Sve što nas okružuje ima svoju fizičku i hemijsku prirodu. Šta se naziva supstancom i koje vrste postoje? To je fizička supstanca sa specifičnim hemijskim sastavom. Na latinskom se riječ "supstancija" označava terminom Substantia, koji također često koriste naučnici. Šta je to?
Danas je poznato više od 20 miliona različitih supstanci. U vazduhu, u okeanu, morima i rekama ima svih vrsta gasova - voda sa mineralima i solima. Čvrsti površinski sloj naše planete sastoji se od brojnih stijena. Ogroman broj različitih supstanci je prisutan u svakom živom organizmu.
Opći koncepti
U modernoj hemiji, supstanca, čija se definicija shvata kao vrsta materije, ima masu mirovanja. Sastoji se od elementarnih čestica ili kvazičestica. Sastavni dio svake supstance je njena masa. Po pravilu, pri relativno niskim gustoćama i temperaturama, u njegovom sastavu se najčešće nalaze elementarne čestice poput elektrona, neutrona i protona. Odzadnja dva su atomska jezgra. Sve ove elementarne čestice formiraju takve tvari kao što su molekule i kristali. U suštini, njihova atomska materija (atomi) se sastoji od elektrona, protona i neutrona.
Sa stanovišta biologije, "supstancija" je koncept materije koja formira tkiva bilo kojeg organizma. To je dio organela koje se nalaze u ćelijama. U opštem smislu, "supstancija" je oblik materije od koje su formirana sva fizička tela.
Svojstva materije
Svojstva supstance su skup objektivnih karakteristika koje određuju individualnost. Oni vam omogućavaju da razlikujete jednu supstancu od druge. Najkarakterističnija fizička i hemijska svojstva supstance:
• gustina;
• Tačke ključanja i topljenja;
• termodinamičke karakteristike;
• hemijska svojstva;
• vrijednosti kristalne strukture.
Svi navedeni parametri su konstante. Budući da se sve tvari razlikuju jedna od druge, one imaju određena fizička svojstva. Šta se podrazumijeva pod ovim konceptom? Osobine supstance su njene karakteristike, određene merenjem ili posmatranjem, bez pretvaranja u drugu supstancu. Najvažniji od njih su:
• agregatno stanje;
• boja i sjaj;
• miris;
• okus;
• nerastvorljivost ili rastvorljivost u vodi;
• tačke topljenja i ključanja;
• gustina;
• električna provodljivost;
•toplotna provodljivost;
• tvrdoća;
• krhkost;
• plastičnost.
Kristalne supstance takođe karakteriše takvo fizičko svojstvo kao što je oblik. Boja, ukus, miris određuju se vizuelno i uz pomoć čula. Fizički parametri kao što su gustina, tačke topljenja i ključanja, električna provodljivost izračunavaju se različitim merenjima. Informacije o fizičkim svojstvima većine supstanci predstavljene su u posebnim referentnim knjigama. One ovise o agregatnom stanju tvari. Dakle, gustina vode, leda i pare je potpuno drugačija. Kiseonik je bezbojan u gasovitom stanju, ali plav u tečnom stanju. Zbog razlika u fizičkim svojstvima, mogu se razlikovati mnoge tvari. Dakle, bakar je jedini metal koji ima crvenkastu nijansu. Samo kamena so ima slani ukus. U većini slučajeva, da bi se identificirala supstanca, potrebno je uzeti u obzir nekoliko njenih poznatih svojstava.
Odnos koncepata
Mnogi ljudi brkaju pojmove "hemijski element", "atom", "jednostavna supstanca". U stvari, oni se međusobno razlikuju. Dakle, atom je konkretan pojam, budući da zaista postoji. Hemijski element - apstraktna (kolektivna) definicija. U prirodi postoji samo u obliku vezanih ili slobodnih atoma. Drugim riječima, to je jednostavna ili složena supstanca. Svaki hemijski element ima svoj simbol - znak (simbol). U nekim slučajevima izražava i sastav jednostavne supstance (B, C, Zn). Ali često ovaj simboloznačava samo hemijski element. To jasno pokazuje formula kiseonika. Dakle, O je samo hemijski element, a jednostavna supstanca kiseonik je označena formulom O2.
Postoje i druge razlike između ovih koncepata. Potrebno je razlikovati karakteristike (svojstva) jednostavnih supstanci, koje su skup čestica, i hemijskog elementa, koji je atom određene vrste. Postoje i neke razlike u imenima. Najčešće je oznaka kemijskog elementa i jednostavne tvari ista. Međutim, postoje izuzeci od ovog pravila.
Klasifikacija supstanci
Šta se naziva supstancom u smislu nauke? Broj različitih supstanci je veoma velik. Prirodna supstanca, čija je definicija povezana sa njenim prirodnim porijeklom, može biti organska ili neorganska. Čovjek je naučio sintetizirati mnoga jedinjenja umjetno. Definicija "supstancije" podrazumijeva podjelu na jednostavne (individualne) tvari i smjese. Stav prema klasifikaciji zavisi od toga koliko ih je uključeno u nju.
