§ 9. Простые и сложные вещества

Освоив эту тему, вы сможете:

Различать понятия «простое вещество» и «сложное вещество», формулы простых и сложных веществ;

Понимать понятие «химическое соединение»;

Приводить примеры простых и сложных веществ;

Описывать простые и сложные вещества, известные вам из повседневного обихода;

Высказывать суждения о многообразии веществ.

Большинство атомов химических элементов обладают способностью сочетаться друг с другом или с атомами других химических элементов. Вследствие этого образуются химические соединения. Независимо от состава их структурных частиц и простые, и сложные вещества являются химическими соединениями, так как между ними возникают химические связи.

Вы уже ознакомились со строением атомов химических элементов. Вещества, составляющими которых являются атомы, называют атомными.

Однако среди всего разнообразия химических соединений существуют и молекулярные вещества. Составной частью их являются молекулы.

Молекулы - мельчайшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства.

Молекулу считают пределом делимости вещества. Если она разрушается, то разрушается и вещество. Характерной особенностью молекул является непрерывное движение.

Вспомните из курса природоведения, какое явление называется диффузией.

Каждая молекула состоит из определенного количества атомов одного или различных химических элементов.

Вспомните из курса природоведения, как делятся вещества по составу и происхождению.

Какие вещества называют: а) простыми; б) сложными? Приведите несколько примеров простых и сложных веществ, которыми вы чаще всего пользуетесь в быту.

Простые вещества - это вещества, образованные одним химическим элементом.

Например, простые вещества водород, кислород, азот образованные в соответствии химическими элементами Гідрогеном, Оксигеном, Азотом. В состав их молекул входят по два соединенные между собой атомы этих элементов (рис. 41 а, 6, в).

Элемент Кислород при определенных условиях образует еще одну простую вещество - озон, молекула которого содержит три атома (рис. 41 г).

Рис. 41. Модели молекул простых веществ: а - водорода; б - кислород; в - озона; г - азота

Сложные вещества - это вещества, образованные двумя или более химическими элементами.

К сложным веществам относятся; вода, сахар, мыло, поваренная соль, мел, метан (составляющая природного газа), углекислый газ. Вещества, входящие в состав клеток живых организмов (белки, жиры и углеводы), являются сложными и содержат преимущественно атомы Углерода, Кислорода, Водорода, Азота, Серы, Фосфора и имеют молекулярное строение.

Вспомните, как доказать, что вода является сложным веществом. Какие методы исследования использовали ученые, чтобы определить состав воды?

На рисунке 42 изображена модели молекул метана, углекислого газа и воды. Молекула метана состоит из одного атома Углерода и четырех атомов Водорода, молекула углекислого газа - из одного атома Карбона и двух атомов Кислорода, молекула воды - из одного атома Кислорода и двух атомов Водорода.

Рис. 42. Модели молекул сложных веществ: а - метана; б - углекислого газа; в - воды

Итак, в зависимости от состава, вещества классифицируют на простые и сложные. Схему классификации веществ изображено на рисунке 43.

Рис. 43. Классификация веществ

Простые вещества: металлы и неметаллы. Простые вещества разделяют па две группы. Металлические элементы образуют металлы, нерудные - неметаллы. Их различают по физическим свойствам.

Вспомните, с какими физическими свойствами веществ вы уже ознакомились. Назовите их.

Обратимся к демонстрациям и рассмотрим образцы простых веществ металлов и неметаллов. Из металлов наиболее распространенными в технике, различных отраслях производств, быту с железо, цинк, алюминий, медь, серебро, золото; из неметаллов в лаборатории имеются сера, углерод, красный фосфор, бром, йод.

Обратите внимание на агрегатное состояние металлов и неметаллов. Почему, по вашему мнению, бром хранят в запаянных ампулах?

За основу деления простых веществ па металлы и неметаллы взято их физические свойства (табл. 2).

Таблица 2

Физические свойства простых веществ

Неметаллы - это вещества, которые по большей части состоят из молекул. Молекулы многих из них двухатомные. Однако встречаются и многоатомные молекулы: уже упоминавшийся озон, кристаллическая сера - содержит восемь атомов Серы, белый фосфор - четыре атома этого элемента. В простых веществах, образованных элементом Карбоном, атомы соединяются в определенном порядке, не образуя молекул.

Металлы состоят из атомов соответствующих элементов. Названия металлов часто совпадают с названиями металлических элементов, их образующих. Например, вещества алюминий, цинк, никель, хром, магний образованные соответствующими химическими элементами. Однако вещество медь состоит из атомов элемента Купруму, серебро - Аргентуму, золото - Ауруму, ртуть - Меркурию, железо - Железа. В названия неметаллов элементов и простых веществ совпадают для незначительного количества веществ (табл. 3).

