Тип вещества простое или сложное. Простые и сложные вещества
Химия относится к естественным наукам. Она изучает состав, строение, свойства и превращения веществ, а также явления, сопровождающие эти превращения.
Вещество является одной из основных форм существования материи. Вещество как форма материи состоит из отдельных частиц различной степени сложности и обладает собственной массой, так н а з ы в а е м о й
массой покоя.
Простые и сложные вещества. Аллотропия.
Все вещества можно разделить на простые и сложные .
Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента, сложные - из атомов нескольких химических элементов.
Химический элемент - это определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Следовательно, атом - это мельчайшая частица химического элемента.
Понятие простое вещество нельзя отождествлять с понятием
химический элемент . Химический элемент характеризуется определенным положительным зарядом ядра атома, изотопным составом, химическими свойствами. Свойства элементов относятся к его отдельным атомам. Простое вещество характеризуется определенной плотностью, растворимостью, температурами плавления и кипения и т.п. Эти свойства относятся к совокупности атомов и для разных простых веществ они различны.
Простое вещество - это форма существования химического элемента в свободном состоянии. Многие химические элементы образуют несколько простых веществ, различных по строению и свойствам. Это явление называется аллотропией , а образующие вещества - аллотропными видоизменениями . Так, элемент кислород образует две аллотропные модификации - кислород и озон, элемент углерод - алмаз, графит, карбин, фуллерен.
Явление аллотропии вызывается двумя причинами: различным числом атомов в молекуле (например, кислород О 2 и азон О 3 ) либо образованием различных кристаллических форм (например, углерод образует следующие аллотропные модификации: алмаз, графит, карбин, фуллерен), карбин был открыт в 1968г (А.Сладков, Россия), а фуллерен в 1973 г теоретически (Д.Бочвар, Россия), а в 1985г - экспериментально (Г.Крото и Р.Смолли, США).
Сложные вещества состоят не из простых веществ, а из химических элементов. Так водород и кислород, входящие в состав воды, содержатся в воде не в виде газообразных водорода и кислорода с их характерными свойствами, а в виде элементов - водорода и кислорода.
Мельчайшей частицей веществ, имеющих молекулярную структуру, является молекула, которая сохраняет химические свойства данного вещества. Согласно современным представлениям из молекул состоят в основном вещества, находящиеся в жидком и газообразном состоянии. Большинство же твердых веществ (в основном неорганических) состоит не из молекул, а из других частиц (ионов, атомов). Не имеют молекулярной структуры соли, оксиды металлов, алмаз, металлы и пр.
Относительная атомная масса
Современные методы исследования позволяют определить чрезвычайно малые массы атомов с большей точностью. Так, например, масса атома водорода составляет 1,674 10 -27 кг, углерода – 1,993 10 -26 кг.
В химии традиционно используются не абсолютные значения атомных масс, а относительные. В 1961г за единицу атомной массы принята атомная единица массы (сокращенно а.е.м.), которая представляет собой 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12 С .
Большинство химических элементов имеют атомы с различной массой (изотопы). Поэтому относительной атомной массой (или просто атомной массой) А r химического элемента называется величина, равная отношению средней массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода 12 С.
Атомные массы элементов обозначают А r , где индекс r – начальная буква английского слова relative – относительный. Записи A r (H), A r (O), A r (C) означают: относительная атомная масса водорода, относительная атомная масса кислорода, относительная атомная масса углерода.
Относительная атомная масса – одна из основных характеристик химического элемента.
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
Простые и сложные вещества
Химия занимается изучением превращений химических веществ (число известных к настоящему времени веществ более десяти миллионов), поэтому очень важна классификация химических соединений. Под классификацией понимают объединение разнообразных и многочисленных соединений в определенные группы или классы, обладающие сходными свойствами. С проблемой классификации тесно связана проблема номенклатуры, т.е. системы названий этих веществ
Индивидуальные химические вещества принято делить на две группы: немногочисленную группу простых веществ (их, с учетом аллотропных модификаций, насчитывается около 400) и очень многочисленную группу сложных веществ .
Сложные вещества обычно делят на четыре важнейших класса: оксиды, основания (гидроксиды), кислоты, соли
Приведенная первичная классификация уже с самого начала оказывается несовершенной. Например, в ней нет места для аммиака, соединений металлов с водородом, азотом, углеродом, фосфором и т.д., соединений неметаллов с другими неметаллами и т.д.
Перед тем, как рассмотреть более детально каждый из классов неорганических соединений, целесообразно взглянуть на схему, отражающую генетическую связь типичных классов соединений
В верхней части схемы помещены две группы простых веществ - металлы и неметаллы, а также водород, строение атома которого отличается от строения атомов других элементов. На валентном слое атома водорода находится один электрон, как у щелочных металлов; в то же время, до заполнения электронного слоя оболочки ближайшего инертного газа - гелия - ему недостает также одного электрона, что роднит его с галогенами.
Волнистая черта отделяет простые вещества от сложных; он символизирует, что «пересечение» этой границы обязательно затрагивает валентные оболочки атомов в простых веществах, следовательно, любая реакция с участием простых веществ будет окислительно-восстановительной.
