Розділ 6. Узагальнення знань з хімії

§ 63. Будова речовини. Багатоманітність речовин і хімічних реакцій. Взаємодія між речовинами та їхні взаємоперетворення

У цьому параграфі ви повторите:

що таке прості і складні речовини, метали і неметали;
як поділяють складні речовини;
відомості про взаємні перетворення речовин.

Хімія — це наука про властивості хімічних елементів та їхніх сполук і про закономірності перетворення речовин.

Будова речовин. Речовина — це одна з основних форм існування матерії. Частинками, що входять до складу речовин, є атоми і молекули. Усі речовини — це сполуки хімічних елементів, які являють собою певні типи атомів.

За будовою речовини відрізняються одна від одної елементним складом, тобто відносним вмістом у молекулі або кристалі атомів певного типу, їхнім взаємним розташуванням, а також загальним числом атомів у молекулі.

Тверді речовини бувають кристалічними та аморфними.

Кристалічними називають тверді речовини, для яких характерне суворо упорядковане розташування частинок, що утворюють цю речовину та коливаються відносно деяких точок рівноваги.

Аморфними називають речовини, у яких немає суворо упорядкованого розташування частинок. За внутрішньою будовою вони подібні до рідин, які мають дуже високу в'язкість.

Характерною особливістю будови кристалічних речовин є неоднаковість їхніх механічних, теплових, електричних, оптичних властивостей за різними напрямками. Наприклад, якщо з кубічного кристалу натрій хлориду вирізати два бруски: один перпендикулярно до граней куба, другий по діагоналі однієї із граней — та дослідити їх на розрив, то для розриву другого бруска знадобиться сила, удвічі більша, ніж для розриву першого бруска.

Іншою особливістю кристалічних речовин, яка відрізняє їх від аморфних, є суворо визначена температура плавлення.

Кристалічні ґратки розрізняють за характером частинок у вузлах і за характером зв'язку між ними.

Йонні кристалічні ґратки містять у вузлах йони з протилежним знаком. Зв'язок між ними не має специфічної направленості й обумовлений їхньою електростатичною взаємодією.

Молекулярні кристалічні ґратки містять у вузлах молекули речовин ковалентної природи, тобто таких, що складаються з атомів, сполучених один з одним ковалентними зв'язками. Для речовин з молекулярними кристалічними ґратками властиві невелика механічна міцність, досить значна леткість та низькі температури плавлення.

Атомні кристалічні ґратки містять у вузлах атоми багатовалентних елементів, які сполучені один з одним міцними ковалентними зв'язками. Такі кристалічні ґратки характерні для невеликої кількості речовин: вуглецю, силіцію, германію, бору. Атомним кристалам притаманні дуже велика твердість і висока температура плавлення.

Багатоманітність речовин і хімічних реакцій. Хімічні елементи утворюють велику кількість простих і складних речовин (схема 15). Прості речовини складаються з атомів одного елемента, а складні — з атомів двох або більшої кількості елементів.

Прості речовини, своєю чергою, залежно від типу хімічного зв'язку між їхніми атомами, поділяють на метали та неметали. У металів тип хімічного зв'язку між атомами — металічний, у неметалів — ковалентний. Серед відомих на цей час 118 елементів 83 є металами.

Хоча прості речовини побудовані з атомів тільки одного елемента, той самий елемент може утворювати декілька простих речовин.

Схема 15

Складні багатоелементні речовини поділяють:

• за кількістю елементів, що входять до їхнього складу, на групи: бінарні (HCl) та інші (K₂CO₃, NaHSO₄);

• за хімічними властивостями в хімічних реакціях на класи: оксиди, кислоти, основи, амфотерні гідроксиди, солі. Цю класифікацію неорганічних речовин розробили видатні хіміки XVIII—XIX ст. А. Л. Лавуазьє, М. В. Ломоносов, Й. Я. Берцеліус, Дж. Дальтон;

на вуглеводні, спирти, карбонові кислоти, жири, білки, вуглеводи тощо у разі органічних речовин.

Взаємозв'язки між речовинами та їхні взаємоперетворення відображають у вигляді рівнянь хімічних реакцій.

Розглянемо перетворення, наприклад, сполук Феруму в прямому і зворотному напрямках:

FeSO₄→FeCO₃→FeCl₂→Fe(OH)₂→Fe(NO₃)₂ — прямі перетворення;

Fe(NO₃)₂→Fe(OH)₂→FeCl₂→FeCO₃→FeSO₄ — зворотні перетворення.

Прямі перетворення охарактеризуємо такими рівняннями реакцій:

1) FeSO₄+ Na₂CO₃ = FeCO₃↓ + Na₂SO₄

2) FeCO₃ + 2HCl = FeCl₂ + 2H₂O + CO₂↑

3) FeCl₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaCl

4) Fe(OH)₂ + 2HNO₃ = Fe(NO₃)₂ + 2H₂O

Зворотні перетворення можна подати такими хімічними рівняннями:

1) Fe(NO₃)₂ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + 2NaNO₃

2) Fe(OH)₂ + 2HCl = FeCl₂ + 2H₂O

3) FeCl₂ + Na₂CO₃ = FeCO₃↓ + 2NaCl

4) FeCO₃ + H₂SO₄(розв.) = FeSO₄ + H₂O + CO₂↑

Запитання та завдання

1. Що таке речовина?
2. Як класифікують тверді речовини?
3. Які речовини називають: а) кристалічними; б) аморфними?
4. Як класифікують кристалічні речовини за типом кристалічних ґраток?
5. Який тип кристалічних ґраток називають: а) йонним; б) молекулярним; в) атомним; г) металічним?
6. Як називають речовини, що складаються з атомів лише одного елемента?
7. Як поділяють прості речовини залежно від виду хімічного зв'язку між атомами?
8. Чи може той самий елемент утворювати кілька простих речовин? Чим це обумовлено? Наведіть приклади.
9. За яким фактором складні речовини поділяють на класи?
10. Які класи неорганічних речовин є найважливішими?
11. Складіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

а) CuCl₂ → Cu(OH)₂→ CuSO₄ → Cu → CuO → Cu(NO₃)₂;

б) N₂ → NH₃ → (NH₄)₂SO₄ → NH₄Cl → NH₃ → (NH₄)₃PO₄ → NH₄Cl;

в) Na → NaOH → NaHCO₃ → Na₂CO₃ → NaCl → NaNO₃.

12. Як із кальцій карбонату добути барій карбонат? Складіть рівняння реакцій.
13. Як отримати кальцій хлорид із кальцій нітрату, використовуючи калій карбонат і хлоридну кислоту? Складіть рівняння реакцій.
14. Як із купрум(ІІ) нітрату отримати купрум(ІІ) хлорид? Напишіть рівняння реакцій.
15. Запропонуйте три способи отримання карбон(ІІ) оксиду (вуглекислого газу).
16. Визначте ланку, якої бракує в ланцюжку, що характеризує генетичний зв'язок речовин:

а) S → ? → H₂SO₃ → CaSO₃;

б) Fe → Fe₂O₃→Fe(OH)₃;

в) Са → ? → ? → Ca(NO₃)₂;