Lihtsad ja keerulised ained. Keemiline element
Aatomitest ja keemilistest elementidest
Keemias kasutatakse lisaks mõistetele "aatom" ja "molekul" sageli ka mõistet "element". Mis on neil mõistetel ühist ja mille poolest need erinevad?
Keemiline element on sama tüüpi aatomid. Näiteks kõik vesinikuaatomid on vesiniku element; kõik hapniku ja elavhõbeda aatomid on vastavalt hapnik ja elavhõbe.
Praegu on teada rohkem kui 107 tüüpi aatomeid, see tähendab rohkem kui 107 keemilist elementi. On vaja eristada mõisteid "keemiline element", "aatom" ja "lihtne aine".
Lihtsad ja keerulised ained
Elementaarse koostise järgi eristavad nad lihtaineid, mis koosnevad ühe elemendi aatomitest (H2, O2,Cl2, P4, Na, Cu, Au) ja kompleksaineid, mis koosnevad erinevate elementide (H2O, NH3, OF2, H2SO4) aatomitest. , MgCl2, K2SO4).
Praegu on teada 115 keemilist elementi, mis moodustavad umbes 500 lihtainet.
Looduslik kuld on lihtne aine.
Ühe elemendi võimet eksisteerida erinevate omaduste poolest erinevate lihtainete kujul nimetatakse allotroopiaks. Näiteks elemendil hapnik O on kaks allotroopset vormi – dihapnik O2 ja osoon O3, mille molekulides on erinev arv aatomeid.
Elemendi süsinik C allotroopsed vormid - teemant ja grafiit - erinevad oma kristallide struktuuri poolest Allotroopia põhjuseid on teisigi.
Süsiniku allotroopsed vormid:
grafiit:
teemant:
Keerulisi aineid nimetatakse sageli keemilisteks ühenditeks, näiteks elavhõbe(II)oksiid HgO (saadud lihtsate ainete aatomite - elavhõbeda Hg ja hapniku O2 kombineerimisel), naatriumbromiidiks (saadud lihtsate ainete - naatrium Na ja broom Br2 aatomite kombineerimisel) .
Niisiis, teeme ülaltoodu kokkuvõtte. Aine molekule on kahte tüüpi:
1. Lihtne– selliste ainete molekulid koosnevad sama tüüpi aatomitest. Keemilistes reaktsioonides ei saa nad laguneda mitmeks lihtsamaks aineks.
2.Kompleksne– selliste ainete molekulid koosnevad erinevat tüüpi aatomitest. Keemilistes reaktsioonides võivad nad laguneda, moodustades lihtsamaid aineid.
Erinevus mõistete "keemiline element" ja "lihtne aine" vahel
Mõisteid "keemiline element" ja "lihtne aine" saab eristada, kui võrrelda lihtsate ja keerukate ainete omadusi. Näiteks lihtaine – hapnik – on värvitu gaas, mis on vajalik hingamiseks ja põlemise toetamiseks. Lihtaine hapniku väikseim osake on molekul, mis koosneb kahest aatomist. Hapnik sisaldub ka süsinikmonooksiidis (süsinikmonooksiid) ja vees. Vesi ja vingugaas sisaldavad aga keemiliselt seotud hapnikku, millel pole lihtaine omadusi, eriti ei saa seda kasutada hingamiseks. Kalad näiteks ei hinga mitte keemiliselt seotud hapnikku, mis on veemolekuli osa, vaid selles lahustunud vaba hapnikku. Seega, kui me räägime mis tahes keemiliste ühendite koostisest, tuleks mõista, et need ühendid ei sisalda lihtsaid aineid, vaid teatud tüüpi aatomeid, see tähendab vastavaid elemente.
Keeruliste ainete lagunemisel võivad aatomid vabaneda vabas olekus ja ühineda, moodustades lihtsaid aineid. Lihtained koosnevad ühe elemendi aatomitest. Mõistete “keemiline element” ja “lihtaine” erinevust kinnitab ka asjaolu, et samast elemendist võib moodustada mitu lihtainet. Näiteks elemendi hapniku aatomid võivad moodustada kaheaatomilisi hapnikumolekule ja kolmeaatomilisi osoonimolekule. Hapnik ja osoon on täiesti erinevad lihtained. See seletab tõsiasja, et lihtsaid aineid tuntakse palju rohkem kui keemilisi elemente.
Kasutades mõistet "keemiline element", saame lihtsatele ja keerukatele ainetele anda järgmise määratluse:
Lihtne nimetatakse aineteks, mis koosnevad ühe keemilise elemendi aatomitest.
Kompleksne nimetatakse aineteks, mis koosnevad erinevate keemiliste elementide aatomitest.
Erinevus mõistete "segu" ja "keemiline ühend" vahel
Kompleksseid aineid nimetatakse sageli keemilisteks ühenditeks.
Järgige linki ja vaadake lihtsate ainete raua ja väävli koosmõju kogemusi.
