Аллотропия простые и сложные вещества. Основные понятия и законы химии

Все, что окружает нас, имеет свою физическую и химическую природу. Что называют веществом и какие виды его существуют? Оно представляет собой физическую субстанцию, обладающую специфическим химическим составом. На латыни слово «вещество» обозначается термином Substantia, которое также часто используют ученые. Что же оно собой представляет?

На сегодняшний день известно более 20 млн различных веществ. В воздухе присутствуют всевозможные газы, в океане, морях и реках - вода с минералами и солями. Твердый поверхностный слой нашей планеты состоит из многочисленных горных пород. Огромное количество различных веществ присутствует в любом живом организме.

Общие понятия

В современной химии вещество, определение которого понимают как обладает массой покоя. Оно состоит из элементарных частиц либо квазичастиц. Неотъемлемым признаком любого вещества является его масса. Как правило, при сравнительно низких плотностях и температурах в его составе чаще всего встречаются такие элементарные частицы, как электроны, нейтроны и протоны. Из последних двух состоят атомные ядра. Все эти элементарные частицы образуют такие субстанции, как молекулы и кристаллы. По сути своей, их атомное вещество (атомы) состоит из электронов, протонов и нейтронов.

С точки зрения биологии «вещество» - понятие материи, которая образует ткани любых организмов. Оно входит в состав органелл, которые имеются в клетках. В общем смысле «вещество» - это форма материи, из которой образуются все физические тела.

Свойства вещества

Свойствами вещества называют набор объективных характеристик, определяющих индивидуальность. Они позволяют различать одну субстанцию от другой. Наиболее характерные физико-химические свойства вещества:

Плотность;

Температуры кипения и плавления;

Термодинамические характеристики;

Химические свойства;

Значения кристаллической структуры.

Все перечисленные параметры представляют собой неизменяющиеся константы. Поскольку все вещества отличаются друг от друга, они обладают определенными Что подразумевают под этим понятием? Свойствами вещества называют его особенности, определяемые измерением или наблюдением, без трансформации его в другую субстанцию. Важнейшими из них являются:

Агрегатное состояние;

Цвет и блеск;

Наличие запаха;

Нерастворимость или растворимость в воде;

Температура плавления и кипения;

Плотность;

Электропроводность;

Теплопроводность;

Твердость;

Хрупкость;

Пластичность.

Для характерно еще такое физическое свойство, как форма. Цвет, вкус, запах определяют визуально и при помощи органов чувств. Такие физические параметры, как плотность, температура плавления и кипения, электропроводность вычисляют с помощью различных измерений. Сведения о физических свойствах большинства веществ представлены в специальных справочниках. Они зависят от агрегатного состояния субстанции. Так, плотность воды, льда и пара совершенно различна. Кислород в газообразном состоянии бесцветный, а в жидком - имеет голубой оттенок. Благодаря отличиям физических свойств можно различить множество веществ. Так, медь - единственный металл, имеющий красноватый оттенок. Только имеет соленый вкус. В большинстве случаев, чтобы определить вещество, необходимо учитывать несколько известных его свойств.

Отношение понятий

Многие люди смешивают понятия «химический элемент», «атом», «простое вещество». На самом деле они различаются между собой. Так, атом - это конкретное понятие, поскольку он существует реально. Химический элемент - абстрактное (собирательное) определение. В природе он существует только в виде связанных или свободных атомов. Другими словами, он представляет собой простое или сложное вещество. У каждого химического элемента есть свое условное обозначение - знак (символ). В некоторых случаях он выражает и состав простого вещества (В, С, Zn). Но нередко этот символ обозначает только химический элемент. Это наглядно демонстрирует формула кислорода. Так О - это всего лишь химический элемент, а простое вещество кислород обозначается формулой О 2 .

Существуют и другие отличия между этими понятиями. Следует различать характеристики (свойства) простых веществ, представляющих собой совокупность частиц, и химического элемента, являющегося атомом определенного вида. Есть определенные отличия и в названиях. Чаще всего обозначение химического элемента и простого вещества совпадает. Однако есть и исключения из этого правила.

Классификация веществ

Что называют веществом с точки зрения науки? Количество различных субстанций очень велико. Природное вещество, определение которого связано с его натуральным происхождением, может быть органическим или неорганическим. Многие соединения человек научился синтезировать искусственно. Определение «вещество» подразумевает разделение на простые (индивидуальные) субстанции и смеси. Отношение к классификации зависит от того, какое их количество в него входит.

