Базовые навыки в химии

Химия — это наука о составе, структуре, свойствах и реакциях материи. Материя состоит из атомов, которые объединяются в молекулы. Возможно, вы думаете, что химия — это исключительно то, что происходит в лаборатории, где химики работают в белых халатах и защитных очках. На самом деле химия окружает нас повсюду и влияет на всё, что мы используем и делаем. Вы сталкиваетесь с химией, когда готовите еду, добавляете отбеливатель в стирку или заводите автомобиль.Химическое вещество — это материал, который имеет постоянный состав и свойства, где бы он ни находился. Все вокруг нас состоит из одного или нескольких химических веществ. Например, вода (H₂O), которой мы утоляем жажду, кислород (O₂​), которым мы дышим, или сахар (глюкоза, C₆H₁₂O₆C​), который циркулирует в нашей крови.Каждый день мы используем продукты, содержащие химические вещества, созданные химиками. Например:Даже продукты питания подвергаются влиянию химии. Хлопья для завтрака обогащены минералами, такими как железо, кальций и фосфор, а молоко дополнительно обогащается витаминами A и D для укрепления здоровья.

Когда вы были совсем маленькими, вы исследовали окружающие вас вещи, трогая и пробуя на вкус. По мере взросления вы задавали вопросы о мире, в котором живете. Что такое молния? Откуда берется радуга? Почему вода голубая? Став взрослым, вы, возможно, задавались вопросом, как работают антибиотики или почему витамины важны для вашего здоровья. Каждый день вы задаете вопросы и ищете ответы, чтобы организовать и осмыслить окружающий вас мир.Хотя процесс понимания природы уникален для каждого ученого, набор общих принципов, называемых научным методом, помогает описать, как мыслит ученый. 

На протяжении всей истории люди по-разному подходили к познанию физического мира. Например, греческий философ Платон (427–347 гг. до н. э.) считал, что лучший способ познать реальность — не через чувства, а через разум. Он полагал, что физический мир — это несовершенное отражение совершенного и трансцендентного мира, который находится за пределами пространства и времени. Для Платона истинное знание приходило не через наблюдение реального мира, а через рассуждения и размышления об идеальных формах.Научный подход к познанию, напротив, является полной противоположностью платоновской философии. Научное знание основано на эмпирических данных — оно возникает через наблюдение и эксперимент. Ученые исследуют физический мир, проводя эксперименты и фиксируя результаты наблюдений.Наблюдения и эксперименты могут быть как качественными, так и количественными. Качественные наблюдения описывают, как происходит процесс, а количественные измеряют или определяют какие-либо параметры этого процесса. Например, французский химик Антуан Лавуазье (1743–1794), изучая процесс горения, проводил тщательные измерения массы объектов до и после их сжигания в закрытых контейнерах. Он заметил, что общая масса материала в контейнере во время горения оставалась неизменной. Лавуазье объяснил свои наблюдения тем, что при горении вещество соединяется с компонентом воздуха, сохраняя общую массу.Научная теория — это модель, которая объясняет, как устроена природа и почему происходят те или иные явления. Например, Джон Дальтон, опираясь на закон сохранения массы, предложенный Лавуазье, выдвинул теорию атомистики. Он предположил, что материя состоит из маленьких, неразрушимых частиц, называемых атомами. В химических реакциях эти частицы не исчезают и не появляются, а просто перестраиваются, что объясняет сохранение массы в процессе изменений.

Научный метод в реальной жизни:Знаете ли вы, что многие книги, изданные в прошлом веке, буквально распадаются на части? Это связано с тем, что в их страницах находятся вещества, которые ускоряют разложение бумаги. Задача химика-ученого каждый день решать подобные вопросы.Проблема крошения бумаги заключается в квасцах — веществах, которые используются для придания бумаги гладкости. Квасцы содержат ионы алюминия, которые в присутствии влаги превращаются в кислоты и начинают разрушать целлюлозу — основной компонент бумаги. Когда цепочки молекул целлюлозы разрываются, бумага теряет свою прочность и начинает крошиться.Как можно остановить этот процесс? Одним из решений может быть использование основания — вещества, которое нейтрализует кислоту. Простой и недорогой вариант — гидроксид натрия. Однако его использование имеет свои недостатки. Это сильное вещество, которое может повредить бумагу, а также повреждает переплет книг.А что если использовать диэтилцинк — вещество, которое может помочь в борьбе с кислотами. При реакции с водой оно образует оксид цинка (ZnO), который остаётся на бумаге и нейтрализует кислоту. Однако этот метод требует осторожности, так как диэтилцинк легко воспламеняется.Наконец, химиками был найден более безопасный и эффективный способ: книги обрабатывают с помощью суспензии оксида магния (MgO). Мелкие частицы MgO оседают на страницах и нейтрализуют кислоту, помогая сохранить бумагу.

Для того чтобы успешно решать и анализировать химические задачи, необходимо знать базовые математические правила.Правила сложения и умножения (деления) отрицательных и положительных чисел

Решение ураввнений

Округление до ближайшего целого числа: Если число меньше 0,5 округляем  меньшую сторонуЕсли число равно или больше 0,5 округляем в большую сторону Пример:4,4 округляется до 45,5 округляется до 6 Если требуется округлить значение до десятых, сотых или тысячных, то применяется то же правило:Округление до десятых: 4,65 округляется до 4,7Округление до сотых: 5,864 округляется до 5,86Округление до тысячных:  7,7606 округляется до 7,761 Важно помнить, что округление в итоге не должно исказить данные, полyченные в ходе измерений.

Каждый день мы проводим различные измерения. Например, вы взвешиваетесь на весах, меряете температурy тела, если чувствуете себя плохо, а также отмеряете правильные пропорции оды для варки риса. Каждый раз, когда вы что-то измеряете, вы используете приборы измерительные приборы — весы, мерный стакан или термометр.Измерения уровней токсичности оды и воздуха, содержания сахара в крови или состава различных веществ –лишь некоторые примеры измерений, с которыми сталкиваются химики в своей работе.Международная система единиц (СИ) является официальной системой измерений в большинстве стран мира.

Метр: мера длиныМеждународное бюро мер и весов определяет метр как расстояние, которое свет проходит через вакуум за 1/299 792 458 секунды. Высокий человек имеет рост около 2 м, а высота Останкинской телебашни в Москве составляет 540 метров. Килограмм: мера массыКилограмм (кг) — это единица измерения массы, которая определяется как масса металлического цилиндра, хранящегося в Международном бюро мер и весов. Масса — это количество вещества в объекте, а вес — это сила, с которой гравитация притягивает этот объект.Например, если бы вы взвесились на Луне, то ваш вес был бы значительно меньше, потому что гравитация на Луне слабее, чем на Земле. Человек, который весит 59 кг на Земле, на Луне весил бы всего 9,7 кг. Однако масса этого человека, то есть количество вещества в его теле, остается одинаковой на любой планете.

Секунда: мера времениВремя мы измеряем в годах, днях, часах, минутах или секундах. Из них единицей времени СИ в метрической системе является секунда. Ученые измеряют время в большом диапазоне масштабов. Человеческое сердце бьется примерно раз в секунду, возраст Вселенной оценивается примерно в 4,32 * 1017 с (13,7 миллиарда лет), а некоторые молекулярные связи разрываются или образуются за такие короткие периоды времени, как 1 * 10-15 с. Кельвин: мера температурыМолекулы в горячем стакане воды в среднем движутся быстрее, чем молекулы в холодном стакане воды. Температура является мерой этого молекулярного движения. Температура также определяет направление передачи тепловой энергии (тепло). Тепловая энергия передается от горячих объектов к холодным. Если вы подержите на ладони кубик льда, то он растает, так как ваша тепловая энергия передалась более холодном объектy.В быту мы измеряем температуру по шкале Цельсия. По этой шкале чистая вода замерзает при 0 °C и кипит при 100 °C (на уровне моря). Комнатная температура составляет приблизительно 22 °C.  Шкала Кельвина (иногда также называемая абсолютной шкалой) избегает отрицательных температур, присваивая 0К самой холодной возможной температуре - абсолютному нулю. Абсолютный ноль (-273,15 °C по шкале Цельсия) — это температура, при которой молекулярное движение прекращается. Более низких температур не существует.

Снижение плотности костей у человека приводит к развитию остеопороза.

Для получения достоверных результатов исследований, ученые проводят исследования (и измерения) несколько раз. Итоговые данные должны быть точными и достоверными.Достоверность показывает, насколько близко измеренное значение к фактическому значению.Точность показывает, насколько близки серии измерений друг к другу. Рассмотрим результаты трех студентов, которые четыре раза взвешивали цинковый брусок, истинная масса которого составляет 10,00 г (обозначена голубой линией на графиках).