Понятие химического элемента. Простые и сложные вещества

Классификация чистых веществ в химии начинается с разделения их на простые и сложные в зависимости от состава.  Различие между ними, связанное с понятиями химического элемента и соединения, обусловлено атомно-молекулярным строением вещества.

Различие между атомами

Атом представляет собой связанную электрическими силами систему из ядра и электронного облака. Ядро образовано протонами и нейтронами и имеет положительный электрический заряд, складывающийся из зарядов протонов. Нейтроны, не имеющие заряда, вносят вклад в массу ядра и, соответственно, атома.

Мельчайшие носители отрицательного заряда – электроны – образуют вокруг ядра облако. Зарядом ядра определяется их число, от которого зависит конфигурация облака, – в частности, заполнение электронами его внешней оболочки, то есть химические свойства атома. Разнообразие атомов – это следствие существования ядер с разным количеством протонов.

Химические элементы и их соединения

Совокупность атомов с одинаковой величиной заряда ядра называют химическим элементом. Эта величина в периодической таблице представлена порядковым номером элемента. Например, номер азота – 7 – означает, что в ядре атома азота 7 протонов.

У химических элементов существуют разновидности – изотопы, отличающиеся числом нейтронов в ядре и значениями атомных масс. Физические свойства изотопов неодинаковы, а химические идентичны, поскольку они представляют один и тот же элемент.

Число внешних электронов в атоме может изменяться. В этом случае он приобретает электрический заряд и становится ионом: отрицательным, если присоединяет лишний электрон, и положительным при потере своего. При этом не происходит превращения одного химического элемента в другой, так как заряд ядра сохраняется.

Соединения. Химические формулы

Атомы вступают в химическую связь, взаимодействуя внешними электронными оболочками, и образуют молекулы или немолекулярные структуры с регулярным строением. Вещества, частицы которых представляют собой устойчивые сочетания атомов или ионов, называются химическими соединениями.

Химические обозначения соединений – формулы – отражают элементный состав и количество атомов каждого элемента в структурной единице вещества. Формула H2 означает, что молекула вещества образована одним элементом и состоит из двух атомов. По формуле KNO3 видно, что вещество составлено тремя элементами – калием, азотом и кислородом в соотношении 1:1:3.

Простое и сложное химическое вещество

Простые и сложные вещества

Простые вещества

Простым называют вещество, состоящее из однотипных атомов, то есть образованное одним элементом. Его нельзя разложить на другие вещества.

Простые вещества подразделяют на две группы:

  • металлы: натрий, алюминий, марганец, золото, железо и т. д.;
  • неметаллы: кислород, озон, водород, хлор, графит и пр.

Если атомы связаны в молекулы, то простое вещество считается соединением (бром, фосфор, большинство газов). В отличие от них, металлы, алмаз, графит, инертные газы – это атомарные вещества.

Элемент и вещество

Понятие простого вещества необходимо отличать от понятия химического элемента. Элемент – это совокупность химически одинаковых атомов. В свободном виде он существует в форме природного или искусственного простого вещества.

Химические элементы Простые вещества
Характеристики Атомный номер

Относительная атомная масса

Распространенность

Изотопный состав

Валентность

Химический символ

Физические свойства (магнитные, оптические, термические и пр.)

Молярная масса

Растворимость

Токсичность

Химическая формула

Примеры высказываний Относительная атомная масса хлора равна 35,5

Азот входит в состав многих соединений

Молекула хлора имеет относительную массу 71

Азот входит в состав атмосферы

Аллотропия

Некоторые элементы в свободном виде существуют в нескольких формах. Это явление называется аллотропией. Различным формам одного элемента – аллотропным модификациям – присущи разные свойства. Аллотропия обусловлена следующими причинами:

  • Различия в составе. Например, вещества кислород (O2) и озон (O3) – аллотропные модификации химического элемента кислород.
  • Различия в строении. Элемент углерод представлен такими веществами, как алмаз, графит, графен, фуллерены. Различают аморфный и кристаллический кремний, белый, красный, черный и другие виды фосфора.

Аллотропия

Число химических элементов достигло 118, но вследствие аллотропии простых веществ насчитывается свыше 400.

Сложные вещества

Сложное вещество построено из химически связанных атомов различных элементов. Получение и разложение сложных веществ осуществляется в химических реакциях. Это отличает их от смесей.

  • Неметаллы, как правило, образуют вещества, состоящие из молекул: воду H2O, аммиак NH3, углекислый газ CO2, метан CH4.
  • Металлы образуют немолекулярные соединения: поваренную соль NaCl, негашеную известь CaO, гидрид меди CuH.

Классификация сложных химических веществ

Исходя из строения и свойств, выделяют следующие классы сложных соединений:

  1. Бинарные. Это вещества, образованные двумя элементами: гидриды (CaH2, KH), карбиды (SiC, Mg2C) бескислородные кислоты (соляная HCl, сероводород H2S) и их соли (хлориды, сульфиды и др.).
  2. Оксиды. Это сложные бинарные вещества, в составе которых есть кислород со степенью окисления (условным зарядом иона) -2. Различают основные K2O, MgO (степень окисления металла +1, +2), кислотные SO3, CO2, CrO3 с неметаллами или металлами в степени окисления от +5 до +7, амфотерные ZnO, Al2O3 и несолеобразующие (CO, SiO, NO и N2O) оксиды.
  3. Гидроксиды характеризуются составом вида «элемент – группа OH». К этому классу веществ относят:
    • Кислоты (азотная HNO3, фосфорная H3PO4, серная H2SO4). Образуются в результате взаимодействия кислотных оксидов с водой. Имеют в составе один или несколько атомов водорода, которые могут замещаться атомом металла, и кислотный остаток.
    • Основания (едкий натр NaOH, гашеная известь Ca(OH)2), образующиеся в реакциях воды с основными оксидами. Растворимые основания (KOH, NaOH) называются щелочами.
    • Амфотерные гидроксиды способны проявлять и кислотные, и основные свойства.
  4. Соли. Это сложные химические вещества с составом типа «металл – кислотный остаток». Соль – продукт реакции между кислотой и основанием. Карбонат калия (поташ) K2(CO)3, сульфат меди (медный купорос) CuSO4 – примеры солей.

Сложные вещества

Наименования некоторых кислот, кислотных остатков и солей
Кислота Кислотный остаток Соль
Азотная HNO3 нитрат NO3 нитрат натрия NaNO3
Азотистая HNO2 нитрит NO2 нитрит кальция Ca(NO2)2
Серная H2SO4 сульфат SO4 сульфат алюминия Al2(SO4)3
Сернистая H2SO3 сульфит SO3 сульфит калия K2SO3
Угольная H2CO3 карбонат CO3 карбонат кальция CaCO3
Хлорная HClO4 перхлорат ClO4 перхлорат серебра AgClO4
Хлорноватая HClO3 хлорат ClO3 хлорат меди Cu(ClO3)2
Кремниевая (метакремниевая) H2SiO3 силикат (метасиликат) SiO3 метасиликат лития Li2SiO3
Уксусная CH3COOH ацетат CH3COO ацетат натрия CH3COONa
Марганцовая HMnO4 перманганат MnO4 перманганат калия KMnO4
Муравьиная HCOOH формиат HCOO формиат калия HCOOK

Количество сложных веществ, включая полученные искусственно соединения, превышает 25 миллионов.

Вопросы и задания

  1. Выберите правильное окончание утверждения: формульная единица сульфата индия In2(SO4)3 содержит…
    • 5 химических элементов;
    • 3 химических элемента;
    • 3 атома.
  2. В каком из высказываний речь идет о химическом элементе, а в каком – о простом веществе?
    • калий входит в состав поташа;
    • калий – мягкий серебристо-белый металл.
  3. Выберите правильное окончание утверждения: к простым веществам относится…
    • негашеная известь;
    • озон;
    • аммиак.
  4. Составьте из предложенного перечня три списка: а) химические элементы; б) простые вещества; в) сложные вещества.

графит, вода, метан, углерод, красный фосфор.

  1. Напишите формулу вещества, молекула которого содержит атомы углерода и кислорода в соотношении 1:2. К какому классу соединений оно относится?
    • соли;
    • кислотные оксиды;
    • основные оксиды.
  2. Определите вещество, которое образуется в реакции соединений SO3 и H2O. Классифицируйте его, выбрав вариант из списка:
    • щелочь;
    • соль;
    • кислота.
  3. Заполните пропуски:
    • сульфат натрия Na2SO4 – соль … кислоты;
    • ZnOH — … гидроксид;
    • основание …OH – продукт реакции … оксида Li2O с водой.

Ответы

  1. б).
  2. а) химический элемент; б) простое вещество.
  3. б) озон.
  4. а) углерод; б) графит, красный фосфор; в) вода, метан.
  5. Химическая формула – CO2, класс – б) кислотный оксид.
  6. Серная кислота H2SO4, вариант б).

а) сульфат натрия Na2SO4 – соль серной кислоты; б) ZnOH – амфотерный гидроксид; в) основание LiOH – продукт реакции основного оксида Li2O с водой.

Ссылка на основную публикацию