Страница 12 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Что вы понимаете под веществом и материалом?

Что вы понимаете под веществом и материалом?

Понятия "вещество" и "материал" тесно связаны, но не являются синонимами. Их различие заключается в контексте, в котором они используются: научном (химическом) или практическом (техническом).

Вещество — это фундаментальное понятие в химии. Это вид материи, который характеризуется определённым и постоянным химическим составом и набором специфических физических и химических свойств. Вещество может быть простым (состоящим из атомов одного химического элемента, например, кислород $O_2$, железо $Fe$) или сложным (состоящим из атомов разных элементов, например, вода $H_2O$, поваренная соль $NaCl$). Ключевой признак вещества — его химическая индивидуальность и однородность состава. Например, говоря о воде как о веществе, мы имеем в виду молекулы $H_2O$ с их известными свойствами (температура кипения, плотность и т.д.) независимо от того, где эта вода находится — в реке, в стакане или в виде пара.

Материал — это вещество или смесь веществ, которые используются для изготовления физических объектов, изделий, конструкций. Это более прикладное, техническое понятие. Когда мы говорим о материале, нас в первую очередь интересуют его эксплуатационные свойства: прочность, твёрдость, пластичность, электропроводность, теплопроводность и т.д. Материалы могут состоять из одного вещества (например, медная проволока сделана из материала меди, который состоит из вещества меди) или представлять собой сложную композицию из нескольких веществ (например, бетон — это материал, состоящий из смеси цемента, песка, щебня и воды).

Таким образом, основное различие можно сформулировать так: вещество отвечает на вопрос "из чего состоит?", делая акцент на химический состав, а материал отвечает на вопрос "из чего сделано?", делая акцент на применение и физические свойства. Например, железо — это вещество (химический элемент $Fe$). А чугун и сталь — это материалы (сплавы на основе железа с углеродом), которые обладают разными свойствами и используются для разных целей. Древесина — это материал, который состоит из множества веществ, в основном целлюлозы и лигнина.

Ответ: Вещество — это вид материи с постоянным химическим составом и определёнными свойствами (например, вода $H_2O$, железо $Fe$). Материал — это вещество или смесь веществ, используемые для изготовления предметов, с акцентом на их практические и физические свойства (например, древесина, сталь, пластик). Любой материал состоит из веществ, но вещество становится материалом, когда его рассматривают с точки зрения применения.

2. Что такое свойства вещества? Как взаимосвязаны свойства веществ и материалов с их применением?

Что такое свойства веществ?

Свойствами вещества называют характерные признаки, которые позволяют отличать одни вещества от других или устанавливать сходство между ними. Каждое индивидуальное вещество обладает уникальным набором свойств. Эти свойства определяют, как вещество будет вести себя в различных условиях и как оно может быть использовано. Свойства веществ принято разделять на две большие группы: физические и химические.

Физические свойства — это свойства, которые можно наблюдать или измерить, не изменяя химического состава вещества. К ним относятся:

• Агрегатное состояние при стандартных условиях (твёрдое, жидкое или газообразное). Например, вода при комнатной температуре — жидкость, а железо — твёрдое тело.
• Цвет, блеск, запах и вкус. Например, сера имеет жёлтый цвет, медь — красноватый, а поваренная соль — белая и солёная на вкус.
• Температуры плавления и кипения — это температуры, при которых вещество переходит из одного агрегатного состояния в другое.
• Плотность — отношение массы вещества к его объёму.
• Растворимость — способность вещества образовывать однородные смеси (растворы) с другими веществами.
• Теплопроводность и электропроводность — способность проводить тепло и электрический ток соответственно.
• Пластичность, хрупкость, твёрдость — механические свойства, описывающие реакцию вещества на внешнее воздействие.

Химические свойства — это способность вещества превращаться в другие вещества в ходе химических реакций. Они описывают, как вещество взаимодействует с другими веществами. Примеры химических свойств:

• Способность к горению (окислению кислородом воздуха). Например, древесина горит, а песок — нет.
• Взаимодействие с кислотами, щелочами, водой и другими реагентами. Например, железо ржавеет (взаимодействует с кислородом и водой), а золото — нет.
• Токсичность, химическая активность или инертность.

Ответ: Свойства вещества — это его качественные и количественные характеристики (физические и химические), которые определяют его индивидуальность и отличают от других веществ.

Как взаимосвязаны свойства веществ и материалов с их применением?

Свойства веществ и материалов напрямую определяют области их применения. Зная свойства, можно предсказать, как поведёт себя материал в тех или иных условиях, и выбрать наиболее подходящий для конкретной задачи. Эта взаимосвязь является фундаментальным принципом в науке и технике. Материалы (вещества или их смеси) подбираются так, чтобы их свойства наилучшим образом соответствовали требованиям эксплуатации будущего изделия.

Рассмотрим несколько примеров:

• Алюминий. Его ключевые свойства — низкая плотность (лёгкость), высокая тепло- и электропроводность, а также устойчивость к коррозии (он покрывается тонкой, но прочной оксидной плёнкой). Благодаря этим свойствам алюминий широко используется в авиа- и ракетостроении (для создания лёгких и прочных конструкций), в производстве электропроводов и радиаторов отопления.
• Медь. Обладает очень высокой электропроводностью (второе место после серебра) и пластичностью (легко вытягивается в тонкую проволоку). Это делает её незаменимым материалом для изготовления электрических кабелей и проводов. Высокая теплопроводность также позволяет использовать медь в теплообменниках и системах охлаждения.
• Железо и его сплавы (например, сталь). Главные свойства — высокая прочность, твёрдость и относительно невысокая стоимость. Поэтому сталь является основным конструкционным материалом в строительстве (балки, арматура), машиностроении (корпуса машин, детали механизмов) и при производстве инструментов. Добавлением других металлов (например, хрома и никеля) получают нержавеющую сталь, обладающую высокой коррозионной стойкостью.
• Стекло. Основные свойства — прозрачность для видимого света, химическая инертность и твёрдость. Благодаря этому стекло используют для изготовления окон, линз, лабораторной посуды и бутылок для напитков. Его хрупкость является недостатком, который можно частично преодолеть закаливанием или созданием композитных материалов.
• Резина. Уникальное свойство резины — эластичность (способность восстанавливать форму после деформации), а также водонепроницаемость. Это обусловило её применение в производстве автомобильных шин, уплотнителей, амортизаторов, шлангов и непромокаемой обуви.

Таким образом, существует прямая и неразрывная связь: свойства определяют применение. Изучение свойств веществ позволяет человеку сознательно выбирать и создавать материалы для удовлетворения своих нужд, от строительства зданий до создания сложных электронных устройств.

Ответ: Применение веществ и материалов напрямую зависит от их физических и химических свойств; материалы выбираются таким образом, чтобы их свойства (например, прочность, электропроводность, прозрачность, эластичность) наилучшим образом соответствовали условиям эксплуатации и функциям изготавливаемого из них объекта.

3. Приведите примеры физических свойств веществ, которые используются в качестве эталонных.

Решение

Эталонные физические свойства веществ — это такие свойства, которые по определению имеют точное, воспроизводимое и неизменное значение при определённых условиях. Они служат основой для создания и воспроизведения единиц измерения и построения шкал. Ниже приведены примеры таких свойств.

• Температура тройной точки воды. Тройная точка вещества — это состояние, в котором твёрдая, жидкая и газообразная фазы находятся в термодинамическом равновесии. Для химически чистой воды это состояние достигается при строго определённой температуре и давлении. По международному соглашению, температура тройной точки воды принята равной точно $273.16 \text{ К}$ (что соответствует $0.01^\circ\text{C}$). Это свойство воды является фундаментальной реперной точкой, используемой для определения единицы термодинамической температуры в системе СИ — кельвина.

• Частота излучения атомов цезия-133. Единица времени в СИ, секунда, определяется через фундаментальное свойство атома цезия-133. Секунда равна длительности 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Частота этого перехода, соответственно, является эталонной и по определению составляет $f_{Cs} = 9 \ 192 \ 631 \ 770 \text{ Гц}$. Это свойство используется в атомных часах для создания эталона времени и частоты.

• Температуры фазовых переходов чистых веществ. Для практической реализации Международной температурной шкалы (ITS-90) используются температуры плавления или затвердевания ряда химически чистых веществ. Например, эталонными являются температуры затвердевания таких металлов, как галлий ($29.7646^\circ\text{C}$), индий ($156.5985^\circ\text{C}$), олово ($231.928^\circ\text{C}$), цинк ($419.527^\circ\text{C}$), серебро ($961.78^\circ\text{C}$) и золото ($1064.18^\circ\text{C}$). Эти стабильные и хорошо воспроизводимые значения служат реперными точками для калибровки точных измерительных приборов, таких как термометры сопротивления и термопары.

• Плотность воды (в качестве практического эталона). Исторически (до 1889 года) килограмм определялся как масса одного кубического дециметра (литра) чистой воды при температуре её максимальной плотности (около $4^\circ\text{C}$). Хотя это определение устарело и современный эталон массы основан на фундаментальной постоянной Планка, плотность воды до сих пор широко используется как практический эталон и важная справочная величина в химии, физике и инженерии, например, для определения относительной плотности веществ или калибровки ареометров.

Ответ:

В качестве эталонных используются следующие физические свойства веществ: температура тройной точки воды (для определения кельвина), частота электромагнитного излучения при переходе между уровнями энергии в атомах цезия-133 (для определения секунды), а также температуры фазовых переходов (плавления, затвердевания) ряда чистых веществ (например, галлия, олова, золота) для построения и калибровки температурных шкал.

