Страница 8 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

1. Какие науки называют естественными?

Какие науки называют естественными?

Естественными науками (от слова «естество», то есть природа) называют разделы науки, отвечающие за изучение внешних по отношению к человеку природных явлений, объектов и процессов. Основная задача этих наук — открытие и объяснение законов, по которым существует и развивается окружающий мир. В основе естественных наук лежит научный метод, который включает в себя наблюдение, выдвижение гипотез, эксперимент и проверку результатов.

Ключевое отличие естественных наук от гуманитарных и социальных заключается в том, что они изучают природу, а не человеческое общество, культуру или мышление. Также они отличаются от формальных наук (например, математики), которые оперируют абстрактными понятиями, в то время как естественные науки строятся на эмпирических, то есть получаемых опытным путем, данных.

К основным естественным наукам принято относить:

• Физика — наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира.
• Химия — наука о веществах, их составе, строении, свойствах и превращениях.
• Биология — наука о жизни во всех её проявлениях, изучающая строение, функции, развитие, происхождение и распространение живых организмов.
• Астрономия — наука о Вселенной, изучающая небесные тела (звёзды, планеты, галактики), их системы и происхождение.
• Науки о Земле — комплекс наук, изучающих планету Земля, её физические свойства и процессы, происходящие в её оболочках (геология, география, океанология, метеорология).

Эти науки тесно переплетаются, образуя междисциплинарные направления, такие как биохимия, геофизика, астрофизика и другие.

Ответ: Естественными науками называют науки, изучающие природу и её законы на основе опытных данных. Основными из них являются физика, химия, биология, астрономия и науки о Земле.

2. Что является предметом изучения химии?

Решение

Химия — это одна из важнейших и обширнейших областей естествознания. Это наука о веществах, их составе, строении, свойствах и превращениях, а также о законах, которые управляют этими превращениями.

Более детально предмет изучения химии включает в себя:

1. Вещества. Химия изучает все известные вещества — как природные, так и полученные искусственно. Она исследует, из каких химических элементов они состоят (качественный и количественный состав), каково их внутреннее строение (т.е. как атомы и молекулы соединены и расположены в пространстве) и какими физическими и химическими свойствами они обладают. Например, химия объясняет, почему вода ($H_2O$) при нормальных условиях является жидкостью, а углекислый газ ($CO_2$) — газом, хотя обе молекулы состоят из трех атомов.

2. Химические превращения (реакции). Это центральный аспект химии. Изучаются процессы, в ходе которых одни вещества превращаются в другие. Химия выясняет условия, необходимые для протекания реакций (температура, давление, наличие катализаторов), их скорость, тепловые эффекты (выделение или поглощение тепла), а также механизмы — последовательность элементарных стадий, из которых состоит реакция.

3. Законы и теории. Химия базируется на фундаментальных законах (например, закон сохранения массы и энергии, периодический закон Д.И. Менделеева) и теориях (атомно-молекулярное учение, теория химической связи, химическая кинетика и термодинамика). Эти теоретические основы позволяют не только объяснять наблюдаемые явления, но и предсказывать свойства и поведение еще не изученных веществ и возможность протекания новых реакций.

Таким образом, химия — это наука, которая изучает мир на атомно-молекулярном уровне и связывает микроскопическое строение вещества с его макроскопическими свойствами и поведением.

Ответ: Предметом изучения химии являются вещества, их состав, строение, свойства и их превращения (химические реакции), а также законы, которым эти превращения подчиняются.

3. Как в домашних условиях можно измерить объём пластикового ведра?

В домашних условиях объём пластикового ведра можно измерить несколькими способами. Наиболее простыми и точными являются методы, использующие мерную ёмкость или весы.

Первый способ — измерение с помощью мерной ёмкости. Для этого потребуется само ведро, любая ёмкость с заранее известным объёмом (например, литровая банка, мерный стакан или даже пластиковая бутылка на 0.5 л) и вода. Процесс измерения заключается в следующем: нужно последовательно наполнять мерную ёмкость водой и выливать её в ведро, ведя подсчёт. Например, если используется литровая банка ($V_{емкости} = 1$ л), то необходимо считать, сколько полных банок воды войдёт в ведро до его заполнения до краёв. Если для заполнения ведра потребовалось $N$ полных банок и, возможно, ещё одна неполная порция с объёмом $V_{остаток}$, то общий объём ведра $V_{ведра}$ можно вычислить по формуле: $V_{ведра} = N \times V_{емкости} + V_{остаток}$. Так, если в ведро поместилось 9 полных литровых банок и ещё половина банки, его объём составит $9 \times 1 \text{ л} + 0.5 \text{ л} = 9.5$ литров.

Второй способ, особенно удобный при наличии кухонных весов, — это измерение через массу. Сначала нужно взвесить пустое ведро и записать его массу ($m_1$). Затем ведро следует наполнить водой до краёв и снова взвесить, получив массу $m_2$. Разница масс $m_{воды} = m_2 - m_1$ будет равна массе воды, налитой в ведро. Поскольку плотность воды $\rho_{воды}$ очень близка к 1 килограмму на литр ($1 \text{ кг/л}$), объём воды в литрах будет численно равен её массе в килограммах. Таким образом, объём ведра можно найти по формуле $V_{ведра} \approx \frac{m_{воды}}{\rho_{воды}}$. Например, если масса пустого ведра 0.8 кг, а полного — 10.8 кг, то масса воды равна $10.8 \text{ кг} - 0.8 \text{ кг} = 10$ кг. Следовательно, объём ведра составляет примерно 10 литров.

