Складні речовини в список хімії. Складні речовини та їх класифікація
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.
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.
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.
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.
Під хімічним елементомрозуміють сукупність атомів з однаковим позитивним зарядом ядра та з певним набором властивостей. Атоми того самого хімічного елемента, з'єднуючись, утворюють проста речовина. При поєднанні атомів різних хімічних елементів виникають складні речовини (хімічні сполуки)або суміші. Відмінність хімічних сполук від сумішей полягає в тому, що:
Вони мають нові властивості, яких не було у простих речовин, з яких вони були отримані;
Їх неможливо механічно поділити на складові;
Хімічні елементи у складі може бути лише у суворо певних кількісних співвідношеннях.
Деякі хімічні елементи (вуглець, кисень, фосфор, сірка) здатні існувати як кілька простих речовин. Це явище зветься алотропії, а різновиди простих речовин одного і того ж хімічного елемента називаються його алотропними модифікаціями(Змінами).
Завдання
1.1. Чого більше існує у природі: хімічних елементів чи простих речовин? Чому?
1.2. Чи правильне твердження, що сірка та залізо до складу сульфіду заліза входять як речовини? Якщо ні, то яка правильна відповідь?
1.3. Назвіть алотропні модифікації кисню. Чи відрізняються вони за своїми властивостями? Якщо так, то як?
1.4. Яка з алотропних модифікацій кисню хімічно активніша і чому?
1.5. Простими речовинами або хімічними елементами є цинк, сірка та кисень у наступних реакціях:
1) СuSО 4 + Zn = ZnSO 4 + Cu;
2) S + O 2 = SO 2;
3) Zn + 2HC1 = ZnCl 2 + H 2 ;
4) Zn+S=ZnS;
5) 2H 2 0 = 2H 2 + O 2 .
1.6. Чи можна з однієї простої речовини отримати іншу просту речовину? Дати вмотивовану відповідь.
1.7. При згорянні деякої речовини в кисні виходять оксид сірки (IV), азот та вода. Які хімічні елементи утворюють вихідну речовину?
1.8. Вказати, до простих або складних речовин відносяться: Н 2 О, С1 2 , NaOH, O 2 , HNO 3 , Fe, S, ZnSO 4 , N 2 , AgCl, I 2 , A1 2 O 3 , O 3 ?
1.9. Для яких хімічних елементів відомі аллотропні модифікації? Назвіть ці зміни.
1.10. Чи можливий перехід хімічного елемента з однієї алотропної модифікації до іншої? Навести приклади.
1.11. Які хімічні елементи мають на увазі, коли говорять про алмаз, озон?
1.12. Які речовини є хімічними сполуками, а які - сумішами:
2) повітря;
4) сірчана кислота;
1.13. Як довести, що хлорид натрію відноситься до складних речовин?
1.14. Назвіть три алотропні модифікації вуглецю.
1.15. Як називаються і чим відрізняються одна від одної алотропні модифікації фосфору?
1.16. Як називаються і чим відрізняються одна від одної алотропні модифікації сірки?
1.17. Вказати, яке із тверджень правильно і чому - до складу сульфату барію входять:
1) прості речовини барій, сірка, кисень;
2) хімічні елементи барій, сірка, кисень.
1.18. Скільки літрів аміаку може бути отримано із суміші 10 літрів азоту та 30 літрів водню?
1.19. Скільки літрів водяної пари утворюється із суміші 10 літрів водню та 4 літрів кисню? Який газ і в якому обсязі залишиться надміру?
1.20. Скільки грамів сульфіду цинку (ZnS) може утворитися із суміші 130 г цинку та 48 г сірки?
1.22. Чим є розчин спирту у воді – сумішшю чи хімічною сполукою?
1.23. Чи може складна речовина складатися з атомів одного виду?
1.24. Які з перерахованих нижче речовин є сумішами і які хімічними сполуками:
1) бронза;
2) ніхром;
3) гас;
4) калійна селітра:
5) каніфоль;
6) суперфосфат.
1.25. Дана суміш Cl 2 + HCl + CaCl 2 + H 2 O.
1) Скільки у суміші різних речовин;
2) Скільки у суміші молекул хлору;
3) Скільки у суміші атомів хлору;
4) Скільки молекул різних речовин міститься у суміші.
