Az atomok egyszerű és összetett anyagok. Az anyagok egyszerűek és összetettek. Kémiai elemek

Egyszerű és összetett anyagok. Kémiai elem

Az atomokról és a kémiai elemekről

A kémiában az „atom” és a „molekula” kifejezések mellett gyakran használják az „elem” fogalmat is.

Kémiai elem azonos típusú atomok. Így például minden hidrogénatom a hidrogén elem; minden oxigén- és higanyatom az oxigén, illetve a higany eleme.

Jelenleg több mint 107 féle atom ismert, azaz több mint 107 kémiai elem. Különbséget kell tenni a „kémiai elem”, az „atom” és az „egyszerű anyag” fogalmai között.

Egyszerű és összetett anyagok

Elemi összetételük szerint megkülönböztetnek egyszerű anyagokat, amelyek egy elem atomjaiból állnak (H2, O2,Cl2, P4, Na, Cu, Au), és összetett anyagokat, amelyek különböző elemek atomjaiból állnak (H2O, NH3, OF2, H2SO4). , MgCl2, K2SO4) .

Jelenleg 115 kémiai elem ismeretes, amelyek mintegy 500 egyszerű anyagot alkotnak.

A natív arany egyszerű anyag.

Az egyik elem azon képességét, hogy különféle egyszerű anyagok formájában létezzen, amelyek tulajdonságai különböznek egymástól, allotrópiának nevezzük. Például az oxigén O elemnek két allotróp formája van - a dioxigén O2 és az ózon O3, különböző számú atommal a molekulákban.

A szén C elem allotróp formái - a gyémánt és a grafit - kristályaik szerkezetében különböznek.Az allotrópiának más okai is vannak.

A szén allotróp formái:

grafit:

gyémánt:

Az összetett anyagokat gyakran kémiai vegyületeknek nevezik, például higany(II)-oxid HgO (egyszerű anyagok atomjainak - higany Hg és oxigén O2 - kombinálásával nyerhető), nátrium-bromid (egyszerű anyagok atomjainak - nátrium-nátrium és bróm-Br2 - kombinálásával nyert) .

Tehát foglaljuk össze a fentieket. Kétféle anyagmolekula létezik:

1. Egyszerű– az ilyen anyagok molekulái azonos típusú atomokból állnak. BAN BEN kémiai reakciók nem bomlanak le több egyszerűbb anyaggá.

2.Összetett- az ilyen anyagok molekulái atomokból állnak különböző típusok. Kémiai reakciókban lebomlanak egyszerűbb anyagokká.

A „kémiai elem” és az „egyszerű anyag” fogalma közötti különbség

A „kémiai elem” és az „egyszerű anyag” fogalmát az egyszerű és összetett anyagok tulajdonságainak összehasonlításával lehet megkülönböztetni. Például egy egyszerű anyag – az oxigén – színtelen gáz, amely a légzéshez és az égés elősegítéséhez szükséges. Az egyszerű oxigén anyag legkisebb részecskéje egy molekula, amely két atomból áll. Az oxigén is benne van a szén-monoxidban ( szén-monoxid) és vizet. A víz és a szén-monoxid azonban kémiailag kötött oxigént tartalmaz, amely nem rendelkezik egy egyszerű anyag tulajdonságaival, különösen nem használható légzésre. A halak például nem kémiailag kötött oxigént lélegeznek be, amely a vízmolekula része, hanem a benne oldott szabad oxigént. Ezért mikor arról beszélünk Bármely kémiai vegyület összetételével kapcsolatban meg kell érteni, hogy ezek a vegyületek nem egyszerű anyagokat tartalmaznak, hanem bizonyos típusú atomokat, azaz a megfelelő elemeket.

Az összetett anyagok bomlásakor az atomok szabad állapotban szabadulhatnak fel, és egyesülhetnek egyszerű anyagokká. Egyszerű anyagok egy elem atomjaiból állnak. A „kémiai elem” és az „egyszerű anyag” fogalmak közötti különbséget az is megerősíti, hogy ugyanaz az elem több egyszerű anyagot is képezhet. Például az oxigén elem atomjai kétatomos oxigénmolekulákat és háromatomos ózonmolekulákat képezhetnek. Az oxigén és az ózon teljesen különböző egyszerű anyagok. Ez magyarázza azt a tényt, hogy sokkal egyszerűbb anyagok ismertek, mint kémiai elemek.

