Хімічні речовини. Чим відрізняються неорганічні та органічні речовини? Органічні та неорганічні речовини

Що таке речовина - одне з тих питань, відповідь на який начебто зрозумілий, але з іншого боку - спробуй відповідь! На перший погляд, все просто: речовина – це те, з чого складаються тіла… якось невизначено вийшло. Спробуємо розібратися.

Для простоти почнемо з поняття ще складнішого і абстрактнішого – матерія. На сьогоднішній день вважається, що матерія – це об'єктивна реальність, що існує у просторі та змінюється у часі.

Реальність ця існує у двох формах. Одна з цих форм має хвильову природу: невагомість, безперервність, проникність, здатність поширюватися зі швидкістю світла. Природа іншої форми - корпускулярна: вона має масу спокою, складається з локалізованих частинок (атомних ядер і електронів), малопроникна (а в деяких випадках непроникна взагалі), і до швидкості світла їй далеко. Перша форма існування матерії називається полем, друга речовиною.

Тут слід зазначити: такий чіткий поділ проводилося у ХІХ столітті, пізніше – з відкриттям корпускулярно-хвильового дуалізму – довелося поставити це під сумнів. Виявилося, що поле і речовина набагато більше спільного, ніж можна було припускати, адже навіть електрон демонструє властивості і частки, і хвилі! Втім, проявляється це у мікросвіті, лише на рівні елементарних частинок, у макросвіті – лише на рівні тіл – це неочевидно, отже поділ речовина і полі цілком підходить.

Але повернемося до нашої речовини. Як ми пам'ятаємо зі шкільної лави, може існувати у трьох станах. Одне – тверде: молекули практично нерухомі, сильно притягуються друг до друга, тому тіло зберігає форму. Інше - рідке: молекули можуть переміщатися з місця на місце, тіло набуває форми судини в якій знаходиться, не маючи власної форми. І нарешті – газоподібний: хаотичний рух молекул, слабкий зв'язок між ними, як наслідок – відсутність не лише форми, а й обсягу: газ заповнить ємність будь-якого обсягу, розподілившись за нею. У таких станах може бути будь-яка речовина, питання лише тому, які умови цього потрібні – наприклад, металевий водень, наявний на Юпітері, Землі поки що не вдається отримати навіть у лабораторії.

Але є й четвертий стан речовини – плазма. Це іонізований газ – тобто. газ, в якому поряд з нейтральними атомами присутні позитивно і негативно заряджені частинки - іони (атоми, що втратили частини електронів) і електрони, при цьому кількість позитивно і негативно заряджених частинок врівноважує один одного - це називається квазінейтральністю. Такий стан речовини можливий за дуже високої температури – рахунок йде на тисячі кельвінів. Напрошується питання: якщо плазма – іонізований газ, чому її треба вважати четвертим станом речовини, чому не можна розглядати як різновид газу?

Виявляється, не можна! За деякими властивостями плазма протилежна газу. Гази мають вкрай низьку електричну провідність, а плазма – високу. Гази складаються з частинок, подібних один до одного, які вкрай рідко стикаються, а плазма – з частинок, що розрізняються по електричному заряду, що постійно взаємодіють один з одним.

Якщо вам важко уявити, що таке плазма, не засмучуйтесь: ви бачите її щодня, а якщо пощастить, то і щоночі, адже саме з неї складаються зірки, в тому числі і наше Сонце! Людина теж навчилася її використовувати: у вивісках, що світяться, «працює» саме неонова або аргонова плазма!

Таким чином, можна з упевненістю говорити не про три, а про чотири стани речовини… чи не про це здогадувалися філософи давнини, говорячи про чотири елементи буття: «земля» (тверде), «вода» (рідке), «повітря» (газоподібне) ), «Вогонь» (плазма)? А ми, нерозумні нащадки, шукаємо в цьому якусь містику!

Вивчаючи у межах шкільного чи вузівського курсу різні напрями науки, неважко помітити, що вони часто оперують поняттям речовини.


Але що таке речовина у фізиці та хімії, у чому різниця між визначеннями цих двох наук? Намагатимемося розглянути докладніше.

Що таке речовина у фізиці?