Таблица С

Названия химических элементов и простых веществ

Металлические		Неметаллические
Химический элемент	Простое вещество	Химический элемент	Простое вещество
Алюминий	алюминий
Аргентум
Меркурий			кислород

Лабораторный опыт 2

Ознакомление с образцами простых и сложных веществ

Задача 1. Рассмотрите внимательно вещества, выданные вам в банках. Прочтите надписи на этикетках: Н 2 О (вода), S (сера), Р (фосфор), Mg (магний), NaOH (натрия гидроксид), С (углерод), Fe 3 O 4 (ферум(II, III) оксид), Fе (железо), ZnO (цинк оксид), СаСО 3 (кальций карбонат), Аl (алюминий), Zn (цинк), СаО (кальций оксид), Nа 2 СО 3 (натрий карбонат).

Распределите эти вещества на две группы: простые и сложные. Простые классифицируйте вещества на металлы и неметаллы.

Задание 2. Опишите: а) чем отличаются по составу простые и сложные вещества; 6) по каким признакам вы сделали классификацию.

Задание 3. Опишите физические свойства веществ на основе ваших наблюдений.

Выполнив задание, запишите данные в рабочую тетрадь в виде таблицы. В конце работы сформулируйте выводы.

вещества		вещества	Описание свойств по наблюдениям
Неметаллы

Многообразие веществ. Многообразие веществ объясняется способностью атомов элементов сочетаться между собой. В зависимости от того, какие атомы, в каком количестве и как соединяются, образуется много простых и сложных веществ (рис. 44).

Рис. 44. Простое вещество сера (а) и сложное вещество аметист (б)

Простых веществ существует чуть больше, чем химических элементов - 400, ибо, как вы уже знаете, один и тот же элемент (Оксиген, Карбон, Фосфор, Сульфур) может образовывать две или более веществ.

Сложных веществ известно гораздо больше (почти 20 милл). Это вода, в состав молекулы которого входят Водород и Кислород, углекислый газ - Карбон и Кислород, поваренная соль - Натрий и Хлор. В состав названных веществ входят только два элемента - это бинарные соединения. Однако значительное количество веществ состоит из трех и более элементов. Так, в состав глюкозы входят три элемента: Карбон, Гидроген и Оксиген, а питьевая сода содержит четыре элемента: Натрий, Водород, Карбон и Кислород.

К сложным относятся все органические вещества. Кроме того, существует целая индустрия по добыче синтетических и искусственных соединений, которые имеют огромное производственное и бытовое назначение.

Вспомните из курса природоведения, какие вещества называют неорганическими, органическими. Приведите примеры неорганических и органических соединений.

При нормальных условиях (температура 0 °С, давление 101,3 кПа) вещества находятся в трех агрегатных состояниях: жидком (вода, масло, спирт), твердом (цинк, железо, сера, фосфор, углерод, медь) и газуватому (водород, кислород, озон, азот, углекислый газ, инертные газы).

СУММИРУЕМ ИЗУЧЕННОЕ

Вещества подразделяют на простые и сложные.

Сложные вещества образуются из двух и более химических элементов. их значительно больше, чем простых.

Каждая простое и сложное вещество характеризуется определенными свойствами, то есть признаками, по которым можно выявить их сходство и различие.

Сложные вещества бывают органического и неорганического происхождения.

Многообразие веществ объясняется способностью атомов элементов сочетаться между собой.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Объясните, что означают понятия «молекула», «простое вещество», «сложное вещество», «химическое соединение».

2. Приведите примеры: а) простых и сложных веществах; б) органических и неорганических веществ.

3. Обоснуйте, являются ли идентичными понятия «химическое соединение» и «смесь веществ».

4. Охарактеризуйте физические свойства: а) сахара; б) воды; в) масла.

5. Обоснуйте, почему сложных веществ больше, чем простых.

6. Выскажите собственное суждение о важности веществ для жизни и здоровья человека.

ИНТЕРЕСНО ЗНАТЬ

Английский химик Г. Дэви впервые выделил в свободном состоянии, методом электролиза, металлы натрий, калий, кальций, стронций, барий, магний. Эти работы положили начало изготовления сильных ламп для прожекторов, маяков и т. др. Впоследствии ученый создал безопасную шахтерскую лампу, которая использовалась во всем мире, пока не была заменена лампочкой с аккумулятором.

Склодовская-Кюри Мария (1867-1934) - французский физик и химик, педагог, общественный деятель. Наука обязана ему открытием и исследованием двух радиоактивных элементов - Полония и Радия. Открытие элемента Радия начало метод лечение им рака кожи. За свой труд была награждена двумя Нобелевскими премиями, которые пожертвовала на строительство санатория в г. Закопане и Радиологического института в г. Варшаве (Польша).

Все вещества можно разделить на простые и сложные. Простыми называются такиевещества, молекулы которых состоят из атомов одного и того же элемента. Молекулы простых веществ могут состоять из одного (например, Не, Мg, Кr), двух (например, Cl 2 , Н 2 , N 2) и большего числа атомов (например, О 3 , S 8) одного элемента. Простые вещества могут быть металлами (например, железо, медь) и неметаллами (например, сера, азот).

Сложными веществами или химическими соединениями называются такие вещества, молекулы которых состоят из атомов двух и более элементов. Например NO 2 , AgCL, NaOH.

УПРАЖНЕНИЕ 1 Укажите, какие из веществ, состав которых выражается формулами: Na, H 2 S, O 2 , H 2 O, являются простыми, какие сложными? Выразите состав последнего соединения в процентах (по массе).

ОТВЕТ Простыми веществами являются натрий (Na), кислород (О 2), состоящие из атомов одного элемента, сероводород (H 2 S) и вода (H 2 O) – сложные вещества, их молекулы состоят из атомов различных элементов.

По формулам химических соединений можно определить мольную массу вещества, его количественный состав, т.е. содержание (в отношениях масс или процентах) каждого элемента в данном веществе.

Мольная масса Н 2 О равна 18 г/моль, что составляет 100%. Водорода в соединении – 2 моля атомов, а кислорода – 1 моль атомов, что составляет в процентах (по массе): % Н 2 = 2·100/ 18 = 11,1

% О 2 = 16·100/18=88,9

ЗАДАНИЕ1 (для самоконтроля)

1.В приведенных примерах укажите простые и сложные вещества:

а) алмаз, углекислый газ, озон, поваренная соль:

б) графит, фосфорит, сероводород, сера;

в) кислород, сернистый газ, гашёная известь, магний.

Укажите, из атомов каких элементов состоит каждое вещество.

2.Выразите состав в процентах (по массе) приведенных ниже соединений: а) H 2 S, FeO; б) CuS, CaO; в) Fe 2 O 3 , H 2 SO 4 ; г) FeCL 3 , SO 3 ; д) CO 2 , Cu 2 S.

3.Укажите, какие из веществ, состав которых выражается следующими формулами, являются сложными: S 8 , Cu 2 S, SO 3 , Na, NH 4 OH? Укажите, из атомов каких элементов они состоят.

4.Какой из оксидов богаче по содержанию железа; FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ?

5.Какое из соединений: Cu 2 S, CuS, CuSO 4 содержит больше серы?

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ И ВАЛЕНТНОСТЬ АТОМОВ

Степень окисления (С.О.) – это условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предложения о чисто ионном характере химической связи. Степень окисления может иметь отрицательное, положительное и нулевое значение, которое обозначают арабскими цифрами со знаком ""+"" или ""-"" и ставят над символом элемента, например: Cl 2 0 ,K + 2 O -2 , H + N +5 O -2

Все, что окружает нас, имеет свою физическую и химическую природу. Что называют веществом и какие виды его существуют? Оно представляет собой физическую субстанцию, обладающую специфическим химическим составом. На латыни слово «вещество» обозначается термином Substantia, которое также часто используют ученые. Что же оно собой представляет?

На сегодняшний день известно более 20 млн различных веществ. В воздухе присутствуют всевозможные газы, в океане, морях и реках - вода с минералами и солями. Твердый поверхностный слой нашей планеты состоит из многочисленных горных пород. Огромное количество различных веществ присутствует в любом живом организме.

Общие понятия

В современной химии вещество, определение которого понимают как обладает массой покоя. Оно состоит из элементарных частиц либо квазичастиц. Неотъемлемым признаком любого вещества является его масса. Как правило, при сравнительно низких плотностях и температурах в его составе чаще всего встречаются такие элементарные частицы, как электроны, нейтроны и протоны. Из последних двух состоят атомные ядра. Все эти элементарные частицы образуют такие субстанции, как молекулы и кристаллы. По сути своей, их атомное вещество (атомы) состоит из электронов, протонов и нейтронов.

С точки зрения биологии «вещество» - понятие материи, которая образует ткани любых организмов. Оно входит в состав органелл, которые имеются в клетках. В общем смысле «вещество» - это форма материи, из которой образуются все физические тела.