A „kémiai elem” fogalmát használva a következő definíciót adhatjuk az egyszerű és összetett anyagokra:

Egyszerű Olyan anyagoknak nevezzük, amelyek egy kémiai elem atomjaiból állnak.

Összetett olyan anyagoknak nevezzük, amelyek különböző kémiai elemek atomjaiból állnak.

A „keverék” és a „kémiai vegyület” fogalma közötti különbség

Az összetett anyagokat gyakran kémiai vegyületeknek nevezik.

Kövesse a linket, és tekintse meg a vas és a kén egyszerű anyagok kölcsönhatásának tapasztalatait.

Próbálj meg válaszolni a kérdésekre:

1. Miben különböznek a keverékek összetételükben a kémiai vegyületektől?

2. Hasonlítsa össze a keverékek és kémiai vegyületek tulajdonságait?

3. Milyen módszerekkel lehet szétválasztani a keverék és a kémiai vegyület összetevőit?

4. Lehet-e úgy ítélni külső jelek keverék és kémiai vegyület keletkezéséről?

Keverékek és vegyszerek összehasonlító jellemzői kapcsolatokat

Konszolidációs feladatok

I. Munka szimulátorokkal

1. szimulátor

2. szimulátor

3. szimulátor

II. Megoldani a problémát

A javasolt anyagok listájából írja ki külön az egyszerű és összetett anyagokat:

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

Minden esetben indokolja választását.

III. Válaszolj a kérdésekre

№1

Hány egyszerű anyag van felírva egy képletsorozatba:

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

№2

Mindkét anyag összetett:

A) C (szén) és S (kén);

B) CO2 (szén-dioxid) és H2O (víz);

B) Fe (vas) és CH4 (metán);

D) H2SO4 (kénsav) és H2 (hidrogén).

№3

Válassza ki a helyes állítást:

Az egyszerű anyagok azonos típusú atomokból állnak.

A) Helyes

B) Helytelen

№4

A keverékekre jellemző az

A) Állandó összetételűek;

B) A „keverékben” lévő anyagok nem őrzik meg egyedi tulajdonságaikat;

C) A „keverékekben” lévő anyagok fizikai tulajdonságok alapján elválaszthatók;

D) A „keverékekben” lévő anyagok kémiai reakcióval elválaszthatók.

№5

A következő jellemzők a „kémiai vegyületekre”:

A) Változó összetétel;

B) A „kémiai vegyületben” lévő anyagok fizikai úton elválaszthatók;

C) A kémiai vegyület képződése a kémiai reakciók jelei alapján ítélhető meg;

D) Állandó összetétel.

№6

Milyen esetben beszélünk vasról, mint kémiai elemről?

A) A vas egy fém, amelyet mágnes vonz;

B) A vas a rozsda része;

C) A vasat fémes csillogás jellemzi;

D) A vas-szulfid egy vasatomot tartalmaz.

№7

Milyen esetben beszélünk oxigénről, mint egyszerű anyagról?

A) Az oxigén olyan gáz, amely támogatja a légzést és az égést;

B) A halak vízben oldott oxigént lélegeznek be;

C) Az oxigénatom a vízmolekula része;

D) Az oxigén a levegő része.

Az előző fejezetben elhangzott, hogy nemcsak ugyanazon kémiai elem atomjai alkothatnak kötést egymással, hanem különböző elemek atomjai is. Az egy kémiai elem atomjai által alkotott anyagokat egyszerű anyagoknak, a különböző kémiai elemek atomjai által alkotott anyagokat pedig összetett anyagoknak nevezzük. Néhány egyszerű anyag molekulaszerkezettel rendelkezik, pl. molekulákból áll. Például az olyan anyagok, mint az oxigén, nitrogén, hidrogén, fluor, klór, bróm, jód molekulaszerkezettel rendelkeznek. Ezen anyagok mindegyikét kétatomos molekulák alkotják, így képleteik O 2, N 2, H 2, F 2, Cl 2, Br 2 és I 2 formában írhatók fel. Mint látható, az egyszerű anyagoknak ugyanaz a neve lehet, mint az őket alkotó elemeknek. Ezért világosan meg kell különböztetni azokat a helyzeteket, amikor egy kémiai elemről beszélünk, és amikor egy egyszerű anyagról.

Az egyszerű anyagok gyakran nem molekuláris, hanem atomi szerkezetűek. Az ilyen anyagokban az atomok kötéseket hozhatnak létre egymással különféle típusok, amelyről kicsit később lesz szó részletesen. Hasonló szerkezetű anyagok minden fém, például vas, réz, nikkel, valamint néhány nemfém - gyémánt, szilícium, grafit stb. Ezeket az anyagokat általában nemcsak a kémiai elem nevének egybeesése az általa alkotott anyag nevével jellemzi, hanem az anyag képletének és a kémiai elem megnevezésének azonos rögzítése is. Például a vas, réz és szilícium kémiai elemek, amelyeket Fe-nek, Cu-nak és Si-nek neveznek, egyszerű anyagokat alkotnak, amelyek képlete Fe, Cu és Si. Van egy kis csoportja az egyszerű anyagoknak is, amelyek izolált atomokból állnak, amelyek semmilyen módon nem kapcsolódnak egymáshoz. Ilyen anyagok a gázok, amelyeket rendkívül alacsony kémiai aktivitásuk miatt nemesgázoknak neveznek. Ide tartozik a hélium (He), a neon (Ne), az argon (Ar), a kripton (Kr), a xenon (Xe), a radon (Rn).

Mivel csak körülbelül 500 ismert egyszerű anyag van, a logikus következtetés az, hogy sok kémiai elemre jellemző az allotrópia nevű jelenség.

Az allotrópia olyan jelenség, amikor egy kémiai elem több egyszerű anyagot képezhet. Az egy kémiai elem által alkotott különböző kémiai anyagokat allotróp módosulatoknak vagy allotrópoknak nevezzük.

Így például az oxigén kémiai elem két egyszerű anyagot képezhet, amelyek közül az egyik a kémiai elem neve - oxigén. Az oxigén mint anyag kétatomos molekulákból áll, azaz. képlete O 2. Ez a vegyület az élethez szükséges levegő része. Az oxigén másik allotróp módosulata a háromatomos gázózon, amelynek képlete O 3 . Annak ellenére, hogy az ózont és az oxigént is ugyanaz a kémiai elem képezi, kémiai viselkedésük nagyon eltérő: az ózon sokkal aktívabb, mint az oxigén ugyanazon anyagokkal való reakciókban. Ezenkívül ezek az anyagok különböznek egymástól fizikai tulajdonságok legalábbis annak köszönhető, hogy az ózon molekulatömege másfélszer nagyobb, mint az oxigéné. Ez arra a tényre vezet, hogy a sűrűsége gáz halmazállapotban is 1,5-szer nagyobb.

Sok kémiai elem képződik allotróp módosítások, amelyek a kristályrács szerkezeti jellemzőiben különböznek egymástól. Így például az 5. ábrán a töredékek sematikus képei láthatók kristályrácsok gyémánt és grafit, amelyek a szén allotróp módosulatai.

5. ábra: Gyémánt (a) és grafit (b) kristályrács töredékei

Ezenkívül a szénnek molekulaszerkezete is lehet: ilyen szerkezet figyelhető meg olyan anyagoknál, mint például a fullerének. Az ilyen típusú anyagokat gömb alakú szénmolekulák képezik. A 6. ábra egy c60 fullerén molekula és egy futballlabda 3D-s modelljeit mutatja összehasonlítás céljából. Figyeld meg érdekes hasonlóságukat.

6. ábra: C60 fullerén molekula (a) és futballlabda (b)

Az összetett anyagok olyan anyagok, amelyek különböző elemek atomjaiból állnak. Az egyszerű anyagokhoz hasonlóan molekuláris és nem molekuláris szerkezetűek is lehetnek. Az összetett anyagok nem molekuláris típusú szerkezete változatosabb lehet, mint az egyszerűeké. Bármilyen összetett kémiai anyag előállítható egyszerű anyagok közvetlen kölcsönhatásával vagy egymás közötti kölcsönhatásaik sorozatával. Fontos felismerni egy tényt, mégpedig azt, hogy az összetett anyagok fizikai és kémiai tulajdonságai nagyon eltérnek azon egyszerű anyagok tulajdonságaitól, amelyekből származnak. Például, só, melynek NaCl fóruma színtelen, átlátszó kristályok, a fémekre jellemző tulajdonságú fém (fényesség és elektromos vezetőképesség) nátrium és a klór Cl 2, egy sárgászöld gáz kölcsönhatása útján nyerhető.

A kénsav H 2 SO 4 egyszerű anyagokból - hidrogén H 2, kén S és oxigén O 2 - képződik. A hidrogén a levegőnél könnyebb gáz, amely levegővel robbanékony keveréket képez, a kén szilárd anyag. sárga szín, égni képes, az oxigén pedig a levegőnél valamivel nehezebb gáz, amelyben sok anyag éghet. Az ezekből az egyszerű anyagokból nyerhető kénsav erős vízelvezető tulajdonságú, nehéz olajos folyadék, melynek köszönhetően számos szerves eredetű anyagot elszenesít.

Nyilvánvalóan az egyes vegyszereken kívül vannak ezek keverékei is. Főleg keverékek különféle anyagok kialakul a minket körülvevő világ: fémötvözetek, ételek, italok, különféle anyagok, amelyből a minket körülvevő tárgyak készülnek.

Például a levegő, amit belélegzünk, főként nitrogén N2-ből (78%), oxigénből (21%) áll, ami létfontosságú számunkra, a fennmaradó 1% pedig egyéb gázok szennyeződéseiből áll. szén-dioxid, nemesgázok stb.).

Az anyagok keverékeit homogénre és heterogénre osztják. Homogén keverékek azok a keverékek, amelyeknek nincs fázishatára. A homogén keverékek alkohol és víz keverékei, fémötvözetek, só és cukor vizes oldata, gázkeverékek stb. Heterogén keverékek azok a keverékek, amelyeknek fázishatára van. Az ilyen típusú keverékek közé tartozik a homok és víz keveréke, a cukor és a só keveréke, az olaj és a víz keveréke stb.

A keverékeket alkotó anyagokat komponenseknek nevezzük.

Az egyszerű anyagok keverékei, ellentétben az ezekből az egyszerű anyagokból nyerhető kémiai vegyületekkel, megőrzik az egyes komponensek tulajdonságait.

Az összes anyagot, amelyről egy iskolai kémia tanfolyamon beszélünk, általában egyszerű és összetett anyagokra osztják. Az egyszerű anyagok azok az anyagok, amelyek molekulái ugyanazon elem atomjait tartalmazzák. Az atomi oxigén (O), a molekuláris oxigén (O2) vagy egyszerűen az oxigén, ózon (O3), grafit, gyémánt olyan egyszerű anyagok példái, amelyek az oxigén és a szén kémiai elemeit alkotják. Az összetett anyagokat szerves és szervetlen anyagokra osztják. A szervetlen anyagok közül elsősorban a következő négy osztályt különböztetjük meg: oxidok (vagy oxidok), savak (oxigén- és oxigénmentesek), bázisok (a vízben oldódó bázisokat lúgoknak nevezzük) és sók. A nemfémek vegyületei (az oxigén és a hidrogén kivételével) nem tartoznak ebbe a négy osztályba, ezeket hagyományosan „és egyéb összetett anyagoknak” nevezzük.

Az egyszerű anyagokat általában fémekre, nemfémekre és inert gázokra osztják. A fémek közé tartozik minden olyan kémiai elem, amelyben a d- és f-alszint kitöltődik, ezek az elemek a 4. periódusban: Sc - Zn, az 5. periódusban: Y - Cd, a 6. periódusban: La - Hg, Ce - Lu, a 7. periódusban Ac - Th - Lr. Ha most vonalat húzunk a Be-től az At-ig a fennmaradó elemek között, akkor balra és lent fémek lesznek, jobbra és felül pedig nemfémek. Az inert gázok a periódusos rendszer 8. csoportjában találhatók. Az átlón elhelyezkedő elemek: Al, Ge, Sb, Po (és még néhányan. Például a Zn) szabad állapotban fémek, a hidroxidok pedig bázisok és savak tulajdonságaival rendelkeznek, azaz. amfoter hidroxidok. Ezért ezek az elemek fém-nemfémeknek tekinthetők, amelyek közbenső helyet foglalnak el a fémek és a nemfémek között. Így a kémiai elemek besorolása attól függ, hogy milyen tulajdonságaik lesznek hidroxidjaiknak: bázikus - ami azt jelenti, hogy fém, savas - nemfém, és mindkettő (a körülményektől függően) - fém-nemfém. Ugyanez a kémiai elem a legalacsonyabb pozitív oxidációs állapotú vegyületekben (Mn+2, Cr+2) kifejezett „fémes”, a maximális pozitív oxidációs állapotú vegyületekben (Mn+7, Cr+6) pedig a tipikus nem fém. Az egyszerű anyagok, az oxidok, a hidroxidok és a sók közötti összefüggések bemutatásához összefoglaló táblázatot mutatunk be.

Minden anyag egyszerű és összetett.

Egyszerű anyagok- Ezek olyan anyagok, amelyek egy elem atomjaiból állnak.

Egyes egyszerű anyagokban ugyanannak az elemnek az atomjai egyesülnek egymással és molekulákat alkotnak. Az ilyen egyszerű anyagok rendelkeznek molekuláris szerkezet. Ezek tartalmazzák: , . Mindezek az anyagok kétatomos molekulákból állnak. (Megjegyzendő, hogy az egyszerű anyagok neve megegyezik az elemek nevével!)

Más egyszerű anyagok rendelkeznek atomszerkezet, azaz atomokból állnak, amelyek között bizonyos kötések vannak. Ilyen egyszerű anyagokra példa az összes ( stb.) és néhány ( stb.). Ezeknek az egyszerű anyagoknak nemcsak a neve, hanem a képlete is egybeesik az elemek szimbólumaival.

Létezik az egyszerű anyagok egy csoportja is, az úgynevezett. Ide tartoznak: hélium He, neon Ne, argon Ar, kripton Kr, xenon Xe, radon Rn. Ezek az egyszerű anyagok olyan atomokból állnak, amelyek nem kapcsolódnak egymáshoz.

Minden elem legalább egy egyszerű anyagot alkot. Egyes elemek nem egy, hanem két vagy több egyszerű anyagot alkothatnak. Ezt a jelenséget allotrópiának nevezik.

Allotrópia az a jelenség, amikor egy elem több egyszerű anyag képződik.

Az ugyanazon kémiai elem által képződő különböző egyszerű anyagokat allotróp módosulásoknak nevezzük.

Az allotróp módosulások molekulaösszetételükben eltérhetnek egymástól. Például az oxigén elem két egyszerű anyagot képez. Az egyik kétatomos O 2 molekulákból áll, és ugyanaz a neve, mint az elem-. Egy másik egyszerű anyag O 3 háromatomos molekulákból áll, és saját neve van - ózon.

Az oxigén O 2 és az ózon O 3 különböző fizikai és Kémiai tulajdonságok.

Az allotróp módosulatok lehetnek szilárd anyagok, amelyek különböző kristályszerkezettel rendelkeznek. Példa erre a szén C - gyémánt és grafit allotróp módosulatai.

Az ismert egyszerű anyagok száma (körülbelül 400) lényegesen nagyobb, mint a kémiai elemek száma, mivel sok elem kettő vagy több allotróp módosulatot alkothat.

Komplex anyagok- Ezek olyan anyagok, amelyek különböző elemek atomjaiból állnak.

Példák összetett anyagokra: HCl, H 2 O, NaCl, CO 2, H 2 SO 4 stb.

Az összetett anyagokat gyakran kémiai vegyületeknek nevezik. BAN BEN kémiai vegyületek nem őrzik meg azon egyszerű anyagok tulajdonságait, amelyekből ezek a vegyületek keletkeznek. Egy összetett anyag tulajdonságai eltérnek azon egyszerű anyagok tulajdonságaitól, amelyekből keletkezik.

Például nátrium-klorid NaCl képződhet egyszerű anyagokból - fémes nátrium Na és gáznemű klór Cl. A NaCl fizikai és kémiai tulajdonságai eltérnek a Na és Cl 2 tulajdonságaitól.

A természetben általában nem tiszta anyagok vannak, hanem anyagok keverékei. BAN BEN gyakorlati tevékenységekáltalában anyagkeverékeket is használunk. Bármely keverék két ill több nevezett anyagok keverék komponensei.

Például a levegő több gáznemű anyag keveréke: oxigén O 2 (21 térfogatszázalék), (78%) stb. A keverékek számos anyag oldatai, egyes fémek ötvözetei stb.

Az anyagok keverékei homogének (homogén) és heterogének (heterogének).

Homogén keverékek- Ezek olyan keverékek, amelyekben nincs határfelület a komponensek között.

A gázok (különösen a levegő) és a folyékony oldatok (például a cukor vizes oldata) keverékei homogének.

Heterogén keverékek- Ezek olyan keverékek, amelyekben a komponenseket interfész választja el.

A heterogének közé tartoznak a szilárd anyagok keverékei (homok + krétapor), az egymásban oldhatatlan folyadékok keverékei (víz + olaj), a folyadékok és az abban oldhatatlan szilárd anyagok keverékei (víz + kréta).

A keverékek és a kémiai vegyületek közötti legfontosabb különbségek:

1. A keverékekben az egyes anyagok (komponensek) tulajdonságai megmaradnak.
2. A keverékek összetétele nem állandó.