4. Раскройте положительное и отрицательное значения химии в жизни современного общества.

Положительное значение химии

Химия играет фундаментальную роль в улучшении качества жизни и развитии цивилизации. Её достижения пронизывают все сферы современного общества, принося огромную пользу.

• Медицина и здравоохранение: Благодаря химии созданы жизненно важные лекарства (антибиотики, вакцины, обезболивающие), которые спасли миллионы жизней и значительно увеличили её продолжительность. Разработаны новые диагностические методы, а также биосовместимые материалы для протезирования и имплантатов (например, искусственные суставы, сердечные клапаны).
• Сельское хозяйство и продовольствие: Синтез минеральных удобрений позволил многократно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, что является ключевым фактором в решении проблемы голода в мире. Средства защиты растений (пестициды и гербициды) помогают сохранять урожай от вредителей и болезней. Химические консерванты позволяют дольше сохранять продукты питания.
• Промышленность и новые материалы: Химическая промышленность производит огромное разнообразие материалов, без которых немыслима современная жизнь. Это пластмассы, полимеры, синтетические волокна (капрон, нейлон), каучуки, лаки, краски, клеи. Металлургия, основанная на химических процессах, поставляет конструкционные материалы для строительства, машиностроения и высоких технологий.
• Энергетика: Химия лежит в основе переработки нефти, газа и угля для получения топлива. Ведутся активные разработки в области альтернативной энергетики: создание более эффективных солнечных батарей, аккумуляторов большой ёмкости (например, для электромобилей), а также технологий для получения водородного топлива.
• Быт и гигиена: Мы ежедневно используем продукты химической промышленности: мыло, моющие средства, шампуни, зубную пасту, косметику. Эти средства помогают поддерживать чистоту и гигиену, делая нашу жизнь комфортнее.

Ответ: Положительное значение химии заключается в создании новых лекарств, материалов, источников энергии, повышении продуктивности сельского хозяйства и обеспечении комфорта в быту, что в совокупности способствует прогрессу человечества и улучшению качества жизни.

Отрицательное значение химии

Несмотря на колоссальные блага, развитие химии и химической промышленности имеет и тёмную сторону, связанную с негативным воздействием на окружающую среду и здоровье человека, а также с использованием химических знаний во вред.

• Загрязнение окружающей среды: Промышленные отходы химических производств загрязняют атмосферу (кислотные дожди, парниковые газы), водоёмы (сточные воды с содержанием тяжёлых металлов, фенолов) и почву. Широкое использование пластика привело к глобальной проблеме загрязнения мирового океана и суши микропластиком. Неправильное применение удобрений и пестицидов приводит к их накоплению в почве и воде.
• Оружие массового поражения: Одним из самых страшных применений химии стало создание химического оружия (например, иприт, зарин, VX), способного приводить к массовой гибели людей.
• Угроза здоровью: Многие химические вещества являются токсичными, канцерогенными или мутагенными. Аварии на химических предприятиях (как в Бхопале или Чернобыле, где химия сыграла ключевую роль в развитии катастрофы) могут приводить к экологическим катастрофам и массовым заболеваниям. Некоторые пищевые добавки, красители и консерванты при чрезмерном употреблении могут нанести вред здоровью.
• Наркотические и психотропные вещества: Химический синтез позволяет создавать мощные синтетические наркотики, распространение которых является острейшей социальной проблемой.
• Истощение природных ресурсов: Химическая промышленность является одним из крупнейших потребителей невозобновляемых ресурсов, таких как нефть, природный газ и различные руды.

Ответ: Отрицательное значение химии проявляется в загрязнении окружающей среды промышленными отходами и пластиком, создании химического оружия и синтетических наркотиков, риске техногенных катастроф и негативном влиянии некоторых химикатов на здоровье человека.

5. Изучите физические свойства:

а) сахара и соли;

б) лимонной кислоты и соды.

Для определения температуры плавления и кипения веществ используйте Интернет. Результаты проведённого анализа оформите в виде таблицы.

а) сахара и соли

Для изучения физических свойств сахара (в быту под сахаром понимают сахарозу) и поваренной соли (хлорида натрия) составим таблицу, используя данные из открытых источников.

Ответ: Физические свойства сахара и соли представлены в виде сравнительной таблицы. Оба вещества являются белыми кристаллическими твердыми телами без запаха, хорошо растворимыми в воде. Основные отличия заключаются во вкусе (сахар — сладкий, соль — соленая) и в температурах плавления и кипения. Сахар плавится при $186 \text{ }^{\circ}\text{C}$ с последующим разложением, в то время как соль имеет значительно более высокие температуры плавления ($801 \text{ }^{\circ}\text{C}$) и кипения ($1413 \text{ }^{\circ}\text{C}$).

б) лимонной кислоты и соды

Для изучения физических свойств лимонной кислоты и пищевой соды (гидрокарбоната натрия) также представим данные в виде таблицы.

Ответ: Физические свойства лимонной кислоты и пищевой соды представлены в сравнительной таблице. Оба вещества — белые твердые вещества без запаха, растворимые в воде. Они различаются по вкусу: лимонная кислота — кислая, а сода — солоновато-щелочная. Лимонная кислота плавится при $153 \text{ }^{\circ}\text{C}$ и разлагается при дальнейшем нагревании. Пищевая сода не имеет определенной температуры плавления, так как начинает разлагаться уже при относительно низких температурах (около $50-100 \text{ }^{\circ}\text{C}$). Оба вещества не имеют температуры кипения, так как разлагаются при нагревании.

6. Предложите свои примеры применения конкретных веществ и материалов в зависимости от их физических свойств. За информацией обратитесь к Интернету.

Применение веществ и материалов напрямую связано с их уникальными физическими свойствами. Ниже приведены несколько примеров, иллюстрирующих эту зависимость.

Медь (Cu)

Медь широко используется в различных отраслях промышленности благодаря совокупности своих физических характеристик.Ключевые свойства меди, определяющие её применение:
1. Высокая электропроводность. Медь является одним из лучших проводников электрического тока (уступает только серебру). Это свойство делает её незаменимым материалом для изготовления силовых и слаботочных кабелей, проводов, обмоток электродвигателей и трансформаторов.
2. Высокая теплопроводность. Способность меди эффективно проводить тепло используется в системах охлаждения и теплообмена. Из неё делают радиаторы для автомобилей и компьютерных процессоров, тепловые трубки и высококачественную кухонную посуду.
3. Пластичность и ковкость. Медь легко поддаётся механической обработке: её можно вытягивать в тончайшую проволоку или прокатывать в листы (фольгу). Это позволяет производить изделия сложных форм.
4. Коррозионная стойкость. Медь медленно окисляется на воздухе и устойчива к воздействию пресной и морской воды, что позволяет использовать её для производства водопроводных труб и кровельных материалов, которые служат десятилетиями.

Ответ: Медь применяется в электротехнике (провода, кабели), теплотехнике (радиаторы, теплообменники) и строительстве (трубы, кровля) благодаря своей высокой электро- и теплопроводности, пластичности и стойкости к коррозии.

Алюминий (Al)

Алюминий — легкий и прочный металл, чьё применение обусловлено следующими физическими свойствами:
1. Низкая плотность. Алюминий примерно в три раза легче стали ($ \rho_{Al} \approx 2700 \text{ кг/м}^3 $ в сравнении с $ \rho_{стали} \approx 7850 \text{ кг/м}^3 $). Это делает его основным конструкционным материалом в авиа- и ракетостроении, а также в автомобильной промышленности для снижения массы транспортных средств и экономии топлива.
2. Высокая коррозионная стойкость. На воздухе поверхность алюминия мгновенно покрывается тонкой, но очень прочной оксидной пленкой ($Al_2O_3$), которая защищает металл от дальнейшего окисления и воздействия агрессивных сред. Благодаря этому алюминий используют для изготовления оконных рам, фасадов зданий, кухонной посуды и пищевой фольги.
3. Хорошая электропроводность. Хотя электропроводность алюминия составляет около 60% от проводимости меди, его низкая плотность делает его предпочтительным для линий электропередач. Алюминиевый провод с той же проводимостью, что и медный, весит примерно в два раза меньше.

Ответ: Алюминий применяется в авиастроении и транспорте (из-за низкой плотности), в строительстве и упаковке (из-за коррозионной стойкости), а также в линиях электропередач (из-за сочетания электропроводности и малого веса).

Алмаз (кристаллическая модификация углерода, C)

Алмаз ценится не только как драгоценный камень, но и как уникальный технический материал благодаря своим экстремальным физическим свойствам.
1. Исключительная твёрдость. Алмаз — самое твёрдое из всех известных природных веществ (10 по шкале Мооса). Это свойство позволяет использовать его для изготовления режущих, буровых и шлифовальных инструментов (свёрла, резцы, абразивные порошки), способных обрабатывать любые другие материалы.
2. Высокая теплопроводность. Парадоксально, но алмаз, будучи диэлектриком, обладает теплопроводностью, в 4-5 раз превышающей теплопроводность меди. Это свойство используется в электронике для создания эффективных теплоотводов (подложек) для мощных полупроводниковых лазеров и процессоров, предотвращая их перегрев.
3. Оптические свойства (прозрачность и высокий показатель преломления). Высокий показатель преломления и сильная дисперсия света (способность разлагать свет на спектр) обуславливают его знаменитую "игру света" и применение в ювелирном деле. Прозрачность в широком диапазоне (от УФ до ИК) делает его материалом для окошек в научных приборах, работающих в экстремальных условиях.