Proovige vastata küsimustele:
1. Mille poolest erinevad segud koostiselt keemilistest ühenditest?
2. Võrdle segude ja keemiliste ühendite omadusi?
3. Kuidas saab segu ja keemilise ühendi komponente eraldada?
4. Kas segu või keemilise ühendi teket on võimalik väliste tunnuste järgi hinnata?
Segude ja kemikaalide võrdlevad omadused
ühendused
|
Küsimused segude sobitamiseks keemiliste ühenditega | Võrdlus |
|
Segud | Keemilised ühendid |
|
Mille poolest erinevad segud koostiselt keemilistest ühenditest? | Aineid võib segada mis tahes vahekorras, s.t. segude muutuv koostis | Keemiliste ühendite koostis on konstantne. |
Võrrelge segude ja keemiliste ühendite omadusi? | Segudes olevad ained säilitavad oma omadused | Ained, mis moodustavad ühendeid, ei säilita oma omadusi, kuna tekivad muude omadustega keemilised ühendid |
Kuidas saab segu ja keemilist ühendit lahutada selle koostisosadeks? | Aineid saab eraldada füüsikaliste vahenditega | Keemilisi ühendeid saab lagundada ainult keemiliste reaktsioonide kaudu |
Kas segu ja keemilise ühendi teket on võimalik välismärkide järgi hinnata? | Mehaanilise segamisega ei kaasne kuumuse eraldumist ega muid keemiliste reaktsioonide tunnuseid | Keemilise ühendi teket saab hinnata keemiliste reaktsioonide tunnuste järgi |
Ülesanded konsolideerimiseks
I. Töö simulaatoritega
Simulaator nr 1
Simulaator nr 2
Simulaator nr 3
II. Lahendage probleem
Pakutud ainete loendist kirjutage eraldi välja lihtsad ja keerulised ained:
NaCl, H2SO4, K, S8, CO2, O3, H3PO4, N2, Fe.
Selgitage oma valikut igal konkreetsel juhul.
III. Vasta küsimustele
№1
Kui palju lihtsaid aineid on valemite seeriasse kirjutatud:
H2O, N2, O3, HNO3, P2O5, S, Fe, CO2, KOH.
№2
Mõlemad ained on keerulised:
A) C (kivisüsi) ja S (väävel);
B) CO2 (süsinikdioksiid) ja H2O (vesi);
B) Fe (raud) ja CH4 (metaan);
D) H2SO4 (väävelhape) ja H2 (vesinik).
№3
Valige õige väide:
Lihtained koosnevad sama tüüpi aatomitest.
A) Õige
B) Vale
№4
Segudele on tüüpiline see
A) neil on püsiv koostis;
B) "Segus" olevad ained ei säilita oma individuaalseid omadusi;
C) „Segudes“ olevaid aineid saab eraldada füüsikaliste omaduste järgi;
D) Segudes olevaid aineid saab eraldada keemilise reaktsiooni abil.
№5
"Keemiliste ühendite" jaoks on tüüpilised järgmised:
A) Muutuv koostis;
B) "keemilises ühendis" sisalduvaid aineid saab eraldada füüsikaliste vahenditega;
C) Keemilise ühendi teket saab hinnata keemiliste reaktsioonide tunnuste järgi;
D) Püsiv koostis.
№6
Millisel juhul räägime rauast kui keemilisest elemendist?
A) Raud on metall, mida tõmbab magnet;
B) raud on osa roostest;
C) rauda iseloomustab metalliline läige;
D) Raudsulfiid sisaldab ühte rauaaatomit.
№7
Millisel juhul räägime hapnikust kui lihtsast ainest?
A) Hapnik on gaas, mis toetab hingamist ja põlemist;
B) Kalad hingavad vees lahustunud hapnikku;
C) hapnikuaatom on osa veemolekulist;
D) Hapnik on osa õhust.
§ 9. Liht- ja kompleksained
Olles selle teema selgeks õppinud, saate:
Eristada mõisteid “lihtsubstants” ja “keeruline aine”, liht- ja kompleksainete valemid;
Mõistma mõistet "keemiline ühend";
Too näiteid lihtsate ja keeruliste ainete kohta;
Kirjeldage teile igapäevasest kasutusest tuntud lihtsaid ja keerulisi aineid;
Tehke hinnanguid erinevate ainete kohta.
Enamikul keemiliste elementide aatomitel on võime kombineerida omavahel või teiste keemiliste elementide aatomitega. Selle tulemusena tekivad keemilised ühendid. Sõltumata nende struktuursete osakeste koostisest on nii lihtsad kui ka keerulised ained keemilised ühendid, kuna nende vahel tekivad keemilised sidemed.
Te olete juba tuttavaks saanud keemiliste elementide aatomite ehitusega. Aineid, mille komponendid on aatomid, nimetatakse aatomiteks.
Kõigi keemiliste ühendite hulgas on aga ka molekulaarseid aineid. Nende koostisosad on molekulid.
Molekulid on aine väikseimad osakesed, mis säilitavad oma keemilised omadused.
Aine jaguvuse piiriks loetakse molekuli. Kui see hävib, hävib ka aine. Molekulide iseloomulik tunnus on pidev liikumine.
Pidage oma loodusloo kursusest meeles, millist nähtust nimetatakse difusiooniks.
Iga molekul koosneb teatud arvust ühe või erineva keemilise elemendi aatomitest.
Pidage oma loodusloo kursusest meeles, kuidas ained jagunevad koostise ja päritolu järgi.
Milliseid aineid nimetatakse: a) lihtsateks; b) raske? Tooge näiteid lihtsatest ja keerukatest ainetest, mida te igapäevaelus kõige sagedamini kasutate.
Lihtained on ained, mis moodustuvad ühest keemilisest elemendist.
Näiteks lihtsad ained vesinik, hapnik, lämmastik, mis moodustuvad vastavalt keemilistele elementidele Vesinik, hapnik, lämmastik. Nende molekulid sisaldavad kahte nende elementide aatomit, mis on omavahel ühendatud (joonis 41 a, 6, c).
Element hapnik moodustab teatud tingimustel veel ühe lihtsa aine – osooni, mille molekul sisaldab kolme aatomit (joonis 41 d).
Riis. 41. Lihtainete molekulide mudelid: a - vesinik; b - hapnik; c - osoon; g - lämmastik
Kompleksained on ained, mis moodustuvad kahest või enamast keemilisest elemendist.
Komplekssed ained hõlmavad; vesi, suhkur, seep, lauasool, kriit, metaan (maagaasi komponent), süsinikdioksiid. Ained, millest koosnevad elusorganismide rakud (valgud, rasvad ja süsivesikud) on komplekssed ja sisaldavad peamiselt süsiniku, hapniku, vesiniku, lämmastiku, väävli, fosfori aatomeid ning neil on molekulaarne struktuur.
Pidage meeles, kuidas tõestada, et vesi on keeruline aine. Milliseid uurimismeetodeid kasutasid teadlased vee koostise määramiseks?
Joonisel 42 on kujutatud metaani, süsinikdioksiidi ja vee molekulide mudeleid. Metaani molekul koosneb ühest süsinikuaatomist ja neljast vesinikuaatomist, süsinikdioksiidi molekulist - ühest süsinikuaatomist ja kahest hapnikuaatomist, vee molekulist - ühest hapnikuaatomist ja kahest vesinikuaatomist.
Riis. 42. Kompleksainete molekulide mudelid: a - metaan; b - süsinikdioksiid; c - vesi
Seega liigitatakse ained olenevalt koostisest lihtsateks ja keerukateks. Ainete klassifitseerimisskeem on näidatud joonisel 43.
Riis. 43. Ainete klassifikatsioon
Lihtained: metallid ja mittemetallid. Lihtained jagunevad kahte rühma. Metallelemendid moodustavad metalle, mittemetallilised elemendid mittemetalle. Neid eristavad füüsikalised omadused.
Pidage meeles, milliste ainete füüsikaliste omadustega olete juba tuttavaks saanud. Nimetage need.
Pöördume demonstratsioonide poole ja vaatame metallide ja mittemetallide lihtainete proove. Metallidest on tehnikas, erinevates tööstusharudes ja igapäevaelus levinumad raud, tsink, alumiinium, vask, hõbe, kuld; Laboris kasutatavate mittemetallide hulka kuuluvad väävel, süsinik, punane fosfor, broom ja jood.
Pöörake tähelepanu metallide ja mittemetallide agregatsiooni olekule. Miks teie arvates broomi hoitakse suletud ampullides?
Lihtainete jagamisel metallideks ja mittemetallideks lähtutakse nende füüsikalistest omadustest (tabel 2).
tabel 2
Lihtainete füüsikalised omadused
Mittemetallid on ained, mis koosnevad enamasti molekulidest. Paljude nende molekulid on kaheaatomilised. Siiski on ka polüatomilisi molekule: juba mainitud osoon, kristalne väävel - sisaldab kaheksa väävli aatomit, valge fosfor - selle elemendi neli aatomit. Lihtsates ainetes, mis moodustuvad elemendist Süsinik, ühinevad aatomid kindlas järjekorras ilma molekule moodustamata.
Metallid koosnevad vastavate elementide aatomitest. Metallide nimed langevad sageli kokku neid moodustavate metalliliste elementide nimedega. Näiteks ained alumiinium, tsink, nikkel, kroom, magneesium, mis moodustuvad vastavatest keemilistest elementidest. Aine vask koosneb aga elemendi Cuprum aatomitest, hõbe - Argentum, kuld - Aurum, elavhõbe - elavhõbe, raud - raud. Mittemetallide, elementide ja lihtainete nimetused langevad kokku väikese hulga ainete puhul (tabel 3).
Tabel C
Keemiliste elementide ja lihtainete nimetused
|
Metallist |
Mittemetallne |
||
|
Keemiline element |
Lihtne aine |
Keemiline element |
Lihtne aine |
|
Alumiiniumist |
alumiiniumist |
||
|
Argentum |
|||
|
elavhõbe |
hapnikku |
||
Laborikogemus 2
Liht- ja kompleksainete proovidega tutvumine
Ülesanne 1. Vaata hoolikalt sulle pankades antud aineid. Lugege silte: H 2 O (vesi), S (väävel), P (fosfor), Mg (magneesium), NaOH (naatriumhüdroksiid), C (süsinik), Fe 3 O 4 (ferum (II, III) oksiid) , Fe (raud), ZnO (tsinkoksiid), CaCO 3 (kaltsiumkarbonaat), Al (alumiinium), Zn (tsink), CaO (kaltsiumoksiid), Na 2 CO 3 (naatriumkarbonaat).
Jagage need ained kahte rühma: lihtsad ja keerulised. Lihtne klassifitseerida ained metallideks ja mittemetallideks.
Ülesanne 2. Kirjelda: a) kuidas erinevad lihtsad ja keerukad ained koostiselt; 6) milliseid kriteeriume kasutasite klassifikatsiooni koostamisel?
Ülesanne 3. Kirjeldage oma tähelepanekute põhjal ainete füüsikalisi omadusi.
Pärast ülesande täitmist kirjutage andmed oma töövihikusse tabeli kujul. Töö lõpus sõnastada järeldused.
|
ained |
ained |
Omaduste kirjeldus vaatluste põhjal |
|
|
Mittemetallid |
|||
Erinevad ained. Ainete mitmekesisus on seletatav elementide aatomite võimega omavahel kombineerida. Olenevalt sellest, millised aatomid, mis koguses ja kuidas nad ühinevad, tekib palju lihtsaid ja keerulisi aineid (joonis 44).
Riis. 44. Lihtaine väävel (a) ja liitaine ametüst (b)
Lihtaineid on veidi rohkem kui keemilisi elemente - 400, sest nagu juba teate, võib üks element (hapnik, süsinik, fosfor, väävel) moodustada kaks või enam ainet.
Tuntud on palju keerulisemaid aineid (ligi 20 miljonit). See on vesi, mille molekul sisaldab vesinikku ja hapnikku, süsinikdioksiidi - süsinikku ja hapnikku, lauasoola - naatriumi ja kloori. Nende ainete koostis sisaldab ainult kahte elementi - need on binaarsed ühendid. Märkimisväärne hulk aineid koosneb aga kolmest või enamast elemendist. Seega sisaldab glükoos kolme elementi: süsinik, vesinik ja hapnik ning söögisooda sisaldab nelja elementi: naatrium, vesinik, süsinik ja hapnik.
Kõik orgaanilised ained on klassifitseeritud kompleksseteks. Lisaks on olemas terve sünteetiliste ja tehisühendite ekstraheerimise tööstus, millel on tohutu tööstuslik ja majapidamise eesmärk.
Pidage oma loodusloo kursusest meeles, milliseid aineid nimetatakse anorgaanilisteks ja orgaanilisteks. Tooge näiteid anorgaaniliste ja orgaaniliste ühendite kohta.
Normaaltingimustes (temperatuur 0 °C, rõhk 101,3 kPa) on ained kolmes agregatsiooni olekus: vedel (vesi, õli, alkohol), tahke (tsink, raud, väävel, fosfor, süsinik, vask) ja gaasiline (vesinik, hapnik, osoon, lämmastik, süsinikdioksiid, inertgaasid).
TEEME KOKKUVÕTE, MIS OLEME ÕPPINUD
Ained jagunevad lihtsateks ja keerukateks.
Komplekssed ained moodustuvad kahest või enamast keemilisest elemendist. neid on palju rohkem kui lihtsaid.
Iga lihtsat ja keerulist ainet iseloomustavad teatud omadused, st märgid, mille järgi saab tuvastada nende sarnasusi ja erinevusi.
Komplekssed ained on orgaanilise ja anorgaanilise päritoluga.
Ainete mitmekesisus on seletatav elementide aatomite võimega omavahel kombineerida.
ÜLESANDED TEADMISTE KONTROLLIMISEKS
1. Selgitage, mida tähendavad mõisted "molekul", "lihtaine", "keeruline aine", "keemiline ühend".
2. Too näiteid: a) liht- ja kompleksained; b) orgaanilised ja anorgaanilised ained.
3. Põhjendage, kas mõisted "keemiline ühend" ja "ainete segu" on identsed.
4. Kirjelda füüsikalisi omadusi: a) suhkur; b) vesi; c) õlid.
5. Põhjendage, miks on keerulisemaid aineid kui lihtsad.
6. Avalda oma arvamust ainete tähtsusest inimese elule ja tervisele.
HUVITAV TEADA
Inglise keemik G. Davy oli esimene, kes eraldas elektrolüüsi teel vabas olekus metallid naatriumi, kaaliumi, kaltsiumi, strontsiumi, baariumi ja magneesiumi. Need tööd tähistasid võimsate prožektorite, tuletornide jms lampide tootmise algust. Seejärel lõi teadlane ohutu kaevurilambi, mida kasutati kõikjal maailmas, kuni see asendati akutoitelambiga.
Maria Sklodowska-Curie (1867-1934) – prantsuse füüsik ja keemik, õpetaja, ühiskonnategelane. Teadus võlgneb talle kahe radioaktiivse elemendi – polooniumi ja raadiumi – avastamise ja uurimise. Raadiumi elemendi avastamisega sai alguse nahavähi ravimeetod. Oma töö eest pälvis ta kaks Nobeli preemiat, mille ta annetas Zakopanesse sanatooriumi ja Varssavi (Poola) radioloogiainstituudi ehitamiseks.
Keemia kuulub loodusteaduste hulka. Ta uurib ainete koostist, struktuuri, omadusi ja muundumisi, aga ka nendega kaasnevaid nähtusi.
Aine on üks peamisi mateeria olemasolu vorme. Aine kui ainevorm koosneb erineva keerukusastmega üksikutest osakestest ja sellel on oma mass, nn.
puhkemass.
Lihtsad ja keerulised ained. Allotroopia.
Kõik ained võib jagada lihtne Ja keeruline .
Lihtsad ained koosnevad ühe keemilise elemendi aatomitest, keeruline - mitme keemilise elemendi aatomitest.
Keemiline element - see on teatud tüüpi aatom, millel on sama tuumalaeng. Seega aatom on keemilise elemendi väikseim osake.
Kontseptsioon lihtne aine mõistega samastada
keemiline element . Keemilist elementi iseloomustab aatomituuma teatud positiivne laeng, isotoopkoostis ja keemilised omadused. Elemendi omadused viitavad selle üksikutele aatomitele. Lihtainet iseloomustab teatud tihedus, lahustuvus, sulamis- ja keemistemperatuur jne. Need omadused on seotud aatomite kogumiga ja on erinevate lihtainete puhul erinevad.
Lihtne aine - see on keemilise elemendi olemasolu vorm vabas olekus. Paljud keemilised elemendid moodustavad mitmeid lihtsaid aineid, mis erinevad struktuuri ja omaduste poolest. Seda nähtust nimetatakse allotroopia , ja moodustavad ained on allotroopsed modifikatsioonid . Seega moodustab hapnikuelement kaks allotroopset modifikatsiooni - hapnik ja osoon, süsinikelement - teemant, grafiit, karbüün, fullereen.
Allotroopia fenomeni põhjustavad kaks põhjust: erinev arv aatomeid molekulis (näiteks hapnik KOHTA 2 ja azon KOHTA 3 ) või erinevate kristallvormide teket (näiteks süsinik moodustab järgmised allotroopsed modifikatsioonid: teemant, grafiit, karabiin, fullereen), karabiin avastati 1968. aastal (A. Sladkov, Venemaa) ja fullereen avastati teoreetiliselt 1973. aastal (D . Bochvar, Venemaa) ja 1985. aastal eksperimentaalselt (G. Kroto ja R. Smalley, USA).
Komplekssed ained Need ei koosne lihtsatest ainetest, vaid keemilistest elementidest. Seega vesinik ja hapnik, mis on vee osa, sisalduvad vees mitte gaasilise vesiniku ja hapniku kujul neile iseloomulike omadustega, vaid kujul elemendid - vesinik ja hapnik.
Molekulaarse struktuuriga ainete väikseim osake on molekul, mis säilitab antud aine keemilised omadused. Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt koosnevad molekulid peamiselt vedelas ja gaasilises olekus olevatest ainetest. Enamik tahkeid aineid (peamiselt anorgaanilised) ei koosne molekulidest, vaid muudest osakestest (ioonidest, aatomitest). Soolad, metallioksiidid, teemant, metallid jne ei oma molekulaarset struktuuri.
Suhteline aatommass
Kaasaegsed uurimismeetodid võimaldavad suurema täpsusega määrata üliväikesi aatommasse. Näiteks vesinikuaatomi mass on 1,674 10 -27 kg, süsinik – 1,993 10 -26 kg.
Keemias ei kasutata traditsiooniliselt mitte aatommasside absoluutväärtusi, vaid suhtelisi väärtusi. 1961. aastal võeti kasutusele aatommassi ühik aatommassi ühik (lühendatult a.u.m.), mis on 1/12 osa süsiniku isotoobi aatomi massist 12 KOOS.
Enamikul keemilistel elementidel on erineva massiga aatomeid (isotoope). Sellepärast suhteline aatommass (või lihtsalt aatommass) A r keemilise elemendi väärtus on väärtus, mis on võrdne elemendi aatomi keskmise massi suhtega 1/12 süsiniku aatomi mass 12 KOOS.
Elementide aatommassid on A r, kus indeks r– ingliskeelse sõna algustäht sugulane - sugulane. Postitused A r (H), A r (O) A r (C) keskmine: vesiniku suhteline aatommass, hapniku suhteline aatommass, süsiniku suhteline aatommass.
Suhteline aatommass on keemilise elemendi üks peamisi omadusi.