Класична фізика вчить, що , з якої складається Всесвіт, знаходиться в одному з двох основних станів – у вигляді речовини та у вигляді поля. Речовиною у фізиці називають матерію, що складається з елементарних частинок (переважно це нейтрони, протони і електрони), що утворюють атоми і молекули, які мають масу спокою, відмінну від нуля.

Речовина представлена ​​різними фізичними тілами, що мають ряд параметрів, що піддаються об'єктивним вимірам. У будь-який момент можна виміряти питому вагу та щільність досліджуваної речовини, її пружність та твердість, електропровідність та магнітні властивості, прозорість, теплоємність тощо.

Залежно від виду речовини та зовнішніх умов ці параметри можуть змінюватися в досить широких межах. У той самий час кожному типу речовини властивий певний набір постійних показників, що відбивають його якісні показники.

Агрегатні стани речовин

Всі існуючі у Всесвіті речовини можуть перебувати в одному з агрегатних станів:

- У вигляді газу;

- У вигляді рідини;

- У твердому стані;

- У вигляді плазми.

При цьому багатьом речовинам властиві перехідні або прикордонні стани. Найбільш поширеними є:

- аморфне, або склоподібне;

- Рідкокристалічний;

- Високоеластичний.


Крім того, деякі речовини за особливих зовнішніх умов можуть переходити в стан надплинності та надпровідності.

Що таке речовина у хімії?

Хімічна наука вивчає речовини, які з атомів, і навіть закони, якими відбуваються перетворення речовин, звані хімічними реакціями. Речовини можуть бути у вигляді атомів, молекул, іонів, радикалів, а також їх сумішей.

Хімія ділить речовини прості, тобто. ті, які складаються з атомів одного виду, та складні, що складаються з різних видів атомів. Прості речовини називають хімічними елементами: їх, як із цеглинок, складаються всі речовини у світі.

У результаті хімічної реакції речовини взаємодіють друг з одним, обмінюючись атомами і атомними групами, у результаті утворюються нові речовини. У той самий час хімія не розглядає процеси, у яких відбуваються зміни у атомарної структурі: кількість і види атомів, що у реакції, завжди залишаються незмінними.

Всі найпростіші речовини зведені в так звану періодичну таблицю елементів, яка була створена російським вченим Д.І. Менделєєвим. У цій таблиці прості речовини розставлені в порядку зростання їх атомних мас і згруповані за властивостями, що спрощує подальше вивчення.

Органічні та неорганічні речовини

У сучасній хімії прийнято поділ всіх речовин на дві основні групи: неорганічні та органічні. До неорганічних речовин належать:

— оксиди– сполуки хімічних елементів із киснем;

— кислоти– сполуки, що складаються з атомів водню та так званого кислотного залишку;

— солі– речовини, що складаються з атомів металу та кислотного залишку;

— основи, або луги– сполуки, що складаються з металу та гідроксильної групи або кількох груп;

— амфотерні гідроксиди- Речовини, що володіють властивостями основ і кислот.

Існують і складніші сполуки неорганічних елементів. Усього налічується до півмільйона різновидів неорганічних речовин.


Органічні речовини – це сполуки вуглецю з гідрогеном та іншими хімічними елементами. Здебільшого вони є складні молекули, які з великої кількості атомів. Існує безліч різновидів органічних речовин, залежно від їх складу та молекулярної будови. Всього на даний момент науці відомо більше 20 мільйонів різновидів органічних речовин.

Основне питання, на яке має знати відповідь людина для правильного розуміння картини світу – що така речовина в хімії. Дане поняття формується ще у шкільному віці та спрямовує дитину в подальшому розвитку. Приступаючи до вивчення хімії важливо знайти точки дотику з нею на побутовому рівні, це дозволяє наочно та доступно роз'яснити ті чи інші процеси, визначення, властивості тощо.

На жаль, через неідеальність системи освіти, багато хто втрачає деякі фундаментальні ази. Поняття «речовина в хімії» - це своєрідний наріжний камінь, своєчасне засвоєння даного визначення дає людині правильний старт у подальшому розвитку в галузі природознавства.

Формування поняття

Перед тим як перейти до поняття речовини необхідно визначити, чим є предмет хімії. Речовини - це те, що безпосередньо вивчає хімія, їх взаємні перетворення, будову та властивості. У загальному розумінні речовина це те, з чого складаються фізичні тіла.

Отже, у хімії? Сформуємо визначення шляхом переходу від загального поняття до суто хімічного. Речовина - це певний, що обов'язково має масу, яку можна виміряти. Ця характеристика відрізняє речовину від іншого виду матерії - поля, яке маси немає (електричне, магнітне, біополе тощо.). Матерія, у свою чергу, - це те, з чого ми створені і все, що нас оточує.

Дещо інша характеристика матерії, що визначає те, з чого саме вона складається - це вже предмет хімії. Речовини сформовані атомами і молекулами (деякі іонами), отже будь-яка субстанція, що з цих формульних одиниць, і є речовина.

Прості та складні речовини

Після засвоєння базового визначення можна перейти для його ускладнення. Речовини бувають різних рівнів організації, тобто прості і складні (або сполуки) - це перше розподіл на класи речовин, хімія має безліч наступних поділів, докладних і складніших. Ця класифікація, на відміну багатьох інших, має строго певні кордону, кожне з'єднання можна чітко зарахувати до одного з видів, взаємовиключних одне одного.

Проста речовина в хімії - це з'єднання, що складається з атомів лише одного елемента періодичної таблиці Менделєєва. Як правило, це бінарні молекули, тобто які складаються з двох частинок, з'єднаних за допомогою ковалентного неполярного зв'язку - утворення загальної неподіленої електронної пари. Так, атоми одного і того ж хімічного елемента мають ідентичну електронегативність, тобто здатність утримувати загальну електронну щільність, тому вона не зміщена до жодного з учасників зв'язку. Приклади простих речовин (неметали) - водень та кисень, хлор, йод, фтор, азот, сірка тощо. З трьох атомів складається молекула такої речовини, як озон, та якщо з одного - всіх шляхетних газів (аргону, ксенону, гелію тощо.). У металах (магнії, кальції, міді тощо.) існує власний тип зв'язку - металевий, що здійснюється рахунок усуспільнення вільних електронів усередині металу, а утворення молекул як таких немає. При записі речовини металу вказується просто символ хімічного елемента без індексів.

Проста речовина в хімії, приклади якої були наведені вище, відрізняється від складного якісного складу. Хімічні сполуки утворені атомами різних елементів від двох і більше. У таких речовинах є ковалентний полярний або іонний тип зв'язування. Так як різні атоми мають відмінну електронегативність, то при утворенні загальної електронної пари відбувається її зсув у бік більш електронегативного елемента, що призводить до загальної поляризації молекули. Іонний тип - це крайній випадок полярного, коли пара електронів повністю переходить до одного з учасників зв'язування, тоді атоми (або їх групи) перетворюються на іони. Чіткої межі, між цими типами немає, іонний зв'язок можна інтерпретувати як ковалентний сильно полярний. Приклади складних речовин – вода, пісок, скло, солі, оксиди тощо.

Модифікації речовин

Речовини, які називаються простими, насправді мають унікальну особливість, яка не притаманна складним. Деякі хімічні елементи можуть утворювати кілька форм простої речовини. В основі так само лежить один елемент, але кількісний склад, будова і властивості кардинально відрізняють такі утворення. Ця особливість має назву алотропії.

Кисень, сірка, вуглець та інші елементи мають декілька Для кисню - це О 2 і О 3 вуглець дає чотири типи речовин - карбін, алмаз, графіт і фулерени, молекула сірки буває ромбічної, моноклінної та пластичної модифікації. Така проста речовина в хімії, приклади якої не обмежені переліченими вище, має велике значення. Зокрема, фулерени використовуються як напівпровідники в техніці, фоторезистори, добавки для зростання алмазних плівок та інших цілях, а в медицині це найпотужніші антиоксиданти.

Що відбувається із речовинами?

Кожну секунду всередині та навколо відбувається перетворення речовин. Хімія розглядає та пояснює ті процеси, які йдуть з якісною та/або кількісною зміною складу реагуючих молекул. Паралельно часто взаємопов'язано протікають і фізичні перетворення, які характеризуються лише зміною форми, кольору речовин або агрегатного стану та деяких інших характеристик.

