Учебник по Химии. 7 класс. Григорович - Новая программа

§ 12. Простые и сложные вещества

Вспомните: смеси состоят из молекул разных веществ; в смеси вещества сохраняют свои химические и физические свойства; смеси можно разделить на чистые вещества определенными методами.

Простые вещества

В природе существует огромное многообразие веществ, и все они отличаются по составу и строению. Вещества могут состоять как из одинаковых, так и из разных атомов. Соответственно, все чистые вещества по составу разделяют на простые и сложные.

Вещество, образованное одним химическим элементом, является простым.

Например, вещество железо состоит только из атомов Феррума, его формула Fe (рис. 59, с. 71). Газ кислород состоит из молекул, образованных только атомами Оксигена (рис. 63), его формула O₂. Часто название простого вещества отличается от названия химического элемента, который его образует, однако нередко названия простых веществ и химических элементов совпадают. По правилам современной украинской химической номенклатуры названия элементов пишутся с прописной буквы, а названия веществ — со строчной. Например: «вещество алюминий состоит из атомов Алюминия», «вещество бром состоит из молекул, образованных двумя атомами Брома».

В таблице 2 (с. 82) приведены названия простых веществ, которые образованы известными вам химическими элементами.

Рис. 63. Газ кислород — простое вещество, его молекулы состоят из двух атомов Оксигена

Следует различать понятия «простое вещество» и «химический элемент». Вещества и элементы характеризуются разными свойствами. Для веществ характерны агрегатное состояние, цвет, плотность и т. и. А свойства химических элементов — это свойства их атомов: строение (размеры), способность отдавать или присоединять электроны и др.

Таблица 2. Химические элементы и образованные ими простые вещества

Название химического элемента	Название простого вещества	Формула простого вещества	Агрегатное состояние*	Металл или неметалл
Алюминий	алюминий	А1	Твердый	Металл
Аргентум	серебро	Ag	Твердый	Металл
Арсен	арсен	As	Твердый	Неметалл
Аурум	золото	Au	Твердый	Металл
Барий	барий	Ba	Твердый	Металл
Бор	бор	В	Твердый	Неметалл
Бром	бром	Br2	Жидкий	Неметалл
Гидроген	водород	H2	Газообразный	Неметалл
Иод	йод	I2	Твердый	Неметалл
Калий	калий	К	Твердый	Металл
Кальций	кальций	Са	Твердый	Металл
Карбон	алмаз	С	Твердый	Неметалл
	графит	С	Твердый	Неметалл
Купрум	медь	Cu	Твердый	Металл
Магний	магний	Mg	Твердый	Металл
Манган	манган	Mn	Твердый	Металл
Меркурий	ртуть	Hg	Жидкий	Металл
Натрий	натрий	Na	Твердый	Металл
Нитроген	азот	N2	Газообразный	Неметалл
Оксиген	кислород	O2	Газообразный	Неметалл
	озон	O3	Газообразный	Неметалл
Плюмбум	свинец	Pb	Твердый	Металл
Силиций	силиций	Si	Твердый	Неметалл
Станум	олово	Sn	Твердый	Металл
Сульфур	сера	S8	Твердый	Неметалл
Феррум	железо	Fe	Твердый	Металл
Фосфор	фосфор	P4	Твердый	Неметалл
Флуор	фтор	F2	Газообразный	Неметалл
Хлор	хлор	Cl2	Газообразный	Неметалл
Цинк	цинк	Zn	Твердый	Металл

* В обычных условиях.

Когда мы говорим о материале или компоненте смеси — например, банка наполнена газообразным хлором, приготовим раствор брома, возьмем небольшой кусочек фосфора,— то в данном случае речь идет о простом веществе. Если же мы говорим, что заряд ядра атома Хлора равен +17, вещество содержит Фосфор, молекула состоит из двух атомов Брома, то имеем в виду химический элемент.

Интересно, что...

Многие химические элементы могут образовывать не одно, а несколько простых веществ. Это явление называют аллотропия, а простые вещества, образованные данным химическим элементом,— аллотропными модификациями. Аллотропные модификации отличаются друг от друга строением или составом молекул. Например, атомы Карбона образуют несколько простых веществ: алмаз, графит, карбин, фулерен. Они отличаются расположением атомов относительно друг друга. Атомы Оксигена образуют две аллотропные модификации: кислород (О₂) и озон (О₃). Эти два вещества отличаются составом молекул. Аллотропные модификации — это разные простые вещества со своими собственными физическими и химическими свойствами.

Металлы и неметаллы

Металлы — железо, хром, цинк, магний, золото, свинец и другие — отличаются от неметаллов характерным металлическим блеском и ковкостью, они хорошо проводят электрический ток и теплоту (рис. 64). В обычных условиях все металлы (за исключением ртути) находятся в твердом агрегатном состоянии. Свойства металлов обусловлены их внутренней структурой. Металлы являются веществами атомного строения.

Рис. 64. Простые вещества металлы

Рис. 65. Простые вещества неметаллы

Неметаллы, в отличие от металлов, не имеют металлического блеска (кроме йода и графита) (рис. 65). Они хрупкие и разрушаются от удара, плохо проводят электрический ток и теплоту. Неметаллы могут быть твердыми, жидкими и газообразными (см. табл. 2, с. 82).

