Substancje proste i złożone. Pierwiastek chemiczny
O atomach i pierwiastkach chemicznych
W chemii oprócz terminów „atom” i „cząsteczka” często używa się pojęcia „pierwiastek”. Co te pojęcia mają ze sobą wspólnego, a czym się różnią?
Pierwiastek chemiczny są atomami tego samego typu. Na przykład wszystkie atomy wodoru są pierwiastkiem wodoru; wszystkie atomy tlenu i rtęci są odpowiednio pierwiastkami tlenu i rtęci.
Obecnie znanych jest ponad 107 rodzajów atomów, czyli ponad 107 pierwiastków chemicznych. Konieczne jest rozróżnienie pojęć „pierwiastek chemiczny”, „atom” i „substancja prosta”
Substancje proste i złożone
Ze względu na skład pierwiastkowy rozróżniają substancje proste składające się z atomów jednego pierwiastka (H2, O2,Cl2, P4, Na, Cu, Au) oraz substancje złożone składające się z atomów różnych pierwiastków (H2O, NH3, OF2, H2SO4 , MgCl2, K2SO4).
Obecnie znanych jest 115 pierwiastków chemicznych, które tworzą około 500 prostych substancji.
Złoto rodzime jest substancją prostą.
Zdolność jednego pierwiastka do istnienia w postaci różnych prostych substancji różniących się właściwościami nazywa się alotropią. Na przykład pierwiastek tlen O ma dwie formy alotropowe - ditlen O2 i ozon O3 o różnej liczbie atomów w cząsteczkach.
Formy alotropowe pierwiastka węgiel C - diament i grafit - różnią się budową kryształów.Istnieją inne przyczyny alotropii.
Alotropowe formy węgla:
grafit:
diament:
Substancje złożone często nazywane są związkami chemicznymi, np. tlenek rtęci(II) HgO (otrzymywany przez połączenie atomów prostych substancji - rtęci Hg i tlenu O2), bromek sodu (otrzymywany przez połączenie atomów prostych substancji - sodu Na i bromu Br2). .
Podsumujmy zatem powyższe. Istnieją dwa rodzaje cząsteczek materii:
1. Prosty– cząsteczki takich substancji składają się z atomów tego samego typu. W reakcjach chemicznych nie mogą się rozłożyć, tworząc kilka prostszych substancji.
2.Złożony– cząsteczki takich substancji składają się z atomów różnego typu. W reakcjach chemicznych mogą rozkładać się, tworząc prostsze substancje.
Różnica między pojęciami „pierwiastek chemiczny” i „substancja prosta”
Pojęcia „pierwiastka chemicznego” i „substancji prostej” można rozróżnić, porównując właściwości substancji prostych i złożonych. Przykładowo prosta substancja – tlen – jest bezbarwnym gazem niezbędnym do oddychania i wspomagania spalania. Najmniejsza cząsteczka prostej substancji tlen to cząsteczka składająca się z dwóch atomów. Tlen jest również zawarty w tlenku węgla (tlenku węgla) i wodzie. Jednak woda i tlenek węgla zawierają chemicznie związany tlen, który nie ma właściwości prostej substancji, w szczególności nie może być wykorzystywany do oddychania. Ryby na przykład nie oddychają tlenem związanym chemicznie, który jest częścią cząsteczki wody, ale rozpuszczonym w niej wolnym tlenem. Dlatego mówiąc o składzie jakichkolwiek związków chemicznych, należy rozumieć, że związki te nie zawierają prostych substancji, ale atomy określonego rodzaju, czyli odpowiednie pierwiastki.
Podczas rozkładu substancji złożonych atomy mogą zostać uwolnione w stanie wolnym i połączyć się, tworząc proste substancje. Substancje proste składają się z atomów jednego pierwiastka. Różnicę między pojęciami „pierwiastka chemicznego” i „substancji prostej” potwierdza także fakt, że z tego samego pierwiastka można utworzyć kilka substancji prostych. Na przykład atomy pierwiastka tlenu mogą tworzyć dwuatomowe cząsteczki tlenu i trójatomowe cząsteczki ozonu. Tlen i ozon to zupełnie różne proste substancje. Wyjaśnia to fakt, że znanych jest znacznie więcej prostych substancji niż pierwiastków chemicznych.
Używając pojęcia „pierwiastka chemicznego”, możemy podać następującą definicję substancji prostych i złożonych:
Prosty nazywane są substancjami składającymi się z atomów jednego pierwiastka chemicznego.
Złożony nazywane są substancjami składającymi się z atomów różnych pierwiastków chemicznych.
Różnica między pojęciami „mieszanina” i „związek chemiczny”
Substancje złożone są często nazywane związkami chemicznymi.
Kliknij link i zobacz doświadczenie interakcji prostych substancji, żelaza i siarki.