Свойства вещества

Свойствами вещества называют набор объективных характеристик, определяющих индивидуальность. Они позволяют различать одну субстанцию от другой. Наиболее характерные физико-химические свойства вещества:

Плотность;

Температуры кипения и плавления;

Термодинамические характеристики;

Химические свойства;

Значения кристаллической структуры.

Все перечисленные параметры представляют собой неизменяющиеся константы. Поскольку все вещества отличаются друг от друга, они обладают определенными Что подразумевают под этим понятием? Свойствами вещества называют его особенности, определяемые измерением или наблюдением, без трансформации его в другую субстанцию. Важнейшими из них являются:

Агрегатное состояние;

Цвет и блеск;

Наличие запаха;

Нерастворимость или растворимость в воде;

Температура плавления и кипения;

Плотность;

Электропроводность;

Теплопроводность;

Твердость;

Хрупкость;

Пластичность.

Для характерно еще такое физическое свойство, как форма. Цвет, вкус, запах определяют визуально и при помощи органов чувств. Такие физические параметры, как плотность, температура плавления и кипения, электропроводность вычисляют с помощью различных измерений. Сведения о физических свойствах большинства веществ представлены в специальных справочниках. Они зависят от агрегатного состояния субстанции. Так, плотность воды, льда и пара совершенно различна. Кислород в газообразном состоянии бесцветный, а в жидком - имеет голубой оттенок. Благодаря отличиям физических свойств можно различить множество веществ. Так, медь - единственный металл, имеющий красноватый оттенок. Только имеет соленый вкус. В большинстве случаев, чтобы определить вещество, необходимо учитывать несколько известных его свойств.

Отношение понятий

Многие люди смешивают понятия «химический элемент», «атом», «простое вещество». На самом деле они различаются между собой. Так, атом - это конкретное понятие, поскольку он существует реально. Химический элемент - абстрактное (собирательное) определение. В природе он существует только в виде связанных или свободных атомов. Другими словами, он представляет собой простое или сложное вещество. У каждого химического элемента есть свое условное обозначение - знак (символ). В некоторых случаях он выражает и состав простого вещества (В, С, Zn). Но нередко этот символ обозначает только химический элемент. Это наглядно демонстрирует формула кислорода. Так О - это всего лишь химический элемент, а простое вещество кислород обозначается формулой О 2 .

Существуют и другие отличия между этими понятиями. Следует различать характеристики (свойства) простых веществ, представляющих собой совокупность частиц, и химического элемента, являющегося атомом определенного вида. Есть определенные отличия и в названиях. Чаще всего обозначение химического элемента и простого вещества совпадает. Однако есть и исключения из этого правила.

Классификация веществ

Что называют веществом с точки зрения науки? Количество различных субстанций очень велико. Природное вещество, определение которого связано с его натуральным происхождением, может быть органическим или неорганическим. Многие соединения человек научился синтезировать искусственно. Определение «вещество» подразумевает разделение на простые (индивидуальные) субстанции и смеси. Отношение к классификации зависит от того, какое их количество в него входит.

Определение простого вещества понимает абстрактное понятие, которое означает набор атомов, соединенных между собой по определенным физико-химическим законам. Несмотря на это граница между ним и смесью весьма расплывчата, поскольку некоторые субстанции имеют непостоянный состав. Для них даже еще не предложена точная формула. В силу того, что для простого вещества достижима только конечная его чистота, это понятие остается абстракцией. Иными словами, в любом из них имеется смесь химических элементов, в которой преобладает одно. Зачастую чистота субстанции непосредственным образом влияет на ее свойства. В общем смысле простое вещество построено из атомов одного химического элемента. Например, в молекуле газа кислорода содержится по 2 одинаковых атома (О 2).

Что называют веществом сложным? Такое химическое соединение включает в себя различные атомы, составляющие молекулы. Иногда его называют смешанной химической субстанцией. Сложными веществами называют смеси, молекулы которых образуются из атомов двух и более элементов. Так, например, в молекуле воды есть один атом кислорода и 2 водорода (Н 2 О). Понятию сложного вещества отвечает молекула, содержащая различные химические элементы. Таких субстанций намного больше, чем простых. Они могут быть натуральными и искусственными.

Простые и понятие которых в некоторой степени условны, отличаются своими свойствами. Так, например, титан становится прочным только тогда, когда он будет избавлен от атомов кислорода до меньше сотой доли процента. Сложное и простое вещество, химическое определение которого немного сложно для восприятия, может быть двух видов: неорганическое и органическое.