Ответ: Алмаз применяется в промышленности для изготовления режущих и абразивных инструментов (из-за высочайшей твёрдости), в электронике в качестве теплоотводов (из-за высокой теплопроводности) и в ювелирном деле (из-за уникальных оптических свойств).

Кварцевое стекло (SiO₂)

Кварцевое стекло — это материал с особыми свойствами, отличающими его от обычного силикатного стекла.
1. Очень низкий коэффициент теплового расширения. Это означает, что кварцевое стекло почти не изменяет свои размеры при нагревании и охлаждении. Благодаря этому оно выдерживает резкие перепады температур (термический удар). Например, раскалённое докрасна кварцевое изделие можно бросить в холодную воду, и оно не треснет. Это свойство незаменимо при изготовлении лабораторной посуды для нагрева, смотровых окон в печах и тиглей для плавки металлов.
2. Прозрачность для ультрафиолетового излучения. В отличие от обычного стекла, которое поглощает УФ-лучи, чистое кварцевое стекло для них прозрачно. Поэтому его используют для изготовления колб бактерицидных ламп, линз и призм в УФ-спектроскопии, а также в качестве основного материала для оптоволокна в телекоммуникациях.
3. Высокая химическая чистота и инертность. Кварцевое стекло практически не вступает в реакцию с большинством кислот и других химических веществ, что важно для проведения чистых химических экспериментов и в полупроводниковой промышленности.

Ответ: Кварцевое стекло используется для производства термостойкой лабораторной посуды (из-за низкого коэффициента теплового расширения), колб УФ-ламп и оптики (из-за прозрачности в УФ-диапазоне), а также в химической и полупроводниковой промышленности (из-за химической инертности).

7. Подготовьте сообщение об истории усовершенствования приборов для измерения температуры тела человека.

Первые шаги: термоскопы

История измерения температуры начинается в конце XVI - начале XVII века. Итальянский ученый Галилео Галилей изобрел термоскоп – прибор, который показывал изменение температуры, но не измерял ее в конкретных единицах. Он состоял из стеклянного шарика с длинной трубкой, опущенной в сосуд с водой. При нагревании воздух в шарике расширялся, и уровень воды в трубке опускался, при охлаждении – сжимался, и уровень воды поднимался. Врач Санторио Санторио, друг Галилея, адаптировал этот прибор для измерения температуры человеческого тела. Пациент должен был дышать на шарик или держать его во рту. Однако показания термоскопа сильно зависели от атмосферного давления, что делало его неточным для медицинских целей.

Изобретение термометра и температурных шкал

Настоящий прорыв произошел в середине XVII века, когда флорентийские ученые, по инициативе великого герцога Тосканского Фердинандо II Медичи, создали первый запаянный спиртовой термометр. Запаянная трубка исключала влияние атмосферного давления. Однако у каждого такого прибора была своя произвольная шкала, что не позволяло сравнивать результаты измерений. Стандартизация началась в XVIII веке с появлением общепринятых шкал:

• В 1714 году Даниэль Габриель Фаренгейт создал точный ртутный термометр и шкалу, где $0°F$ – температура замерзания смеси соли и льда, а $96°F$ (позже скорректировано до $98.6°F$ или $37°C$) – температура тела здорового человека.
• В 1730 году Рене Антуан Реомюр предложил спиртовой термометр со шкалой от $0°R$ (точка замерзания воды) до $80°R$ (точка кипения воды).
• В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий создал шкалу, в которой изначально $0°C$ была точка кипения воды, а $100°C$ – точка замерзания. Позже его коллега Мартин Штрёмер «перевернул» шкалу, придав ей современный вид.

Появление клинического термометра

Несмотря на наличие термометров, они были громоздкими (до 30 см в длину) и медленными (измерение занимало 15-20 минут), что делало их практически непригодными для врачебной практики. Революцию в медицинской диагностике совершил в 1867 году британский врач сэр Томас Клиффорд Олбутт. Он создал первый портативный клинический термометр. Его модель была компактной (около 15 см) и позволяла измерить температуру всего за 5 минут. Важнейшим усовершенствованием стало сужение капилляра перед резервуаром с ртутью, что позволяло «фиксировать» максимальное показание – ртутный столбик не опускался после извлечения термометра, что давало врачу время спокойно считать показания.

Эра ртутных термометров и их закат

Ртутный термометр конструкции Олбутта стал «золотым стандартом» в медицине почти на 150 лет благодаря своей высокой точности и дешевизне. Однако у него были и существенные недостатки: хрупкость стеклянного корпуса, длительное время измерения по современным меркам и, главное, высокая токсичность ртути. Разбитый градусник представлял серьезную опасность для здоровья и окружающей среды. В связи с этим, в конце XX - начале XXI века многие страны мира подписали Минаматскую конвенцию о ртути, которая привела к постепенному отказу от производства и использования ртутных термометров.

