Основные понятия и законы химии Материя и движение

Окружающий нас мир существует независимо от нашего сознания и представляет собой различные виды движущейся материи.

Известны две формы существования материи: вещество и поле.

Вещество - любой объект, обладающий массой покоя (m_o ≠ 0) (элементарная частица, атом, молекула, химическое вещество, планета, звезда, галактика).

Поле - поток квантов, не обладающих массой покоя (m_o = 0) (электромагнитное и гравитационное поля).

Поле и вещество находятся в неразрывной связи друг с другом. Взаимодействие между частицами вещества осуществляется с помощью поля.

Материя находится в непрерывном движении. Движение - это любое взаимодействие материальных объектов, это свойство и способ существования материи. Формы движения материи разнообразны. Все они взаимосвязаны, могут переходить одна в другую. Выделяют четыре основные формы движения материи: физическую, химическую, биологическую и социальную.

Физическая форма - взаимодействие элементарных частиц, взаимодействие любых материальных объектов посредством полей. Эта форма проявляется на самых ранних этапах развития материи и лежит в основе всех других форм. Простейший ее носитель - элементарная частица.

Химическая форма движения материи - превращения одних веществ в другие, т.е. химические реакции. Простейший носитель химической формы - атом.

Современная химия изучает химическую форму движения материи с точки зрения химической эволюции Вселенной, которая согласно теории Большого взрыва началась 15-20 млрд. лет назад. Существующие сейчас химические элементы возникли в результате ядерных реакций в процессе эволюции Вселенной от сверхплотного и сверхгорячего состояния до современного мира звезд и галактик. Первыми, очевидно, образовались ядра водорода и гелия, из которых при остывании Вселенной через ~ 1 млн. лет образовались атомы H и He - исходный материал для звездных систем.

Предполагается, что планеты Солнечной системы образовались из солнечной материи, выброшенной, когда Солнце становилось сверхновой звездой. Охлаждение этой газовой туманности создало возможность для соединения атомов в молекулы, т.е. началась химическая эволюция. Химическая эволюция на Земле привела к появлению биологической формы движения материи - жизни.

На Земле существуют только такие элементы, время жизни которых совпадает с возрастом Земли или превосходит его (от водорода до урана). Изучением свойств и превращений этих устойчивых элементов занимается химия, остальных - ядерная физика.

Итак, материя пребывает в вечном движении. Мерой этого движения, его количественной характеристикой служит энергия (Е) Мерой инерции материи является масса (m). Между массой тела и его энергией существует взаимосвязь, которую выражает уравнение Эйнштейна: E = m ^. c² ,

где с - коэффициент пропорциональности, равный скорости света в вакууме (с ≈ 3^.10⁸ м/с).

Это уравнение может быть представлено в виде: ΔE = Δm ^. c² ,

т.е. тело, изменяющее энергию, одновременно изменяет свою массу (например, при испускании энергии масса уменьшается) и наоборот.

Из-за чрезвычайно большого значения c² даже крайне малые изменения массы должны приводить к огромным изменениям энергии, что наблюдается в ядерных реакциях. В химических реакциях, сопровождающихся энергетическими эффектами, также происходит изменение массы. Но так как энергетические эффекты химических реакций имеют значения в пределах 10-1000 кДж/моль, то изменение массы, рассчитанное по уравнению Эйнштейна, находится на уровне 10^-8-10^-10 г, что не обнаруживается измерительными приборами и можно не учитывать.

Следует отметить, что уравнение Эйнштейна указывает на взаимосвязь массы и энергии, а не на их взаимные превращения.