Lihtained ja nende klassifikatsioon Eelmiste lõikude materjali uurides olete mõne ainega juba tuttavaks saanud. Näiteks gaasilise vesiniku molekul koosneb keemilise elemendi vesiniku kahest aatomist - H + H = H2. Lihtained on ained, mis sisaldavad sama tüüpi aatomeid Lihtsad teile teadaolevad ained on: hapnik, grafiit, väävel, lämmastik, kõik metallid: raud, vask, alumiinium, kuld jne. Väävel koosneb ainult keemilise elemendi väävli aatomitest, grafiit aga keemilise elemendi süsiniku aatomitest. Mõisteid on vaja selgelt eristada "keemiline element" Ja "lihtne asi". Näiteks teemant ja süsinik ei ole sama asi. Süsinik on keemiline element ja teemant on lihtne aine, mille moodustab keemiline element süsinik. Sel juhul nimetatakse keemilist elementi (süsinik) ja lihtainet (teemant) erinevalt. Sageli nimetatakse keemilist elementi ja sellele vastavat lihtainet samaks. Näiteks element hapnik vastab lihtsale ainele – hapnikule. Tuleb õppida vahet tegema, kus me räägime elemendist ja kus ainest! Näiteks kui nad ütlevad, et hapnik on osa veest, siis me räägime hapniku elemendist. Kui nad ütlevad, et hapnik on hingamiseks vajalik gaas, siis räägime lihtainest hapnikust. Keemiliste elementide lihtsad ained jagunevad kahte rühma - metallid ja mittemetallid. Metallid ja mittemetallid oma füüsikaliste omaduste poolest radikaalselt erinevad. Kõik metallid on tavatingimustes tahked ained, välja arvatud elavhõbe - ainus vedel metall. Metallid on läbipaistmatud ja neil on iseloomulik metalliline läige. Metallid on plastilised ning juhivad hästi soojust ja elektrit. Mittemetallid ei ole füüsikaliste omaduste poolest sarnased. Niisiis, vesinik, hapnik, lämmastik on gaasid, räni, väävel, fosfor on tahked ained. Ainus vedel mittemetall on broom, pruunikaspunane vedelik. Kui tõmbate keemilise elemendi boori ja keemilise elemendi astatiini vahel tavapärase joone, siis perioodilise süsteemi pikas versioonis on joone kohal mittemetallilised elemendid ja selle all - metallist. Perioodilise tabeli lühikeses versioonis on selle joone all mittemetallilised elemendid ja selle kohal nii metallilised kui ka mittemetallilised elemendid. See tähendab, et perioodilise tabeli pika versiooni abil on mugavam määrata, kas element on metallist või mittemetallist. See jaotus on meelevaldne, kuna kõigil elementidel on ühel või teisel viisil nii metallilised kui ka mittemetallilised omadused, kuid enamikul juhtudel vastab see jaotus tegelikkusele.
Komplekssed ained ja nende klassifikatsioon
Kui lihtainete koostis sisaldab ainult ühte tüüpi aatomeid, on lihtne arvata, et keeruliste ainete koostis sisaldab mitut tüüpi erinevaid aatomeid, vähemalt kahte. Keerulise aine näide on vesi; teate selle keemilist valemit - H2O. Veemolekulid koosnevad kahte tüüpi aatomitest: vesinik ja hapnik. Komplekssed ained- ained, mis sisaldavad erinevat tüüpi aatomeid Teeme järgmise katse. Sega väävli- ja tsingipulbrid. Asetage segu metallplaadile ja pange see puidust taskulambiga põlema. Segu süttib ja põleb kiiresti ereda leegiga. Pärast keemilise reaktsiooni lõppemist tekkis uus aine, mis sisaldas väävli- ja tsingiaatomeid. Selle aine omadused on täiesti erinevad lähteainete - väävli ja tsingi - omadustest. Komplekssed ained jagunevad tavaliselt kahte rühma: anorgaanilised ained ja nende derivaadid ning orgaanilised ained ja nende derivaadid. Näiteks kivisool on anorgaaniline aine ja kartulis sisalduv tärklis on orgaaniline aine.Ainete struktuuritüübid
Sõltuvalt aineid moodustavate osakeste tüübist jagatakse ained aineteks molekulaarne ja mittemolekulaarne struktuur. Aine võib sisaldada erinevaid struktuurseid osakesi, nagu aatomid, molekulid, ioonid. Järelikult on aineid kolme tüüpi: aatomi-, ioon- ja molekulaarstruktuuriga ained. Erinevat tüüpi struktuuriga ainetel on erinevad omadused.Aatomistruktuuriga ained
Aatomistruktuuriga ainete näideteks on süsiniku elemendist moodustunud ained: grafiit ja teemant. Need ained sisaldavad ainult süsinikuaatomeid, kuid nende ainete omadused on väga erinevad. Grafiit– hallikasmusta värvi habras kergesti kooriv aine. Teemant– läbipaistev, üks kõvemaid mineraale planeedil. Miks on sama tüüpi aatomitest koosnevatel ainetel erinevad omadused? Kõik sõltub nende ainete struktuurist. Grafiidi ja teemandi süsinikuaatomid ühinevad erineval viisil. Aatomstruktuuriga ainetel on kõrge keemis- ja sulamistemperatuur, need on tavaliselt vees lahustumatud ja mittelenduvad. Kristallvõre – geomeetriline abikujutis, mis võetakse kasutusele kristalli struktuuri analüüsimiseksMolekulaarstruktuuriga ained
Molekulaarstruktuuriga ained– Need on peaaegu kõik vedelikud ja enamik gaasilisi aineid. On ka kristalseid aineid, mille kristallvõre sisaldab molekule. Vesi on molekulaarse struktuuriga aine. Jääl on ka molekulaarne struktuur, kuid erinevalt vedelast veest on sellel kristallvõre, kus kõik molekulid on rangelt järjestatud. Molekulaarstruktuuriga ainetel on madal keemis- ja sulamistemperatuur, need on tavaliselt haprad ega juhi elektrit.Ioonse struktuuriga ained
Ioonstruktuuriga ained on tahked kristalsed ained. Ioonse liitaine näiteks on lauasool. Selle keemiline valem on NaCl. Nagu näeme, koosneb NaCl ioonidest Na+ ja Cl⎺, vaheldumisi kristallvõre teatud kohtades (sõlmedes). Ioonse struktuuriga ained on kõrge sulamis- ja keemistemperatuuriga, haprad, tavaliselt vees hästi lahustuvad ega juhi elektrivoolu. Mõisteid "aatom", "keemiline element" ja "lihtne aine" ei tohiks segi ajada.- "Aatom"– konkreetne mõiste, kuna aatomid on tõesti olemas.