Четкой границы между металлами и неметаллами не существует. Например, йод и графит являются неметаллами, но оба имеют металлический блеск, а графит хоть слабо, но проводит электрический ток. Для отнесения веществ к металлам или неметаллам следует принимать во внимание все их физические свойства в совокупности, а также их внутреннее строение и химические свойства.

Как и простые вещества, химические элементы разделяют на металлические и неметаллические. Металлы образованы металлическими элементами, а неметаллы — неметаллическими.

Если провести условную линию от Бора до Астата, то в длинном варианте Периодической системы над этой линией будут расположены неметаллические элементы, а под ней — металлические (рис. 66, см. также последний форзац). В коротком варианте Периодической системы под линией также будут расположены металлические элементы, а над нею — как металлические, так и неметаллические элементы (см. первый форзац). Таким образом, определять, является ли элемент металлическим или неметаллическим, удобнее по длинному варианту Периодической системы. Это разделение условно, так как все элементы в той или иной степени проявляют как металлические, так и неметаллические свойства, но в большинстве случаев такое распределение соответствует действительности.

Рис. 66. Расположение металлических и неметаллических элементов в Периодической системе элементов (длинный вариант)

Интересно, что...

Классификация элементов на металлические и неметаллические основана на способности атомов отдавать или принимать электроны в химических реакциях. Атомы металлических элементов преимущественно отдают электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. Атомы неметаллических элементов преимущественно присоединяют электроны и превращаются в отрицательно заряженные ионы.

Сложные вещества

Вещество, образованное несколькими химическими элементами, является сложным.

Сложные вещества также называют химическими соединениями. К ним относятся поваренная соль, сода, глюкоза, вода, уксусная кислота и множество других. Сложных веществ в природе значительно больше, чем простых.

Сложные вещества могут быть образованы разным числом элементов:

• двумя (метан СН₄, кварц SiO₂, углекислый газ СO₂);

• тремя (сода Na₂CO₃, мрамор CaCO₃, сульфатная кислота H₂SO₄);

• четырьмя (малахит (CuOН)₂СO₃);

• пятью (соль Мора (NH₄)₂Fe(SO₄)₂).

Сложные вещества необходимо отличать от смесей простых веществ (рис. 67, с. 86), которые также состоят из атомов разных элементов. Для этого необходимо вспомнить отличительные особенности смесей и чистых веществ (см. § 5). Количественное соотношение компонентов смеси может быть разным, а химические соединения имеют постоянный состав. Например, можно приготовить смесь 100 г воды с одной ложкой сахара, а можно и с двумя или полуторами ложками. А в соединении FeS на каждый атом Феррума приходится только один атом Сульфура, а не полтора или три.

Рис. 67. Модель смеси водорода и кислорода, состоящих из атомов Оксигена (красные шарики) и Гидрогена (белые шарики) (а). В составе воды также содержатся атомы Оксигена и Гидрогена, но в молекулах воды они химически связаны (б)

Это значит, что состав соединений можно описать одной химической формулой, а состав смесей — нет.

Кроме того, компоненты смеси сохраняют свои физические и химические свойства. Например, если смешать железный порошок с серой, то образуется смесь двух веществ. И сера, и железо в ее составе сохраняют свои свойства: железо притягивается магнитом, а сера не тонет в воде. Из этой смеси с помощью магнита можно выделить железо. Если же железо и сера прореагируют друг с другом, то образуется новое соединение с формулой FeS. Это соединение уже не проявляет свойств ни железа, ни серы, оно обладает своими свойствами. Никаким методом разделения смесей мы не сможем выделить атомы Феррума из соединения FeS.

Классификация сложных веществ

Сложные вещества разделяют на две большие группы: неорганические и органические. Неорганические вещества могут состоять из атомов любых элементов. В состав органических соединений обязательно входят атомы Карбона, поэтому большинство из них при нагревании обугливаются. В подавляющее большинство органических веществ входят также атомы Гидрогена. Примерами органических веществ являются: метан СН₄, сахароза С₁₂Н₂₂О₁₁, этиловый спирт С₂Н₅ОН, уксусная кислота СН₃СООН. Органических веществ существует значительно больше, чем неорганических.

Абу Бакр Мухаммед ибн Закария Ар-Рази (Разес) (865-925)

Иранский ученый-энциклопедист, врач, алхимик и философ. Получил разностороннее образование — изучал медицину, философию, метафизику, поэзию, магию и алхимию. Прославился как искусный врач. Именно он сформулировал основную задачу алхимии как превращение металлов с помощью «эликсира» в золото, а также получение из обычных камней (кварца и стекла) драгоценных. Ap-Рази первым предложил классификацию всех известных веществ на землистые (минеральные), растительные и животные. Минеральные вещества, в свою очередь, он распределял на шесть групп: «духи» (спирты), «тела» (металлы), «камни», купоросы, «бораки» и соли.

Неорганические и органические вещества, в свою очередь, делятся еще на ряд групп. Но в седьмом классе вы подробно ознакомитесь лишь с некоторыми неорганическими веществами, а другие будете изучать в дальнейшем.

Распределение веществ на разные группы по их признакам и свойствам называется классификацией. В этом параграфе мы рассмотрели основную классификацию веществ, которую можно изобразить такой схемой: