Соединение простых веществ в сложные. Что называют веществом? Простые и сложные вещества: понятие

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

Задания для закрепления

I. Поработайте с тренажёрами

II. Решите задание

№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.

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).

В предыдущей главе было сказано, что образовывать связи друг с другом могут не только атомы одного химического элемента, но также атомы разных элементов. Вещества, образованные атомами одного химического элемента, называют простыми веществами, а вещества, образованные атомами разных химических элементов, — сложными. Некоторые простые вещества имеют молекулярное строение, т.е. состоят из молекул. Например, молекулярное строение имеют такие вещества, как кислород, азот, водород, фтор, хлор, бром, йод. Каждое из этих веществ образовано двухатомными молекулами, поэтому их формулы можно записать как O 2 , N 2 , H 2 , F 2 , Cl 2 , Br 2 и I 2 соответственно. Как можно заметить, простые вещества могут иметь одинаковое название с элементами, их образующими. Поэтому следует четко различать ситуации, когда речь идет о химическом элементе, а когда о простом веществе.

Нередко простые вещества имеют не молекулярное, а атомное строение. В таких веществах атомы могут образовывать друг с другом связи различных типов, которые подробно будут рассмотрены чуть позже. Веществами подобного строения являются все металлы, например, железо, медь, никель, а также некоторые неметаллы — алмаз, кремний, графит и т.д. Для данных веществ обычно характерно не только совпадение названия химического элемента с названием им образованного вещества, но также идентичны запись формулы вещества и обозначения химического элемента. Например, химические элементы железо, медь и кремний, имеющие обозначения Fe, Cu и Si, образуют простые вещества, формулы которых Fe, Cu и Si соответственно. Существует также небольшая группа простых веществ, состоящих из разрозненных атомов, никак не связанных между собой. Такие вещества являются газами, которые называют, ввиду их крайне низкой химической активности, благородными. К ним относятся гелий (Не), неон (Ne), аргон (Аr), криптон (Кr), ксенон (Хе), радон (Rn).

Поскольку только известных простых веществ насчитывается около 500, то логично вытекает вывод о том, что для многих химических элементов характерно явление, называемое аллотропией.

Аллотропия – явление, когда один химический элемент может образовывать несколько простых веществ. Разные химические вещества, образованные одним химическим элементом, называют аллотропными модификациями или аллотропами.

Так, например, химический элемент кислород может образовывать два простых вещества, одно и которых имеет название химического элемента – кислород. Кислород как вещество состоит из двухатомных молекул, т.е. формула его O 2 . Именно данное соединение входит в состав жизненно необходимого нам воздуха. Другой аллотропной модификацией кислорода является трехатомный газ озон, формула которого O 3 . Несмотря на то что и озон, и кислород образованы одним химическим элементом, их химическое поведение весьма различно: озон отличается намного большей активностью по сравнению с кислородом в реакциях с теми же веществами. Кроме того, данные вещества отличаются друг от друга по физическим свойствам уже как минимум из-за того, что молекулярная масса озона больше, чем у кислорода в 1,5 раза. Это приводит к тому, что его плотность в газообразном состоянии также больше в 1,5 раза.

Многие химические элементы склонны образовывать аллотропные модификации, отличающиеся друг от друга особенностями строения кристаллической решетки. Так, например, на рисунке 5, вы можете видеть схематичные изображения фрагментов кристаллических решеток алмаза и графита, которые являются аллотропными модификациями углерода.

Рисунок 5. Фрагменты кристаллических решеток алмаза (а) и графита (б)

Кроме того, углерод может иметь и молекулярное строение: такая структура наблюдается у такого типа веществ, как фуллерены. Вещества данного типа образованы молекулами углерода сферической формы. На рисунке 6 представлены 3D модели молекулы фуллерена с60 и футбольного мяча для сравнения. Обратите внимание на их интересное сходство.

Рисунок 6. Молекула фуллерена С60 (а) и футбольный мяч (б)

Сложные вещества - это вещества, которые состоят из атомов разных элементов. Они так же, как и простые вещества, могут иметь молекулярное и немолекулярное строение. Немолекулярный тип строения сложных веществ может быть более разнообразен, нежели у простых. Любые сложные химические вещества могут быть получены либо прямым взаимодействием простых веществ, либо последовательностью их взаимодействий друг с другом. Важно осознавать один факт, который заключается в том, что свойства сложных вещества как физические, так и химические сильно отличаются от свойств простых веществ, из которых они получены. Например, поваренная соль, имеющая форуму NaCl и представляющая собой бесцветные прозрачные кристаллы, может быть получена взаимодействием натрия, являющегося металлом с характерными для металлов свойствами (блеск и электропроводность), с хлором Cl 2 — газом желто-зеленого цвета.

