Пусть в школе мы и относимся к химии как к одному из наиболее сложных и поэтому «нелюбимых» предметов, но спорить с тем, что химия важна и значима, не стоит, ибо спор обречен на неуспех. Химия, как и физика, окружает нас: это молекулы , атомы , их которых состоят вещества , металлы, неметаллы , соединения и др. Поэтому химия – одна из важнейших и обширных областей естествознания.

Химия – это наука о веществах, их свойствах и превращениях.

Предметом химии являются формы существования объектов материального мира. В зависимости от того, какие объекты (вещества) химия изучает, химию принято делить на неорганическую и органическую . Примерами неорганических веществ являются кислород, вода, кремнезём, аммиак и сода, примерами веществ органических – метан, ацетилен, этанол, уксусная кислота и сахароза.

Все вещества, как здания, построены из кирпичиков-частиц и характеризуются определенной совокупностью химических свойств – способностью веществ принимать участие в химических реакциях.

Химические реакции – это процессы образования сложных по составу веществ из более простых, переход одних сложных веществ в другие, разложение сложных веществ на несколько более простых по составу веществ. Иными словами, химические реакции – это превращения одних веществ в другие.

В настоящее время известно много миллионов веществ , к ним постоянно добавляются новые вещества – как открытые в природе, так и синтезированные человеком, т.е. полученные искусственным путем. Число химических реакций не ограничено , т.е. безмерно велико.

Вспомним основные понятия химии – вещество, химические реакции и др.

Центральным понятием химии является понятие вещество . Каждое вещество обладает уникальным набором признаков – физических свойств, определяющих индивидуальность каждого конкретного вещества, например, плотность, цвет, вязкость, летучесть, температуру плавления и кипения.

Все вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях – твердом (лед), жидком (вода) и газообразном (пар), зависящих от внешних физических условий. Как видим, вода H 2 O представлена во всех заявленных состояниях.

Химические свойства вещества от агрегатного состояния не зависят, а вот физические свойства, напротив, зависят. Так, в любом агрегатном состоянии сера S при сгорании образует сернистый газ SO 2 , т.е. проявляет одно и то же химическое свойство, но свойства физические серы весьма различны в разных агрегатных состояниях: например, плотность жидкой серы равна 1,8 г/см 3 , твердой серы 2,1 г/см 3 и газообразной серы 0,004 г/см 3 .

Химические свойства веществ выявляются и характеризуются химическими реакциями. Реакции могут протекать как в смесях различных веществ, так и внутри одного вещества. При протекании химических реакция всегда образуются новые вещества.

Химические реакции изображаются в общем виде уравнением реакции: Реагенты → Продукты , где реагенты – это исходные вещества, взятые для проведения реакции, а продукты – это новые вещества, которые образовались в результате проведения реакции.

Всегда химические реакции сопровождаются физическими эффектами – это может быть поглощение или выделение теплоты, изменения агрегатного состояния и окраски веществ ; о протекании реакций часто судят по наличию этих эффектов. Так, разложение зеленого минерала малахит сопровождается поглощением теплоты (именно поэтому реакция идет при нагревании), а в результате разложения образуется твердый черный оксид меди (II) и бесцветные вещества – углекислый газ CO 2 и жидкая вода H 2 O.

Химические реакции необходимо отличать от физических процессов , которые изменяют лишь внешнюю форму или агрегатное состояние вещества (но не его состав); наиболее распространены такие физические процессы, как дробление, прессование, совместное сплавление, смешивание, растворение, фильтрирование осадка, перегонка.

С помощью химических реакций можно получать практически важные вещества, которые в природе находятся в ограниченных количествах (азотные удобрения ) или вообще не встречаются (синтетические лекарственные препараты, химические волокна, пластмассы ). Иными словами, химия позволяет синтезировать необходимые для жизнедеятельности человека вещества . Но химическое производство приносит и много вреда окружающему миру – в виде загрязнений, вредных выбросов, отравления флоры и фауны , поэтому использование химии должно быть рациональным, бережным и целесообразным.

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Химические вещества по определению представляют собой некоторую опасность, если неправильно их использовать и не соблюдать меры предосторожности. Чтобы точно знать, что можно ожидать от того или иного вещества, существуют классификации химических веществ по степени опасности.

