Właściwości fizyczne i chemiczne
Niniejsza lekcja służy wprowadzeniu fundamentalnych definicji dotyczących właściwości materii, postrzeganych w ich aspektach fizycznych i chemicznych. Jej celem jest wykształcenie u ucznia logicznych i naukowych sposobów myślenia, dzięki którym będzie on w stanie odróżniać jedną substancję od drugiej z należytą precyzją.
Właściwości fizyczne i przemiany materii
Owe atrybuty, dzięki którym jedną substancję można odróżnić od drugiej, nazywamy właściwościami. Właściwość fizyczna jest cechą materii, która nie wiąże się z żadną zmianą jej konstytucji chemicznej. Typowe przykłady takich cech obejmują gęstość, barwę, twardość, temperaturę topnienia i wrzenia oraz przewodnictwo elektryczne.
Niektóre z tych atrybutów, jak gęstość i barwa, można obserwować, gdy substancja pozostaje w stanie niezmiennym. Inne wszakże manifestują się dopiero wtedy, gdy materia podlega przemianie fizycznej, takiej jak topnienie żelaza czy zamarzanie wody. Przemiana fizyczna jest zmianą stanu lub właściwości materii bez towarzyszącej jej zmiany składu chemicznego bądź tożsamości jej substancji składowych.
Przemianę fizyczną obserwujemy, gdy wosk ulega upłynnieniu, gdy cukier znajduje swe rozpuszczenie w kawie lub gdy para skrapla się, tworząc ciekłą wodę. Dalsze przykłady takich zmian obejmują namagnesowanie i rozmagnesowanie ciał metalicznych oraz rozdrabnianie materii stałej na proszek poprzez mielenie — to ostatnie może niekiedy wywołać dostrzegalną zmianę barwy. W każdym takim przypadku, choć następuje zmiana stanu fizycznego, formy lub właściwości substancji, zasadnicza konstytucja chemiczna pozostaje nienaruszona.
Proces topnienia wosku.
Proces destylacji wody
Przeobrażenie jednej postaci materii w inną, bądź też przyrodzony opór wobec takiej zmiany, stanowi właściwość chemiczną. Do właściwości tych zalicza się palność, toksyczność, kwasowość, różnorodne formy reaktywności oraz ciepło spalania.
Dla ilustracji: żelazo łączy się z tlenem w obecności wilgoci, tworząc rdzę, podczas gdy chrom nie wykazuje takiego utleniania. Ponadto, o ile nitroglicerynę uważa się za nader niebezpieczną z powodu jej wybuchowej niestabilności, o tyle neon stwarza znikome zagrożenie, będąc z natury wysoce biernym i obojętnym.
W celu zidentyfikowania właściwości chemicznej obserwator musi stać się świadkiem przemiany chemicznej. Taka zmiana niechybnie prowadzi do wytworzenia jednej lub więcej postaci materii, różniących się swą fundamentalną istotą od substancji obecnych przed owym przeobrażeniem.
Powstawanie rdzy słusznie zowie się przemianą chemiczną, albowiem sama rdza jest odrębną formą materii, zgoła odmienną od żelaza, tlenu i wody, z których powstała. Podobnie detonacja nitrogliceryny stanowi przemianę chemiczną, jako że powstałe gazy są całkowicie odmiennego rodzaju niż substancja macierzysta. Dalsze przykłady zmian chemicznych odnaleźć można w laboratorium — co widać w gwałtownym działaniu kwasu azotowego na miedź — jak również we wszelkich rodzajach spalania oraz w rozmaitych procesach, którym podlegają pokarmy podczas gotowania, trawienia czy gnicia.
Stwierdza się, iż właściwości materii przynależą do jednej z dwóch odrębnych kategorii. Jeżeli właściwość zależy od ilości obecnej materii, zwiemy ją właściwością ekstensywną. Masa i objętość służą za główne przykłady tej klasy; dla przykładu, galon mleka posiada większą masę i objętość niźli pojedyncza filiżanka. Wartość takiej właściwości ekstensywnej jest wprost proporcjonalna do ilości rozważanej materii.
I przeciwnie: jeśli właściwość próbki jest niezależna od ilości obecnej materii, określa się ją mianem właściwości intensywnej. Temperatura dostarcza trafnej ilustracji tej zasady. Gdyby galon mleka oraz filiżanka mleka posiadały temperaturę 20°C, ich połączenie da większą objętość mleka, która wszakże utrzyma temperaturę 20°C.
Rozważmy ponadto pokrewne, lecz odmienne cechy ciepła i temperatury. Kropla gorącego oleju pryskająca na ramię powoduje jeno krótki i niewielki dyskomfort; wszakże naczynie pełne tegoż oleju wywoła oparzenia najcięższego rodzaju. Choć zarówno kropla, jak i naczynie posiadają tę samą temperaturę — co jest właściwością intensywną — naczynie owo zawiera wyraźnie większą ilość ciepła, które jest właściwością ekstensywną.
Jakkolwiek wiele pierwiastków różni się drastycznie swymi właściwościami chemicznymi i fizycznymi, niektóre z nich wykazują uderzająco podobne zachowania. Możemy zatem wyodrębnić grupy pierwiastków o wspólnych cechach. Przykładowo, wiele pierwiastków służy za wyborowe przewodniki ciepła i elektryczności, podczas gdy inne okazują się lichymi przewodnikami. Takie właściwości pozwalają na klasyfikację pierwiastków na trzy odrębne rzędy: metale, które przewodzą dobrze; niemetale, które przewodzą słabo; oraz półmetale, posiadające atrybuty obu tych klas.
Układ Okresowy Pierwiastków.