Неорганические вещества

К неорганическим относятся все химические соединения, не содержащие углерода. В эту группу входят и некоторые вещества, в составе которых есть этот элемент (цианиды, карбонаты, карбиды, оксиды углерода и несколько других веществ). Они не имеют характерного для органических субстанций скелета. Назвать вещество по формуле может каждый благодаря периодической системе Менделеева и школьному курсу химии. Все они обозначаются латинскими буквами. Что называют веществом в этом случае? Все неорганические субстанции делятся на такие группы:

Простые вещества: металлы (Mg, Na, Ca); неметаллы (P, S); благородные газы (He, Ar, Xe); амфотерные вещества (Al, Zn, Fe);

Сложные: соли, оксиды, кислоты, гидроксиды.

Органические вещества

Определение органических веществ довольно простое. К этим субстанциям относят химические соединения, в составе которых имеется углерод. Этот класс веществ является самым обширным. Правда, в этом правиле существуют и исключения. Так, к органическим веществам не относятся: оксиды углерода, карбиды, карбонаты, угольная кислота, цианиды и тиоцианаты.

Ответ на вопрос "назовите включает целый ряд сложных соединений. К ним относятся: амины, амиды, кетоны, ангидриды, альдегиды, нитрилы, карбоновые кислоты, сераорганические соединения, углеводороды, спирты, простые и сложные эфиры, аминокислоты.

К основным классам биологических органических веществ относят липиды, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы. Они, помимо углерода, имеют в своем составе водород, кислород, фосфор, серу, азот. Какие характерные черты у органических веществ? Их многообразие и разнообразие строения объясняется особенностями атомов углерода, которые способны образовывать прочные связи при соединении в цепочки. Благодаря этому получаются очень устойчивые молекулы. Атомы углерода образуют зигзагообразную цепь, которая является характерной особенностью органических веществ. При этом строение молекул прямо влияет на химические свойства. Углерод в органических веществах может объединяться в открытые и циклические (замкнутые) цепи.

Агрегатные состояния

Определение «вещество» в химии не дает развернутого понятия о его агрегатных состояниях. Они различаются той ролью, которую играет в их существовании взаимодействие молекул. Различают 3 агрегатных состояния вещества:

Твердое, в котором молекулы плотно соединены. Между ними устанавливается сильное притяжение. В твердом состоянии молекулы вещества не способны двигаться свободно. Они могут совершать только колебательные движения. Благодаря этому твердые вещества прекрасно сохраняют свою форму и объем.

Жидкое, при котором молекулы более свободны и могут передвигаться с одного места на другое. Благодаря таким свойствам любые жидкости могут принимать форму сосуда и перетекать.

Газообразное, в котором элементарные частицы вещества двигаются свободно и хаотично. Молекулярные связи в этом состоянии настолько слабы, что они могут далеко находиться друг от друга. В газообразном состоянии вещество способно заполнять собой большие объемы.

На примере воды очень просто понять разницу между льдом, жидкостью и паром. Все эти агрегатные состояния не относятся к индивидуальным характеристикам химического вещества. Они соответствуют только состояниям существования субстанции, зависящим от внешних физических условий. Именно поэтому воде нельзя однозначно приписать признак жидкости. При изменении внешних условий многие химические вещества переходят из одного агрегатного состояния в другое. В ходе этого процесса обнаруживаются промежуточные (пограничные) типы. Самым известным из них является аморфное состояние, называемое стеклообразным. Такое определение «вещество» в химии связано с его строением (в переводе с греческого amorphos - бесформенный).

В физике рассматривается еще одно агрегатное состояние, называемое плазмой. Оно полностью или частично ионизировано и характеризуется одинаковой плотностью отрицательных и положительных зарядов. Иными словами: плазма электронейтральна. Это состояние вещества возникает только при предельно высоких температурах. Иногда они достигают тысячи кельвинов. По некоторым своим свойствам плазма является противоположностью газу. Последний обладает низкой электрической проводимостью. Газ состоит из частиц, которые подобны друг другу. При этом они редко сталкиваются. Плазма обладает высокой электрической проводимостью. Она состоит из элементарных частиц, различающихся электрическим зарядом. Они постоянно взаимодействуют друг с другом.

Существуют также такие промежуточные состояния вещества, как и полимер (высокоэластичный). В связи с наличием этих переходных форм специалисты часто используют более широко понятие «фаза». При определенных условиях, достаточно отличающихся от обычных, некоторые вещества переходят в особые состояния, например, сверхпроводящее и сверхтекучее.

Кристаллы

Кристаллы относятся к твердым веществам, имеющим естественную форму правильных многогранников. Она основана на их внутренней структуре и зависит от расположения составляющих его атомов, молекул и ионов. В химии она называется кристаллической решеткой. