Які елементи утворюють прості речовини. Складні речовини та їх класифікація

У попередньому розділі було сказано, що утворювати зв'язки один з одним можуть не лише атоми одного хімічного елемента, але також атоми різних елементів. Речовини, утворені атомами одного хімічного елемента називають простими речовинами, а речовини, утворені атомами різних хімічних елементів, — складними. Деякі звичайні речовини мають молекулярну будову, тобто. складаються із молекул. Наприклад, молекулярну будову мають такі речовини, як кисень, азот, водень, фтор, хлор, бром, йод. Кожна з цих речовин утворена двоатомними молекулами, тому їх формули можна записати як O2, N2, H2, F2, Cl2, Br2 та I2 відповідно. Як можна помітити, прості речовини можуть мати однакову назву з елементами, що їх утворюють. Тому слід чітко розрізняти ситуації, коли йдеться про хімічний елемент, а коли про просту речовину.

Нерідко прості речовини мають не молекулярну, а атомну будову. У таких речовинах атоми можуть утворювати один з одним зв'язки різних типів, які будуть розглянуті трохи пізніше. Речовами подібної будови є всі метали, наприклад залізо, мідь, нікель, а також деякі неметали - алмаз, кремній, графіт і т.д. Для цих речовин зазвичай характерно не тільки збіг назви хімічного елемента з назвою ним утвореної речовини, але також ідентичні запис формули речовини та позначення хімічного елемента. Наприклад, хімічні елементи залізо, мідь та кремній, що мають позначення Fe, Cu та Si, утворюють прості речовини, формули яких Fe, Cu та Si відповідно. Існує також невелика група простих речовин, що складаються з розрізнених атомів, що ніяк не пов'язані між собою. Такі речовини є газами, які називають, зважаючи на їхню вкрай низьку хімічну активність, шляхетні. До них відносяться гелій (Не), неон (Ne), аргон (Аr), криптон (Кr), ксенон (Хе), радон (Rn).

Оскільки лише відомих простих речовин налічується близько 500, то логічно випливає висновок про те, що для багатьох хімічних елементів характерне явище, яке називається алотропією.

Алотропія – явище, коли хімічний елемент може утворювати кілька простих речовин. Різні хімічні речовини, утворені одним хімічним елементом називають алотропними модифікаціями або алотропами.

Так, наприклад, хімічний елемент кисень може утворювати дві прості речовини, одна і яких має назву хімічного елемента – кисень. Кисень як речовина і двохатомних молекул, тобто. формула його O2. Саме це з'єднання входить до складу життєво необхідного нам повітря. Іншою алотропною модифікацією кисню є триатомний газ озон, формула якого O 3 . Незважаючи на те, що і озон, і кисень утворені одним хімічним елементом, їхня хімічна поведінка дуже різна: озон відрізняється набагато більшою активністю в порівнянні з киснем в реакціях з тими ж речовинами. Крім того, дані речовини відрізняються одна від одної за фізичними властивостями вже як мінімум через те, що молекулярна маса озону більша, ніж у кисню в 1,5 рази. Це призводить до того, що його щільність у газоподібному стані також більша в 1,5 рази.

Багато хімічних елементів схильні утворювати алотропні модифікації, що відрізняються один від одного особливостями будови кристалічних ґрат. Так, наприклад, на малюнку 5, ви можете бачити схематичні зображення фрагментів кристалічних решіток алмазу та графіту, які є алотропними модифікаціями вуглецю.

Малюнок 5. Фрагменти кристалічних грат алмазу (а) та графіту (б)

Крім того, вуглець може мати молекулярну будову: така структура спостерігається у такого типу речовин, як фулерени. Речовини цього типу утворені молекулами вуглецю сферичної форми. На малюнку 6 представлені 3D моделі молекули фулерену с60 та футбольного м'яча для порівняння. Зверніть увагу на їх цікаву схожість.