Согласно установленным требованиям ГОСТ 12.1.007-76 химические вещества разделены на четыре класса по уровню токсичности и их воздействию на живые организмы, в частности на людей и животных. Класс опасности зависит от таких факторов, как ПДК, КВИО, средняя смертельная доза при нанесении на кожу или попадании в желудок. Еще один документ, регулирующий уровень опасности химических веществ, – это СанПиН 2.1.4. 1074-01.

Классификация химически опасных веществ

1-й класс опасности

1-й класс опасности. Это чрезвычайно опасные вещества , ПДК которых составляет менее 0,1. Доза при попадании в желудок для достижения летального исхода составляет менее 15 мг/кг какого-либо вещества, относящегося к этому классу токсичности. Для летального исхода при попадании на кожу достаточно всего 100 или менее миллиграммов такого вещества на килограмм. Вышеуказанные дозы в ходе экспериментов привели к гибели более половины подопытных животных. В таблицах обозначаются как ЛД 50 (пероральная) и ЛД 50 (кожная).

Следующий, самый важный, показатель токсичности и опасности вещества – это его ПДК, или предельно допустимая концентрация. ПДК чрезвычайно опасных веществ в атмосфере составляет около 0,1 миллиграмма на кубический метр. Коэффициент возможности ингаляционного отравления более 300, зона острого действия – 6,0, зона хронического действия – 10, зона биологического действия – более 1000.

К чрезвычайно опасным веществам принято относить никотин, цианид калия, и другие. Превышение вышеуказанных показателей приводит к необратимым нарушениям в экологической системе и к летальному исходу живых организмов.

2-й класс опасности

Это высокоопасные вещества , ЛД 50 (пероральная) таких веществ составляет 15–150 мг/кг в зависимости от характера вещества, а ЛД 50 (кожная) – 100-500 мг/кг. Эти вещества несут большую опасность для человека и для животных из-за своего разрушительного действия.

Несут они большую опасность и для , так как ПДК таких веществ составляет до 1,0 миллиграмма, КВИО – от 30 до 300, ЗОД – 6, 18, ЗХД – 5–10, ЗБД – 100–100.

К высокоопасным веществам относятся мышьяк, хлороформ, свинец, литий и так далее. Нередко эти вещества используются в качестве ядов или транквилизаторов. Большая часть из них находится в очень ограниченном доступе.

3-й класс опасности

Умеренно опасные вещества . Летальная доза таких веществ при попадании на кожу составляет 501-2500 мг/кг, а при попадании в желудок – 151–5000 мг/кг. Предельно допустимая концентрация в атмосфере до 10 мг/м3, коэффициент возникновения ингаляционного отравления при температуре 20 градусов по шкале Цельсия от 3 до 30. Такой показатель был установлен в ходе экспериментов над лабораторными мышами.

Зона острого действия составляет 18–54, зона хронического действия – 5–2,5, биологического действия – от 10 до 100.

В список умеренно опасных веществ входят бензин, алюминиевая кислота, соединения алюминия, марганца и так далее. Несмотря на относительно низкие показатели, относиться к таким веществам следует с осторожностью. Эти вещества активно используются не только в производстве, но и в повседневной жизни, и именно поэтому нужно обращать на них особое внимание.

4-й класс опасности

Малоопасные вещества . Эти химические вещества представляют собой наименьшую угрозу из-за своих невысоких показателей опасности и токсичности. ЛД 50 (пероральная) таких веществ более 5000 мг/кг, кожная – более 2500 мг/кг, ПДК – более 10, КВИО – менее 0,3, зона острого действия – более 54, зона хронического действия – менее 2,5, а зона биологического действия – менее 10.

Эти вещества знает каждый, так как они представляют по большей части одну из составляющих нашей жизни. В список малоопасных веществ входит популярное горючее керосин, аммиак, который можно найти практически в любой аптечке, алюминий, соединения железа и этанол. Очень часто эти вещества используются для проведения опытов на уроках химии.

Перечень вредных веществ по характеру воздействия на организм

Химические вещества и элементы могут различаться не только по токсичности, но и по характеру своего воздействия на организм. И чтобы иметь полное представление о каком-либо веществе или соединении, нужно учитывать данные обеих классификаций, в зависимости от класса, каждому из веществ присвоен свой цвет, согласно таблице.

