Глава 1. Резюме (Summary)

1.1 Химия в контексте

Химия изучает состав, строение и свойства вещества, а также способы превращения одних его форм в другие. Поэтому она занимает центральное место в науке и технике. Химики применяют научный метод: ставят эксперименты, выдвигают гипотезы, формулируют законы и развивают теории, чтобы лучше понимать поведение природного мира. При этом они работают одновременно в макроскопической, микроскопической и символической областях. Химики измеряют, анализируют, очищают и синтезируют самые разные вещества, важные для нашей жизни.

1.2 Фазы и классификация веществ

Вещество — это всё, что занимает пространство и обладает массой. Его элементарным «кирпичиком» является атом — наименьшая единица элемента, способная вступать в соединения с атомами того же или других элементов. Во многих веществах атомы объединены в молекулы. На Земле вещество обычно встречается в трёх состояниях: твёрдом (с фиксированной формой и объёмом), жидком (с переменной формой, но постоянным объёмом) и газообразном (с переменными формой и объёмом). При высоких температурах вещество может существовать и в виде плазмы. Большинство веществ — это смеси, состоящие из двух или более видов вещества в различных соотношениях, которые можно разделить физическими методами. Гетерогенные смеси неоднородны по составу, гомогенные — однородны во всём объёме. Чистое вещество состоит только из одного вида материи и может быть либо элементом (он состоит из атомов одного типа и не разлагается химическими превращениями), либо соединением (оно содержит два или более типов атомов).

1.3 Физические и химические свойства

Каждое вещество обладает характерными физическими и химическими свойствами и способно к физическим или химическим превращениям. Физические свойства (например, твёрдость и температура кипения) и физические превращения (плавление, замерзание) не сопровождаются изменением состава вещества. Химические свойства (например, горючесть и кислотность) и химические превращения (например, ржавление) приводят к образованию вещества, отличающегося от исходного.

Все измеримые свойства делятся на две категории. Экстенсивные свойства зависят от количества вещества — например, масса золота. Интенсивные свойства от количества вещества не зависят — например, плотность золота. Теплота — пример экстенсивного свойства, а температура — интенсивного.

1.4 Измерения

Измерения дают количественную информацию, без которой невозможно ни изучение, ни практическое применение химии. Каждое измерение содержит значение, единицу сравнения и неопределённость. Результаты измерений можно представлять в десятичной форме или в виде степени числа 10 (научная запись). Учёные используют преимущественно единицы СИ (Международной системы) — метр, секунду, килограмм, — а также производные единицы, например литр (для объёма) и г/см\(^3\) (для плотности). Во многих случаях удобно применять приставки, дающие дольные и кратные единицы, такие как микросекунда (\(10^{-6}\) с) и мегагерц (\(10^{6}\) Гц).

1.5 Неопределённость измерений, точность и прецизионность

Величины бывают определёнными по соглашению или измеренными. У измеренных величин есть неопределённость, которая отражается в количестве значащих цифр записанного числа. Неопределённость вычисленной величины зависит от неопределённостей исходных величин и проявляется в правилах округления результата. Величины характеризуются с точки зрения точности (близости к истинному или принятому значению) и прецизионности (разброса между повторными измерениями).

1.6 Математическая обработка результатов измерений

Измерения выполняются в различных единицах, и часто бывает необходимо перевести значение из одной единицы в другую. Такие переводы выполняются с помощью переводных коэффициентов, получаемых из анализа размерностей (метода размерных множителей). Этот же подход используется для расчёта искомых величин по измеренным с применением подходящих математических соотношений.