Цифровая революция: электронные термометры

Во второй половине XX века началось развитие электронных термометров. В их основе лежит терморезистор – чувствительный элемент, электрическое сопротивление которого точно зависит от температуры. Микропроцессор в приборе измеряет это сопротивление, преобразует его в значение температуры и выводит на цифровой дисплей. Преимущества электронных термометров очевидны: они абсолютно безопасны (не содержат ртути), измеряют температуру гораздо быстрее (от 10 секунд до минуты) и обладают дополнительными удобствами, такими как звуковой сигнал, память на последние измерения и гибкий наконечник.

Бесконтактные технологии: инфракрасные термометры

Следующим этапом эволюции стали инфракрасные (ИК) термометры, появившиеся в широком доступе в конце XX века. Они работают по принципу улавливания теплового (инфракрасного) излучения, которое испускает тело человека. Существует две основные разновидности:

• Ушные (тимпанические), измеряющие температуру барабанной перепонки, которая точно отражает температуру центральных частей тела.
• Лобные (бесконтактные), которые измеряют температуру поверхности лба на расстоянии нескольких сантиметров.

Их главное преимущество – практически мгновенное измерение (1-3 секунды) и отсутствие необходимости прямого контакта (для лобных моделей), что делает их незаменимыми для измерения температуры у маленьких детей, спящих людей и для проведения массового скрининга в общественных местах.

Современность и будущее

Сегодня технологии продолжают развиваться. На рынке доступны «умные» термометры, которые по Bluetooth синхронизируются со смартфонами, ведут в приложении график температуры и помогают анализировать течение болезни. Разрабатываются и внедряются носимые термометры в виде пластырей для непрерывного мониторинга температуры у пациентов, а также миниатюрные проглатываемые капсулы-термометры для специальных медицинских и научных исследований.

Ответ: История совершенствования приборов для измерения температуры тела человека — это эволюция от первых неточных термоскопов (XVII век) к стандартизированным жидкостным термометрам со шкалами Цельсия и Фаренгейта (XVIII век). Ключевым моментом стало создание компактного клинического ртутного термометра сэром Томасом Олбуттом (1867), который доминировал в медицине более ста лет. Из-за токсичности ртути его вытеснили безопасные и быстрые электронные термометры на основе терморезисторов. Современный этап представлен инфракрасными термометрами (ушными и бесконтактными), обеспечивающими мгновенное измерение, а также «умными» гаджетами, синхронизирующимися со смартфонами для ведения цифрового журнала здоровья.

8. Сторонником какой позиции — хемофилии или хемофобии — вы являетесь? Аргументируйте свою точку зрения.

Сторонником какой позиции — хемофилии или хемофобии — вы являетесь? Аргументируйте свою точку зрения.

Я занимаю позицию, которую можно охарактеризовать как рациональная хемофилия. Это означает признание огромной роли химии в развитии цивилизации и улучшении качества жизни, но с обязательным условием ответственного и осознанного подхода к использованию химических веществ и технологий.

Для начала, важно определить оба термина. Хемофобия — это иррациональный страх перед химическими веществами, часто основанный на заблуждении, что все «химическое» (синтетическое) — вредно, а «натуральное» — безопасно. Хемофилия — это, напротив, любовь к химии и признание её пользы.

Моя позиция строится на следующих аргументах:

1. Все вокруг нас — химия. Сам по себе термин «химия» в бытовом, негативном смысле («сплошная химия») некорректен. Вода (H₂O), кислород, которым мы дышим (O₂), белки и углеводы в нашей пище, и даже мы сами — это сложнейшие наборы химических веществ и реакций. Противопоставление «натурального» и «химического» ложно, так как и натуральные продукты состоят из химических элементов и соединений. Более того, многие природные вещества, такие как яд змей, ботулотоксин или рицин, являются смертельно опасными.
2. Достижения химии — основа современного мира. Без химии были бы невозможны:
   • Современная медицина: антибиотики, вакцины, анестезия, лекарства от множества болезней — все это продукты химического синтеза.
   • Продовольственная безопасность: минеральные удобрения и средства защиты растений (при грамотном использовании) позволили многократно увеличить урожайность и накормить растущее население планеты.
   • Новые материалы: пластмассы, полимеры, композиты, полупроводники лежат в основе всего — от бытовой техники и одежды до компьютеров и космических кораблей.
   • Гигиена и санитария: мыло, дезинфицирующие средства, системы очистки воды спасли и продолжают спасать миллионы жизней, предотвращая эпидемии.
3. Опасность представляет не химия как наука, а безответственное обращение с веществами. Рациональный подход не отрицает, что многие химические вещества могут быть опасны. Промышленные выбросы, загрязнение окружающей среды, неправильное использование пестицидов — это реальные и серьезные проблемы. Однако решением этих проблем является не отказ от химии (хемофобия), а развитие «зеленой химии», создание более строгих норм безопасности, разработка технологий переработки отходов и эффективных методов очистки. То есть, решение химических проблем лежит в плоскости более совершенной химии и ответственного регулирования.