Вам будет полезно знать, как осуществляется в соответствии СанПиН 2.1.7.2790-10.

В каких случаях применяются повышающие надбавки читайте в новых нормативов расхода ГСМ.

Последовательность занесения объектов в «Государственный реестр объектов размещения отходов» читайте по ссылке.

Итак, воздействие химических веществ может носить следующий характер:

  1. Характер раздражающего действия. При попадании на кожу могут появиться некоторые покраснения. К таким веществам относят фосфор, хлор, фтор, оксиды водорода и т.д.
  2. Характер прижигающего действия. При попадании на кожу или внутрь организма могут появиться ожоги разной степени тяжести. Это такие вещества, как соляная кислота и аммиак.
  3. Удушающие вещества. Большое содержание таких веществ в воздухе может привести к асфиксии и впоследствии к летальному исходу. Таким действием обладают фосген и хлорпикрин.
  4. Токсичные химические вещества. Это вещества, которые могут пагубно влиять на организм человека, вызывать разной степени отравления. Водород мышьяковистый, сероводород, окись этилена, синильная кислота – вот те вещества, которые представляют токсичную опасность для живых организмов.
  5. Наркотические вещества. Такие вещества вызывают привыкание, попадая внутрь организма, разрушают его. Отказаться от приобретенной привычки или очень сложно, или невозможно. Такие вещества называются наркотиками, и обычному человеку их следует избегать. Пользу такие вещества могут принести только в медицине, но и там существует ряд требований и ограничений. К наркотическим веществам относятся никотин, метил хлористый, метил бромистый, формальдегид и так далее.

Все химические вещества можно подразделить на два типа: чистые вещества и смеси (рис. 4.3).

Чистые вещества имеют постоянный состав и вполне определенные химические и физические свойства. Они всегда гомогенны (однородны) по составу (см. ниже). Чистые вещества в свою очередь подразделяются на простые вещества (свободные элементы) и соединения.

Простое вещество (свободный элемент) - это чистое вещество, которое не поддается разделению на более простые чистые вещества. Элементы принято подразделять на металлы и неметаллы (см. гл. 11).

Соединение-это чистое вещество, состоящее из двух или нескольких элементов, связанных между собой в постоянных и определенных отношениях. Например, соединение диоксид углерода состоит из двух элементов - углерода и кислорода. Диоксид углерода неизменно содержит 27, 37% углерода и 72,73% кислорода по массе. Это утверждение в равной мере относится к образцам диоксида углерода, полученным на Северном полюсе, Южном полюсе, в пустыне Сахара или на Луне. Таким образом, в диоксиде углерода углерод и кислород всегда связаны в постоянном и строго определенном отношении.

Рис. 4.3. Классификация химических веществ.

Смеси - это вещества, состоящие из двух или нескольких чистых веществ. Они имеют произвольный состав. В некоторых случаях смеси состоят из одной фазы и тогда называются гомогенными (однородными). Примером гомогенной смеси являются растворы. В других случаях смеси состоят из двух или нескольких фаз. Тогда они называются гетерогенными (неоднородными). Примером гетерогенных смесей является почва.

Типы частиц. Все химические вещества - простые вещества (элементы), соединения или смеси состоят из частиц одного из трех типов, с которыми мы уже познакомились в предыдущих главах. Этими частицами являются:

атомы (атом состоит из электронов, нейтронов и протонов, см. гл. 1; атом каждого элемента характеризуется определенным числом протонов в его ядре, и это число называется атомным номером соответствующего элемента);

молекулы (молекула состоит из двух или нескольких атомов, связанных между собой в целочисленном отношении);

ионы (ион представляет собой электрически заряженный атом или группу атомов; заряд иона обусловлен присоединением или потерей электронов).

Элементарные химические частицы. Элементарная химическая частица - это любой химически или изотопически индивидуальный атом, молекула, ион, радикал, комплекс и т.п., поддающийся идентификации как отдельная видовая единица. Совокупность одинаковых элементарных химических частиц образует химический вид. Химические названия, формулы и уравнения реакций могут относится в зависимости от контекста либо к элементарным частицам, либо к химическим видам. Введенное выше понятие химическое вещество относится к химическому виду, который может быть получен в достаточном количестве, допускающем обнаружение его химических свойств.

Современный биолог должен знать принципы работы с ДНК. Проблема в том, что ДНК совершенно невидима в концентрациях, которые использует большинство людей. Если вы хотите изолировать фрагменты ДНК, их нужно раскрасить. Бромистый этидий идеально подходит в качестве красителя ДНК. Он красиво флуоресцирует и тесно цепляется за ДНК. Что еще нужно для счастья? Может, чтобы это соединение не вызывало рак?

Бромистый этидий окрашивает ДНК, протискиваясь между парами оснований. Это приводит к нарушению целостности ДНК, поскольку присутствие бромистого этидия вызывает напряжение в структуре. Места разрывов становятся площадками для мутаций.

А вот мутации, как известно, чаще всего нежелательны. Притом что вам нужно использовать ультрафиолетовый свет, еще один канцерогенный агент, чтобы визуализировать краситель, что явно не сделает компонент безопаснее. Многие ученые, работающие с ДНК, предпочитают использовать более безопасные соединения для окрашивания дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Диметилкадмий


Свинец, ртуть и все их друзья вызывают различные проблемы со здоровьем, попадая в организм человека. В некоторых формах эти тяжелые металлы могут проходить через тело, не поглощаясь. В других они легко захватываются. Оказавшись внутри, они начинают вызывать проблемы.

Диметилкадмий вызывает серьезные ожоги кожи и повреждения глаз. Также это яд, который накапливается в тканях. Кроме того, если физиологических эффектов недостаточно, это химическое вещество горюче в жидкой и газообразной формах. Взаимодействия с воздухом достаточно, чтобы поджечь его, а вода только усугубляет процесс горения.

В процессе горения диметилкадмий производит оксид кадмия - еще одно вещество с неприятными свойствами. Оксид кадмия вызывает рак и гриппоподобному заболеванию под названием «литейная лихорадка».

VX


VX, как называют Venomous Agent X («отравляющий агент X»), это химическое вещество, которому не нашли применения за пределами химического оружия. Разработанное английской исследовательской военной станцией в Портоне, это вещество без запаха, без вкуса смертельно даже в объеме 10 миллиграммов. Британское правительство торговало информацией о VX с американским в обмен на процесс создания термоядерного оружия.

VX с легкостью впитывается в кожу. Кроме того, он не сразу распадается в окружающей среде, поэтому атака с применением VX приведет к долгосрочным последствиям. Одежды, которую носили во время воздействия вещества, будет достаточно, чтобы отравить любого, вступившего с ней в контакт. Воздействие VX мгновенно убивает, вызывая судороги и паралич. Смерть наступает в процессе отказа дыхательной системы.

Триоксид серы

Триоксид серы - это прекурсор серной кислоты, необходимый также для некоторых реакций сульфирования. Если бы триоксид серы не был полезен, ни один здравомыслящий ученый не держал бы его при себе. Триоксид серы чрезвычайно едкий, когда вступает в контакт с органической материей.

Взаимодействуя с водой (которая составляет большую часть нашего тела), он создает серную кислоту с выделением тепла. Даже если он не попал непосредственно на вашу плоть, даже рядом находиться будет весьма опасно. Пары серной кислоты делают плохое с легкими. Проливание триоксида серы на органический материал вроде бумаги или дерева порождает токсичный огонь.

Батрахотоксин


Батрахотоксин - это сложная на вид молекула, которая настолько смертельна, что одна 136-миллионная грамма этого вещества будет смертельной для 68-килограммового человека. Чтобы вы понимали, это примерно две гранулы соли. Батрахотоксин входит в число самых опасных и ядовитых химических веществ.

Батрахотоксин связывается с натриевыми каналами в нервных клетках. Роль этих каналов жизненно важна в мышечных и нервных функциях. Удерживая эти каналы открытыми, химическое вещество устраняет любой мышечный контроль из организма.

Батрахотоксин нашли на коже крошечных лягушек, яд которых использовали для отравленных стрел. Некоторые племена индейцев обмакивали кончики стрел в яд, выделяемый лягушками. Дротики и стрелы парализовали добычу и позволяли охотникам спокойно ее забирать.

Диоксидифторид


Диоксидифторид - это страшное химическое вещество, имеющее также чарующее название FOOF, поскольку к двум атомам фтора крепятся два атома кислорода. В 1962 году химик А. Г. Штренг опубликовал работу под названием «Химические свойства диоксидифторида». И хотя это название не кажется пугающим, эксперименты Штренга определенно таковыми были.

FOOF изготавливается при очень низкой температуре, поскольку распадается при температуре кипения около -57 градусов по Цельсию. Во время своих экспериментов Штренг обнаружил, что FOOF взрывается, вступая в действие с органическими соединениями, даже при температуре -183 градуса Цельсия. Взаимодействуя с хлором, FOOF сильно взрывается, а контакт с платиной приводит к такому же эффекту.

Короче, в разделе результатов в работе Штренга было множество слов «вспышка», «искра», «взрыв», «сильно» и «огонь» в разных комбинациях. Не забывайте, что все это происходило при температурах, при которых большинство химических веществ по сути инертны.

Цианистый калий


Цианид - простая молекула, всего лишь атом углерода, трижды связанный с атомом азота. Будучи небольшой, молекула цианида может просачиваться в белки и делать им очень плохо. Особенно цианид любит связываться с атомами железа в центре гемопротеинов.

Один из гемопротеинов крайне полезен для нас: гемоглобин, белок, переносящий кислород в нашей крови. Цианид избавляет гемоглобин от способности перевозить кислород.

Когда цианистый калий вступает в контакт с водой, он разбивается на цианистый водород, который легко всасывается телом. Этот газ пахнет горьким миндалем, хотя не все могут его учуять.

Из-за быстрой реакции цианистый калий часто использовался как средство для многими людьми. Британские агенты времен Второй мировой войны носили таблетки цианида на случай поимки, и многие высокопоставленные нацисты также использовали капсулы цианистого калия, чтобы избегать правосудия.

Диметилртуть


Две капли диметилртути - и всё.

В 1996 году Карен Веттерхан исследовала эффекты воздействия тяжелых металлов на организмы. Тяжелые металлы в своей металлической форме довольно плохо взаимодействуют с живыми организмами. Хотя это и не рекомендуется, вполне можно опустить руку в жидкую ртуть и успешно ее вынуть.

Поэтому чтобы ввести ртуть в ДНК, Веттерхан использовала диметилртуть, атом ртути с двумя присоединенными органическими группами. В процессе работы Веттерхан уронила каплю, может две, на свою латексную перчатку. Через шесть месяцев она умерла.

Веттерхан была опытным профессором и приняла все рекомендуемые меры предосторожности. Но диметилртуть просочилась через перчатки менее чем за пять секунд, а через кожу - менее чем за пятнадцать. Химическое вещество не оставило никаких явных следов и Веттерхан заметила побочные эффекты лишь несколько месяцев спустя, когда было уже слишком поздно лечиться.

Трифторид хлора


Хлор и фтор по отдельности неприятные элементы. Но если они сочетаются в трифторид хлора, все становится еще хуже.

Трифторид хлора - это настолько коррозионное вещество, что его даже в стекле хранить не получится. Это такой сильный окислитель, что он сможет поджечь вещи, которые даже в кислороде не горят.

Даже пепел вещей, сгоревших в атмосфере кислорода, загорится под действием трифторида хлора. Ему даже не нужен источник воспламенения. Когда 900 килограммов трифторида хлора разлили в результате промышленной аварии, это химическое вещество растворило 0,3 метра бетона и метр гравия под собой.

Единственный (относительно) безопасный способ хранить это вещество - металлический контейнер, который уже был обработан фтором. Таким образом создается фтористый барьер, с которым не реагирует трехфтористый хлор. Встречаясь с водой, трифторид хлора мгновенно взрывается с выделением тепла и плавиковой кислоты.

Плавиковая кислота

Любой, кто работал в области химии, слышал байки про фтористоводородную кислоту. В техническом смысле это слабая кислота, которая нелегко расстается со своим ионом водорода. Поэтому быстрый химический ожог получит от нее довольно сложно. И в этом секрет ее коварства. Будучи относительно нейтральной, плавиковая кислота может проходить через кожу, не уведомляя вас, и попадать в организм. И оказавшись на месте, плавиковая кислота приступает к работе.

Когда кислота отдает свой протон, остается фтор, который вступает в реакцию с другими веществами. Эти реакции нарастают как снежный ком, и фтор сеет ужасный хаос. Одной из любимых целей фтора является кальций. Поэтому плавиковая кислота приводит к гибели костной ткани. Если жертву оставить без лечения, смерть будет наступать долго и больно.

Понятие вещества изучается сразу несколькими науками. Вопрос о том, какие есть вещества, мы разберём с двух точек зрения - с позиции химической науки и с позиции физики.

Вещество в химии и физике

Химики понимают вещество, как физическую субстанцию с определённым набором химических элементов. В современной физике вещество рассматривается как вид материи, который состоит из фермионов или вид материи, содержащий в себе фермионы, бозоны, обладает массой покоя. По обыкновению, вещество должно состоять из частиц, по большей части электронов, протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны образуют атомные ядра, а все вместе эти элементы образуют атомы (атомное вещество).

Свойства вещества

Практически каждое из веществ имеет свой уникальный набор свойств. Под свойствами понимают характеристики, указывающие на индивидуальность вещества, которая в свою очередь демонстрирует его отличия от всех остальных веществ. Характерными физико-химическими свойствами являются константы - плотность, различные типы температур, термодинамика, показатели кристаллической структуры.

Химическая классификация веществ

В химии разделяют вещества на соединения и их смеси. Кроме того, следует сказать органические вещества Соединение - это есть набор атомов, которые связаны друг с другом с учётом определённых закономерностей. При этом следует отметить, что границу между соединением и смесью веществ определить чётко довольно сложно. Это обусловлено тем, что науке известны вещества непостоянного состава. Для них составить точную формулу невозможно. Кроме того, соединение - это по большому счёту абстракция, так как в практическом смысле может быть достигнута только лишь конечная чистота изучаемого вещества. Любой существующий в реальной жизни образец - это смесь веществ, но с преобладанием одного вещества из всей группы. Кроме того, следует сказать, какие есть органические вещества. Эта группа сложных веществ имеет в составе углерод (белки, углеводы).

Простые и сложные вещества

Простые вещества(O2, O3, H2, Cl2) - это те вещества, которые состоят только из атомов одного химического элемента. Эти вещества - есть форма существования элементов в свободном виде. Другими словами, эти химические элементы, которые не связаны с другими элементами, образуют простые вещества. Таких веществ науке известно более чем 400 разновидностей. Простые вещества классифицируют по типу связи между атомами. Так, простые вещества разделяют на металлы(Na, Mg, Al, Bi и др.) и неметаллы (H 2 , N 2 , Br 2 , Si и др).

Сложные вещества - химические соединения, которые состоят из связанных друг с другом атомов двух и более элементов. Простые вещества также имеют право называться химическими соединениями, если их молекулы будут состоять из атомов, соединённых ковалентной связью (азот, кислород, бром, фтор,). А вот инертные (благородные) газы и атомарный водород называть химическими соединениями будет ошибкой.

Физическая классификация веществ

С точки зрения физики вещества существуют в нескольких агрегатных состояниях - тело, жидкость и газ. О том, какие твердые вещества, например, видно невооружённым взглядом. Тоже самое можно сказать и о другом агрегатном состоянии. Какие жидкие вещества есть в природе мы со школы знаем. Примечательно, что такое вещество как вода может существовать сразу в трёх состояния - как лёд, жидкая вода и пар. Три агрегатных состояния вещества не считаются индивидуальными характеристиками веществ, но соответствуют разным, зависимым от внешних условий существования веществ. При переходе от состояний агрегатных состояний к реальным состояниям химического вещества можно выявить ряд промежуточных типов, которые в науке получили название аморфных или стеклообразных состояний, а также состояния жидкого кристалла и полимерного состояние. В связи с этим учёные часто используют понятие «фаза».

Помимо прочих в физике рассматривают ещё и четвёртое агрегатное состояние химического вещества. Это плазма, то есть состояние, полностью или частично ионизированное, а плотность положительных и отрицательных зарядов в этом состоянии одинакова, иными словами плазма электронейтральна. В целом, веществ в природе множество, но теперь вы знаете, какие бывают вещества, а это гораздо важнее.