Właściwości substancji: Czy woda zawsze jest substancją? (z cyklu Chemiczne opowieści do poduszki)

Właściwości substancji: Czy woda zawsze jest substancją? (z cyklu Chemiczne opowieści do poduszki)

Określenia „substancja” oraz jej „właściwości” to dwa podstawowe pojęcia w chemii (i nie tylko). A czy słowo „substancja” w życiu codziennym oznacza to samo, co w chemii? Niekoniecznie.

Woda wodzie nierówna – czyli woda destylowana i inne rodzaje „wody”

Weźmy za przykład wodę. Podczas nauki chemii poznasz bardzo szczególny „rodzaj” wody – wodę destylowaną. Pewnie sobie pomyślisz – woda to woda. Faktycznie, gdyby ktoś nalał do szklanek wodę mineralną, źródlaną, kranówkę i wodę destylowaną, na pierwszy rzut oka niczym się nie różnią (chyba, że któraś z nich byłaby gazowana 🙂 ). Ale czy to oznacza, że wszystkie szklanki zawierają tę samą substancję?

Nie! Substancję zawiera tylko jedna szklanka. Jak to możliwe?

Właściwości substancji: Czy woda zawsze jest substancją? (z cyklu Chemiczne opowieści do poduszki)
Na pierwszy rzut oka wszystkie trzy naczynia zawierają to samo. Jak je rozróżnić?

Kluczem do zrozumienia tej sprawy jest definicja pojęcia „substancja”.

Substancja chemiczna to każda odrębna, czysta forma materii.

Czysta, czyli taka, która jest wszędzie jednakowa – nawet w skali mikroskopijnej. To, co pijesz na co dzień – woda mineralna, źródlana, przegotowana albo przefiltrowana – nie jest substancją. Dlaczego? Ponieważ płyn ten zawiera różne dodatki, więcej lub mniej – czyli jest już roztworem (trochę więcej na ten temat przeczytasz przy innej okazji, we wpisie o mieszaninach). Roztwór ma inne właściwości niż substancja. Mówiąc naprawdę bardzo, bardzo prosto: Roztwór składa się z kilku substancji. Właściwości roztworu są połączeniem właściwości zmieszanych ze sobą substancji.

Brzmi nieco dziwnie? Wyobraź sobie syrop malinowy i mleko. Syrop jest ciemnoróżowy, mleko – białe. A jaki kolor ma płyn po zmieszaniu mleka i wody? Jasnoróżowy 🙂 Czyli nie jest ani syropem, ani mlekiem. Jego właściwości są inne niż właściwości samego syropu albo samego mleka – są ich połączeniem. Jeśli masz ochotę poznać przykład, który jeszcze lepiej to ilustruje, zerknij do wpisu na temat jodu i przeczytaj, jak się robi płyn Lugola. Powstanie tego płynu jest możliwe tylko i wyłącznie dzięki połączeniu i wzajemnemu oddziaływaniu na siebie trzech substancji – wody, soli i jodu. Czy teraz pojęcie „połączenia właściwości” jest już jaśniejsze?

Jak można opisywać substancje?

Wróćmy do naszego przykładu. Jak najszybciej mógłbyś się przekonać, co znajduje się w szklankach? Tak, wystarczyłoby wziąć łyk z każdej z nich. Dodatki rozpuszczone w płynie decydują na przykład o smaku „wody” (specjalnie piszę słowo „woda” w cudzysłowie, żeby odróżnić substancję chemiczną od słowa w potocznym użyciu). Płyn w każdej szklance będzie miał nieco inny smak, a woda destylowana – nie będzie miała go wcale. Czy widzisz już zaczynać dostrzegać tę różnicę?

Woda destylowana nie ma sobie absolutnie żadnych dodatków – składa się tylko i wyłącznie z cząsteczek H2O, jest więc z punktu widzenia chemicznego substancją. Substancją jest też cukier biały, sól kamienna czy folia aluminiowa. Dlaczego? Bo składa się tylko i wyłącznie z jednego rodzaju materii.

Właściwości substancji: Czy woda zawsze jest substancją? (z cyklu Chemiczne opowieści do poduszki)
Cukier biały, folia aluminiowa i sól kuchenna składają się z jednego rodzaju materii – są więc substancjami. Cukier to sacharoza, folia aluminiowa – glin, a sól kuchenna – to chlorek sodu (oczywiście nie jodowana!).

Zastanów się, co już wiesz na temat właściwości substancji? Dowiedziałeś się na przykład (w poprzednim wpisie), że niektóre substancje są niebezpieczne – drażniące, toksyczne, szkodliwe dla zdrowia, wybuchowe.

Właściwości substancji to jest, coś, co możemy zbadać swoimi zmysłami (zobaczyć, dotknąć, powąchać, usłyszeć). Zadaj sobie pytania: Jak to wygląda? Jaki ma kolor? W jakim jest stanie skupienia? Jak pachnie? Jak smakuje (jeśli można to jeść 🙂 )? Inne cechy substancji możemy również zbadać dzięki specjalnym przyrządom.

W związku z powyższym właściwości substancji podzielimy na:

  1. Jakościowe – te, których nie można opisać w liczbach (smak, zapach),
  2. Ilościowe – można je opisać czy wyrazić za pomocą liczb (temperatura wrzenia, gęstość itp.).

Właściwości możemy też podzielić na fizyczne i chemiczne. Przeczytaj uważnie poniższą listę – nawet jeśli nie wszystkie nazwy będą dla ciebie jasne w tym momencie. Postaraj się „przyzwyczaić” do pewnych pojęć, które będą się pojawiać w czasie dalszej nauki (nie tylko chemii, zresztą).

Właściwości substancji z dwóch punktów widzenia

Właściwości fizyczne substancji

Fizyczne właściwości można określić jako jej cechy charakterystyczne. Jak zauważysz, niektóre są jakościowe, a inne ilościowe:

    • Stan skupienia
    • Barwa
    • Rodzaj powierzchni (błyszcząca, matowa, chropowata, porowata)
    • Twardość
    • Zmiana kształtu pod wpływem działania siły:
      • Kruchość (trwały rozpad substancji na mniejsze kawałki)
      • Sprężystość (odkształcenie substancji nawet pod wpływem niewielkiej siły, a potem jej powrót do pierwotnego kształtu)
      • Kowalność (właściwość metali; oznacza trwałe odkształcenie, ale bez rozpadu na mniejsze kawałki)
    • Rozpuszczalność (w wodzie i innych rozpuszczalnikach)
    • Przewodnictwo ciepła
    • Przewodnictwo prądu elektrycznego
    • Właściwości magnetyczne
    • Temperatura wrzenia
    • Temperatura topnienia
    • Gęstość

Pamiętaj, że niektóre informacje musisz w tym momencie po prostu przyjąć, przyswoić. Dlatego nie ucz się na pamięć wszystkich tych nazw! Szczegóły poznasz w trakcie dalszej nauki. Na razie powinna ci wystarczyć świadomość, że substancję można opisać naprawdę z różnych punktów widzenia.

Właściwości chemiczne substancji

Właściwości chemiczne określamy na podstawie zachowania danej substancji wobec innych. Są to:

  • Zapach
  • Smak
  • Palność
  • Reaktywność (czyli zdolność reagowania z określonymi substancjami lub jej brak, a także uleganie rozpadowi na substancje prostsze pod wpływem różnych czynników).

Jak widzisz, właściwości substancji jest bardzo dużo (a i tak nie zostały tutaj wymienione wszystkie). Cechy te decydują o zastosowaniach. Czy wyobrażasz sobie, żeby most został wykonany ze styropianu? Albo żeby gotować w drewnianym garnku? Raczej do wykonania mostu albo garnka zostanie użyty jakiś metal lub jego stop (np. stal). Z drugiej strony, styropian będzie świetny do ocieplenia domu, a drewno – do rozpalenia ognia.

Właściwości substancji możemy podzielić na jakościowe i ilościowe, a także na fizyczne i chemiczne.

A teraz powiedzmy nieco więcej na temat gęstości.

Gęstość – jedna z właściwości fizycznych substancji

Jak już wiesz, gęstość jest jedną z fizycznych właściwości substancji. Na pewno znasz z życia pojęcie masy oraz objętości. Masę lub objętość znajdziesz na opakowaniach większości produktów spożywczych w sklepie, prawda?

Masa to miara ilości materii, która jest wyrażona za pomocą wagi. Jednostką masy jest kilogram (kg). Objętość zaś to ilość miejsca, którą dana materia zajmuje w przestrzeni. Jej jednostką jest litr (l) albo metr sześcienny (m3).

A czym jest gęstość? To masa substancji podzielona przez jej objętość. Gęstość ciał stałych i cieczy zazwyczaj jest podawana w g/dm3, a gazów – w g/cm3. Właściwość ta zależy od warunków: Na ogół maleje ze wzrostem temperatury. W przypadku gazów, gęstość zależy również od ciśnienia (jeśli chodzi o ciała stałe i ciecze, wpływ ciśnienia jest na tyle mały, że go pomijamy).

Ciekawostka na koniec: Niestandardowe właściwości wody

Zgodnie z poprzednim akapitem, gęstość substancji maleje ze wzrostem temperatury – czyli rośnie wraz z jej spadkiem. A jak jest w przypadku wody?

W miarę ochładzania się, woda staje się coraz bardziej gęsta, coraz cięższa, przez co opada na dno zbiornika czy naczynia. Jednak gdy temperatura wody dochodzi do punktu krzepnięcia, proces się odwraca. Dzieje się to w temperaturze ok. 4ºC. Od tego momentu zimniejsza woda staje się lżejsza i unosi się w górę, a po zamarznięciu pływa na powierzchni w postaci lodu. Warstwa lodu stanowi ochronę przed zamarzaniem głębszych, cięższych pokładów wody.

Ma to ogromne znaczenie dla wszystkich istot żyjących w jeziorach czy rzekach. Gdyby woda nie miała takich niestandardowych właściwości, każdej zimy na dnie zbiorników zaległoby coraz więcej lodu. W krótkim czasie większość rzek, jezior, a nawet oceanów zamieniłaby się w lód!

Właściwości substancji: Czy woda zawsze jest substancją? (z cyklu Chemiczne opowieści do poduszki)
Gdyby nie niestandardowe właściwości wody, cała Ziemia byłaby skuta lodem.

Podsumowanie: Czy woda zawsze jest substancją?

  • Odpowiedź na pytanie, które jest tytułem wpisu, brzmi: Nie. Substancją jest tylko woda destylowana, a pozostałe „wody” są roztworami.
  • Substancja chemiczna to odrębna, czysta forma materii, która ma różne właściwości. Te właściwości mogą być jakościowe lub ilościowe, a także fizyczne lub chemiczne.
  • Każda substancja ma określoną masę i objętość, a co z tego wynika – również gęstość. Zazwyczaj gęstość maleje wraz ze wzrostem temperatury, ale w przypadku wody dzieje się tak tylko do pewnego momentu – tuż przed osiągnięciem punktu krzepnięcia. Dzięki temu lód pływa na powierzchni – zarówno w jeziorze, jak i w szklance z napojem.

A co znajdziesz w następnym wpisie z tej serii? Kilka ciekawych faktów na temat mieszanin substancji.

Dodaj komentarz