Хімічні явища - це реакції взаємодії різних видів, наприклад, сполуки, заміщення, обміну, розкладання, оборотні, екзотермічні, окислювально-відновні і т.д., залежно від зміни параметра, що цікавить. До відносять: випаровування, конденсацію, сублімацію, розчинення, замерзання, електропровідність тощо. Часто вони супроводжують одна одну, наприклад, блискавка під час грози – це фізичний процес, а виділення під її дією озону – хімічний.

Фізичні властивості

Речовина у хімії - це матерія, якій притаманні певні фізичні властивості. За їх наявністю, відсутністю, ступенем та інтенсивністю можна спрогнозувати, як речовина поведеться в тих чи інших умовах, а також пояснити деякі хімічні особливості сполук. Так, наприклад, високі температури кипіння органічних сполук, у яких є водень та електронегативний гетероатом (азот, кисень і т.д.), свідчать про те, що в речовині проявляється такий хімічний тип взаємодії, як водневий зв'язок. Завдяки знанню про те, які речовини мають найкращу здатність проводити електричний струм, кабелі та проводи електропроводки, виготовляються саме з певних металів.

Хімічні властивості

Встановленням, дослідженням та вивченням іншого боку медалі властивостей займається хімія. з її погляду - це їхня реакційна здатність до взаємодії. Деякі речовини вкрай активні у цьому сенсі, наприклад, метали чи будь-які окислювачі, інші, шляхетні (інертні) гази, за нормальних умов реакції практично не вступають. Хімічні властивості можна активувати чи пасивувати за необхідності, іноді це пов'язані з особливими труднощами, а деяких випадках доводиться нелегко. Вчені проводять багато годин в лабораторіях, методом проб і помилок домагаючись поставленої мети, іноді і не досягають їх. Змінюючи параметри довкілля (температуру, тиск тощо.) чи застосовуючи спеціальні сполуки - каталізатори чи інгібітори - можна спричинити хімічні властивості речовин, отже, і перебіг реакції.

Класифікація хімічних речовин

В основі всіх класифікацій лежить поділ сполук на органічні та неорганічні. Головний елемент органіки - це вуглець, з'єднуючись один з одним і гідрогеном, атоми карбону утворюють вуглеводневий скелет, який потім заповнюється іншими атомами (киснем, азотом, фосфором, сіркою, галогенами, металами та іншими), замикається в цикли або розгалужується, обґрунтовуючи тим самим велика різноманітність органічних сполук. На сьогоднішній день науці відомі 20 мільйонів таких речовин. У той час як мінеральних сполук лише півмільйона.

Кожне з'єднання індивідуальне, але має й безліч схожих рис з іншими властивостями, будовою та складом, на цій основі відбувається угруповання в класи речовин. Хімія має високий рівень систематизації та організації, це точна наука.

Неорганічні речовини

1. Оксиди - бінарні сполуки з киснем:

а) кислотні – при взаємодії з водою дають кислоту;

б) основні – при взаємодії з водою дають основу.

2. Кислоти - речовини, що складаються з одного або кількох протонів водню та кислотного залишку.

3. Основи (луги) - складаються з однієї або кількох гідроксильних груп та атома металу:

а) амфотерні гідроксиди - виявляють властивості і кислот та основ.

4. Солі - результат між кислотою та лугом (розчинною основою), складаються з атома металу та одного або декількох кислотних залишків:

а) кислі солі – аніон кислотного залишку має у складі протон, результат неповної дисоціації кислоти;

б) основні солі – з металом пов'язана гідроксильна група, результат неповної дисоціації основи.

Органічні сполуки

Класів речовин в органіці безліч, такий обсяг інформації складно відразу запам'ятати. Головне, знати основні поділи на аліфатичні та циклічні сполуки, карбоциклічні та гетероциклічні, граничні та ненасичені. Також вуглеводні мають безліч похідних, в яких атом гідрогену заміщений на галоген, кисень, азот та інші атоми, а також функціональні групи.

Речовина в хімії – це основа існування. Завдяки органічному синтезу людина на сьогоднішній день має величезну кількість штучних речовин, що замінюють натуральні, а також не мають аналогів за своїми характеристиками у природі.

Відносна молекулярна маса - маса (а. е. м.) 6,02 × 10 23 молекул складної речовини. Чисельно дорівнює молярній масі, але відрізняється розмірністю.

1. Атоми в молекулах з'єднані один з одним у певній послідовності. Зміна цієї послідовності призводить до утворення нової речовини з новими властивостями.
2. З'єднання атомів відбувається відповідно до їх валентності.
3. Властивості речовин залежать не тільки від їх складу, а й від «хімічної будови», тобто від порядку з'єднання атомів у молекулах та характеру їхнього взаємного впливу. Найбільше впливають один на одного атоми, безпосередньо пов'язані між собою.

Тепловий ефект реакції- це теплота, яка виділяється чи поглинається системою при перебігу у ній хімічної реакції. Залежно від того, відбувається реакція з виділенням теплоти або супроводжується поглинанням теплоти, розрізняють екзо- та ендотермічні реакції. До перших, як правило, відносяться всі реакції з'єднання, а до других - реакції розкладання.

Швидкість хімічної реакції- Зміна кількості однієї з реагуючих речовин за одиницю часу в одиниці реакційного простору.

Внутрішня енергія системи- сумарна енергія внутрішньої системи, що включає енергію взаємодії та руху молекул, атомів, ядер, електронів в атомах, внутрішньоядерну та інші види енергії, крім кінетичної та потенційної енергії системи, як цілого.

Стандартна ентальпія (теплота) утворення складної речовини- тепловий ефект реакції утворення 1 молячи цієї речовини з простих речовин, що знаходяться у стійкому агрегатному стані за стандартних умов (= 298 К та тиску 101 кПа).

Хімічний елемент, проста та складна речовина, алотропія. Відносна атомна та молекулярна маси, моль, молярна маса. Валентність, ступінь окиснення, хімічний зв'язок, структурна формула.

Практикум: Розрахунки за хімічними формулами, хімічними рівняннями. Розв'язання задач на знаходження хімічної формули речовини. Розв'язання задач із використанням поняття «молярна маса». Обчислення за хімічними рівняннями, якщо одна з речовин взята в надлишку, якщо одна речовина містить домішки. Розв'язання завдань визначення виходу продукту реакції.

Хімія - це наука про речовини, їх властивості та перетворення, що відбуваються в результаті хімічних реакцій, а також про фундаментальні закони, яким ці перетворення підкоряються. Оскільки всі речовини складаються з атомів, які завдяки хімічним зв'язкам здатні формувати молекули, то хімія займається переважно вивченням взаємодій між атомами і молекулами, отриманими в результаті таких взаємодій.

Хімічний елемент - певний вид атома, що має назву, порядковий номер, і положення в таблиці Менделєєва називають хімічним елементом. В даний час відомо 118 хімічних елементів, закінчуючи Uuo (Ununoctium – Унуноктій). Кожен елемент позначений символом, який представляє одну або дві літери з його латинської назви (водень позначений літерою H – першою літерою його латинської назви Hydrogenium).

Речовина - вид матерії з певними хімічними та фізичними властивостями. Сукупність атомів, атомних частинок чи молекул, що у певному агрегатному стані. З речовин складаються фізичні тіла (мідь – речовина, а мідна монета – фізичне тіло).

Проста речовина – речовина, що складається з атомів одного хімічного елемента: водень, кисень тощо.

Складна речовина – речовина, що складається з атомів різних хімічних елементів: кислоти, вода та ін.

Алотропія - це здатність деяких хімічних елементів існувати у вигляді двох або декількох простих речовин, різних за будовою та властивостями. Наприклад: алмаз і вугілля складаються з одного й того самого елемента - вуглецю.

Відносна атомна маса. Відносною атомною масою елемента називають відношення абсолютної маси атома до 1/12 частини абсолютної маси атома ізотопу вуглецю 12С. Позначають відносну атомну масу елемента символом Аr, де r - Початкова літера англійського слова relative (відносний).

Відносна молекулярна маса. Відносною молекулярною масою Мr називають відношення абсолютної маси молекули до 1/12 маси атома ізотопу вуглецю 12С.