Малюнок 6. Молекула фулерену С60 (а) та футбольний м'яч (б)

Складні речовини – це речовини, що складаються з атомів різних елементів. Вони так само, як і прості речовини, можуть мати молекулярну та немолекулярну будову. Немолекулярний тип будови складних речовин може бути різноманітнішим, ніж у простих. Будь-які складні хімічні речовини можуть бути отримані прямою взаємодією простих речовин, або послідовністю їх взаємодій один з одним. Важливо усвідомлювати один факт, який полягає в тому, що властивості складних речовин як фізичні, так і хімічні сильно відрізняються від властивостей простих речовин, з яких вони отримані. Наприклад, кухонна сіль, що має форум NaCl і являє собою безбарвні прозорі кристали, може бути отримана взаємодією натрію, що є металом з характерними для металів властивостями (блиск і електропровідність), з хлором Cl 2 - газом жовто-зеленого кольору.

Сірчана кислота H 2 SO 4 може бути утворена серією послідовних перетворень з простих речовин - водню H 2 сірки S і кисню O 2 . Водень — газ легший за повітря, що утворює з повітрям вибухові суміші, сірка — тверда речовина жовтого кольору, здатна горіти, і кисень — газ трохи важчий за повітря, в якому можуть горіти багато речовин. Сірчана кислота, яка може бути отримана з даних простих речовин, являє собою важку маслянисту рідину, що володіє сильними водовіднімними властивостями, через які багато речовини організує органічного походження.

Очевидно, що крім індивідуальних хімічних речовин, бувають також їх суміші. Переважно саме сумішами різних речовин утворений світ навколо нас: сплави металів, продукти харчування, напої, різні матеріали, з яких складаються навколишні предмети.

Наприклад, повітря, яким ми дихаємо, складається в основному з азоту N 2 (78%), життєво необхідного нам кисню (21%), 1%, що залишився, припадає на домішки інших газів (вуглекислий газ, благородні гази та ін).

Суміші речовин поділяють на гомогенні та гетерогенні. Гомогенними сумішами називають такі суміші, які не мають меж розділу фаз. Гомогенними сумішами є суміш спирту та води, сплави металів, розчин солі та цукру у воді, суміші газів і т.д. Гетерогенними сумішами називають такі суміші, які мають межу розділу фаз. До сумішей такого типу можна віднести суміш піску та води, цукру та солі, суміш олії та води та ін.

Речовини, у тому числі складаються суміші, називають компонентами.

Суміші простих речовин на відміну хімічних сполук, які можна одержати з цих простих речовин, зберігають властивості кожного компонента.

Головна відмінність між ними – у їхньому складі. Так, найпростіші речовини включають атоми одного елемента. Їхні (прості речовини) кристали можна синтезувати в лабораторних, а іноді і в домашніх умовах. Проте часто зберігання отриманих кристалів необхідно створювати певні умови.

Існує п'ять класів, на які розділені прості речовини: метали, напівметали, неметали, інтерметаліди та галогени (які не зустрічаються в природі). Вони можуть бути атомарними (Ar, Не) або молекулярними (О2, Н2, О3) газами.

Як приклад можна взяти просту речовину кисень. Воно включає молекули, що складаються із двох атомів елемента Кисень. Або, наприклад, речовина залізо складається з кристалів, що включають лише атоми елемента Залізо. Історично прийнято називати просту речовину за назвою елемента, атоми якого входять до його складу. Будова цих сполук може бути молекулярною та немолекулярною.

Складні речовини включають атоми різного виду і при розкладанні можуть утворювати дві (або більше) сполуки. Наприклад, вода при розщепленні формує кисень та водень. При цьому не кожну сполуку можна розкласти на прості речовини. Наприклад, сульфід заліза, сформований атомами сірки та заліза, не піддається розщепленню. У цьому випадку, для того, щоб довести, що з'єднання є складним і включає різнорідні атоми, застосовують принцип зворотної реакції. Іншими словами, за допомогою вихідних компонентів одержують сульфід заліза.

Прості речовини є формами хімічних елементів, що у вільному вигляді. Сьогодні науці відомо понад чотириста видів цих елементів.

На відміну від складних речовин, прості не можна одержати з інших простих речовин. Їх також не можна розкласти інші з'єднання.

Всі алотропні модифікації мають властивість переходити один в одного. Різні типи простих речовин, сформовані одним хімічним елементом, можуть мати різні та різні рівні хімічної активності. Так, наприклад, кисень виявляє меншу, ніж озон, активність, а температура плавлення фулерену, наприклад, менше, ніж у алмазу.

У нормальних умовах для одинадцяти елементів прості речовини будуть газами (Ar, Xe, Rn, N, H, Ne, O, F, Kr, Cl, He,), для двох рідини (Br, Hg), а для інших елементів - Тверді тіла.

При температурі, наближеній до кімнатної, п'ять металів прийматимуть рідкий або напіврідкий стан. Це пов'язано з тим, що температура їхнього плавлення майже дорівнює Так, ртуть і рубідій плавляться при 39 градусах, францій - при 27, цезій - при 28, а галій при 30 градусах.

Слід зазначити, що поняття "хімічний елемент", "атом", "проста речовина" не слід змішувати. Приміром, атом має певне, конкретне значення і реально. Визначення "хімічний елемент" є загалом абстрактним, збірним. У природі елементи присутні у вигляді атомів вільних чи хімічно пов'язаних. При цьому характеристики простих речовин (сукупності частинок) та хімічних елементів (ізольованих атомів конкретного виду) мають свої особливості.

Усі речовини поділяються на прості та складні.

Прості речовини- Це речовини, які складаються з атомів одного елемента.

У деяких простих речовин атоми одного елемента з'єднуються один з одним і утворюють молекули. Такі прості речовини мають молекулярна будова. До них відносяться: , . Усі ці речовини складаються з двоатомних молекул. (Зверніть увагу, що назви простих речовин збігаються із назвами елементів!)

Інші прості речовини мають атомна будова, Т. е. складаються з атомів, між якими існують певні зв'язки. Прикладами таких простих речовин є всі ( , і т. д.) та деякі ( , та ін). Не лише назви, а й формули цих простих речовин збігаються із символами елементів.

Існує також група простих речовин, які називаються . До них відносяться: гелій Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Хе, радон Rn. Ці прості речовини складаються з не пов'язаних один з одним атомів.

Кожен елемент утворює як мінімум одну просту речовину. Деякі елементи можуть утворювати не одну, а дві чи кілька простих речовин. Це називається алотропией.

Алотропія- це утворення декількох простих речовин одним елементом.

Різні прості речовини, які утворюються тим самим хімічним елементом, називаються алотропними видозмінами (модифікаціями).

Алотропні модифікації можуть відрізнятися одна від одної складом молекул. Наприклад, елемент кисень утворює дві прості речовини. Одне з них складається з двоатомних молекул 2 і має таку ж назву, як і елемент- . Інша проста речовина складається з триатомних молекул 3 і має власну назву - озон.

Кисень О 2 і озон О 3 мають різні фізичні та хімічні властивості.

Алотропні модифікації можуть бути твердими речовинами, які мають різну будову кристалів. Прикладом є алотропні модифікації вуглецю С – алмаз та графіт.

Число відомих простих речовин (приблизно 400) значно більше, ніж число хімічних елементів, оскільки багато елементів можуть утворювати дві або кілька алотропних модифікацій.

Складні речовини- Це речовини, які складаються з атомів різних елементів.

Приклади складних речовин: НCl, Н 2 O, NaCl, 2 , H 2 SO 4 і т. д.

Складні речовини часто називають хімічними сполуками. У хімічних сполуках властивості простих речовин, у тому числі утворюються ці сполуки, не зберігаються. Властивості складної речовини відрізняються від властивостей простих речовин, у тому числі вона утворюється.

Наприклад, хлорид натрію NaCl може утворитися з простих речовин - металевого натрію Na і газоподібного хлору Сl Фізичні та хімічні властивості NaCl відрізняються від властивостей Na і Cl 2 .

У природі, зазвичай, зустрічаються не чисті речовини, а суміші речовин. У практичній діяльності ми зазвичай використовуємо суміші речовин. Будь-яка суміш складається з двох або більшої кількості речовин, які називаються компонентами суміші.

Наприклад, повітря є сумішшю кількох газоподібних речовин: кисню Про 2 (21 % за обсягом), (78%), та інших. Сумішами є розчини багатьох речовин, сплави деяких металів тощо.

Суміші речовин бувають гомогенними (однорідними) та гетерогенними (неоднорідними).

Гомогенні суміші- це суміші, у яких між компонентами немає поверхні поділу.

Гомогенними є суміші газів (зокрема повітря), рідкі розчини (наприклад, розчин цукру у воді).

Гетерогенні суміші- це суміші, у яких компоненти поділяються поверхнею розділу.

До гетерогенних відносяться суміші твердих речовин (пісок + порошок крейди), суміші нерозчинних одна в одній рідин (вода + олія), суміші рідин і нерозчинних у ньому твердих речовин (вода + крейда).

Найважливіші відмінності сумішей від хімічних сполук:

1. У сумішах властивості окремих речовин (компонентів) зберігаються.
2. Склад сумішей не є незмінним.

Хімія відноситься до природничих наук. Вона вивчає склад, будову, властивості та перетворення речовин, а також явища, що супроводжують ці перетворення.

Речовина є однією з основних форм існування матерії. Речовина як форма матерії складається з окремих частинок різного ступеня складності і має власну масу, так звану мою

масою спокою.

1. Прості та складні речовини. Алотропія.

Усі речовини можна розділити на прості і складні .

Прості речовини складаються з атомів одного хімічного елемента, складні - З атомів декількох хімічних елементів.

Хімічний елемент - це певний вид атомів із однаковим зарядом ядра. Отже, атом - це найдрібніша частка хімічного елемента.

Концепція проста речовина не можна ототожнювати з поняттям

хімічний елемент . Хімічний елемент характеризується певним позитивним зарядом атома, ізотопним складом, хімічними властивостями. Властивості елементів відносяться до окремих атомів. Проста речовина характеризується певною щільністю, розчинністю, температурами плавлення та кипіння тощо. Ці властивості ставляться до сукупності атомів й у різних простих речовин різні.

Проста речовина - це форма існування хімічного елемента у вільному стані. Багато хімічних елементів утворюють кілька простих речовин, різних за будовою та властивостями. Це явище називається алотропією , а утворюють речовини - алотропними видозмінами . Так, елемент кисень утворює дві алотропні модифікації – кисень та озон, елемент вуглець – алмаз, графіт, карбін, фулерен.

Явище алотропії викликається двома причинами: різним числом атомів у молекулі (наприклад, кисень Про 2 та азон Про 3 ) або утворенням різних кристалічних форм (наприклад, вуглець утворює такі алотропні модифікації: алмаз, графіт, карбін, фулерен), карбін був відкритий в 1968 р (А.Сладков, Росія), а фулерен в 1973 р теоретично (Д.Бочвар, Росія) , а 1985г - експериментально (Г.Крото і Р.Смоллі, США).

Складні речовини складаються не з простих речовин, та якщо з хімічних елементів. Так водень і кисень, що входять до складу води, містяться у воді не у вигляді газоподібних водню та кисню з їх характерними властивостями, а у вигляді елементів - водню та кисню.

Найдрібнішою частинкою речовин, що мають молекулярну структуру, є молекула, яка зберігає хімічні властивості цієї речовини. Згідно з сучасними уявленнями з молекул складаються в основному речовини, що знаходяться в рідкому та газоподібному стані. Більшість твердих речовин (в основному неорганічних) складається не з молекул, а з інших частинок (іонів, атомів). Не мають молекулярної структури солі, оксиди металів, алмаз, метали та ін.