Таким образом, хемофобия, основанная на страхе и незнании, вредна, так как она может привести к отказу от жизненно важных технологий (например, вакцинации или хлорирования воды) и тормозит прогресс. С другой стороны, слепая и бездумная хемофилия, игнорирующая риски, также опасна. Наиболее продуктивной и разумной является позиция научного подхода: ценить химию за те блага, которые она дает, и при этом строго контролировать ее применение, минимизируя риски для человека и окружающей среды.

Ответ: Я являюсь сторонником рациональной хемофилии. Эта позиция заключается в признании колоссальной пользы химии для человечества (в медицине, сельском хозяйстве, технологиях) при одновременном осознании необходимости строгого контроля, соблюдения мер безопасности и ответственности за возможное негативное воздействие на окружающую среду. Отвергать химию целиком (хемофобия) нерационально, поскольку весь мир, включая нас самих, состоит из химических веществ, а отказ от достижений химии означал бы откат цивилизации на столетия назад. Ключ — не в страхе, а в знании и ответственном применении.

9. Какой деятельностью вы хотели бы заниматься после окончания школы? Какую роль играет в ней химия?

После окончания школы я хотел бы заниматься деятельностью, связанной с медициной, и в будущем стать врачом. Эта профессия привлекает меня возможностью помогать людям, сложностью и ответственностью решаемых задач, а также необходимостью постоянного обучения и самосовершенствования.

Роль химии в этой деятельности является фундаментальной и всеобъемлющей. Можно выделить несколько ключевых аспектов:

1. Понимание процессов в организме. Все жизненные процессы — от переваривания пищи до передачи нервного импульса — представляют собой совокупность химических реакций. Биохимия, раздел химии, изучающий химические основы жизни, является фундаментом для таких медицинских дисциплин, как физиология и патология. Без знания химии невозможно понять, как функционирует здоровый организм и какие химические сбои приводят к развитию заболеваний. Например, для понимания атеросклероза необходимо знать химию липидов и холестерина, а для лечения заболеваний щитовидной железы — химию йода и тиреоидных гормонов.

2. Фармакология. Лекарства — это химические вещества, которые взаимодействуют с молекулами нашего тела, корректируя нарушенные процессы. Чтобы понимать, как действует тот или иной препарат, почему он помогает при одном заболевании и противопоказан при другом, какие у него могут быть побочные эффекты и как он взаимодействует с другими лекарствами, врач должен обладать глубокими знаниями в области органической и фармацевтической химии.

3. Диагностика. Многие методы диагностики основаны на химическом анализе. Биохимический анализ крови, который показывает уровень глюкозы, электролитов, ферментов и других веществ, является ярким примером. Врач должен не только уметь «читать» результаты анализов, но и понимать химические принципы, лежащие в их основе, чтобы правильно интерпретировать отклонения от нормы.

4. Медицинские материалы. Химия играет решающую роль в создании и применении материалов, используемых в медицине: от шовных нитей и пломб до сложных имплантатов и протезов. Эти материалы должны обладать специфическими химическими свойствами, такими как биосовместимость (не вызывать отторжения), прочность и устойчивость к коррозии в среде организма.

Таким образом, для будущего врача химия — это не просто школьный предмет, а основа профессионального мышления и один из главных инструментов в ежедневной работе по сохранению здоровья и спасению жизней.

Ответ: После школы я бы хотел стать врачом. В этой профессии химия играет ключевую роль, так как она необходима для понимания биохимических процессов в организме, принципов действия лекарств, методов лабораторной диагностики и свойств материалов, используемых в медицине.

10. Подготовьте сообщение о вкладе одного из отечественных химиков в мировую химическую науку.

Решение

Одним из величайших отечественных учёных, чей вклад в мировую науку невозможно переоценить, является Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907). Его главный научный подвиг — открытие Периодического закона химических элементов — стал краеугольным камнем современной химии и фундаментальным законом природы.

К середине XIX века химия накопила огромный, но разрозненный объём знаний о более чем 60 элементах. Учёные по всему миру пытались найти способ их систематизации, но все попытки были либо частичными, либо не обладали предсказательной силой. В 1869 году Д. И. Менделеев, сопоставляя свойства элементов и их атомные массы, обнаружил фундаментальную закономерность. Он сформулировал Периодический закон, гласящий, что свойства элементов, а следовательно, и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса. Визуальным выражением этого закона стала знаменитая Периодическая таблица.