Definicija jednostavne supstance podrazumeva apstraktni koncept, koji označava skup atoma međusobno povezanih prema određenim fizičkim i hemijskim zakonima. Unatoč tome, granica između njega i smjese je vrlo nejasna, jer neke tvari imaju promjenjiv sastav. Za njih čak ni tačna formula još nije ponuđena. Zbog činjenice da se za jednostavnu supstancu može postići samo konačna čistoća, ovaj koncept ostaje apstrakcija. Drugim riječima, u bilo kojem od njih postoji mješavina hemijskih elemenata u kojojjedan preovlađuje. Često čistoća supstance direktno utiče na njena svojstva. U opštem smislu, jednostavna supstanca je izgrađena od atoma jednog hemijskog elementa. Na primjer, molekul plina kisika sadrži 2 identična atoma (O2).
Šta se zove složena supstanca? Takav hemijski spoj uključuje različite atome koji čine molekulu. Ponekad se naziva mješovita hemijska supstanca. Složene tvari su smjese čije su molekule formirane od atoma dva ili više elemenata. Tako, na primjer, u molekulu vode postoji jedan atom kisika i 2 atoma vodika (N2O). Koncept složene supstance odgovara molekuli koja sadrži različite hemijske elemente. Takvih supstanci ima mnogo više nego jednostavnih. Mogu biti prirodni ili umjetni.
Jednostavne i složene supstance, čiji je koncept donekle proizvoljan, razlikuju se po svojim svojstvima. Tako, na primjer, titan postaje jak tek kada se oslobodi atoma kisika na manje od stotog procenta. Složena i jednostavna supstanca, čiju je hemijsku definiciju malo teško razumjeti, može biti dvije vrste: neorganska i organska.
Neorganske supstance
Neorganska su sva hemijska jedinjenja koja ne sadrže ugljenik. U ovu grupu spadaju i neke tvari koje sadrže ovaj element (cijanidi, karbonati, karbidi, ugljični oksidi i nekoliko drugih tvari). Nemaju kostur karakterističan za organske supstance. imenovati supstancusvako može koristiti formulu zahvaljujući periodičnom sistemu Mendeljejeva i školskom kursu hemije. Svi su označeni latiničnim slovima. Kako se u ovom slučaju naziva supstanca? Sve anorganske supstance su podeljene u sledeće grupe:
• jednostavne supstance: metali (Mg, Na, Ca); nemetali (P, S); plemeniti gasovi (He, Ar, Xe); amfoterne supstance (Al, Zn, Fe);
• kompleks: soli, oksidi, kiseline, hidroksidi.
Organska materija
Definicija organske materije je prilično jednostavna. Ove supstance uključuju hemijska jedinjenja koja sadrže ugljenik. Ova klasa supstanci je najobimnija. Istina, postoje izuzeci od ovog pravila. Dakle, organske supstance ne uključuju: ugljen okside, karbide, karbonate, ugljenu kiselinu, cijanide i tiocijanate.
Odgovor na pitanje "imenovati organske supstance" uključuje niz složenih jedinjenja. To uključuje: amine, amide, ketone, anhidride, aldehide, nitrile, karboksilne kiseline, organska jedinjenja sumpora, ugljovodonike, alkohole, etre i estre, aminokiseline.
Glavne klase bioloških organskih supstanci uključuju lipide, proteine, nukleinske kiseline, ugljikohidrate. Oni, pored ugljenika, imaju u svom sastavu vodonik, kiseonik, fosfor, sumpor, azot. Koje su karakteristike organske materije? Njihova raznolikost i raznolikost strukture objašnjava se posebnostima atoma ugljika, koji su u stanju formirati jake veze kada su povezani u lance. To rezultira vrlo stabilnim molekulima. Atomi ugljika formiraju cik-cak lanac,što je karakteristično za organske supstance. U ovom slučaju, struktura molekula direktno utiče na hemijska svojstva. Ugljik u organskim supstancama može se kombinovati u otvorene i ciklične (zatvorene) lance.
Agregatna stanja
Definicija "supstance" u hemiji ne daje detaljan koncept njenog stanja agregacije. Razlikuju se po ulozi koju interakcija molekula igra u njihovom postojanju. Postoje 3 agregatna stanja materije:
• Čvrsta, u kojoj su molekuli čvrsto povezani. Između njih postoji snažna privlačnost. U čvrstom stanju, molekuli tvari ne mogu se slobodno kretati. Mogu da prave samo oscilatorne pokrete. Kao rezultat toga, čvrste tvari savršeno zadržavaju svoj oblik i volumen.
• Tečnost, u kojoj su molekuli slobodniji i mogu se kretati sa jednog mesta na drugo. Zahvaljujući ovim svojstvima, svaka tečnost može imati oblik posude i teći.
• Plinoviti, u kojima se elementarne čestice materije kreću slobodno i nasumično. Molekularne veze u ovom stanju su toliko slabe da mogu biti udaljene jedna od druge. U gasovitom stanju, supstanca je u stanju da ispuni velike količine.
