Закономерности, происходящие в веществах, процессы их превращения, при которых происходит изменение их состава и структуры, изучает раздел естествознания — химия. Она занимается явлениями природы, сопровождающими химические изменения вещества, изучает причины и законы управления химическими процессами, а также рассматривает составные части вещества и их применение на практике. Отдельные химические процессы (получение металлов из руд, крашение тканей и др.) использовались еще на заре становления человеческой цивилизации. Позже, в III—IV вв., зародилась алхимия, задачей которой было превращение неблагородных металлов в благородные (золото, серебро). Начиная с эпохи Возрождения химические исследования все в большей мере стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, керамика, получение красок и т. д.).
Химию можно определить как науку, изучающую вещества и процессы их превращения, сопровождающиеся изменением состава и структуры. Химический процесс сопровождается изменением состава веществ, их структуры и обязательно энергетическими изменениями в реагирующей системе. Вследствие взаимосвязанности форм движения материи и их взаимопре-
197
вращаемости в результате химических реакций имеет место превращение химической энергии в теплоту, свет и проч. Химия нужна человечеству для того, чтобы из вещества природы получать по возможности все необходимое — металлы, цемент, бетон, керамику, фарфор, стекло, каучук, пластмассы, искусственные волокна, лекарства и многое другое.
Основой химической науки является атомно-молекулярное учение (АМУ), закон сохранения материи, периодический закон и теория строения вещества, учение о химическом процессе (кинетика). Химические процессы подчиняются всеобщим законам природы — закону сохранения массы вещества и закону сохранения энергии. Закон сохранения массы вещества открыли М. В. Ломоносов и А. Л. Лавуазье почти независимо друг от друга. Они далеко продвинули развитие химии тем, что при химических реакциях применили физические методы, в частности взвешивание. Закон сохранения массы в химических процессах можно сформулировать так: сумма масс исходных веществ (соединений) равна сумме масс продуктов химической реакции. Например, при разложении воды масса воды будет равна сумме массы водорода и массы кислорода. Из закона сохранения вещества вытекает, что вещество нельзя ни создать из ничего, ни уничтожить совсем. Количественным выражением закона сохранения массы веществ применительно к производственному химическому процессу является материальный баланс, в котором подтверждается, что масса веществ, поступивших на технологическую операцию, равна массе полученных веществ. Закон сохранения энергии действует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую.
Несмотря на обилие эмпирического материала о свойствах различных веществ и их соединений, особенностях протекания разнообразных реакций, в химии, до открытия в 1869 г. периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева не существовало той объединяющей концепции, с которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал. Было бы,
2Na+2H2O=2NaOH+H2
NaOH+CO2=NaHCO3
2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O
Na2CO3+H2SO4=CO2+H2O+Na2SO4
Na2SO4+BaCL2=2NaCl+BaSO4
2)
Sn+2HCl=SnCl2+H2
SnCl2+2NaOH=Sn(OH)Cl+NaCl
Sn(OH)Cl+NaOH=Sn(OH)2+NaCl
Sn(OH)2+2HNO3=2H2O+Sn(NO3)2
3)
FeCl2+2NaOH=Fe(OH)2+2NaCl
Fe(OH)2+H2SO4=FeSO4+2H2O
FeSO4+Cu=Fe+CuSO4
Fe+2HCl=FeCl2+H2
4) 4P+5O2=P4O10
P4O10+6H2O=4H3PO4
3NaOH+H3PO4=Na3PO4+3H2O
3CaO+2H3PO4=Ca3(PO4)2+3H2O
5)
2Cu+O2=2CuO
CuO+2HCl=CuCl2+H2O
CuCl2+2KOH=Cu(OH)2+2KCl
Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O
A-CuO- оксид меди(2) Б-Cu(OH)2- гидроксид меди (2)
6)а) Fe(NO3)3+3KOH=3KNO3+Fe(OH)3
2Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+6H2O
б)2 Fe+3Cl2=FeCl3 -Б- хлорид железа (3)
FeCl3+3KOH=Fe(OH)3+3KCl
в) Fe+2HCl=FeCL2+H2
FeCl2+2KOH=Fe(OH)2+2KCl
В-FeCL2- хлорид железа (2)