С простыми веществами. Простые и сложные вещества — Гипермаркет знаний
Все вещества, о которых мы говорим в школьном курсе химии, принято делить на простые и сложные. Простые вещества - это такие вещества, в состав молекул которых входят атомы одного и того же элемента. Атомарный кислород (O), молекулярный кислород (O2) или просто кислород, озон (O3), графит, алмаз - это примеры простых веществ, которые образуют химические элементы кислород и углерод. Сложные вещества делятся на органические и неорганические. Среди неорганических веществ, прежде всего выделяют следующие четыре класса: окислы (или оксиды), кислоты (кислродные и безкислородные), основания (растворимые в воде основания называются щелочами) и соли. Соединения неметаллов (исключая кислород и водород) не входят в эти четыре класса, мы будем их называть условно "и другие сложные вещества".
Простые вещества принято делить на металлы, неметаллы и инертные газы. К металлам относятся все химические элементы, у которых идет заполнение d- и f-подуровней, это в 4-ом периоде элементы: Sc - Zn, в 5-ом периоде: Y - Cd, в 6-ом периоде: La - Hg, Ce - Lu, в 7 периоде Ac - Th - Lr. Если теперь среди оставшихся элементов провести линию от Be к At, то слева и внизу от нее будут расположены металлы, а справа и вверху - неметаллы. В 8 группе Периодической системы расположены инертные газы. Элементы, расположенные на диагонали: Al, Ge, Sb, Po (и некоторые другие. Например, Zn) в свободном состоянии обладают свойствами металлов, а гидроксиды обладают свойствами и оснований, и кислот, т.е. являются амфотерными гидроксидами. Поэтому эти элементы можно считать металло-неметаллами, занимающими промежуточное положение между металлами и неметаллами. Таким образом, классификация химических элементов зависит от того, какими свойствами будут обладать их гидроксиды: основными - значит это металл, кислотными - неметалл, и теми и другими (в зависимости от условий) - металло-неметалл. Один и тот же химический элемент в соединениях с низшей положительной степенью окисления (Mn+2, Cr+2) проявляет ярко выраженные "металлические" свойства, а в соединениях с максимальной положительной степенью окисления (Mn+7, Cr+6) проявляет свойства типичного неметалла. Чтобы увидеть взаимосвязь простых веществ, оксидов, гидроксидов и солей приведем сводную таблицу.
При изучении материала предыдущих параграфов, вы уже познакомились с некоторыми веществами. Так, например, молекула газа водорода, состоит из двух атомов химического элемента водорода – Н + Н = Н2.
Простые вещества – вещества, в состав которых входят атомы одного вида
К простым веществам, из числа известных вам веществ, относят: кислород, графит, серу, азот, все металлы: железо, медь, алюминий, золото и т.д. Сера состоит только из атомов химического элемента серы, а графит состоит из атомов химического элемента углерода.
Нужно четко различать понятия «химический элемент» и «простое вещество» . Например, алмаз и углерод – не одно и тоже. Углерод – химический элемент, а алмаз – простое вещество, образованное химическим элементов углеродом. В данном случае химический элемент (углерод) и простое вещество (алмаз) называются по-разному. Часто химический элемент и отвечающее ему простое вещество называются одинаково. Например, элементу кислороду, соответствует простое вещество – кислород.
Различать, где идет речь об элементе, а где о веществе, необходимо научиться! Например, когда говорят, что кислород входит в состав воды – речь идет об элементе кислороде. Когда говорят, что кислород – это газ, необходимый для дыхания – здесь идет речь о простом веществе кислороде.
Простые вещества химических элементов подразделяют на две группы – металлы и неметаллы.
Металлы и неметаллы кардинально отличаются по своим физическим свойствам. Все металлы при нормальных условиях твердые вещества, исключение составляет ртуть – единственный жидкий металл . Металлы непрозрачны, обладают характерным металлическим блеском. Металлы пластичны, хорошо проводят тепло и электрический ток.
Неметаллы не похожи друг на друга по физическим свойствам. Так, водород, кислород, азот – газы, кремний, сера, фосфор – твердые вещества. Единственный жидкий неметалл – бром – жидкость коричнево-красного цвета.
Если провести условную линию от химического элемента бора к химическому элементу астату, то в длинном варианте Периодической Системы над линией расположены неметаллические элементы, а под ней – металлические . В коротком варианте Периодической Системы под этой линией расположены неметаллические элементы, а над ней – как металлические, так и неметаллические элементы. Значит, определять, является элемент металлическим или неметаллическим, удобнее по длинному варианту Периодической Системы. Это деление условное, поскольку все элементы так или иначе проявляют как металлические, так и неметаллические свойства, но в большинстве случаев такое распределение соответствует действительности.
Сложные вещества и их классификация
Если в состав простых веществ входят атомы только одного вида, несложно догадаться, что в состав сложных веществ будут входить несколько видов различных атомов, как минимум двух. Примером сложного вещества является вода, ее химическая формула вам известна – Н2О . Молекулы воды состоят из двух видов атомов: водорода и кислорода.
Сложные вещества – вещества, в состав которых входят атомы различных видов
Проведем следующий эксперимент. Смешаем порошки серы и цинка. Поместим смесь на металлический лист и подожжем при помощи деревянной лучины. Смесь загорается и быстро сгорает ярким пламенем. После завершения химической реакции образовалось новое вещество, в состав которого входят атомы серы и цинка. Свойства этого вещества совершенно другие, нежели свойства исходных веществ – серы и цинка.
Сложные вещества принято делить на две группы: неорганические вещества и их производные и органические вещества и их производные. Например, каменная соль – это неорганическое вещество, а крахмал, содержащийся в картофеле – органическое вещество.
Типы строения веществ
По типу частиц, входящих в состав веществ, вещества делят на вещества молекулярного и немолекулярного строения.
В состав вещества могут входить различные структурные частицы, такие как атомы, молекулы, ионы. Следовательно, существует три типа веществ: вещества атомного, ионного и молекулярного строения. Вещества различного типа строения будут иметь различные свойства.
Вещества атомного строения
Примером веществ атомного строения могут быть вещества, образованные элементом углеродом: графит и алмаз . В состав этих веществ входят только атомы углерода, но свойства этих веществ очень сильно отличаются. Графит – хрупкое, легко расслаивающееся вещество серо-черного цвета. Алмаз – прозрачный, один из самых твердых на планете, минерал. Почему вещества, состоящие из одного типа атомов, имеют различные свойства? Все дело в строении этих веществ. Атомы углерода в графите и алмазе соединяются различным способом. Вещества атомного строения имеют высокие температуры кипения и плавления, как правило, нерастворимы в воде, нелетучи.
Кристаллическая решетка – вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла
Вещества молекулярного строения
Вещества молекулярного строения – это практически все жидкости и большинство газообразных веществ. Существуют и кристаллические вещества, в состав кристаллической решетки которых входят молекулы. Вода – вещество молекулярного строения. Лед также имеет молекулярное строение, но в отличие от жидкой воды, имеет кристаллическую решетку, где все молекулы строго упорядочены. Вещества молекулярного строения имеют невысокие температуры кипения и плавления, как правило хрупкие, не проводят электрический ток.
Вещества ионного строения
Вещества ионного строения – это твердые кристаллические вещества. Примером вещества ионного соединения может быть поваренная соль. Ее химическая формула NaCl. Как видим, NaCl состоит из ионов Na+ и Cl⎺, чередующихся в определенных местах (узлах) кристаллической решетки. Вещества ионного строения имеют высокие температуры плавления и кипения, хрупкие, как правило, хорошо растворимы в воде, не проводят электрический ток.
Понятия «атом», «химический элемент» и «простое вещество» не следует смешивать.
- «Атом» – конкретное понятие, так как атомы существуют реально.
- «Химический элемент» – это собирательное, абстрактное понятие; в природе химический элемент существует в виде свободных или химически связанных атомов, то есть простых и сложных веществ.
Названия химических элементов и соответствующих простых веществ совпадают в большинстве случаев.
Когда мы говорим о материале или компоненте смеси – например, колба наполнена газообразным хлором, водный раствор брома, возьмём кусочек фосфора, – мы говорим о простом веществе. Если же мы говорим, что в атоме хлора содержится 17 электронов, вещество содержит фосфор, молекула состоит из двух атомов брома, то имеем в виду химический элемент.
Нужно различать свойства (характеристики) простого вещества (совокупности частиц) и свойства (характеристики) химического элемента (изолированного атома определенного вида), см. таблицу ниже:
Сложные вещества необходимо отличать от смесей , которые тоже состоят из разных элементов.
Количественное соотношение компонентов смеси может быть переменным, а химические соединения имеют постоянный состав.
Например, в стакан чая вы можете внести одну ложку сахара, или несколько, а молекулы сахарозы С12Н22О11 содержит точно 12 атомов углерода, 22 атома водорода и 11 атомов кислорода.
Таким образом, состав соединений можно описать одной химической формулой, а состав смеси – нет.
Компоненты смеси сохраняют свои физические и химические свойства. Например, если смешать железный порошок с серой, то образуется смесь двух веществ. И сера, и железо в этой смеси сохраняют свои свойства: железо притягивается магнитом, а сера не смачивается водой и плавает по ее поверхности.
Если же сера и железо прореагируют друг с другом, образуется новое соединение с формулой FeS , не имеющее свойств ни железа, ни серы, но обладающее набором собственных свойств. В соединении FeS железо и сера связаны друг с другом, и разделить их методами, которыми разделяют смеси, нельзя.
Таким образом, вещества можно классифицировать по нескольким параметрам:
Выводы из статьи по теме Простые и сложные вещества
- Простые вещества – вещества, в состав которых входят атомы одного вида
- Простые вещества делят на металлы и неметаллы
- Сложные вещества – вещества, в состав которых входят атомы различных видов
- Сложные вещества делят на органические и неорганические
- Существуют вещества атомного, молекулярного и ионного строения, их свойства различны
- Кристаллическая решетка – вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла
Об атомах и химических элементах
Другого ничего в природе нет
ни здесь, ни там, в космических глубинах:
все - от песчинок малых до планет -
из элементов состоит единых.
С. П. Щипачев, «Читая Менделеева».
В химии кроме терминов “атом” и “молекула” часто употребляется понятие “элемент” . Что общего и чем эти понятия различаются?
Химический элемент – это атомы одного и того же вида . Так, например, все атомы водорода – это элемент водород; все атомы кислорода и ртути – соответственно элементы кислород и ртуть.
В настоящее время известно более 107 видов атомов, то есть более 107 химических элементов. Нужно различать понятия “химический элемент”, “атом” и “простое вещество”
Простые и сложные вещества
По элементному составу различают простые вещества , состоящие из атомов одного элемента (H 2 , O 2 ,Cl 2 , P 4 , Na, Cu, Au), и сложные вещества , состоящие из атомов разных элементов (H 2 O,NH 3 , OF 2 , H 2 SO 4 , MgCl 2 ,K 2 SO 4).
В настоящее
время известно 115 химических элементов, которые образуют около 500простых
веществ.
Самородное золото - простое вещество.
Способность одного элемента существовать в виде различных простых веществ, отличающихся по свойствам, называется аллотропией .Например, элемент кислород O имеет две аллотропные формы - дикислород O 2 и озон O 3 с различным числом атомов в молекулах.
Аллотропные формы элемента углерод C - алмаз и графит - отличаются строение их кристаллов.Существуют и другие причины аллотропии.
химическими соединениями , например оксид ртути(II) HgO (получается путем соединения атомов простых веществ - ртути Hg и кислорода O 2), бромид натрия(получается путем соединения атомов простых веществ - натрия Na и брома Br 2).
