- Урок№9. Простые и сложные вещества.
- Виды простых и сложных веществ
- Простые и сложные вещества в химии
- Классификация простых веществ
- Классы и номенклатура неорганических веществ
- Строение и химические свойства
- Химические свойства металлов и неметаллов
- Химические свойства благородных газов
- Строение и основные химические свойства сложных веществ
Урок№9. Простые и сложные вещества.
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СООТВЕТСТВУЮЩИХ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ
Железо Fe , медь Cu , алюминий Al , ртуть Hg , золото Au , серебро Ag и другие
Уголь С, сера S , фосфор P , йод I 2 , кислород O 2 , водород H 2 и другие.
1. Твёрдое агрегатное состояние (исключение – ртуть)
2. Металлический блеск
3. Хорошие проводники тепла и электричества.
4. Пластичные и ковкие.
1. Твёрдые (Уголь С, сера S , фосфор P , йод I 2 ), жидкие (бром Br 2 ) и газообразные (кислород O 2 , водород H 2 ).
2. Металлическим блеском не обладают (исключение йод)
3. Не проводят тепло и электрический ток – ИЗОЛЯТОРЫ.
» jsaction=»rcuQ6b:WYd;»>
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 ).
К 70-м гг. XIX в. было уже известно более 60 химических элементов. Их условно классифицировали на металлы и неметаллы
На 2019 год в периодической таблице – 118 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 — кислород 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.
Сложные вещества часто называют 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 в состав 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
Источник
Виды простых и сложных веществ
Простые и сложные вещества в химии
В неорганической химии вещества по составу делятся на простые и сложные.
- состоят из атомов одного химического элемента: сера S, углерод С, железо Fe, серебро Ag;
- подразделяют на металлы и неметаллы (включая благородные газы).
Сложные вещества — соединения:
- состоят из атомов двух или более химических элементов: Na2O, HCl, CuSO4;
- подразделяют на: оксиды, основания, кислоты и соли.
Классификация простых веществ
1. Простые вещества условно делят на две группы: металлы и неметаллы.
Неметаллы в Периодической системе — это все элементы VIII А-группы (благородные газы) и VII А-группы (галогены), элементы VI А-группы (кроме полония), элементы V А-группы: азот, фосфор, мышьяк; углерод, кремний (IV А-группа); бор (III А-группа), а также водород. Остальные элементы относят к металлам.
Отличия свойств металлов и неметаллов приведены в таблице 1:
металлы | неметаллы | ||
Тип химической связи | металлическая | ковалентная неполярная | |
Кристаллическая решётка | металлическая | атомная или молекулярная | |
Физические свойства | Агрегатное состояние | твёрдые, кроме жидкой ртути Hg |
|
Блеск | металлический блеск | не обладают блеском (исключение: йод J2 и графит) | |
Способность проводить тепло и электрический ток | хорошие проводники | плохо проводят тепло, не проводят ток — диэлектрики (исключение: графит, кремний Si и черный фосфор) | |
Прочность, ковкость, пластичность | характерно для всех металлов (исключение: хром Cr, марганец Mn, сурьма Sb) | в твердом состоянии хрупкие | |
Цвет | серебристо-белый, серебристо-серый (исключение: красная медь Cu, желтое золото Au и некоторые др.) | разный: почти черный йод J2, желтая сера S, черный, белый и красный фосфор P, бесцветные кислород O2, азот N2 | |
Способность к аллотропии | слабая; некоторые металлы: железо Fe, олово Sn, лантаноиды и актиноиды. | хорошая; много модификаций у углерода С (графит, фуллерен, алмаз, карбин и др.); фосфора P (белый, чёрный, красный); серы S (кристаллическая, пластическая) | |
Аллотропия — способность некоторых элементов существовать в виде двух или нескольких простых веществ (аллотропных модификаций), отличающихся по строению и свойствам. |
Амфотерные элементы находятся в А-группах Периодической системы: бериллий Be, алюминий Al, галлий Ga, германий Ge, олово Sn, свинец Pb, сурьма Sb, висмут Bi, полоний Po и др., а также большинство элементов Б-групп: хром Cr, марганец Mn, железо Fe, цинк Zn, кадмий Cd, золото Au и др., проявляют и металлические (оснóвные для соединений), и неметаллические (кислотные для соединений) свойства.
Благородные (инертные) газы (VIII А-группа Периодической системы): гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe и радиоактивный радон Rn:
- обнаруживаются в воздухе, в малых количествах — в воде, горных породах, природных газах;
- не имеют цвета, вкуса и запаха;
- крайне химически инертны;
- используются в источниках света для создания освещения различных цветов (Ne — огненно-красный, Xe— синевато-серый, тусклый, Ar — фиолетово-голубой и др).
2. Сложные соединения и их отличия от простых веществ.
Сложные вещества бывают органические, в основе которых лежит углерод, и неорганические (безуглеродные и некоторые углеродсодержащие соединения: карбиды, карбонаты, оксиды углерода и другие). Неорганические чаще всего подразделяют на оксиды, основания, кислоты и соли.
Главные отличия сложных неорганических веществ:
- Свойства элементов, входящих в соединение, не сохраняются. Например, металл кальций Ca и неметалл хлор Cl2. Каждому из этих простых веществ присущи свои характеристики. А соль CaCl2 имеет новые, отличные от характеристик простых веществ, свойства, сходные со свойствами класса солей.
- В ходе химических реакций сложное вещество может быть получено или разложено на составные части.
- Количественный состав сложного соединения всегда одинаков, независимо от места нахождения и способа получения (для веществ молекулярного состава).
Классификация неорганических соединений и их основные свойства приведены в таблице 2.
Оксиды | Основания | Кислоты | Соли | |
Составляющие | Элемент Э+кислород со степенью окисления -2 | Катион металла+гидроксид-анион OH- | атом водорода, способный замещаться на металл+кислотный остаток K | катион металла Me+анион кислотного остатка K |
Формула | ЭnOm | Me+n(OH-)n | HnК | Me+nK-m |
Примеры | Li2O, MgO, Fe2O3, CO2 | KOH, Ca(OH)2, Al(OH)3 | HCl, H2SO4, H3PO4 | NaNO3, CaCO3, Al2(SO4)3 |
Агрегатное состояние |
| твёрдые: NaOH, Mg(OH)2 |
| твёрдые: KNO3, CaCO3, NaCl |
По составу бывают: |
|
|
|
|
Классы и номенклатура неорганических веществ
Номенклатура — способ называния веществ.
Химическая формула — представление состава вещества с использованием символов химических элементов, числовых индексов и других знаков. Химическое название определяется составом вещества и изображается с помощью слова или группы слов. Названия строятся по номенклатурным правилам, с использованием русских названий элементов, кроме случаев, когда традиционно употребляются латинские корни (таблица 3):
Ag — аргент | C — карб, карбон | H — гидр, гидроген | N — нитр | Pb — плюмб, | Si — сил, силик, силиц |
As — арс, арсен | Cu — купр | Hg — меркур | Ni — никкол | S — сульф | Sn -станн |
Au — аур | Fe — ферр | Mn — манган | O — окс, оксиген | Sb — стиб | |
Например, оксид натрия Na2O, карбонат кальция CaCO3, перманганат калия KMnO4 |
- Названия простых веществ чаще всего совпадают с русскими названиями соответствующих химических элементов. По необходимости к ним добавляется числовая греческая приставка: моно — 1, ди (латинский) — 2, три — 3, тетра — 4, пента — 5, гекса — 6, гепта — 7, окта — 8, нона (латинский) — 9, дека — 10. Например, (моно) кальций Ca, (моно) медь Cu, дикислород O2, трикислород O3, тетрафосфор P4. Исключение: аллотропные модификации: углерода С — графит, сажа, алмаз; кислорода — озон O3.
- Названия сложных веществ составляют по химической формуле справа налево. Для каждого класса веществ существуют свои правила составления формул и названий:
- формула оксидов: ЭnOm, где n и m — числовые индексы, определяющиеся степенями окисления элементов. Например,
Li+1 и O-2→ Li2O; Al+3 и O-2→ Al2O3; N+5 и O-2→ N2O5.
Название оксида: слово «оксид» в именительном падеже + название элемента Э в родительном падеже: оксид лития Li2O, оксид алюминия Al2O3.
Если элемент образует несколько оксидов, то в конце добавляют степень окисления римскими цифрами, заключая их в скобки:
- P2O5 — пентаоксид (ди)фосфора или оксид фосфора (V), читается: «оксид фосфора пять»;
- Fe2O3 — триоксид (ди)железа или оксид железа (III), читается: «оксид железа три».
Оксиды, которым соответствуют кислоты, также называют ангидридами: серный ангидрид SO3, азотный ангидрид N2O5 и др.
- формула оснований: Me+n(OH-)n, где нижний индекс n — количество гидроксид-анионов OH-.
K+1 и OH- → KOH, Mg+2 и OH- → Mg(OH)2.
Название: слово «гидроксид» в именительном падеже + название элемента в родительном падеже: гидроксид калия, гидроксид магния.
Если элемент образует несколько гидроксидов, то в конце добавляют степень окисления римскими цифрами, заключая их в скобки:
Fe(OH)2 — гидроксид железа (II), Cr(OH)3 — гидроксид хрома (III).
- формула кислот HnК, где K — кислотный остаток.