Spróbuj odpowiedzieć na pytania:
1. Czym mieszaniny różnią się składem od związków chemicznych?
2. Porównywać właściwości mieszanin i związków chemicznych?
3. W jaki sposób można oddzielić składniki mieszaniny od związku chemicznego?
4. Czy po zewnętrznych znakach można ocenić powstanie mieszaniny lub związku chemicznego?
Charakterystyka porównawcza mieszanin i substancji chemicznych
znajomości
|
Pytania mające na celu dopasowanie mieszanin do związków chemicznych | Porównanie |
|
Mieszanki | Związki chemiczne |
|
Czym mieszaniny różnią się składem od związków chemicznych? | Substancje można mieszać w dowolnych proporcjach, tj. zmienny skład mieszanin | Skład związków chemicznych jest stały. |
Porównać właściwości mieszanin i związków chemicznych? | Substancje w mieszaninach zachowują swoje właściwości | Substancje tworzące związki nie zachowują swoich właściwości, ponieważ powstają związki chemiczne o innych właściwościach |
W jaki sposób można rozdzielić mieszaninę i związek chemiczny na składniki składowe? | Substancje można oddzielić metodami fizycznymi | Związki chemiczne można rozłożyć jedynie w wyniku reakcji chemicznych |
Czy na podstawie znaków zewnętrznych można ocenić powstanie mieszaniny i związku chemicznego? | Mieszaniu mechanicznemu nie towarzyszy wydzielanie ciepła ani inne oznaki reakcji chemicznych | Powstawanie związku chemicznego można ocenić na podstawie oznak reakcji chemicznych |
Zadania do konsolidacji
I. Praca z symulatorami
Symulator nr 1
Symulator nr 2
Symulator nr 3
II. Rozwiąż problem
Z proponowanej listy substancji wypisz osobno substancje proste i złożone:
NaCl, H2SO4, K, S8, CO2, O3, H3PO4, N2, Fe.
W każdym przypadku uzasadnij swój wybór.
III. Odpowiedz na pytania
№1
Ile prostych substancji zapisanych jest w szeregu wzorów:
H2O, N2, O3, HNO3, P2O5, S, Fe, CO2, KOH.
№2
Obie substancje są złożone:
A) C (węgiel) i S (siarka);
B) CO2 (dwutlenek węgla) i H2O (woda);
B) Fe (żelazo) i CH4 (metan);
D) H2SO4 (kwas siarkowy) i H2 (wodór).
№3
Wybierz prawidłowe stwierdzenie:
Substancje proste składają się z atomów tego samego typu.
A) Poprawnie
B) Niepoprawnie
№4
To, co jest typowe dla mieszanek, to właśnie to
A) Mają stały skład;
B) Substancje w „mieszaninie” nie zachowują swoich indywidualnych właściwości;
C) Substancje w „mieszaninach” można rozdzielić na podstawie właściwości fizycznych;
D) Substancje w „mieszaninach” można rozdzielić za pomocą reakcji chemicznej.
№5
Dla „związków chemicznych” typowe są:
A) Zmienny skład;
B) Substancje zawarte w „związku chemicznym” można oddzielić metodami fizycznymi;
C) Powstawanie związku chemicznego można ocenić na podstawie oznak reakcji chemicznych;
D) Stały skład.
№6
W jakim przypadku mówimy o żelazie jako pierwiastku chemicznym?
A) Żelazo to metal przyciągany przez magnes;
B) Żelazo jest częścią rdzy;
C) Żelazo charakteryzuje się metalicznym połyskiem;
D) Siarczek żelaza zawiera jeden atom żelaza.
№7
W jakim przypadku mówimy o tlenie jako substancji prostej?
A) Tlen jest gazem wspomagającym oddychanie i spalanie;
B) Ryby oddychają tlenem rozpuszczonym w wodzie;
C) Atom tlenu jest częścią cząsteczki wody;
D) Tlen jest częścią powietrza.
§ 9. Substancje proste i złożone
Po opanowaniu tego tematu będziesz potrafił:
Rozróżniać pojęcia „substancji prostej” i „substancji złożonej”, formuły substancji prostych i złożonych;
Rozumieć pojęcie „związek chemiczny”;
Podaj przykłady substancji prostych i złożonych;
Opisz proste i złożone substancje znane Ci z codziennego użytku;
Dokonuj ocen na temat różnych substancji.
Większość atomów pierwiastków chemicznych ma zdolność łączenia się ze sobą lub z atomami innych pierwiastków chemicznych. W rezultacie powstają związki chemiczne. Niezależnie od składu ich cząstek strukturalnych, zarówno substancje proste, jak i złożone są związkami chemicznymi, ponieważ powstają między nimi wiązania chemiczne.
Zapoznałeś się już z budową atomów pierwiastków chemicznych. Substancje, których składnikami są atomy, nazywane są atomowymi.
Jednak wśród całej gamy związków chemicznych znajdują się również substancje molekularne. Ich części składowe to cząsteczki.
Cząsteczki to najmniejsze cząstki substancji, które zachowują swoje właściwości chemiczne.
Za granicę podzielności substancji uważa się cząsteczkę. Jeśli zostanie zniszczony, wówczas substancja ulegnie zniszczeniu. Cechą charakterystyczną cząsteczek jest ciągły ruch.
Przypomnij sobie z zajęć historii naturalnej, jakie zjawisko nazywa się dyfuzją.
Każda cząsteczka składa się z określonej liczby atomów jednego lub różnych pierwiastków chemicznych.
Przypomnij sobie z zajęć historii naturalnej podział substancji według składu i pochodzenia.
Jakie substancje nazywa się: a) proste; b) trudne? Podaj kilka przykładów substancji prostych i złożonych, których najczęściej używasz w życiu codziennym.
Substancje proste to substancje utworzone przez jeden pierwiastek chemiczny.
Na przykład proste substancje wodór, tlen, azot powstają zgodnie z pierwiastkami chemicznymi Wodór, Tlen, Azot. W ich cząsteczkach znajdują się dwa połączone ze sobą atomy tych pierwiastków (ryc. 41 a, 6, c).
Pierwiastek Tlen w pewnych warunkach tworzy inną prostą substancję - ozon, którego cząsteczka zawiera trzy atomy (ryc. 41 d).
Ryż. 41. Modele cząsteczek prostych substancji: a - wodór; b - tlen; c - ozon; g - azot
Substancje złożone to substancje utworzone przez dwa lub więcej pierwiastków chemicznych.
Substancje złożone obejmują; woda, cukier, mydło, sól kuchenna, kreda, metan (składnik gazu ziemnego), dwutlenek węgla. Substancje tworzące komórki organizmów żywych (białka, tłuszcze i węglowodany) są złożone i zawierają głównie atomy węgla, tlenu, wodoru, azotu, siarki, fosforu i mają strukturę molekularną.
Pamiętaj, jak udowodnić, że woda jest substancją złożoną. Jakimi metodami badawczymi posłużyli się naukowcy w celu określenia składu wody?
Rycina 42 przedstawia modele cząsteczek metanu, dwutlenku węgla i wody. Cząsteczka metanu składa się z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru, cząsteczka dwutlenku węgla - z jednego atomu węgla i dwóch atomów tlenu, cząsteczka wody - z jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru.
Ryż. 42. Modele cząsteczek substancji złożonych: a - metan; b - dwutlenek węgla; c - woda
Zatem w zależności od składu substancje dzielimy na proste i złożone. Schemat klasyfikacji substancji przedstawiono na rysunku 43.
Ryż. 43. Klasyfikacja substancji
Substancje proste: metale i niemetale. Substancje proste dzielą się na dwie grupy. Pierwiastki metaliczne tworzą metale, elementy niemetaliczne tworzą niemetale. Wyróżniają się właściwościami fizycznymi.
Przypomnij sobie, z jakimi właściwościami fizycznymi substancji już się zapoznałeś. Nazwij je.
Przejdźmy do demonstracji i spójrzmy na próbki prostych substancji metali i niemetali. Z metali najczęściej spotykanych w technologii, różnych gałęziach przemysłu i życiu codziennym są żelazo, cynk, aluminium, miedź, srebro, złoto; Niemetale w laboratorium obejmują siarkę, węgiel, czerwony fosfor, brom i jod.
Zwróć uwagę na stan skupienia metali i niemetali. Jak myślisz, dlaczego brom jest przechowywany w zapieczętowanych ampułkach?
Podział substancji prostych na metale i niemetale opiera się na ich właściwościach fizycznych (tab. 2).
Tabela 2
Właściwości fizyczne substancji prostych
Niemetale to substancje składające się głównie z cząsteczek. Cząsteczki wielu z nich są dwuatomowe. Istnieją jednak również cząsteczki wieloatomowe: wspomniany już ozon, siarka krystaliczna – zawiera osiem atomów siarki, fosfor biały – cztery atomy tego pierwiastka. W prostych substancjach utworzonych przez pierwiastek Węgiel atomy łączą się w określonej kolejności, nie tworząc cząsteczek.
Metale składają się z atomów odpowiednich pierwiastków. Nazwy metali często pokrywają się z nazwami pierwiastków metalicznych, które je tworzą. Na przykład substancje aluminium, cynk, nikiel, chrom, magnez utworzone przez odpowiednie pierwiastki chemiczne. Jednak substancja miedź składa się z atomów pierwiastka Cuprum, srebra - Argentum, złota - Aurum, rtęci - rtęci, żelaza - żelaza. Nazwy niemetali, pierwiastków i prostych substancji pokrywają się w przypadku niewielkiej liczby substancji (tabela 3).
Tabela C
Nazwy pierwiastków chemicznych i substancji prostych
|
Metal |
Niemetalowe |
||
|
Pierwiastek chemiczny |
Prosta substancja |
Pierwiastek chemiczny |
Prosta substancja |
|
Aluminium |
aluminium |
||
|
Argentum |
|||
|
Rtęć |
tlen |
||
Doświadczenie laboratoryjne 2
Zapoznanie z próbkami substancji prostych i złożonych
Zadanie 1. Przyjrzyj się uważnie substancjom podawanym Ci w bankach. Czytaj etykiety: H 2 O (woda), S (siarka), P (fosfor), Mg (magnez), NaOH (wodorotlenek sodu), C (węgiel), Fe 3 O 4 (tlenek żelaza (II, III) ) , Fe (żelazo), ZnO (tlenek cynku), CaCO 3 (węglan wapnia), Al (aluminium), Zn (cynk), CaO (tlenek wapnia), Na 2 CO 3 (węglan sodu).
Podziel te substancje na dwie grupy: proste i złożone. Prosta klasyfikacja substancji na metale i niemetale.
Zadanie 2. Opisz: a) czym substancje proste i złożone różnią się składem; 6) jakimi kryteriami się kierowałeś dokonując klasyfikacji?
Zadanie 3. Opisz właściwości fizyczne substancji na podstawie swoich obserwacji.
Po wykonaniu zadania zapisz dane w zeszycie w formie tabeli. Na koniec pracy sformułuj wnioski.
|
Substancje |
Substancje |
Opis właściwości na podstawie obserwacji |
|
|
Niemetale |
|||
Różnorodność substancji. Różnorodność substancji tłumaczy się zdolnością atomów pierwiastków do łączenia się ze sobą. W zależności od tego, które atomy, w jakiej ilości i jak się łączą, powstaje wiele prostych i złożonych substancji (ryc. 44).
Ryż. 44. Prosta substancja siarka (a) i złożona substancja ametyst (b)
Substancji prostych jest nieco więcej niż pierwiastków chemicznych - 400, ponieważ jak już wiadomo, ten sam pierwiastek (tlen, węgiel, fosfor, siarka) może tworzyć dwie lub więcej substancji.
Znane są znacznie bardziej złożone substancje (prawie 20 milionów). Jest to woda, której cząsteczka zawiera wodór i tlen, dwutlenek węgla - węgiel i tlen, sól kuchenną - sód i chlor. Skład tych substancji obejmuje tylko dwa elementy - są to związki binarne. Jednak znaczna liczba substancji składa się z trzech lub więcej pierwiastków. Zatem glukoza zawiera trzy pierwiastki: węgiel, wodór i tlen, a soda oczyszczona zawiera cztery pierwiastki: sód, wodór, węgiel i tlen.
Wszystkie substancje organiczne są klasyfikowane jako złożone. Ponadto istnieje cały przemysł ekstrakcji związków syntetycznych i sztucznych, które mają ogromne cele przemysłowe i domowe.
Przypomnij sobie z kursu historii naturalnej, jakie substancje nazywamy nieorganicznymi i organicznymi. Podaj przykłady związków nieorganicznych i organicznych.
W normalnych warunkach (temperatura 0°C, ciśnienie 101,3 kPa) substancje występują w trzech stanach skupienia: ciekłym (woda, olej, alkohol), stałym (cynk, żelazo, siarka, fosfor, węgiel, miedź) i gazowym (wodór, tlen, ozon, azot, dwutlenek węgla, gazy obojętne).
PODSUMUJMY CZEGO SIĘ NAUCZYLIŚMY
Substancje dzielą się na proste i złożone.
Substancje złożone powstają z dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych. jest ich znacznie więcej niż prostych.
Każda prosta i złożona substancja charakteryzuje się pewnymi właściwościami, czyli znakami, dzięki którym można zidentyfikować ich podobieństwa i różnice.
Substancje złożone są pochodzenia organicznego i nieorganicznego.
Różnorodność substancji tłumaczy się zdolnością atomów pierwiastków do łączenia się ze sobą.
ZADANIA KONTROLI WIEDZY
1. Wyjaśnij, co oznaczają pojęcia „cząsteczka”, „substancja prosta”, „substancja złożona”, „związek chemiczny”.
2. Podaj przykłady: a) substancje proste i złożone; b) substancje organiczne i nieorganiczne.
3. Uzasadnij, czy pojęcia „związek chemiczny” i „mieszanina substancji” są tożsame.
4. Opisać właściwości fizyczne: a) cukru; b) woda; c) oleje.
5. Uzasadnij, dlaczego istnieje więcej substancji złożonych niż prostych.
6. Wyraź swoją opinię na temat znaczenia substancji dla życia i zdrowia człowieka.
CIEKAWE WIEDZIEĆ
Angielski chemik G. Davy jako pierwszy wyizolował metale, sód, potas, wapń, stront, bar i magnez w stanie wolnym, metodą elektrolizy. Prace te zapoczątkowały produkcję potężnych lamp do reflektorów, latarni morskich itp. Następnie naukowiec stworzył bezpieczną lampę górniczą, która była używana na całym świecie, dopóki nie została zastąpiona lampą na baterie.
Maria Skłodowska-Curie (1867-1934) – francuska fizyk i chemik, nauczycielka, osoba publiczna. Nauka zawdzięcza mu odkrycie i zbadanie dwóch pierwiastków promieniotwórczych – polonu i radu. Odkrycie pierwiastka radu zapoczątkowało metodę leczenia raka skóry. Za swoją pracę otrzymała dwie Nagrody Nobla, które przekazała na budowę sanatorium w Zakopanem i Instytutu Radiologicznego w Warszawie (Polska).
Chemia należy do nauk przyrodniczych. Zajmuje się badaniem składu, struktury, właściwości i przemian substancji, a także zjawisk towarzyszących tym przemianom.
Substancja jest jedną z głównych form istnienia materii. Substancja jako forma materii składa się z pojedynczych cząstek o różnym stopniu złożoności i posiada własną masę, tzw
masa spoczynkowa.
Substancje proste i złożone. Alotropia.
Wszystkie substancje można podzielić na prosty I złożony .
Proste substancje składają się z atomów jednego pierwiastka chemicznego, złożony - z atomów kilku pierwiastków chemicznych.
Pierwiastek chemiczny - jest to pewien rodzaj atomu o tym samym ładunku jądrowym. Stąd, atom jest najmniejszą cząstką pierwiastka chemicznego.
Pojęcie prosta substancja nie można utożsamiać z tym pojęciem
pierwiastek chemiczny . Pierwiastek chemiczny charakteryzuje się pewnym dodatnim ładunkiem jądra atomowego, składem izotopowym i właściwościami chemicznymi. Właściwości pierwiastka odnoszą się do jego poszczególnych atomów. Prosta substancja charakteryzuje się określoną gęstością, rozpuszczalnością, temperaturą topnienia i wrzenia itp. Właściwości te odnoszą się do zbioru atomów i są różne dla różnych substancji prostych.
Prosta substancja - jest to forma istnienia pierwiastka chemicznego w stanie wolnym. Wiele pierwiastków chemicznych tworzy kilka prostych substancji, które różnią się budową i właściwościami. Zjawisko to nazywa się alotropia , a substancjami tworzącymi są modyfikacje alotropowe . Zatem pierwiastek tlenowy tworzy dwie modyfikacje alotropowe - tlen i ozon, pierwiastek węglowy - diament, grafit, karbyn, fuleren.
Zjawisko alotropii wynika z dwóch powodów: różnej liczby atomów w cząsteczce (na przykład tlenu O 2 i azon O 3 ) lub powstawanie różnych form krystalicznych (np. węgiel tworzy następujące modyfikacje alotropowe: diament, grafit, karabinek, fuleren), karabinek odkryto w 1968 r. (A. Sladkov, Rosja), a fuleren teoretycznie odkryto w 1973 r. (D Bochvar, Rosja), a w 1985 r. eksperymentalnie (G. Kroto i R. Smalley, USA).
Substancje złożone Składają się nie z prostych substancji, ale z pierwiastków chemicznych. Zatem wodór i tlen, które są częścią wody, zawarte są w wodzie nie w postaci gazowego wodoru i tlenu o ich charakterystycznych właściwościach, ale w postaci elementy - wodór i tlen.
Najmniejsza cząsteczka substancji o budowie molekularnej to cząsteczka zachowująca właściwości chemiczne danej substancji. Według współczesnych koncepcji cząsteczki składają się głównie z substancji w stanie ciekłym i gazowym. Większość ciał stałych (głównie nieorganicznych) nie składa się z cząsteczek, ale z innych cząstek (jonów, atomów). Sole, tlenki metali, diament, metale itp. nie mają struktury molekularnej.
Względna masa atomowa
Nowoczesne metody badawcze pozwalają z większą dokładnością wyznaczać wyjątkowo małe masy atomowe. Na przykład masa atomu wodoru wynosi 1,674 10 -27 kg, węgiel – 1,993 10 -26 kg.
W chemii tradycyjnie stosuje się nie bezwzględne wartości mas atomowych, ale względne. W 1961 roku przyjęto jednostkę masy atomowej jednostka masy atomowej (w skrócie a.um), czyli 1/12 część masy atomu izotopu węgla 12 Z.
Większość pierwiastków chemicznych ma atomy o różnych masach (izotopach). Dlatego względna masa atomowa (lub po prostu masa atomowa) A R pierwiastka chemicznego to wartość równa stosunkowi średniej masy atomu pierwiastka do 1/12 masa atomu węgla 12 Z.
Masy atomowe pierwiastków wynoszą A R, gdzie indeks R– pierwsza litera angielskiego słowa względny - względny. Posty A R (H), A R (O) A R (C)średnia: względna masa atomowa wodoru, względna masa atomowa tlenu, względna masa atomowa węgla.
Względna masa atomowa jest jedną z głównych cech pierwiastka chemicznego.
Proste substancje i ich klasyfikacja Studiując materiał z poprzednich akapitów, zapoznałeś się już z niektórymi substancjami. Na przykład cząsteczka gazowego wodoru składa się z dwóch atomów pierwiastka chemicznego wodoru - H + H = H2. Substancje proste to substancje zawierające atomy tego samego typu Do prostych znanych Ci substancji należą: tlen, grafit, siarka, azot, wszystkie metale: żelazo, miedź, aluminium, złoto itp. Siarka składa się wyłącznie z atomów pierwiastka chemicznego siarki, podczas gdy grafit składa się z atomów pierwiastka chemicznego węgla. Konieczne jest wyraźne rozróżnienie pojęć "pierwiastek chemiczny" I "prosta sprawa". Na przykład diament i węgiel to nie to samo. Węgiel jest pierwiastkiem chemicznym, a diament jest prostą substancją utworzoną z pierwiastka chemicznego węgiel. W tym przypadku pierwiastek chemiczny (węgiel) i substancja prosta (diament) nazywane są inaczej. Często pierwiastek chemiczny i odpowiadająca mu substancja prosta nazywane są tak samo. Na przykład pierwiastek tlen odpowiada prostej substancji - tlenowi. Trzeba nauczyć się odróżniać, gdzie mówimy o elemencie, a gdzie o substancji! Na przykład, gdy mówią, że tlen jest częścią wody, mówimy o elemencie tlen. Kiedy mówią, że tlen jest gazem niezbędnym do oddychania, mówimy o prostej substancji – tlenie. Proste substancje pierwiastków chemicznych dzielą się na dwie grupy - metale i niemetale. Metale i niemetale radykalnie różniące się właściwościami fizycznymi. Wszystkie metale są substancjami stałymi w normalnych warunkach, z wyjątkiem rtęci - jedyny ciekły metal. Metale są nieprzezroczyste i mają charakterystyczny metaliczny połysk. Metale są plastyczne i dobrze przewodzą ciepło i prąd. Niemetale nie są do siebie podobne pod względem właściwości fizycznych. Zatem wodór, tlen, azot to gazy, krzem, siarka, fosfor to ciała stałe. Jedynym ciekłym niemetalem jest brom, brązowo-czerwona ciecz. Jeśli narysujesz konwencjonalną linię od pierwiastka chemicznego boru do pierwiastka chemicznego astat, to w długiej wersji układu okresowego nad linią znajdują się pierwiastki niemetaliczne, a pod nią - metal. W krótkiej wersji układu okresowego poniżej tej linii znajdują się pierwiastki niemetaliczne, a powyżej niej pierwiastki metaliczne i niemetaliczne. Oznacza to, że wygodniej jest określić, czy pierwiastek jest metaliczny czy niemetaliczny, korzystając z długiej wersji układu okresowego. Podział ten jest arbitralny, ponieważ wszystkie pierwiastki w taki czy inny sposób wykazują zarówno właściwości metaliczne, jak i niemetaliczne, ale w większości przypadków rozkład ten odpowiada rzeczywistości.
Substancje złożone i ich klasyfikacja
Jeżeli w składzie substancji prostych znajdują się atomy tylko jednego rodzaju, łatwo się domyślić, że w składzie substancji złożonych będzie znajdować się kilka rodzajów różnych atomów, co najmniej dwa. Przykładem substancji złożonej jest woda; znasz jej wzór chemiczny - H2O. Cząsteczki wody składają się z dwóch rodzajów atomów: wodoru i tlenu. Substancje złożone- substancje zawierające atomy różnego typu Przeprowadźmy następujący eksperyment. Wymieszaj proszki siarki i cynku. Połóż mieszaninę na metalowej blasze i podpal drewnianą pochodnią. Mieszanka zapala się i szybko spala jasnym płomieniem. Po zakończeniu reakcji chemicznej powstała nowa substancja, w której skład wchodziły atomy siarki i cynku. Właściwości tej substancji są zupełnie odmienne od właściwości substancji wyjściowych - siarki i cynku. Substancje złożone dzieli się zwykle na dwie grupy: substancje nieorganiczne i ich pochodne oraz substancje organiczne i ich pochodne. Na przykład sól kamienna jest substancją nieorganiczną, a skrobia zawarta w ziemniakach jest substancją organiczną.Rodzaje budowy substancji
W zależności od rodzaju cząstek tworzących substancje, substancje dzieli się na substancje Struktura molekularna i niemolekularna. Substancja może zawierać różne cząstki strukturalne, takie jak atomy, cząsteczki, jony. W związku z tym istnieją trzy rodzaje substancji: substancje o strukturze atomowej, jonowej i molekularnej. Substancje o różnych typach budowy będą miały różne właściwości.Substancje o budowie atomowej
Przykładem substancji o budowie atomowej są substancje utworzone przez pierwiastek węgiel: grafit i diament. Substancje te zawierają tylko atomy węgla, ale właściwości tych substancji są bardzo różne. Grafit– delikatna, łatwo złuszczająca się substancja o szaro-czarnym kolorze. Diament– przezroczysty, jeden z najtwardszych minerałów na świecie. Dlaczego substancje składające się z tego samego rodzaju atomu mają różne właściwości? Wszystko zależy od struktury tych substancji. Atomy węgla w graficie i diamencie łączą się ze sobą na różne sposoby. Substancje o budowie atomowej mają wysoką temperaturę wrzenia i topnienia, są zwykle nierozpuszczalne w wodzie i nielotne. Sieć krystaliczna – pomocniczy obraz geometryczny wprowadzony do analizy struktury kryształuSubstancje o budowie molekularnej
Substancje o budowie molekularnej– Są to prawie wszystkie ciecze i większość substancji gazowych. Istnieją również substancje krystaliczne, których sieć krystaliczna zawiera cząsteczki. Woda jest substancją o budowie molekularnej. Lód ma również strukturę molekularną, ale w przeciwieństwie do wody w stanie ciekłym ma sieć krystaliczną, w której wszystkie cząsteczki są ściśle uporządkowane. Substancje o budowie molekularnej mają niską temperaturę wrzenia i topnienia, są zwykle kruche i nie przewodzą prądu elektrycznego.Substancje o budowie jonowej
Substancje o strukturze jonowej są stałymi substancjami krystalicznymi. Przykładem związku jonowego jest sól kuchenna. Jego wzór chemiczny to NaCl. Jak widać NaCl składa się z jonów Na+ i Cl⎺, naprzemiennie w określonych miejscach (węzłach) sieci krystalicznej. Substancje o strukturze jonowej mają wysoką temperaturę topnienia i wrzenia, są kruche, zazwyczaj dobrze rozpuszczają się w wodzie i nie przewodzą prądu elektrycznego. Nie należy mylić pojęć „atom”, „pierwiastek chemiczny” i „substancja prosta”.- "Atom"– pojęcie specyficzne, gdyż atomy istnieją naprawdę.