Итак, подытожим вышесказанное. Молекулы вещества бывают двух видов:
1. Простые – молекулы таких веществ состоят из атомов одного вида. В химических реакциях не могут разлагаться с образованием нескольких более простых веществ.
2. Сложные – молекулы таких веществ состоят из атомов разного вида. В химических реакциях могут разлагаться с образованием более простых веществ.
Различие понятий “химический элемент” и “простое вещество”
Отличить понятия “химический элемент” и “простое вещество” можно при сравнении свойств простых и сложных веществ. Например, простое вещество – кислород – бесцветный газ, необходимый для дыхания, поддерживающий горение. Мельчайшая частица простого вещества кислорода – молекула, которая состоит из двух атомов. Кислород входит также всостав оксида углерода (угарный газ) и воды. Однако, в состав воды и оксида углерода входит химически связанный кислород, который не обладает свойствами простого вещества, в частности он не может быть использован для дыхания. Рыбы, например, дышат не химически связанным кислородом, входящим в состав молекулы воды, а свободным, растворенным в ней. Поэтому, когда речь идет о составе каких – либо химических соединений, следует понимать, что в эти соединения входят не простые вещества, а атомы определенного вида, то есть соответствующие элементы.
При разложении сложных веществ, атомы могут выделяться в свободном состоянии и соединяясь, образовывать простые вещества. Простые вещества состоят из атомов одного элемента. Различие понятий «химический элемент» и «простое вещество» подтверждается и тем, что один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ. Например, атомы элемента кислорода могут образовать двухатомные молекулы кислорода и трехатомные – озона. Кислород и озон – совершенно различные простые вещества. Этим объясняется тот факт, что простых веществ известно гораздо больше, чем химических элементов.
Пользуясь понятием «химический элемент», можно дать такое определение простым и сложным веществам:
Простыми называют такие вещества, которые состоят из атомов одного химического элемента.
Сложными называют такие вещества, которые состоят из атомов разных химических элементов.
Отличие понятий «смесь» и «химическое соединение»
Сложные вещества часто называют химическими соединениями.
Попробуйте ответить на вопросы:
1.Чем отличаются по составу смеси от химических соединений?
2. Сопоставьте свойства смесей и химических соединений?
3. Какими способами можно разделить на составляющие компоненты смеси и химического соединения?
4. Можно ли судить по внешним признакам об образовании смеси и химического соединения?
Сравнительная характеристика смесей и химических
|
Вопросы для сопоставления смесей с химическими соединениями |
Сопоставление |
|
|
Смеси |
Химические соединения |
|
|
Чем отличаются по составу смеси от химических соединений? |
Вещества можно смешивать в любых соотношениях, т.е. состав смесей переменный |
Состав химических соединений постоянный. |
|
Сопоставьте свойства смесей и химических соединений? |
Вещества в составе смесей сохраняют свои свойства |
Вещества, образующие соединения, свои свойства не сохраняют, так как образуется химическое соединений с другими свойствами |
|
Какими способами можно разделить на составляющие компоненты смеси и химического соединения? |
Вещества можно разделить физическими способами |
Химические соединения можно разложить только с помощью химических реакций |
|
Можно ли судить по внешним признакам об образовании смеси и химического соединения? |
Механическое смешивание не сопровождается выделением теплоты или другими признаками химических реакций |
Об образовании химического соединения можно судить по признакам химических реакций |
Задания для закрепления
I. Поработайте с тренажёрами
II. Решите задание
NaCl, H 2 SO 4 , K, S 8 , CO 2 , O 3 , H 3 PO 4 , N 2 , Fe.
Объясните ваш выбор, в каждом из случаев.
III. Ответьте на вопросы
№1
Сколько
простых веществ записано в ряду формул:
H 2 O, N 2 , O 3 , HNO 3 , P 2 O 5 ,
S, Fe, CO 2 , KOH.
№2
К
сложным относятся оба вещества:
А) С (уголь) и S (сера);
Б) CO 2 (углекислый газ)и H 2 O (вода);
В) Fe (железо) и CH 4 (метан);
Г) H 2 SO 4 (серная кислота) и H 2 (водород).
№3
Выберите
правильное утверждение:
Простые вещества состоят из атомов одного вида.
А) Верно
Б) Неверно
№4
Для
смесей характерно то, что
А) Они имеют постоянный состав;
Б) Вещества в составе "смеси" не сохраняют свои индивидуальные
свойства;
В) Вещества в "смесях" можно разделить физическими свойствами;
Г) Вещества в "смесях" можно разделить при помощи химической реакции.
№5
Для
"химических соединений" характерно следующее:
А) Переменный состав;
Б) Вещества, в составе "химического соединения"можно разделить
физическими способами;
В) Об образовании химического соединения можно судить по признакам химических
реакций;
Г) Постоянный состав.
№6
В каком
случае идёт речь о железе
как о химическом элементе
?
А) Железо - это металл, который притягивается магнитом;
Б) Железо входит с состав ржавчины;
В) Для железа характерен металлический блеск;
Г) В состав сульфида железа входит один атом железа.
№7
В каком
случае идёт речь о кислороде как о простом веществе?
А) Кислород - это газ, поддерживает дыхание и горение;
Б) Рыбы дышат кислородом, растворённым в воде;
В) Атом кислород входит в состав молекулы воды;
Г) Кислород входит в состав воздуха.
Все вещества можно разделить на простые и сложные. Простыми называются такиевещества, молекулы которых состоят из атомов одного и того же элемента. Молекулы простых веществ могут состоять из одного (например, Не, Мg, Кr), двух (например, Cl 2 , Н 2 , N 2) и большего числа атомов (например, О 3 , S 8) одного элемента. Простые вещества могут быть металлами (например, железо, медь) и неметаллами (например, сера, азот).
Сложными веществами или химическими соединениями называются такие вещества, молекулы которых состоят из атомов двух и более элементов. Например NO 2 , AgCL, NaOH.
УПРАЖНЕНИЕ 1 Укажите, какие из веществ, состав которых выражается формулами: Na, H 2 S, O 2 , H 2 O, являются простыми, какие сложными? Выразите состав последнего соединения в процентах (по массе).
ОТВЕТ Простыми веществами являются натрий (Na), кислород (О 2), состоящие из атомов одного элемента, сероводород (H 2 S) и вода (H 2 O) – сложные вещества, их молекулы состоят из атомов различных элементов.
По формулам химических соединений можно определить мольную массу вещества, его количественный состав, т.е. содержание (в отношениях масс или процентах) каждого элемента в данном веществе.
Мольная масса Н 2 О равна 18 г/моль, что составляет 100%. Водорода в соединении – 2 моля атомов, а кислорода – 1 моль атомов, что составляет в процентах (по массе): % Н 2 = 2·100/ 18 = 11,1
% О 2 = 16·100/18=88,9
ЗАДАНИЕ1 (для самоконтроля)
1.В приведенных примерах укажите простые и сложные вещества:
а) алмаз, углекислый газ, озон, поваренная соль:
б) графит, фосфорит, сероводород, сера;
в) кислород, сернистый газ, гашёная известь, магний.
Укажите, из атомов каких элементов состоит каждое вещество.
2.Выразите состав в процентах (по массе) приведенных ниже соединений: а) H 2 S, FeO; б) CuS, CaO; в) Fe 2 O 3 , H 2 SO 4 ; г) FeCL 3 , SO 3 ; д) CO 2 , Cu 2 S.
3.Укажите, какие из веществ, состав которых выражается следующими формулами, являются сложными: S 8 , Cu 2 S, SO 3 , Na, NH 4 OH? Укажите, из атомов каких элементов они состоят.
4.Какой из оксидов богаче по содержанию железа; FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ?
5.Какое из соединений: Cu 2 S, CuS, CuSO 4 содержит больше серы?
СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ И ВАЛЕНТНОСТЬ АТОМОВ
Степень окисления (С.О.) – это условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предложения о чисто ионном характере химической связи. Степень окисления может иметь отрицательное, положительное и нулевое значение, которое обозначают арабскими цифрами со знаком ""+"" или ""-"" и ставят над символом элемента, например: Cl 2 0 ,K + 2 O -2 , H + N +5 O -2
Исходя из основных положений атомно-молекулярного учения, можно дать определения простого и сложного вещества .
Простыми веществами называются вещества, состоящие из атомов одного химического элемента.
Например:
O 2 , N 2 , S 8 .
Сложными веществами называются вещества, состоящие из атомов различных химических элементов.
Например:
Н 2 О, Н 2 SО 4 , CuCl 2 .
Следует заметить, что такое сложное вещество, как, например, вода Н 2 О, состоит не из водорода и кислорода (это названия простых веществ – водорода – Н 2 и кислорода – O 2), а из атомов элемента водорода – Н и атомов элемента кислорода – O.
Некоторые химические элементы способны образовывать несколько простых веществ, отличающихся друг от друга по строению и свойствам. В настоящее время известно более 400 простых веществ. Так, элемент углерод образует простые вещества: графит, алмаз, карбин и фулерен . При сгорании каждого из этих веществ образуется только оксид углерода (IV) СО 2 . Это подтверждает то, что эти простые вещества состоят из атомов одного и того же элемента С углерода.
Явление, при котором один и тот же элемент может образовать несколько простых веществ, называется аллотропией , а образуемые при этом простые вещества – аллотропными модификациями.
Примером аллотропных модификаций могут быть простые вещества – кислород О 2 и озон О 3 , образованные атомами одного и того же элемента – кислорода.
Явление аллотропии вызывается двумя причинами:
различным числом атомов в молекуле, например, кислород О 2 и озон О 3 ,
различным строением кристаллической решетки и образованием различных кристаллических форм, например, алмаз, графит, карбин и фулерен.
Способность вещества участвовать в тех или иных химических реакциях характеризует химические свойства вещества.
Химические явления (процессы) – это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие вещества.
Если в результате протекания процесса химическая природа вещества не меняется, то такие процессы считаются физическими .
Примерами физических процессов традиционно считаются изменения агрегатного состояния вещества: плавление ионных кристаллов некоторых солей, плавление металлов, испарение воды и других жидкостей и т.д.
Следует заметить, что такой процесс, как растворение, считают физико-химическим , и, в данном случае, границы между химическими и физическими явлениями достаточно условны.
Принято различать чистые (химически чистые) вещества и смеси веществ.
Чистыми или индивидуальными веществами называют вещества, состоящие из частиц одного вида (содержащие одинаковые структурные единицы).
Примерами могут служить серебро (содержит только атомы серебра), серная кислота и оксид углерода (IV) (содержат только молекулы соответствующих веществ).
Чистые вещества характеризуются постоянством физических свойств, например, температурой плавления (Т пл) и температурой кипения (Т кип).
Вещество не является чистым, если содержит какое-либо количество одного или нескольких других веществ – примесей.
Если система образована смешиванием нескольких чистых веществ, причем их свойства при этом не изменились и ее можно разделить с помощью физических методов на исходные вещества, то такая система называется смесью . Почва, морская вода, воздух – все это примеры различных смесей. Вещества, входящие в состав смеси, называются компонентами . Содержание компонентов в смеси может меняться в широких пределах.
Многие смеси могут быть разделены на составные части – компоненты – на основании различия их физических свойств. Среди большого числа методов, используемых для разделения и очистки веществ, можно назвать:
фильтрование,
отстаивание с последующей декантацией,
разделение с помощью делительной воронки,
центрифугирование,
выпаривание,
кристаллизация,
перегонка (в том числе фракционная перегонка),
хроматография,
возгонка и другие.
Следует заметить, что на практике вещества, называемые «чистыми», являются таковыми лишь условно. Очистка веществ представляет сложную задачу и получение абсолютно чистых веществ, содержащих структурные единицы только одного вида, практически невозможно.