Ответ: Объём пластикового ведра в домашних условиях можно измерить, наполняя его водой с помощью ёмкости известного объёма (например, литровой банки) и подсчитывая количество таких ёмкостей, или взвесив сначала пустое ведро, а затем ведро с водой, чтобы найти массу налитой воды (масса воды в кг примерно равна её объёму в литрах).

4. Изобразите различные уровни организации материи на примере воды.

Решение

Уровни организации материи представляют собой иерархическую структуру, где каждый последующий уровень включает в себя предыдущий как составную часть. На примере воды ($H_2O$) можно выделить следующие уровни:

1. Субатомный уровень. Это уровень элементарных частиц. Атомы водорода и кислорода, из которых состоит вода, образованы протонами, нейтронами и электронами. Протоны и нейтроны, в свою очередь, состоят из фундаментальных частиц — кварков. Электроны относятся к другому классу фундаментальных частиц — лептонам. Таким образом, на самом глубоком уровне вода представляет собой систему взаимодействующих кварков и лептонов.

2. Атомный уровень. На этом уровне элементарные частицы объединены в атомы. Молекула воды состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода (O). Каждый атом водорода представляет собой систему из одного протона и одного электрона. Атом кислорода (наиболее распространенный изотоп $^{16}O$) состоит из ядра (8 протонов, 8 нейтронов) и 8 электронов.

3. Молекулярный уровень. Атомы водорода и кислорода соединяются прочными ковалентными связями, образуя одну молекулу воды — $H_2O$. Молекула воды имеет угловую (V-образную) форму с углом между связями O-H около 104,5°. Из-за разной электроотрицательности кислорода и водорода связи являются полярными, что делает всю молекулу диполем: на атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд, а на атомах водорода — частичные положительные.

4. Надмолекулярный уровень. Благодаря своей полярности, молекулы воды способны взаимодействовать друг с другом, образуя менее прочные, чем ковалентные, водородные связи. В жидкой воде эти связи постоянно образуются и разрушаются, объединяя молекулы в подвижные, кратковременные ассоциаты (кластеры). В твердом состоянии (лед) водородные связи формируют упорядоченную кристаллическую решетку. Этот уровень организации определяет уникальные физические свойства воды (например, высокую температуру кипения, поверхностное натяжение, аномальную плотность льда).

5. Макроскопический уровень. Это уровень тел и веществ, наблюдаемых нами непосредственно. Огромные совокупности молекул воды образуют макроскопические объекты в различных агрегатных состояниях: жидкость (капля, лужа, река, океан), твердое тело (льдинка, снежинка, ледник) или газ (водяной пар). На этом уровне мы описываем воду такими характеристиками, как температура, давление, объем, плотность, вязкость.

6. Планетарный уровень. В масштабах планеты вода образует гидросферу — одну из оболочек Земли, включающую в себя все океаны, моря, реки, озера, ледники, подземные воды и водяной пар в атмосфере. Круговорот воды в природе — это глобальный процесс, который связывает различные компоненты планетарной системы и играет ключевую роль в формировании климата и поддержании жизни.

7. Космический уровень. Вода является одним из самых распространенных химических соединений во Вселенной. Молекулы воды обнаружены в составе межзвездных облаков, протопланетных дисков, комет, астероидов. Вода в виде льда или пара присутствует на многих планетах (например, Марс) и их спутниках (например, Европа, Энцелад), что делает ее важным объектом для астробиологических исследований.

Ответ: Уровни организации материи на примере воды включают: субатомный (кварки и лептоны), атомный (атомы водорода и кислорода), молекулярный (молекула $H_2O$), надмолекулярный (ассоциаты молекул, соединенных водородными связями), макроскопический (вода в трех агрегатных состояниях: лед, жидкость, пар), планетарный (гидросфера планеты, круговорот воды) и космический (вода в составе комет, межзвездных облаков и на других планетах).

Проведём опыт. Возьмите пустой стакан и опустите его вверх дном в таз, заполненный водой. Почему вода не заходит в стакан? Какое вещество находится в стакане?

Почему вода не заходит в стакан?

Когда перевернутый стакан опускают в воду, он только кажется пустым. На самом деле он доверху заполнен воздухом. Воздух — это вещество, которое, как и любое другое физическое тело, занимает определенное пространство (объем). При погружении стакана в воду воздух оказывается запертым внутри. Он создает давление, которое действует на поверхность воды внутри стакана и не дает ей подняться. Вода, как жидкость, не может занять то пространство, которое уже занято воздухом. Если немного наклонить стакан под водой, можно увидеть, как из него выходят пузырьки воздуха, и только тогда вода начнет заполнять освободившееся место. Этот опыт наглядно доказывает, что воздух материален и занимает объем.

Ответ: Вода не заходит в стакан, потому что он заполнен воздухом, который занимает весь его внутренний объем и своим давлением препятствует вхождению воды.

Какое вещество находится в стакане?

Вещество, которое находится в "пустом" стакане, — это воздух. Воздух является смесью газов, в основном состоящей из азота (около 78%) и кислорода (около 21%), а также небольшого количества других газов (аргон, углекислый газ и т.д.). Хотя воздух невидим, он является веществом, обладающим физическими свойствами, такими как масса и объем.

Ответ: В стакане находится воздух.