1. Відносна атомна маса

Сучасні методи дослідження дозволяють визначити надзвичайно малі маси атомів із більшою точністю. Так, наприклад, маса атома водню становить 1,674  10 -27 кг, вуглецю – 1,993  10 -26 кг.

У хімії зазвичай застосовуються не абсолютні значення атомних мас, а відносні. У 1961 р за одиницю атомної маси прийнято атомна одиниця маси (скорочено а.е.м.), яка є 1/12 частина маси атома ізотопу вуглецю 12 З.

Більшість хімічних елементів мають атоми із різною масою (ізотопи). Тому відносною атомною масою (або просто атомною масою) А rхімічного елемента називається величина, що дорівнює відношенню середньої маси атома елемента до 1/12 маси атома вуглецю 12 З.

Атомні маси елементів позначають А r, де індекс r- Початкова буква англійського слова relative - Відносний. Записи A r (H), A r (O), A r (C)означають: відносна атомна маса водню, відносна атомна маса кисню, відносна атомна маса вуглецю.

Відносна атомна маса одна з основних характеристик хімічного елемента.

Прості та складні речовини. Хімічний елемент

Про атоми та хімічні елементи

У хімії крім термінів "атом" та "молекула" часто вживається поняття "елемент". Що спільного і чим ці поняття різняться?

Хімічний елемент - Це атоми одного і того ж виду. Приміром, всі атоми водню – це елемент водень; всі атоми кисню та ртуті – відповідно елементи кисень та ртуть.

Нині відомо понад 107 видів атомів, тобто понад 107 хімічних елементів. Потрібно розрізняти поняття "хімічний елемент", "атом" та "проста речовина"

Прості та складні речовини

За елементним складом розрізняють прості речовини, що складаються з атомів одного елемента (H2, O2, Cl2, P4, Na, Cu, Au), і складні речовини, що складаються з атомів різних елементів (H2O, NH3, OF2, H2SO4, MgCl2, K2SO4) .

В даний час відомо 115 хімічних елементів, що утворюють близько 500 простих речовин.

Самородне золото – проста речовина.

Здатність одного елемента існувати у вигляді різних простих речовин, що відрізняються за властивостями, називається алотропією. Наприклад, елемент кисень O має дві алотропні форми - дикисень O2 та озон O3з різним числом атомів у молекулах.

Алотропні форми елемента вуглець C – алмаз та графіт – відрізняються будовою їх кристалів. Існують і інші причини алотропії.

Алотропні форми вуглецю:

графіт:

алмаз:

Складні речовини часто називають хімічними сполуками, наприклад, оксид ртуті(II) HgO (виходить шляхом з'єднання атомів простих речовин - ртуті Hg і кисню O2), бромід натрію (виходить шляхом з'єднання атомів простих речовин - натрію Na і брому Br2).

Отже, підсумуємо сказане вище. Молекули речовини бувають двох видів:

1. Прості– молекули таких речовин складаються із атомів одного виду. У хімічних реакціях що неспроможні розкладатися з утворенням кількох простіших речовин.

2.Складні– молекули таких речовин складаються із атомів різного виду. У хімічних реакціях можуть розкладатися з утворенням простіших речовин.

Різниця понять "хімічний елемент" та "проста речовина"

Відрізнити поняття "хімічний елемент" та "проста речовина" можна при порівнянні властивостей простих та складних речовин. Наприклад, проста речовина - кисень - безбарвний газ, необхідний для дихання, що підтримує горіння. Найдрібніша частка простої речовини кисню – молекула, що складається з двох атомів. Кисень входить також у склад оксиду вуглецю (чадний газ) та води. Однак, до складу води та оксиду вуглецю входить хімічно зв'язаний кисень, який не має властивостей простої речовини, зокрема він не може бути використаний для дихання. Риби, наприклад, дихають не хімічно зв'язаним киснем, що входить до складу молекули води, а вільним, розчиненим у ній. Тому, коли йдеться про склад якихось хімічних сполук, слід розуміти, що в ці сполуки входять не прості речовини, а атоми певного виду, тобто відповідні елементи.

