Вещества простые и сложные. Химические элементы

Исходя из основных положений атомно-молекулярного учения, можно дать определения простого и сложного вещества .

Простыми веществами называются вещества, состоящие из атомов одного химического элемента.

Например:

O 2 , N 2 , S 8 .

Сложными веществами называются вещества, состоящие из атомов различных химических элементов.

Например:

Н 2 О, Н 2 SО 4 , CuCl 2 .

Следует заметить, что такое сложное вещество, как, например, вода Н 2 О, состоит не из водорода и кислорода (это названия простых веществ – водорода – Н 2 и кислорода – O 2), а из атомов элемента водорода – Н и атомов элемента кислорода – O.

Некоторые химические элементы способны образовывать несколько простых веществ, отличающихся друг от друга по строению и свойствам. В настоящее время известно более 400 простых веществ. Так, элемент углерод образует простые вещества: графит, алмаз, карбин и фулерен . При сгорании каждого из этих веществ образуется только оксид углерода (IV) СО 2 . Это подтверждает то, что эти простые вещества состоят из атомов одного и того же элемента С углерода.

Явление, при котором один и тот же элемент может образовать несколько простых веществ, называется аллотропией , а образуемые при этом простые вещества – аллотропными модификациями.

Примером аллотропных модификаций могут быть простые вещества – кислород О 2 и озон О 3 , образованные атомами одного и того же элемента – кислорода.

Явление аллотропии вызывается двумя причинами:

 различным числом атомов в молекуле, например, кислород О 2 и озон О 3 ,

 различным строением кристаллической решетки и образованием различных кристаллических форм, например, алмаз, графит, карбин и фулерен.

Способность вещества участвовать в тех или иных химических реакциях характеризует химические свойства вещества.

Химические явления (процессы) – это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие вещества.

Если в результате протекания процесса химическая природа вещества не меняется, то такие процессы считаются физическими .

Примерами физических процессов традиционно считаются изменения агрегатного состояния вещества: плавление ионных кристаллов некоторых солей, плавление металлов, испарение воды и других жидкостей и т.д.

Следует заметить, что такой процесс, как растворение, считают физико-химическим , и, в данном случае, границы между химическими и физическими явлениями достаточно условны.

Принято различать чистые (химически чистые) вещества и смеси веществ.

Чистыми или индивидуальными веществами называют вещества, состоящие из частиц одного вида (содержащие одинаковые структурные единицы).

Примерами могут служить серебро (содержит только атомы серебра), серная кислота и оксид углерода (IV) (содержат только молекулы соответствующих веществ).

Чистые вещества характеризуются постоянством физических свойств, например, температурой плавления (Т пл) и температурой кипения (Т кип).

Вещество не является чистым, если содержит какое-либо количество одного или нескольких других веществ – примесей.

Если система образована смешиванием нескольких чистых веществ, причем их свойства при этом не изменились и ее можно разделить с помощью физических методов на исходные вещества, то такая система называется смесью . Почва, морская вода, воздух – все это примеры различных смесей. Вещества, входящие в состав смеси, называются компонентами . Содержание компонентов в смеси может меняться в широких пределах.

Многие смеси могут быть разделены на составные части – компоненты – на основании различия их физических свойств. Среди большого числа методов, используемых для разделения и очистки веществ, можно назвать:

 фильтрование,

 отстаивание с последующей декантацией,

 разделение с помощью делительной воронки,

 центрифугирование,

 выпаривание,

 кристаллизация,

 перегонка (в том числе фракционная перегонка),

 хроматография,

 возгонка и другие.

Следует заметить, что на практике вещества, называемые «чистыми», являются таковыми лишь условно. Очистка веществ представляет сложную задачу и получение абсолютно чистых веществ, содержащих структурные единицы только одного вида, практически невозможно.

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.

1. 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.

1. 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

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.

Простые и сложные вещества. Химический элемент

Об атомах и химических элементах

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 (H2, O2,Cl2, P4, Na, Cu, Au), и сложные вещества, состоящие из атомов разных элементов (H2O,NH3, OF2, H2SO4, MgCl2,K2SO4).

В настоящее время известно 115 химических элементов, которые образуют около 500 простых 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 O2 и озон O3с различным числом атомов в молекулах.

Аллотропные формы элемента углерод C - алмаз и графит - отличаются строение их кристаллов.Существуют и другие причины аллотропии.

Аллотропные формы углерода:

графит:

алмаз:

Сложные вещества часто называют химическими соединениями, например оксид ртути(II) HgO (получается путем соединения атомов простых веществ - ртути Hg и кислорода O2), бромид натрия(получается путем соединения атомов простых веществ - натрия Na и брома Br2).

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.

Осуществите переход по ссылке и просмотрите опыт взаимодействия простых веществ железа и серы.

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 соединений

Задания для закрепления

I. Поработайте с тренажёрами

Тренажёр №1

Тренажёр №2

Тренажёр №3

II. Решите задание

Из предложенного списка веществ выпишите отдельно простые и сложные вещества:

NaCl, H2SO4, K, S8, CO2, O3, H3PO4, N2, Fe.

Объясните ваш выбор, в каждом из случаев.

III. Ответьте на вопросы

№1

Сколько простых веществ записано в ряду формул:

H2O, N2, O3, HNO3, P2O5, S, Fe, CO2, KOH.

№2

К сложным относятся оба вещества:

А) С (уголь) и S (сера);

Б) CO2 (углекислый газ)и H2O (вода);

В) Fe (железо) и CH4 (метан);

Г) H2SO4 (серная кислота) и H2 (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.