В левой части схемы под металлами помещены их типичные соединения - основные оксиды и основания, в правой части схемы помещены соединения, типичные для неметаллов, кислотные оксиды и кислоты. Водород, помещенный в верхней части схемы, дает очень специфический, идеально амфотерный оксид - воду Н 2 О, которая в комбинации с основным оксидом дает основание, а с кислотным - кислоту. Водород в сочетании с неметаллами образует бескислородные кислоты. В нижней части схемы помещены соли, которые, с одной стороны, отвечают соединению металла с неметаллом, а с другой - комбинации основного оксида с кислотным.
Приведенная схема до некоторой степени отражает и возможности протекания химических реакций - как правило, в химическое взаимодействие вступают соединения, принадлежащие разным половинам схемы.
Вещества могут состоять из атомов как одного, так и разных химических элементов. По этому признаку все вещества делятся на простые и сложные.
Вещества, состоящие из атомов одного химического элемента, называются простыми. Простые вещества делятся на металлы (образованы атомами металлов: Na, K, Ca, Mg) и неметаллы (образован атомами неметаллов H2, N2, O2, Cl2, F2, S, P, Si) по их физическим и химическим свойствам.
Вещества, состоящие из атомов разных химических элементов, называются сложными веществами. К основным классам сложных неорганических веществ относятся оксиды, основания, кислоты и соли.
Оксиды - это бинарные соединения (соединения, состоящие из двух химических элементов), в состав которых входит элемент кислород в степени окисления -2.
Оксиды делятся на основные, амфотерные, кислотные и несолеобразующие:
1. Основные оксиды образованы атомами типичных металлов и атомами кислорода. Например, Na2O, CaO, LiO. Им соответствуют гидроксиды - основания.
2. Амфотерные оксиды образованы атомами переходных металлов и атомами кислорода. Например, BeО, ZnО, Al2О3. Им соответствуют амфотерные гидроксиды.
3. Кислотные оксиды образованы атомами неметалла и атомами кислорода. Например, CO2, SiO2, N2O3, NO2, N2O5,P2O3, P2O5, SO2, SO3, Cl2O7 и т.д. Им соответствуют гидроксиды - кислоты.
4. Несолеобразующие оксиды образованы атомами неметалла и кислородом. К несолеобразующим оксидам относятся 4 оксида:CO, SiO, N2O, NO.
Основания - это соединения, в состав которых входит катион металла (или аммония) и одна или несколько гидроксильных групп. Например, NaOH, Ca(OH)2, KOH, NH4OH.
Особо выделяют растворимые основания, которые называют щелочами. К ним относятся гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов.
По числу гидроксильных групп основания делятся на одно-, двух- и трёхкислотные.
Амфотерные гидроксиды образованы катионами бериллия, цинка или алюминия и гидроксиданионами: Be(OH)2, Zn(OH)2, Al(OH)3.
Кислоты - это соединения, в состав которых входят катионы водорода и анионы кислотного остатка. По числу катионов водорода кислоты делятся на одно-, двух- и трёхосновные. По наличию кислорода в кислотном остатке кислоты делятся на бескислородные и кислородсодержащие.
HF - фтороводородная (или плавиковая) кислота
HCl - хлороводородная (или соляная) кислота
HBr - бромоводородная кислота
HI - йодоводородная кислота
H2S - сероводородная кислота
HNO3 - азотная кислота (соответствует кислотный оксид N2O5)
HNO2 - азотистая кислота (соответствует кислотный оксид N2O3)
H2SO4 - серная кислота (соответствует кислотный оксид SO3)
H2SO3 - сернистая кислота(соответствует кислотный оксид SO2)
H2CO3 - угольная кислота (соответствует кислотный оксид CO2)
H2SiO3 - кремниевая кислота(соответствует кислотный оксид SiO2)
H3PO4 - фосфорная кислота (соответствует кислотный оксид P2O5).
Соли - соединения, в состав которых входит катион металла (или аммония) и анион кислотного остатка.
По составу кислоты делятся на:
1. Средние - состоят из катиона металла и кислотного остатка - это продукт полного замещения атомов водорода кислоты на катионы металла (или аммония). Например, Na2SO4, K3PO4.
Соли фтороводородной кислоты - фториды,
соли хлороводородной кислоты - хлориды,
соли бромоводородной кислоты - бромиды,
соли йодоводородной кислоты - йодиды,
соли сероводородной кислоты - сульфиды,
соли азотной кислоты - нитраты,
соли азотистой кислоты - нитриты,
соли серной кислоты - сульфаты,
соли сернистой кислоты - сульфиты,
соли угольной кислоты - карбонаты,
соли кремниевой кислоты - силикаты,
соли фосфорной кислоты - фосфаты.
2. Кислые соли - состоят из катиона металла (или аммония), катиона (-ов)водорода и аниона кислотного остатка - это продукт неполного замещения атомов водорода кислоты на катионы металла. Кислые соли могут образовывать только двух- и трёхосновные кислоты. К названию соли добавляется приставка гидро- (или дигдро). Например, NaHSO4 (гидросульфат натрия), KH2PO4 (дигидрофосфат калия).
3. Основные соли - состоят из катиона металла (или аммония), гидроксиданиона и аниона кислотного остатка - это продукт неполного замещения гидроксильных групп основания на кислотные остатки. Основные соли могут образовывать только двух- и трёхкислотные основания. К названию соли добавляется приставка гидроксо-. Например, (CuOH)2CO3 - гидроксокарбонат меди (II).
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.