- "Pierwiastek chemiczny"– to pojęcie zbiorowe, abstrakcyjne; W naturze pierwiastek chemiczny występuje w postaci wolnych lub związanych chemicznie atomów, czyli substancji prostych i złożonych.
Należy odróżnić substancje złożone mieszaniny, które również składają się z różnych elementów. Stosunek ilościowy składników mieszaniny może być zmienny, ale związki chemiczne mają stały skład. Na przykład do szklanki herbaty można dodać jedną łyżkę cukru lub kilka i cząsteczki sacharozy С12Н22О11 zawiera dokładnie 12 atomów węgla, 22 atomy wodoru i 11 atomów tlenu. Zatem skład związków można opisać jednym wzorem chemicznym i składem bez mieszaniny. Składniki mieszaniny zachowują swoje właściwości fizyczne i chemiczne. Na przykład, jeśli zmieszasz proszek żelaza z siarką, powstanie mieszanina dwóch substancji. Zarówno siarka, jak i żelazo w tej mieszaninie zachowują swoje właściwości: żelazo przyciąga magnes, a siarka nie zwilża się wodą i unosi się na jej powierzchni. Jeśli siarka i żelazo reagują ze sobą, powstaje nowy związek o wzorze FeS, który nie ma właściwości żelaza ani siarki, ale ma zestaw własnych właściwości. W połączeniu FeSżelazo i siarka są ze sobą związane i nie da się ich rozdzielić metodami stosowanymi do rozdzielania mieszanin. Zatem substancje można klasyfikować według kilku parametrów: Wnioski z artykułu na ten temat Substancje proste i złożone
- Proste substancje- substancje zawierające atomy tego samego typu
- Substancje proste dzielą się na metale i niemetale
- Substancje złożone- substancje zawierające atomy różnego typu
- Substancje złożone dzielą się na organiczne i nieorganiczne
- Istnieją substancje o strukturze atomowej, molekularnej i jonowej, ich właściwości są różne
- Komórka kryształowa– pomocniczy obraz geometryczny wprowadzony do analizy struktury kryształu
W poprzednim rozdziale powiedziano, że nie tylko atomy tego samego pierwiastka chemicznego mogą tworzyć ze sobą wiązania, ale także atomy różnych pierwiastków. Substancje utworzone przez atomy jednego pierwiastka chemicznego nazywane są substancjami prostymi, a substancje utworzone przez atomy różnych pierwiastków chemicznych nazywane są substancjami złożonymi. Niektóre proste substancje mają strukturę molekularną, tj. składają się z cząsteczek. Na przykład substancje takie jak tlen, azot, wodór, fluor, chlor, brom, jod mają strukturę molekularną. Każda z tych substancji składa się z cząsteczek dwuatomowych, dlatego ich wzory można zapisać odpowiednio jako O 2, N 2, H 2, F 2, Cl 2, Br 2 i I 2. Jak widać, proste substancje mogą mieć tę samą nazwę, co elementy je tworzące. Należy więc wyraźnie rozróżnić sytuacje, gdy mówimy o pierwiastku chemicznym, od sytuacji o substancji prostej.
Często proste substancje nie mają struktury molekularnej, ale atomową. W takich substancjach atomy mogą tworzyć ze sobą różnego rodzaju wiązania, co zostanie szczegółowo omówione nieco później. Substancjami o podobnej strukturze są wszystkie metale, na przykład żelazo, miedź, nikiel, a także niektóre niemetale - diament, krzem, grafit itp. Substancje te charakteryzują się zwykle nie tylko zbieżnością nazwy pierwiastka chemicznego z nazwą substancji przez niego utworzonej, ale także identycznym zapisem wzoru substancji i oznaczenia pierwiastka chemicznego. Na przykład pierwiastki chemiczne żelazo, miedź i krzem, oznaczone jako Fe, Cu i Si, tworzą proste substancje, których wzory to odpowiednio Fe, Cu i Si. Istnieje również niewielka grupa substancji prostych składających się z izolowanych, niepołączonych w żaden sposób atomów. Substancjami takimi są gazy, które ze względu na wyjątkowo niską aktywność chemiczną nazywane są gazami szlachetnymi. Należą do nich hel (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), ksenon (Xe), radon (Rn).