- "Keemiline element"– see on kollektiivne, abstraktne mõiste; Looduses eksisteerib keemiline element vabade või keemiliselt seotud aatomite, st lihtsate ja keerukate ainete kujul.
Keerulisi aineid tuleb eristada segud, mis koosnevad samuti erinevatest elementidest. Segu komponentide kvantitatiivne suhe võib olla muutuv, kuid keemilised ühendid on püsiva koostisega. Näiteks teeklaasi võite lisada ühe või mitu lusikatäit suhkrut ja sahharoosi molekule. С12Н22О11 sisaldab täpselt 12 süsinikuaatomit, 22 vesinikuaatomit ja 11 hapnikuaatomit. Seega saab ühendite koostist kirjeldada ühe keemilise valemi ja koostisega ei mingit segu. Segu komponendid säilitavad oma füüsikalised ja keemilised omadused. Näiteks kui segate rauapulbrit väävliga, tekib kahe aine segu. Nii väävel kui raud selles segus säilitavad oma omadused: raud tõmbab ligi magnetiga ja väävel ei ole veest märjaks ja hõljub selle pinnal. Kui väävel ja raud reageerivad üksteisega, moodustub uus ühend valemiga FeS, millel ei ole ei raua ega väävli omadusi, kuid millel on oma omaduste kogum. Seoses FeS raud ja väävel on omavahel seotud ning neid ei ole võimalik segude eraldamiseks kasutatavate meetoditega eraldada. Seega saab aineid klassifitseerida mitme parameetri järgi: Järeldused teemakohast artiklist Lihtsad ja keerulised ained
- Lihtsad ained- ained, mis sisaldavad sama tüüpi aatomeid
- Lihtained jagunevad metallideks ja mittemetallideks
- Komplekssed ained- ained, mis sisaldavad erinevat tüüpi aatomeid
- Komplekssed ained jagunevad orgaaniline ja anorgaaniline
- On aatom-, molekulaar- ja ioonstruktuuriga aineid, nende omadused on erinevad
- Kristallrakk– kristallide struktuuri analüüsimiseks kasutusele võetud geomeetriline abikujutis
Eelmises peatükis öeldi, et omavahel sidemeid ei saa moodustada mitte ainult sama keemilise elemendi aatomid, vaid ka erinevate elementide aatomid. Ühe keemilise elemendi aatomitest moodustunud aineid nimetatakse lihtaineteks ja erinevate keemiliste elementide aatomitest moodustunud aineid kompleksaineteks. Mõned lihtsad ained on molekulaarse struktuuriga, s.t. koosnevad molekulidest. Näiteks sellistel ainetel nagu hapnik, lämmastik, vesinik, fluor, kloor, broom, jood on molekulaarne struktuur. Kõik need ained on moodustatud kaheaatomiliste molekulide poolt, seega saab nende valemid kirjutada vastavalt O 2, N 2, H 2, F 2, Cl 2, Br 2 ja I 2. Nagu näete, võib lihtsatel ainetel olla sama nimi, mis neid moodustavatel elementidel. Seetõttu tuleks selgelt eristada olukordi, kui räägime keemilisest elemendist ja millal lihtsast ainest.
Sageli on lihtsatel ainetel mitte molekulaarne, vaid aatomstruktuur. Sellistes ainetes võivad aatomid moodustada üksteisega erinevat tüüpi sidemeid, millest räägitakse üksikasjalikumalt veidi hiljem. Sarnase struktuuriga ained on kõik metallid, näiteks raud, vask, nikkel, aga ka mõned mittemetallid - teemant, räni, grafiit jne. Neid aineid ei iseloomusta tavaliselt mitte ainult keemilise elemendi nimetuse kokkulangevus sellest moodustatud aine nimega, vaid ka aine valemi ja keemilise elemendi nimetuse identne registreerimine. Näiteks keemilised elemendid raud, vask ja räni, tähisega Fe, Cu ja Si, moodustavad lihtsaid aineid, mille valemid on vastavalt Fe, Cu ja Si. Samuti on väike rühm lihtsaid aineid, mis koosnevad eraldatud aatomitest, mis ei ole kuidagi seotud. Sellised ained on gaasid, mida nende ülimadala keemilise aktiivsuse tõttu nimetatakse väärisgaasideks. Nende hulka kuuluvad heelium (He), neoon (Ne), argoon (Ar), krüptoon (Kr), ksenoon (Xe), radoon (Rn).