Зверніть увагу на те, що відносні маси за визначенням є безрозмірними величинами.

Таким чином, мірою відносних атомних та молекулярних мас обрано 1/12 частину маси атома ізотопу вуглецю 12С, яка називається атомною одиницею маси (а.е.м.):

Міль. У хімії надзвичайне значення має особлива величина – кількість речовини.

Кількість речовини визначається кількістю структурних одиниць (атомів, молекул, іонів або інших частинок) цієї речовини, вона позначається зазвичай n і виражається в молях (моль).

Моль - це одиниця кількості речовини, що містить стільки ж структурних одиниць даної речовини, скільки атомів міститься в 12 г вуглецю, що складається тільки з ізотопу 12С.

Число Авогадро. Визначення моля базується на числі структурних одиниць, що містяться у 12 г вуглецю. Встановлено, що маса вуглецю містить 6,02× 1023 атомів вуглецю. Отже, будь-яка речовина кількістю 1 моль містить 6,02×1023 структурних одиниць (атомів, молекул, іонів).

Число частинок 6,02 × 1023 називається числом Авогадро або постійною Авогадро і позначається NA:

N A = 6,02 × 10 23 моль -1

Молярна маса. Для зручності розрахунків, які проводяться на підставі хімічних реакцій та враховують кількість вихідних реагентів та продуктів взаємодії в молях, вводиться поняття молярної маси речовини.

Молярна маса M речовини є відношенням його маси до кількості речовини:
де г - маса в грамах, n - кількість речовини в молях, М - молярна маса в г/моль - постійна величина кожної даної речовини.
Значення молярної маси чисельно збігається із відносною молекулярною масою речовини або відносною атомною масою елемента.

Валентність – здатність атомів хімічних елементів утворювати певну кількість хімічних зв'язків з атомами інших елементів або кількість зв'язків, які може утворювати речовину.

Ступінь окислення (окислювальне число, формальний заряд) - допоміжна умовна величина для запису процесів окислення, відновлення та окислювально-відновних реакцій, чисельна величина електричного заряду, що приписується атому в молекулі в припущенні, що електронні пари, що здійснюють зв'язок, повністю зміщені у бік більш атомів.
Уявлення про рівень окислення покладено основою класифікації та номенклатури неорганічних сполук.

Ступінь окислення відповідає заряду іона або формальному заряду атома в молекулі або у формульній одиниці, наприклад:

Na + Cl - , Mg 2+ Cl 2 - , N -3 H 3 - , C +2 O -2 , C +4 O 2 -2 , Cl + F - , H + N +5 O -2 3 , C -4 H 4 + K +1 Mn +7 O -2 4 .

Ступінь окиснення вказується зверху над символом елемента. На відміну від вказівки заряду іона, при вказівці ступеня окислення першим ставиться знак, а потім чисельне значення, а чи не навпаки.

H + N +3 O -2 2 - ступінь окислення, H + N 3 + O 2-2 - заряди.

Ступінь окислення атома в простій речовині дорівнює нулю, наприклад:

O 0 3, Br 0 2, C 0 .

Алгебраїчна сума ступенів окислення атомів у молекулі завжди дорівнює нулю:

H + 2 S +6 O -2 4 , (+1 2) + (+6 1) + (-2 4) = +2 +6 -8 = 0

Хімічний зв'язок, взаємне тяжіння атомів, що призводить до утворення молекул та кристалів. Прийнято говорити, що у молекулі чи кристалі між сусідніми атомами існують хімічні зв'язку. Хімічний зв'язок визначається взаємодією між зарядженими частинками (ядрами та електронами). Основні характеристики хімічного зв'язку – міцність, довжина, полярність.

Властивості - сукупність ознак за якими одні речовини відрізняються від інших, вони бувають хімічними та фізичними.

Фізичні властивості - ознаки речовини, при характеристиці яких речовина не змінює свій хімічний склад. (Щільність, агрегатний стан, температури плавлення і кипіння і т.п.)

Хімічні властивості - здатність речовин взаємодіяти з іншими речовинами або зміняться під дією певних умов. Результатом є перетворення однієї речовини або речовин на інші речовини.