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.
При вивченні матеріалу попередніх параграфів ви вже познайомилися з деякими речовинами. Так, наприклад, молекула газу водню, що складається з двох атомів хімічного елемента водню – Н + Н = Н2.
Прості речовини – речовини, до складу яких входять атоми одного виду
До простих речовин, серед відомих вам речовин, відносять: кисень, графіт, сірку, азот, всі метали: залізо, мідь, алюміній, золото і т.д. Сірка складається з атомів хімічного елемента сірки, а графіт складається з атомів хімічного елемента вуглецю.
Потрібно чітко розрізняти поняття "хімічний елемент"і «проста речовина». Наприклад, алмаз та вуглець – не одне й теж. Вуглець – хімічний елемент, а алмаз – проста речовина, утворена хімічним елементом вуглецем. В даному випадку хімічний елемент (вуглець) та проста речовина (алмаз) називаються по-різному. Часто хімічний елемент і просту речовину, що відповідає йому, називаються однаково. Наприклад, елементу кисню відповідає проста речовина – кисень.
Розрізняти, де йдеться про елемент, а де про речовину, треба навчитися! Наприклад, коли кажуть, що кисень входить до складу води – йдеться про елемент кисню. Коли кажуть, що кисень – це газ, необхідний для дихання – тут йдеться про просту речовину кисню.
Прості речовини хімічних елементів поділяють на дві групи. метали та неметали.
Метали та неметаликардинально відрізняються за своїми фізичними властивостями. Усі метали за нормальних умов тверді речовини, виняток становить ртуть – єдиний рідкий метал. Метали непрозорі, мають характерний металевий блиск. Метали пластичні, добре проводять тепло та електричний струм.
Неметали не схожі один на одного за фізичними властивостями. Так, водень, кисень, азот – гази, кремній, сірка, фосфор – тверді речовини. Єдиний рідкий неметал – бром – рідина коричнево-червоного кольору.
Якщо провести умовну лінію від хімічного елемента бору до хімічного елементу астату, то у довгому варіанті Періодичної Системи над лінією розташовані неметалеві елементи, а під нею – металеві. У короткому варіанті Періодичної Системи під цією лінією розташовані неметалеві елементи, а над нею як металеві, так і неметалеві елементи. Отже, визначати, чи є елемент металевим або неметалевим, зручніше за довгим варіантом Періодичної Системи. Цей поділ умовний, оскільки всі елементи однак проявляють як металеві, і неметалеві властивості, але здебільшого такий розподіл відповідає дійсності.
Складні речовини та їх класифікація
Якщо до складу простих речовин входять атоми лише одного виду, нескладно здогадатися, що до складу складних речовин входитимуть кілька видів різних атомів, як мінімум двох. Прикладом складної речовини є вода, її хімічна формула вам відома. Н2О. Молекули води складаються з двох видів атомів: водню та кисню.
Складні речовини– речовини, до складу яких входять атоми різних видів
Проведемо наступний експеримент.Змішаємо порошки сірки та цинку. Помістимо суміш на металевий лист і підпалимо за допомогою дерев'яної скіпки. Суміш спалахує і швидко згоряє яскравим полум'ям. Після завершення хімічної реакції утворилася нова речовина, до складу якої входять атоми сірки та цинку. Властивості цієї речовини зовсім інші, ніж властивості вихідних речовин - сірки та цинку.
Складні речовини прийнято ділити на дві групи: неорганічні речовини та їх похідні та органічні речовини та їх похідні.Наприклад, кам'яна сіль – це неорганічна речовина, а крохмаль, що міститься в картоплі – органічна речовина.
Типи будови речовин
За типом частинок, що входять до складу речовин, речовини поділяють на речовини молекулярної та немолекулярної будови.
До складу речовини можуть входити різні структурні частинки, такі як атоми, молекули, іони.Отже, існує три типи речовин: речовини атомної, іонної та молекулярної будови. Речовини різного типу будівлі матимуть різні властивості.
Речовини атомної будови
Приклад речовин атомної будови можуть бути речовини, утворені елементом вуглецем: графіт та алмаз. До складу цих речовин входять лише атоми вуглецю, але властивості цих речовин дуже відрізняються. Графіт- Тендітна, легко розшаровується речовина сіро-чорного кольору. Алмаз– прозорий, один із найтвердіших на планеті, мінерал. Чому речовини, що складаються з одного типу атомів, мають різні властивості? Вся справа у будові цих речовин. Атоми вуглецю в графіті та алмазі з'єднуються у різний спосіб. Речовини атомної будови мають високі температури кипіння та плавлення, як правило, нерозчинні у воді, нелеткі.
Кристалічні грати – допоміжний геометричний образ, що вводиться для аналізу будови кристала
Речовини молекулярної будови
Речовини молекулярної будови– це практично всі рідини та більшість газоподібних речовин. Існують і кристалічні речовини, до складу кристалічних ґрат яких входять молекули. Вода – речовина молекулярної будови. Лід також має молекулярну будову, але, на відміну від рідкої води, має кристалічну решітку, де всі молекули суворо впорядковані. Речовини молекулярної будови мають невисокі температури кипіння та плавлення, як правило, крихкі, не проводять електричний струм.
Речовини іонної будови
Речовини іонної будови – це тверді кристалічні речовини. Прикладом речовини іонної сполуки може бути кухонна сіль. Її хімічна формула NaCl. Як бачимо, NaCl складається з іонів Na+ та Cl⎺,чергуються у певних місцях (вузлах) кристалічних ґрат. Речовини іонної будови мають високі температури плавлення та кипіння, крихкі, як правило, добре розчиняються у воді, не проводять електричний струм.
Поняття «атом», «хімічний елемент» та «проста речовина» не слід змішувати.
- "Атом"– конкретне поняття, оскільки атоми реально.
- "Хімічний елемент"- Це збірне, абстрактне поняття; у природі хімічний елемент існує у вигляді вільних чи хімічно пов'язаних атомів, тобто простих та складних речовин.
Назви хімічних елементів та відповідних простих речовин збігаються здебільшого.
Коли ми говоримо про матеріал або компонент суміші - наприклад, колба наповнена газоподібним хлором, водний розчин брому, візьмемо шматочок фосфору, - ми говоримо про просту речовину. Якщо ж говоримо, що у атомі хлору міститься 17 електронів, речовина містить фосфор, молекула і двох атомів брому, маємо у вигляді хімічний елемент.
Потрібно розрізняти властивості (характеристики) простої речовини (сукупності частинок) та властивості (характеристики) хімічного елемента (ізольованого атома певного виду), див.
Складні речовини необхідно відрізняти від сумішейякі теж складаються з різних елементів.
Кількісне співвідношення компонентів суміші може бути змінним, а хімічні сполуки мають незмінний склад.
Наприклад, у склянку чаю ви можете внести одну ложку цукру або кілька, а молекули сахарози С12Н22О11містить точно 12 атомів вуглецю, 22 атоми водню та 11 атомів кисню.
Таким чином, склад сполук можна описати однією хімічною формулою, а склад суміші – ні.
Компоненти суміші зберігають свої фізичні та хімічні властивості. Наприклад, якщо змішати залізний порошок із сіркою, то утворюється суміш двох речовин. І сірка, і залізо у цій суміші зберігають свої властивості: залізо притягується магнітом, а сірка не змочується водою і плаває її поверхнею.
Якщо ж сірка та залізо прореагують один з одним, утворюється нова сполука з формулою FeS, що не має властивостей ні заліза, ні сірки, але має набір власних властивостей. У поєднанні FeSзалізо та сірка пов'язані один з одним, і розділити їх методами, якими розділяють суміші, не можна.
Таким чином, речовини можна класифікувати за кількома параметрами:
Висновки із статті на тему Прості та складні речовини
- Прості речовини- Речовини, до складу яких входять атоми одного виду
- Прості речовини ділять на метали та неметали
- Складні речовини– речовини, до складу яких входять атоми різних видів
- Складні речовини поділяють на органічні та неорганічні
- Існують речовини атомної, молекулярної та іонної будови, їх властивості різні
- Кристалічна решітка- Допоміжний геометричний образ, що вводиться для аналізу будови кристала