При розкладанні складних речовин атоми можуть виділятися у вільному стані і з'єднуючись, утворювати прості речовини. Прості речовини складаються із атомів одного елемента. Відмінність понять «хімічний елемент» і «проста речовина» підтверджується і тим, що той самий елемент може утворювати кілька простих речовин. Наприклад, атоми елемента кисню можуть утворити двоатомні молекули кисню та триатомні – озону. Кисень та озон – зовсім різні прості речовини. Цим пояснюється те що, що простих речовин відомо набагато більше, ніж хімічних елементів.

Користуючись поняттям «хімічний елемент», можна дати таке визначення простим і складним речовинам:

Простиминазивають такі речовини, які з атомів одного хімічного елемента.

Складниминазивають такі речовини, які з атомів різних хімічних елементів.

Відмінність понять «суміш» та «хімічна сполука»

Складні речовини часто називають хімічними сполуками.

Здійсніть перехід за посиланням та перегляньте досвід взаємодії простих речовин заліза та сірки.

Спробуйте відповісти на запитання:

1.Чим відрізняються за складом суміші від хімічних сполук?

2. Зіставте властивості сумішей та хімічних сполук?

3. Якими способами можна поділити на складові компоненти суміші та хімічної сполуки?

4. Чи можна судити за зовнішніми ознаками про утворення суміші та хімічної сполуки?

Порівняльна характеристика сумішей та хімічних з'єднань

Завдання для закріплення

I. Попрацюйте з тренажерами

Тренажер №1

Тренажер №2

Тренажер №3

ІІ. Розв'яжіть завдання

Із запропонованого списку речовин випишіть окремо прості та складні речовини:

NaCl, H2SO4, K, S8, CO2, O3, H3PO4, N2, Fe.

Поясніть ваш вибір у кожному з випадків.

ІІІ. Дайте відповідь на питання

№1

Скільки простих речовин записано у ряді формул:

H2O, N2, O3, HNO3, P2O5, S, Fe, CO2, KOH.

№2

До складних належать обидві речовини:

А) С (вугілля) та S (сірка);

Б) CO2 (вуглекислий газ) та H2O (вода);

В) Fe (залізо) та CH4 (метан);

Г) H2SO4 (сірчана кислота) та H2 (водень).

№3

Виберіть правильне твердження:

Прості речовини складаються із атомів одного виду.

А) Правильно

Б) Невірно

№4

Для сумішей характерно те, що

а) вони мають постійний склад;

Б) Речовини у складі "суміші" не зберігають свої індивідуальні властивості;

В) Речовини у "сумішах" можна розділити фізичними властивостями;

Г) Речовини у "сумішах" можна розділити за допомогою хімічної реакції.

№5

Для "хімічних сполук" характерно таке:

А) Змінний склад;

Б) Речовини, у складі "хімічної сполуки" можна розділити фізичними способами;

В) Про утворення хімічної сполуки можна будувати висновки за ознаками хімічних реакцій;

г) Постійний склад.

№6

У якому разі йдеться про залізо як про хімічний елемент?

А) Залізо – це метал, який притягується магнітом;

Б) Залізо входить до складу іржі;

В) Для заліза характерний металевий блиск;

Г) До складу сульфіду заліза входить один атом заліза.

№7

У якому випадку йдеться про кисень як про просту речовину?

А) Кисень - це газ, підтримує дихання та горіння;

Б) Риби дихають киснем, розчиненим у воді;

В) атом кисень входить до складу молекули води;

Г) Кисень входить до складу повітря.