разнообразные пластмассы для изготовления компьютеров, телефонов и автомобилей; предметы быта, упаковка и т. д. Это гигиенические и косметические средства. Своими успехами современная медицина во многом обязана химии: синтетические витамины и лекарственные средства, материалы для изготовления медицинской аппаратуры и приборов. Сельское хозяйство немыслимо без применения удобрений, средств защиты растений и животных. На основе химических технологий создаются материалы для носителей информации, а также средства для её хранения и передачи. 

Прав был великий Михаил Васильевич Ломоносов, который ещё в 1747 г. утверждал: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие…»

А вот что в XX в. сказал о химии Н. Н. Семёнов, учёный, лауреат Нобелевской премии: «Всё мы связываем с химической наукой: прогресс в познании окружающего мира, новые методы его перестройки и усовершенствования. И не может быть в наши дни специалиста, который мог бы обойтись без знания химии». Положительное отношение к химии называют одним словом – хемофилия. Антоним хемофилии – хемофобия. Отрицательное отношение к химии тоже имеет свою аргументацию.

Химическое загрязнение окружающей среды относится к глобальным проблемам человечества. Рост промышленного производства и сельского хозяйства, развитие энергетики и транспорта, совершенствование современных технологий и средств коммуникации приводят к тому, что ежегодно сжигается более 1 млрд тонн топлива, выбрасывается в атмосферу несколько миллиардов тонн угарного и углекислого газов, десятки миллионов тонн оксидов азота и серы. 

Они образуют с атмосферной влагой растворы кислот, которые, выпадая в виде дождей (так называемые кислотные дожди),  оказывают губительное воздействие на природу, разрушают памятники архитектуры и скульптуры (рис. 4). 

Разливы нефти представляют собой смертельную опасность для морских и пресноводных организмов. 

Бытовые отходы загрязняют природные ландшафты, превращая живописные уголки в мусорные свалки. Часто этому способствуют химическая безграмотность и безответственное поведение людей: выбрасывая пластиковые пакеты и бутылки в лесу или по берегам водоёмов, они обезображивают природу на десятилетия (рис. 5). 

Знание химии – это основа бережного и ответственного отношения людей к природе, их безопасного и экологически грамотного обращения с веществами, материалами и химическими процессами.