Veoma je lako razumjeti razliku između leda, tečnosti i pare koristeći vodu kao primjer. Sva ova agregatna stanja ne pripadaju individualnim karakteristikama hemijske supstance. Oni odgovaraju samo stanjima postojanja supstance koja zavise od spoljašnjih fizičkih uslova. Zbog togavodi se ne može nedvosmisleno pripisati atribut tečnosti. Kada se spoljni uslovi promene, mnoge hemikalije prelaze iz jednog agregatnog stanja u drugo. Tokom ovog procesa otkrivaju se srednji (granični) tipovi. Najpoznatije od njih je amorfno stanje, koje se naziva staklasto. Ova definicija "supstancije" u hemiji povezana je sa njenom strukturom (prevedeno sa grčkog amorfos - bezobličan).
U fizici se razmatra još jedno stanje agregacije, koje se zove plazma. Potpuno je ili djelomično joniziran i karakterizira ga ista gustoća negativnih i pozitivnih naboja. Drugim riječima: plazma je električno neutralna. Ovo stanje materije se javlja samo na ekstremno visokim temperaturama. Ponekad dostižu hiljade kelvina. Po nekim svojim svojstvima, plazma je suprotna od gasa. Potonji ima nisku električnu provodljivost. Gas se sastoji od čestica koje su slične jedna drugoj. Međutim, rijetko se sastaju. Plazma ima visoku električnu provodljivost. Sastoji se od elementarnih čestica koje se razlikuju po električnom naboju. Oni su u stalnoj interakciji jedni s drugima.
Postoje i srednja stanja materije kao što su tečni kristal i polimer (visoko elastičan). U vezi s prisutnošću ovih prijelaznih oblika, stručnjaci često koriste pojam "faze" šire. Pod određenim uslovima, sasvim drugačijim od uobičajenih, neke supstance prelaze u posebna stanja, na primer, supravodljiva i superfluidna.
Kristali
Kristali su čvrsta tijela koja imaju prirodan oblik pravilnog poliedra. Zasniva se na njihovoj unutrašnjoj strukturi i zavisi od rasporeda atoma, molekula i jona u njemu. U hemiji se naziva kristalna rešetka. Ova struktura je individualna za svaku supstancu, tako da je jedan od glavnih fizičkih i hemijskih parametara.
Udaljenosti između čestica koje čine kristale nazivaju se parametri rešetke. Oni se određuju korištenjem fizičkih metoda strukturne analize. Nije neuobičajeno da čvrste materije imaju više od jednog oblika kristalne rešetke. Takve strukture se nazivaju polimorfne modifikacije. Među jednostavnim supstancama uobičajeni su rombični i monoklinski oblici. Takve tvari uključuju grafit, dijamant, sumpor, koji su heksagonalne i kubične modifikacije ugljika. Ovaj oblik se takođe primećuje u složenim supstancama, kao što su kvarc, kristobalit, tridimit, koji su modifikacije silicijum dioksida.
Supstanca kao oblik materije
Uprkos činjenici da su pojmovi "supstancija" i "materija" veoma bliski po svom značenju, oni nisu potpuno ekvivalentni. To tvrde mnogi naučnici. Dakle, kada se pominje pojam "materija" najčešće se misli na grubu, inertnu i mrtvu stvarnost, podložna dominaciji mehaničkih zakona. Definicija "supstancije" se više razumije kao materijal koji zbog svog oblika evocira ideju životne podobnosti i forme.
Danas naučnici smatraju da je materija objektivna stvarnost koja postojiprostor i promjene u vremenu. Može se predstaviti u dva oblika:
• Prvi ima talasnu prirodu. Uključuje bestežinsko stanje, propusnost, kontinuitet. Može putovati brzinom svjetlosti.
• Drugi je korpuskularan, sa masom mirovanja. Sastoji se od elementarnih čestica koje se razlikuju po svojoj lokalizaciji. Ima malu ili nikakvu penetraciju i ne može se kretati brzinom svjetlosti.
Prvi oblik postojanja materije naziva se polje, a drugi - supstancija. Imaju mnogo toga zajedničkog, jer čak i elektroni imaju svojstva čestice i talasa. Pojavljuju se na nivou mikrokosmosa. Zato je podjela na polje i supstancu vrlo zgodna.
Jedinstvo materije i polja
Naučnici su odavno utvrdili da što je masivnija i veća elementarna čestica materije, to je izraženija njena individualnost i razgraničenost. Istovremeno, jasnije je vidljiv kontrast između materije i polja, koji karakteriše kontinuitet. Što su manje elementarne čestice supstance, to je manja njena masa. U ovom slučaju, kontrastiranje s poljem postaje teže. U raznim mikrotalasima, generalno gubi smisao, pošto su različite elementarne čestice kvanti pobuđene stanjima različitih polja (elektromagnetna - fotoni, nuklearna - mezoni).
Jedinstvo materije i polja i nepostojanje jasne granice između njih izražava se u činjenici da pod određenim uslovima čestice nastaju usled polja, au drugim slučajevima - obrnuto. Dobar primjer za to može bitisluže takvom fenomenu kao što je anihilacija (fenomen transformacije elementarnih čestica). Svako materijalno tijelo je stabilna cjelina, moguća zbog povezanosti njegovih elemenata kroz polja.