Определение простого вещества понимает абстрактное понятие, которое означает набор атомов, соединенных между собой по определенным физико-химическим законам. Несмотря на это граница между ним и смесью весьма расплывчата, поскольку некоторые субстанции имеют непостоянный состав. Для них даже еще не предложена точная формула. В силу того, что для простого вещества достижима только конечная его чистота, это понятие остается абстракцией. Иными словами, в любом из них имеется смесь химических элементов, в которой преобладает одно. Зачастую чистота субстанции непосредственным образом влияет на ее свойства. В общем смысле простое вещество построено из атомов одного химического элемента. Например, в молекуле газа кислорода содержится по 2 одинаковых атома (О 2).

Что называют веществом сложным? Такое химическое соединение включает в себя различные атомы, составляющие молекулы. Иногда его называют смешанной химической субстанцией. Сложными веществами называют смеси, молекулы которых образуются из атомов двух и более элементов. Так, например, в молекуле воды есть один атом кислорода и 2 водорода (Н 2 О). Понятию сложного вещества отвечает молекула, содержащая различные химические элементы. Таких субстанций намного больше, чем простых. Они могут быть натуральными и искусственными.

Простые и понятие которых в некоторой степени условны, отличаются своими свойствами. Так, например, титан становится прочным только тогда, когда он будет избавлен от атомов кислорода до меньше сотой доли процента. Сложное и простое вещество, химическое определение которого немного сложно для восприятия, может быть двух видов: неорганическое и органическое.

Неорганические вещества

К неорганическим относятся все химические соединения, не содержащие углерода. В эту группу входят и некоторые вещества, в составе которых есть этот элемент (цианиды, карбонаты, карбиды, оксиды углерода и несколько других веществ). Они не имеют характерного для органических субстанций скелета. Назвать вещество по формуле может каждый благодаря периодической системе Менделеева и школьному курсу химии. Все они обозначаются латинскими буквами. Что называют веществом в этом случае? Все неорганические субстанции делятся на такие группы:

Простые вещества: металлы (Mg, Na, Ca); неметаллы (P, S); благородные газы (He, Ar, Xe); амфотерные вещества (Al, Zn, Fe);

Сложные: соли, оксиды, кислоты, гидроксиды.

Органические вещества

Определение органических веществ довольно простое. К этим субстанциям относят химические соединения, в составе которых имеется углерод. Этот класс веществ является самым обширным. Правда, в этом правиле существуют и исключения. Так, к органическим веществам не относятся: оксиды углерода, карбиды, карбонаты, угольная кислота, цианиды и тиоцианаты.

Ответ на вопрос "назовите включает целый ряд сложных соединений. К ним относятся: амины, амиды, кетоны, ангидриды, альдегиды, нитрилы, карбоновые кислоты, сераорганические соединения, углеводороды, спирты, простые и сложные эфиры, аминокислоты.

К основным классам биологических органических веществ относят липиды, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы. Они, помимо углерода, имеют в своем составе водород, кислород, фосфор, серу, азот. Какие характерные черты у органических веществ? Их многообразие и разнообразие строения объясняется особенностями атомов углерода, которые способны образовывать прочные связи при соединении в цепочки. Благодаря этому получаются очень устойчивые молекулы. Атомы углерода образуют зигзагообразную цепь, которая является характерной особенностью органических веществ. При этом строение молекул прямо влияет на химические свойства. Углерод в органических веществах может объединяться в открытые и циклические (замкнутые) цепи.

Агрегатные состояния

Определение «вещество» в химии не дает развернутого понятия о его агрегатных состояниях. Они различаются той ролью, которую играет в их существовании взаимодействие молекул. Различают 3 агрегатных состояния вещества:

Твердое, в котором молекулы плотно соединены. Между ними устанавливается сильное притяжение. В твердом состоянии молекулы вещества не способны двигаться свободно. Они могут совершать только колебательные движения. Благодаря этому твердые вещества прекрасно сохраняют свою форму и объем.

Жидкое, при котором молекулы более свободны и могут передвигаться с одного места на другое. Благодаря таким свойствам любые жидкости могут принимать форму сосуда и перетекать.

Газообразное, в котором элементарные частицы вещества двигаются свободно и хаотично. Молекулярные связи в этом состоянии настолько слабы, что они могут далеко находиться друг от друга. В газообразном состоянии вещество способно заполнять собой большие объемы.

На примере воды очень просто понять разницу между льдом, жидкостью и паром. Все эти агрегатные состояния не относятся к индивидуальным характеристикам химического вещества. Они соответствуют только состояниям существования субстанции, зависящим от внешних физических условий. Именно поэтому воде нельзя однозначно приписать признак жидкости. При изменении внешних условий многие химические вещества переходят из одного агрегатного состояния в другое. В ходе этого процесса обнаруживаются промежуточные (пограничные) типы. Самым известным из них является аморфное состояние, называемое стеклообразным. Такое определение «вещество» в химии связано с его строением (в переводе с греческого amorphos - бесформенный).

В физике рассматривается еще одно агрегатное состояние, называемое плазмой. Оно полностью или частично ионизировано и характеризуется одинаковой плотностью отрицательных и положительных зарядов. Иными словами: плазма электронейтральна. Это состояние вещества возникает только при предельно высоких температурах. Иногда они достигают тысячи кельвинов. По некоторым своим свойствам плазма является противоположностью газу. Последний обладает низкой электрической проводимостью. Газ состоит из частиц, которые подобны друг другу. При этом они редко сталкиваются. Плазма обладает высокой электрической проводимостью. Она состоит из элементарных частиц, различающихся электрическим зарядом. Они постоянно взаимодействуют друг с другом.

Существуют также такие промежуточные состояния вещества, как и полимер (высокоэластичный). В связи с наличием этих переходных форм специалисты часто используют более широко понятие «фаза». При определенных условиях, достаточно отличающихся от обычных, некоторые вещества переходят в особые состояния, например, сверхпроводящее и сверхтекучее.

Кристаллы

Кристаллы относятся к твердым веществам, имеющим естественную форму правильных многогранников. Она основана на их внутренней структуре и зависит от расположения составляющих его атомов, молекул и ионов. В химии она называется кристаллической решеткой. Такая структура индивидуальна для каждого вещества, поэтому она является одним из основных физико-химических параметров.

Расстояния между частицами, составляющими кристаллы, называют параметрами решетки. Они определяются с помощью физических методов структурного анализа. Нередко твердые вещества имеют более одной формы кристаллической решетки. Такие структуры называются полиморфными модификациями. Среди простых веществ распространены ромбическая и моноклинная форма. К таким веществам относят графит, алмаз, серу, представляющие гексагональную и кубическую модификации углерода. Данная форма отмечается и у сложных веществ, таких как кварц, кристобалит, тридимит, которые являют собой модификации диоксида кремния.

Вещество как форма материи

Несмотря на то что по своему значению понятия «вещество» и «материя» очень близки, они не являются полностью равнозначными. Это утверждают многие ученные. Так, при упоминании термина «материя» чаще всего подразумевают грубую, инертную и мертвую действительность, подверженную господству механических законов. Под определением «вещество» больше понимают материал, который, благодаря своей форме, вызывает мысль о жизненной пригодности и оформленности.

Сегодня ученные считают материю объективной реальностью, которая существует в пространстве и изменяется во времени. Она может быть представлена в двух формах:

Первая обладает волновой природой. К ней относятся невесомость, проницаемость, непрерывность. Она может распространяться со скоростью света.

Вторая - корпускулярная, обладающая массой покоя. Она состоит из элементарных частиц, отличающихся своей локализацией. Она малопроницаема или непроницаема и не может распространяться со скоростью света.

Первую форму существования материи называют полем, а вторую - веществом. У них много общего, ведь даже электроны обладают свойствами частицы и волны. Они проявляются на уровне микромира. Именно поэтому разделение на поле и вещество очень удобно.

Единство вещества и поля

Ученные давно установили, что чем массивнее и крупнее элементарная частица вещества, тем резче выражается ее индивидуальность и отграниченность. При этом ярче видна противоположность между веществом и полем, которое характеризуется непрерывностью. Чем меньше элементарные частицы вещества, тем меньше его масса. В этом случае противопоставление его с полем становится более сложным. В различных микроволнениях оно вообще теряет смысл, поскольку разные элементарные частицы - это кванты, возбужденные состояниями различных полей (электромагнитного - фотоны, ядерного - мезоны).

Единство вещества и поля и отсутствие четкой границы между ними выражается в том, что в определенных условиях частицы возникают за счет поля, а других случаях - наоборот. Наглядным примером тому может служить такое явление, как аннигиляция (явление превращения элементарных частиц). Любое вещественное тело - это устойчивое целое, возможное благодаря связи его элементов через поля.

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).

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.

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.

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.