Физические и химические явления. Признаки реакций

До сих пор мы говорили о том, из чего состоят вещества. Но вещества не остаются неизменными: лёд тает, железо ржавеет, дрова сгорают. Все эти изменения называют явлениями. Одни из них затрагивают только форму и состояние вещества, другие превращают одни вещества в другие, и различать их учит задание 12 ОГЭ.

Физические явления

Физические явления — это изменения, при которых меняются агрегатное состояние, форма или размер тела, но состав вещества остаётся прежним. Лёд тает и превращается в воду, вода кипит и превращается в пар, но во всех трёх состояниях это одно вещество \(\ce{H2O}\). Кусок мела можно растолочь в порошок, проволоку — согнуть, железный гвоздь — намагнитить; вещество при этом не меняется. Физическими явлениями считают также растворение сахара в воде, испарение спирта, свечение нити электрической лампы, перегонку и плавление металла.

Химические явления

Химические явления, или химические реакции, — это превращения, при которых из одних веществ образуются другие, новые вещества. Дрова сгорают, и остаются зола, углекислый газ и водяной пар. Железо на влажном воздухе покрывается рыжей ржавчиной. Молоко скисает, пища переваривается, листья на свету образуют сахар из углекислого газа и воды. Серебряная ложка со временем темнеет, а медная крыша зеленеет.

Часто физическое и химическое явления идут одновременно. В горящей свече парафин сначала плавится, и это физическое явление, а затем пары парафина сгорают, образуя углекислый газ и воду, и это химическая реакция.

Признаки химических реакций

Молекул мы не видим, поэтому о том, что прошла реакция, судят по внешним изменениям. Эти изменения — признаки химических реакций:

• изменение цвета: медная пластинка при нагревании чернеет, белый безводный сульфат меди(II) синеет от воды, лакмус краснеет в растворе кислоты;
• выделение газа: сода шипит в уксусе или соляной кислоте, выделяя углекислый газ, цинк в кислоте выделяет водород;
• выпадение осадка: известковая вода мутнеет от углекислого газа, раствор щёлочи с раствором сульфата меди(II) даёт синий осадок;
• растворение осадка: синий осадок гидроксида меди(II) исчезает при добавлении кислоты;
• выделение или поглощение теплоты, иногда света: горение, взаимодействие негашёной извести с водой;
• появление запаха: сероводород пахнет тухлыми яйцами, аммиак — нашатырным спиртом.

Вот уравнения нескольких реакций с яркими признаками (как составлять уравнения, рассказано в следующем уроке):

\[ \ce{Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O} \quad \text{(помутнение известковой воды)} \]

\[ \ce{Na2CO3 + 2HCl -> 2NaCl + H2O + CO2 ^} \quad \text{(выделение газа)} \]

\[ \ce{CuSO4 + 2NaOH -> Cu(OH)2 v + Na2SO4} \quad \text{(синий осадок)} \]

Бывают реакции и без видимых признаков. Если слить растворы гидроксида натрия и соляной кислоты, образуются хлорид натрия и вода, но раствор остаётся бесцветным и прозрачным; заметить реакцию можно лишь по небольшому нагреванию или с помощью индикатора:

\[ \ce{NaOH + HCl -> NaCl + H2O} \]

Условия протекания реакций

Даже вещества, способные реагировать друг с другом, вступают в реакцию не всегда. Чтобы реакция началась и шла, нужны определённые условия протекания реакций. Прежде всего вещества должны соприкоснуться: чем мельче частицы, тем больше поверхность соприкосновения, поэтому твёрдые вещества измельчают, а ещё лучше растворяют. Многие реакции начинаются только при нагревании. Одним реакциям достаточно начального нагрева: спичка или бумага, подожжённые один раз, дальше горят сами. Другим нужно постоянное нагревание: мел разлагается, пока его прокаливают, и перестаёт, как только нагрев прекращают. Некоторые реакции идут на свету, например фотосинтез или потемнение бромида серебра, на котором основана старая фотография.

Особое условие — присутствие катализатора. Катализатор — это вещество, которое ускоряет реакцию, но само в ней не расходуется. Пероксид водорода при комнатной температуре разлагается очень медленно, а если добавить щепотку оксида марганца(IV), раствор бурно вспенивается, выделяя кислород. После реакции оксид марганца остаётся на дне в том же количестве:

\[ \ce{2H2O2 ->[\ce{MnO2}] 2H2O + O2 ^} \]

В живых организмах катализаторами служат ферменты. Пероксид водорода пенится на ранке потому, что в крови есть фермент каталаза, который ускоряет то же самое разложение.