Серная кислота H 2 SO 4 может быть образована серией последовательных превращений из простых веществ — водорода H 2 , серы S и кислорода O 2 . Водород — газ легче воздуха, образующий с воздухом взрывчатые смеси, сера — твердое вещество желтого цвета, способное гореть, и кислород — газ чуть тяжелее воздуха, в котором могут гореть многие вещества. Серная кислота, которая может быть получена из данных простых веществ, представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, обладающая сильными водоотнимающими свойствами, из-за которых обугливает многие вещества органического происхождения.

Очевидно, что помимо индивидуальных химических веществ, бывают также и их смеси. Преимущественно именно смесями различных веществ образован мир вокруг нас: сплавы металлов, продукты питания, напитки, различные материалы, из которых состоят окружающие нас предметы.

Например, воздух, которым мы дышим, состоит в основном из азота N 2 (78%), жизненно необходимого нам кислорода (21%), оставшийся же 1% приходится на примеси других газов (углекислый газ, благородные газы и др.).

Смеси веществ разделяют на гомогенные и гетерогенные. Гомогенными смесями называют такие смеси, у которых нет границ раздела фаз. Гомогенными смесями являются смесь спирта и воды, сплавы металлов, раствор соли и сахара в воде, смеси газов и т.д. Гетерогенными смесями называют такие смеси, у которых имеется граница раздела фаз. К смесям такого типа можно отнести смесь песка и воды, сахара и соли, смесь масла и воды и др.

Вещества, из которых состоят смеси, называют компонентами.

Смеси простых веществ в отличие от химических соединений, которые могут быть получены из этих простых веществ, сохраняют свойства каждого компонента.

Главное отличие между ними - в их составе. Так, простые вещества включают атомы одного элемента. Их (простых веществ) кристаллы можно синтезировать в лабораторных, а иногда и в домашних условиях. Однако часто для хранения полученных кристаллов необходимо создавать определенные условия.

Существует пять классов, на которые разделены простые вещества: металлы, полуметаллы, неметаллы, интерметаллиды и галогены (не встречающиеся в природе). Они могут быть представлены атомарными (Ar, Не) или молекулярными (О2, Н2, О3) газами.

В качестве примера можно взять простое вещество кислород. Оно включает молекулы, состоящие из двух атомов элемента Кислород. Или, например, вещество железо состоит из кристаллов, включающих только атомы элемента Железо. Исторически принято называть простое вещество по названию элемента, атомы которого входят в его состав. Строение этих соединений может быть молекулярным и немолекулярным.

Сложные вещества включают атомы различного вида и при разложении могут образовывать два (или больше) соединения. Например, вода при расщеплении формирует кислород и водород. При этом не каждое соединение можно разложить на простые вещества. Например, сульфид железа, сформированный атомами серы и железа, не поддается расщеплению. В этом случае, для того чтобы доказать, что соединение является сложным и включает разнородные атомы, применяют принцип обратной реакции. Другими словами, при помощи исходных компонентов получают сульфид железа.

Простые вещества являются формами химических элементов, существующих в свободном виде. Сегодня науке известно более четырехсот видов этих элементов.

В отличие от сложных веществ, простые нельзя получить из других простых веществ. Их также нельзя разложить на другие соединения.

Все аллотропные модификации обладают свойством переходить друг в друга. Разные типы простых веществ, сформированные одним химическим элементом, могут иметь разные и разный уровень химической активности. Так, например, кислород проявляет меньшую, чем озон, активность, а температура плавления фуллерена, например, меньше, чем у алмаза.

В нормальных условиях для одиннадцати элементов простые вещества будут представлять собой газы (Ar, Xe, Rn, N, H, Ne, O, F, Kr, Cl, He,), для двух жидкости (Br, Hg), а для прочих элементов - твердые тела.

При температуре, приближенной к комнатной, пять металлов будут принимать жидкое или полужидкое состояние. Это связано с тем, что температура их плавления почти равна Так, ртуть и рубидий плавятся при 39 градусах, франций - при 27, цезий - при 28, а галлий при 30 градусах.

Следует отметить, что понятия "химический элемент", "атом", "простое вещество" смешивать не следует. Так, например, атом имеет определенное, конкретное значение и существует реально. Определение "химический элемент" является в целом абстрактным, собирательным. В природе элементы присутствуют в форме атомов свободных или химически связанных. При этом характеристики простых веществ (совокупности частиц) и химических элементов (изолированных атомов конкретного вида) имеют свои особенности.

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.