Гениальность работы Менделеева проявилась не только в успешной классификации уже известных элементов. Его система обладала огромной предсказательной мощью. Во-первых, учёный оставил в таблице пустые клетки для элементов, которые ещё не были открыты. Во-вторых, он с поразительной точностью предсказал их существование и детально описал их свойства. Так, он предсказал свойства «эка-алюминия», «эка-бора» и «эка-силиция». Когда спустя годы были открыты галлий ($Ga$), скандий ($Sc$) и германий ($Ge$), их свойства практически полностью совпали с предсказаниями Менделеева. Это стало триумфом его теории и убедило научное сообщество в истинности Периодического закона. Кроме того, основываясь на положении элементов в таблице, Менделеев исправил неверно определённые атомные массы некоторых из них (например, бериллия и урана), что также впоследствии подтвердилось.

Научные интересы Менделеева были необычайно широки. Он является автором гидратной теории растворов, внёс вклад в изучение свойств газов (уравнение Клапейрона-Менделеева), занимался вопросами нефтехимии, метрологии (был организатором Главной палаты мер и весов), а также разработал технологию бездымного пороха.

Таким образом, Дмитрий Иванович Менделеев совершил научную революцию. Его Периодический закон и таблица превратили химию из описательной науки в точную, прогностическую систему. Этот вклад носит всемирный характер, поскольку Периодическая таблица используется учёными, инженерами и студентами во всех странах мира как фундаментальная основа для изучения вещества и его превращений.

Ответ: В качестве примера приведено сообщение о вкладе Д. И. Менделеева в мировую химическую науку. Его главное достижение — открытие Периодического закона и создание на его основе Периодической таблицы химических элементов, что позволило систематизировать знания, предсказать открытие новых элементов и их свойства, а также заложить фундаментальную основу для развития химии и смежных наук.

Можно ли применять в химии методы, которые вы использовали в процессе изучения других естественно-научных предметов?

Решение

Да, в химии не только можно, но и необходимо применять методы, которые используются в процессе изучения других естественно-научных предметов. Это связано с тем, что все естественные науки (физика, биология, геология и др.) изучают один и тот же объект — природу, но рассматривают ее с разных сторон и на разных уровнях организации. Химия, как наука о веществах и их превращениях, тесно переплетена с другими дисциплинами, и их методы взаимно обогащают друг друга.

Вот несколько ключевых примеров:

• Методы из физики: Физика предоставляет химии мощнейший инструментарий для исследования строения и свойств вещества. Многие аналитические методы, ставшие для химии классическими, по своей сути являются физическими.
  • Спектроскопия — это метод, основанный на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Он позволяет определять состав и структуру молекул (например, ЯМР, ИК-спектроскопия).
  • Рентгеноструктурный анализ — метод, использующий физическое явление дифракции рентгеновских лучей для точного определения пространственного расположения атомов в кристаллических веществах.
  • Масс-спектрометрия — метод, основанный на законах движения заряженных частиц в электромагнитных полях, позволяет устанавливать молекулярную массу и элементный состав вещества.
  • Законы термодинамики и кинетики, разработанные в физике, являются теоретической основой для таких разделов химии, как химическая термодинамика и химическая кинетика, описывающих энергетику и скорость реакций.
• Методы из математики: Математика является универсальным языком науки. В химии она незаменима для:
  • Количественных расчетов по химическим формулам и уравнениям реакций.
  • Статистической обработки результатов экспериментов для оценки их достоверности.
  • Математического моделирования сложных химических процессов и строения молекул. Например, квантовая химия целиком построена на решении сложных математических уравнений, таких как уравнение Шрёдингера.
• Методы из биологии: Связь химии и биологии особенно ярко проявляется в таких областях, как биохимия и молекулярная биология.
  • Методы разделения и анализа сложных смесей, например, хроматография и электрофорез, активно применяются как в химии, так и в биологии для анализа белков, нуклеиновых кислот и других биологических молекул.
  • Изучение химических основ жизненных процессов (дыхания, фотосинтеза, ферментативного катализа) является общей задачей для химиков и биологов.

Кроме того, в основе химии, как и любой другой естественной науки, лежит общий научный метод познания: наблюдение, выдвижение гипотезы, постановка эксперимента для ее проверки, анализ данных и формулирование выводов. Этот подход универсален для всех наук о природе.

Таким образом, междисциплинарный подход, включающий применение методов из физики, математики и биологии, является неотъемлемой частью современной химической науки и ключом к ее дальнейшему развитию.

Ответ:

Да, можно и нужно. Современная химия широко использует методы из других естественных наук: физические (спектроскопия, рентгеноструктурный анализ), математические (моделирование, статистическая обработка данных) и биологические (хроматография, электрофорез). Это обусловлено тесной взаимосвязью всех наук, изучающих природу, и позволяет получать более глубокие и полные знания о веществах и их превращениях.