Ponieważ znanych jest tylko około 500 prostych substancji, logiczny wniosek wynika, że wiele pierwiastków chemicznych charakteryzuje się zjawiskiem zwanym alotropią.
Alotropia to zjawisko, w którym jeden pierwiastek chemiczny może utworzyć kilka prostych substancji. Różne substancje chemiczne utworzone przez jeden pierwiastek chemiczny nazywane są modyfikacjami alotropowymi lub alotropami.
Na przykład pierwiastek chemiczny tlen może tworzyć dwie proste substancje, z których jedna ma nazwę pierwiastka chemicznego - tlen. Tlen jako substancja składa się z cząsteczek dwuatomowych, tj. jego wzór to O2. To właśnie ten związek wchodzi w skład powietrza potrzebnego do życia. Inną alotropową modyfikacją tlenu jest trójatomowy ozon gazowy, którego wzór to O 3 . Pomimo faktu, że zarówno ozon, jak i tlen powstają z tego samego pierwiastka chemicznego, ich zachowanie chemiczne jest bardzo różne: ozon jest znacznie bardziej aktywny niż tlen w reakcjach z tymi samymi substancjami. Ponadto substancje te różnią się od siebie właściwościami fizycznymi, przynajmniej tym, że masa cząsteczkowa ozonu jest 1,5 razy większa niż tlenu. Prowadzi to do tego, że jego gęstość w stanie gazowym jest również 1,5 razy większa.
Wiele pierwiastków chemicznych ma tendencję do tworzenia modyfikacji alotropowych, które różnią się między sobą cechami strukturalnymi sieci krystalicznej. I tak na przykład na rysunku 5 można zobaczyć schematyczne obrazy fragmentów sieci krystalicznych diamentu i grafitu, które są alotropowymi modyfikacjami węgla.
Rysunek 5. Fragmenty sieci krystalicznych diamentu (a) i grafitu (b)
Ponadto węgiel może mieć również strukturę molekularną: taką strukturę obserwuje się w tego typu substancjach, takich jak fulereny. Substancje tego typu zbudowane są z kulistych cząsteczek węgla. Rysunek 6 przedstawia dla porównania modele 3D cząsteczki fulerenu c60 i piłki nożnej. Zwróć uwagę na ich interesujące podobieństwa.
Rysunek 6. Cząsteczka fulerenu C60 (a) i piłka nożna (b)
Substancje złożone to substancje składające się z atomów różnych pierwiastków. One, podobnie jak proste substancje, mogą mieć strukturę molekularną i niemolekularną. Niemolekularny typ struktury substancji złożonych może być bardziej zróżnicowany niż prostych. Wszelkie złożone substancje chemiczne można otrzymać albo przez bezpośrednie oddziaływanie prostych substancji, albo przez sekwencję ich wzajemnych interakcji. Należy sobie uświadomić jeden fakt, a mianowicie, że właściwości substancji złożonych, zarówno fizycznych, jak i chemicznych, bardzo różnią się od właściwości substancji prostych, z których są otrzymywane. Na przykład sól kuchenną zawierającą NaCl i stanowiącą bezbarwne, przezroczyste kryształy można otrzymać w reakcji sodu, metalu o właściwościach charakterystycznych dla metali (jasność i przewodność elektryczna), z chlorem Cl2, żółto-zielonym gazem.
Kwas siarkowy H 2 SO 4 można utworzyć w wyniku szeregu kolejnych przemian z prostych substancji - wodoru H 2, siarki S i tlenu O 2. Wodór to gaz lżejszy od powietrza, który tworzy z powietrzem mieszaniny wybuchowe, siarka to żółta substancja stała, która może się zapalić, a tlen to gaz nieco cięższy od powietrza, w którym może palić się wiele substancji. Kwas siarkowy, który można otrzymać z tych prostych substancji, jest ciężką oleistą cieczą o silnych właściwościach odwadniających, dzięki czemu zwęgla wiele substancji pochodzenia organicznego.
Oczywiście oprócz poszczególnych substancji chemicznych występują także ich mieszaniny. Otaczający nas świat tworzą przede wszystkim mieszaniny różnych substancji: stopów metali, żywności, napojów, różnych materiałów, z których składają się otaczające nas przedmioty.
Przykładowo powietrze, którym oddychamy, składa się głównie z niezbędnego dla nas azotu N2 (78%), tlenu (21%), a pozostały 1% to zanieczyszczenia innymi gazami (dwutlenek węgla, gazy szlachetne itp.) .
Mieszaniny substancji dzielą się na jednorodne i niejednorodne. Mieszaniny jednorodne to takie mieszaniny, które nie mają granic faz. Mieszaniny jednorodne to mieszanina alkoholu i wody, stopów metali, wodnego roztworu soli i cukru, mieszanin gazów itp. Mieszaniny heterogeniczne to takie mieszaniny, które mają granicę faz. Do mieszanin tego typu zalicza się mieszaninę piasku i wody, cukru i soli, mieszaninę oleju i wody itp.
Substancje tworzące mieszaniny nazywane są składnikami.
Mieszaniny prostych substancji, w przeciwieństwie do związków chemicznych, które można otrzymać z tych prostych substancji, zachowują właściwości każdego składnika.