Названия бескислородных кислот: корень русского названия элемента, образующего кислоту + суффикс «о» + «-водородная кислота», например: HBr — бромоводородная кислота, HCl — хлороводородная кислота, H2S — сероводородная кислота.
Названия кислородсодержащих кислот: русское название образующего элемента + «кислота», с учетом правил:
- Если элемент находится в высшей степени окисления, то окончание будет «-ная» или «-овая»: H2SO4 — серная кислота, H3AsO4 — мышьяковая кислота. Окончание меняется с понижением степени окисления в последовательности: «-оватая» (HClO3— хлорноватая кислота), «-истая» (HClO2— хлористая кислота), «-оватистая» (HClO— хлорноватистая кислота).
- Если оксиду соответствует не одна кислота, то к названию кислоты с минимальным числом атомов кислорода, добавляется приставка «мета», а к названию кислоты с максимальным числом атомов кислорода — «орто», например, HPO3 — метафосфорная кислота, H3PO4 — ортофосфорная кислота.
Названия наиболее распространенных кислот и их остатков приведены в таблице 4:
Формула и название кислоты | Название кислотного остатка, образующего соль |
HAlO2 метаалюминиевая | метаалюминат |
H3AlO3 ортоалюминиевая | ортоалюминат |
HAsO3 метамышьяковая | метаарсенат |
H3AsO4 ортомышьяковая | ортоарсенат |
H3BO3 ортоборная | ортоборат |
HBr бромоводородная | бромид |
HBrO бромноватистая | гипобромит |
HBrO3 бромноватая | бромат |
HCN циановодородная | цианид |
H2CO3 угольная | карбонат |
HCl хлороводородная | хлорид |
HClO хлорноватистая | гипохлорит |
HClO2 хлористая | хлорит |
HClO3 хлорноватая | хлорат |
HClO4 хлорная | перхлорат |
HF фтороводородная | фторид |
HJ йодоводородная | йодид |
HMnO4 марганцовая | перманганат |
HNO2 азотистая | нитрит |
HNO3 азотная | нитрат |
HPO3 метафосфорная | метафосфат |
H3PO4 ортофосфорная | ортофосфат |
H2S сероводородная | сульфид |
H2SO3 сернистая | сульфит |
H2SO4 серная | сульфат |
H2SiO3 метакремниевая | метасиликат |
H3SiO4 ортокремниевая | ортосиликат |
- формула солей: MemKn
Название образуется в зависимости от типа соли.
- Средние соли — наименование кислотного остатка в именительном падеже + наименование катиона в родительном падеже, если необходимо, добавляется степень окисления: хлорид натрия NaCl, сульфат меди (II) CuSO4 и т.д.
- Кислые (только для многоосновных кислот) — приставка «гидро», при необходимости добавляется числовое значение (ди—, три—, тетра— и т.д.) + название кислотного остатка + название катиона: гидрокарбонат натрия NaHCO3, дигидроортофосфат бария Ba(H2PO4)2.
- Оснóвные — приставка «гидроксо» с числовым значением, если необходимо + название кислотного остатка + название катиона: гидроксохлорид магния MgOHCl, дигидроксохлорид железа (III) Fe(OH)2Cl.
- Двойные — анион в именительном падеже + катионы через дефис в родительном падеже: ортофосфат аммония—магния NH4MgPO4; метасиликат алюминия—лития LiAl(SiO3)2.
- Смешанные — название анионов через дефис в именительном падеже + название катиона в родительном падеже: хлорид-гипохлорит кальция Ca(ClO)Cl; нитрат-йодат натрия Na2IO3(NO3).
- Комплексные — название катиона в именительном падеже + название аниона в родительном падеже: хлорид диамминсеребра (I) [Ag(NH3)2]Cl; тетрагидроксоалюминат натрия Na[Al(OH)4].
- номенклатура бинарных соединений.
Бинарные соединения — сложные вещества, состоящие из двух элементов. В таких соединениях встречается два типа химической связи: ковалентная полярная (для неметаллов и некоторых амфотерных элементов) или ионная (для солей бескислородных кислот).
Названия строятся по схеме: к корню более электроотрицательного элемента добавляется окончание -ид (оксид, гидрид, карбид и т.д.) в именительном падеже + название второго элемента в родительном падеже, при необходимости добавляется числовое значение степени окисления: CS2 — дисульфид углерода или сульфид углерода (IV), MnF4 — тетрафторид марганца или фторид марганца (IV).
Для некоторых есть тривиальные названия: NH3 — аммиак, SiН4 — силан, PH3 — фосфин и др.
