Вещество — понятие химии и физики¶

Вещество — форма существования материи, обладающая массой покоя и занимающая определённый объём в пространстве; совокупность атомов, связанных в структурные единицы — молекулы или кристаллические решётки. Термин противопоставляется полю и излучению, которые массы покоя не имеют. Вещества изучаются химией, физикой, кристаллографией и материаловедением.

¶Основные свойства

Веществам присущи следующие характерные признаки:

• Масса покоя — фундаментальное свойство, отличающее вещество от излучения и полей.
• Объём — вещество занимает место в пространстве, в отличие от вакуума.
• Строение — вещество состоит из атомов, связанных в молекулы (молекулярные вещества) или в кристаллические решётки (немолекулярные: металлы, ионные кристаллы).
• Агрегатное состояние — твёрдое, жидкое, газообразное, плазма; при определённых условиях — сверхтекучесть, конденсат Бозе — Эйнштейна.
• Химические свойства — способность вступать в реакции, определяемая строением электронных оболочек атомов.

¶Классификация

¶По составу

По химическому составу различают:

• Простые вещества — состоящие из атомов одного элемента (кислород O₂, железо Fe, алмаз C).
• Сложные вещества — состоящие из атомов двух и более элементов (вода H₂O, поваренная соль NaCl, глюкоза C₆H₁₂O₆).

¶По типу химической связи

• Молекулярные вещества — частицы-молекулы, связанные ковалентными связями; низкие температуры плавления и кипения, слабая электропроводность.
• Немолекулярные (атомные) вещества — атомы, связанные в единую кристаллическую решётку: металлы, ионные кристаллы, алмаз, кремний.

¶По агрегатному состоянию

¶Строение вещества

¶Молекулярные вещества

Наиболее распространённый класс. Молекула — наименьшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Примеры: водород H₂, азот N₂, вода H₂O, метан CH₄, этанол C₂H₅OH. Межмолекулярные силы (водородные связи, диполь-дипольные взаимодействия, силы Ван-дер-Ваальса) определяют физические свойства: температуры плавления и кипения, давление насыщенных паров.

¶Немолекулярные вещества

В кристаллических решётках атомы или ионы расположены в строгом периодическом порядке. Типы решёток:

• Металлическая — положительные ионы в «море» делокализованных электронов; характерна для железа, меди, алюминия.
• Ионная — чередование катионов и анионов (NaCl, MgO); высокие температуры плавления, хрупкость.
• Ковалентная (атомная) — атомы связаны ковалентными связями в пространственную сеть (алмаз, кремний, карбид кремния).

¶Агрегатные состояния и их переходы

Переходы между агрегатными состояниями сопровождаются поглощением или выделением энергии:

• Плавление — твёрдое → жидкое.
• Кипение — жидкое → газообразное.
• Конденсация — газообразное → жидкое.
• Кристаллизация — жидкое → твёрдое.
• Сублимация — твёрдое → газообразное (йод, сухой лёд).
• Депозитация — газообразное → твёрдое.

Температуры переходов зависят от сил межчастичного взаимодействия: у молекулярных веществ они существенно ниже, чем у немолекулярных. При нагревании вещества выше критической температуры различие между жидкостью и газом исчезает — возникает сверхкритическая флюидная фаза.

¶Вещество и материя: различия понятий

В физике и химии понятия «вещество» и «материя» не тождественны. Материя — философская категория, обозначающая объективную реальность, существующую независимо от сознания. Вещество — одна из форм существования материи, наряду с полем и излучением. В релятивистской физике вещество и излучение могут превращаться друг в друга (например, аннигиляция электрона и позитрона с образованием гамма-квантов), но вещество всегда обладает массой покоя.

¶Применение

Вещества являются объектом изучения и практического использования в химической промышленности, фармацевтике, металлургии, сельском хозяйстве и других отраслях. Классификация веществ по составу, строению и свойствам лежит в основе прогнозирования их поведения и создания новых материалов — полимеров, сплавов, керамики, полупроводников.

¶Историческая справка

Представления о веществе развивались от античных теорий четырёх элементов (Эмпедокл, Аристотель) через алхимические воззрения к современной атомистике. Ключевые вехи: открытие закона сохранения массы (Ломоносов, Лавуазье), атомная теория Дальтона (1803), открытие электрона (Томсон, 1897), квантовая теория строения атома (Бор, 1913), открытие нейтрона (Чадвик, 1932). В XX веке сформировалось представление о веществе как о системе атомов, свойства которой определяются квантовыми закономерностями.

¶Источники

• Химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия.
• Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия.
• Глинка Н. Л. Общая химия. — М.: ФИЗМАТЛИТ.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Том I. Механика. — М.: ФИЗМАТЛИТ.