Kuna teadaolevaid lihtaineid on vaid umbes 500, järeldub loogiline järeldus, et paljusid keemilisi elemente iseloomustab nähtus nimega allotroopia.
Allotroopia on nähtus, kui üks keemiline element võib moodustada mitu lihtsat ainet. Ühest keemilisest elemendist moodustunud erinevaid keemilisi aineid nimetatakse allotroopseteks modifikatsioonideks ehk allotroopideks.
Näiteks võib keemiline element hapnik moodustada kaks lihtsat ainet, millest ühel on keemilise elemendi nimi - hapnik. Hapnik kui aine koosneb kaheaatomilistest molekulidest, s.o. selle valem on O2. Just see ühend on osa õhust, mida me eluks vajame. Teine hapniku allotroopne modifikatsioon on kolmeaatomiline gaasiosoon, mille valem on O 3 . Hoolimata asjaolust, et nii osoon kui hapnik moodustuvad sama keemilise elemendi poolt, on nende keemiline käitumine väga erinev: osoon on reaktsioonides samade ainetega palju aktiivsem kui hapnik. Lisaks erinevad need ained üksteisest füüsikaliste omaduste poolest, vähemalt tänu sellele, et osooni molekulmass on 1,5 korda suurem kui hapniku molekulmass. See toob kaasa asjaolu, et selle tihedus gaasilises olekus on samuti 1,5 korda suurem.
Paljud keemilised elemendid kalduvad moodustama allotroopseid modifikatsioone, mis erinevad üksteisest kristallvõre struktuuriomaduste poolest. Näiteks joonisel 5 näete skemaatilisi kujutisi teemandi ja grafiidi kristallvõre fragmentidest, mis on süsiniku allotroopsed modifikatsioonid.
Joonis 5. Teemandi (a) ja grafiidi (b) kristallvõre fragmendid
Lisaks võib süsinikul olla ka molekulaarne struktuur: sellist struktuuri täheldatakse teatud tüüpi ainetel, näiteks fullereenidel. Seda tüüpi aineid moodustavad sfäärilised süsiniku molekulid. Joonisel 6 on võrdluseks kujutatud c60 fullereeni molekuli ja jalgpallipalli 3D-mudeleid. Pange tähele nende huvitavaid sarnasusi.
Joonis 6. C60 fullereeni molekul (a) ja jalgpallipall (b)
Kompleksained on ained, mis koosnevad erinevate elementide aatomitest. Neil, nagu lihtsatel ainetel, võib olla molekulaarne ja mittemolekulaarne struktuur. Keeruliste ainete mittemolekulaarne struktuur võib olla mitmekesisem kui lihtsatel. Mis tahes keerulisi keemilisi aineid võib saada kas lihtsate ainete otsesel interaktsioonil või nende omavaheliste interaktsioonide jada kaudu. Oluline on mõista üht tõsiasja, milleks on see, et keeruliste ainete omadused, nii füüsikalised kui keemilised, on väga erinevad nende lihtainete omadustest, millest need on saadud. Näiteks lauasoola, millel on NaCl foorum ja mis on värvitud läbipaistvad kristallid, saab saada naatriumi, mis on metallidele iseloomulike omadustega metall (sära ja elektrijuhtivus), reageerimisel klooriga Cl2, kollakasrohelise gaasiga.
Väävelhapet H 2 SO 4 saab moodustada lihtsatest ainetest - vesinikust H 2, väävel S ja hapnik O 2 - järjestikuste teisenduste jada. Vesinik on õhust kergem gaas, mis moodustab õhuga plahvatusohtlikke segusid, väävel on kollane tahke aine, mis võib põleda, ja hapnik on õhust veidi raskem gaas, milles võivad põleda paljud ained. Väävelhape, mida saab nendest lihtsatest ainetest, on raske õline vedelik, millel on tugevad vett eemaldavad omadused, tänu millele söestab see palju orgaanilise päritoluga aineid.
Ilmselgelt on lisaks üksikutele kemikaalidele ka nende segud. Meid ümbritsev maailm moodustub eelkõige erinevate ainete segudest: metallisulamid, toit, joogid, erinevad materjalid, millest koosnevad meid ümbritsevad esemed.
Näiteks õhk, mida me hingame, koosneb peamiselt lämmastikust N2 (78%), hapnikust (21%), mis on meile eluliselt tähtis, ning ülejäänud 1% teiste gaaside (süsinikdioksiid, väärisgaasid jne) lisanditest. .
Ainete segud jagunevad homogeenseteks ja heterogeenseteks. Homogeensed segud on need segud, millel ei ole faasipiire. Homogeensed segud on alkoholi ja vee segu, metallisulamid, soola ja suhkru lahus vees, gaaside segud jne. Heterogeensed segud on need segud, millel on faasipiir. Seda tüüpi segud hõlmavad liiva ja vee segu, suhkru ja soola segu, õli ja vee segu jne.
Aineid, millest segud moodustavad, nimetatakse komponentideks.
Erinevalt nendest lihtainetest saadavatest keemilistest ühenditest säilitavad lihtainete segud iga komponendi omadused.