Строение и химические свойства
Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента:
- одноатомные: благородные газы — гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe и радон Rn;
- двухатомные: водород H2, кислород O2, азот N2 и галогены: хлор Cl2, йод J2, бром Br2;
- трех и более атомные: озон O3, белый фосфор P4, кристаллическая (ромбическая и моноклинная) сера S8.
Порядок соединения атомов при образовании из них веществ обусловливает особенности строения веществ. Различают вещества молекулярного и немолекулярного строения. Немолекулярное строение имеют все металлы и большинство их соединений, графит, красный фосфор, алмаз, кремний Si и др. Большинство неметаллов и их соединений состоят из молекул, т. е. имеют молекулярное строение.
Химические свойства металлов и неметаллов
1. Химические свойства металлов определяются способностью отдавать свободные электроны с внешнего уровня. Они являются восстановителями. Взаимодействие идет с:
- неметаллами:
- +кислород O2 (кроме золота и металлов группы платины) → оксиды: 2Ca+ O2 → 2CaO;
- +галогены (F2, Cl2, Br2) → галогениды (фторид, хлорид, бромид и т.д.): Cu + Br2 → CuBr2;
- +азот, фосфор, сера, водород → нитриды, фосфиды, сульфиды, гидриды: 3Ca + N2 → Ca3N2.
- водой (только щелочные и щелочно-земельные металлы) → гидроксиды: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑;
- кислотами (металлы, стоящие в ряду активности до водорода) → соль: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑;
- растворами солей менее активных металлов: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu, при следующих условиях:
- соли, вступающие в реакцию и получающиеся в ходе нее, должны быть растворимы;
- металл вытесняет из соли другой металл, если находится левее в ряду активности;
- щелочные и щелочно-земельные металлы в данном случае будут вступать в реакцию с водой, а не с солью.
- оксидами (более активный металл вытесняет менее активный): Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe.
2. Химические свойства неметаллов обусловлены свободными электронами (от 3 до 7) на внешнем электронном уровне.
- окислительные свойства наиболее характерны (стремятся присоединять электроны) в реакциях с:
- металлами: O2+2Mg → 2MgO; S + 2Na → Na2S;
- неметаллами:
- кислород O2 (из галогенов реагирует только фтор): S + O2 → SO2;
- водород H2 (кроме кремния, фосфора и бора) : С + 2H2 → CH4;
- неметалл c меньшей электроотрицательностью: 3S + 2P → P2S3 (нагревание без доступа воздуха, сера — окислитель);
- солями (вытесняют менее активные неметаллы): Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2.
- восстановительные свойства (исключение: фтор F — всегда окислитель) в некоторых реакциях с:
- неметаллами, электроотрицательность которых ниже: C + O2→ CO2 (углерод — восстановитель);
- сложными веществами — окислителями (CuO, HNO3): S + 6HNO3 → H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O.
- и окислительные, и восстановительные свойства проявляют хлор, сера, фосфор, йод и бром в реакциях диспропорционирования:
- Cl20 + H2O → HCl-1 + HCl+1O;
- 3S0 + 6NaOH → 2Na2S-2 + Na2S+6O3 + 3H2O.
Химические свойства благородных газов
- плохо растворяются в воде и вступают в реакции с другими веществами только в специально созданных условиях;
- не горят; вытесняют кислород из воздуха, снижая его содержание до критически низких показателей, приводящих к смерти.
Строение и основные химические свойства сложных веществ
Сложные соединения имеют ионную или ковалентную связь между атомами.
- оснóвные + кислоты → соли: CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O;
- кислотные + основания → соли: SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O;
- амфотерные реагируют и с кислотами, и с основаниями → соли:
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2О,
ZnO+ 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4].
Все основания реагируют с кислотами (реакция нейтрализации):
- KOH + 2HCl → KCl + H2O;
- 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O.
1. Щелочи взаимодействуют с:
- неметаллами: 6KOH + 3S → K2SO3 + 2K2S + 3H2O;
- кислотными оксидами: 2NaOH + NO2 → NaNO2 + NaNO3 + H2O.
2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании: Cu(OH)2 → CuO + H2O.
- + основания (реакция нейтрализации): 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O;
- + металлы, стоящие левее водорода в ряду активности: Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑;
- + основные и амфотерные оксиды: CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O; ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O;
- + соли: BaCl2 + H2SO4 → BaSO4 + 2HCl.
- + кислоты (сильные): Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3↓ + 2NaCl;
- + щёлочи, если образуется нерастворимое основание: FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaCl;
- + металлы: Zn + Pb(NO3)2 → Pb↓ + Zn(NO3)2;
- + соли при условии необратимости реакции: Na2CO3 + Ca(NO3)2 → CaCO3↓ + 2NaNO3.
Также о химических свойствах неорганических соединений можно почитать в статье «Классы неорганических соединений».
Источник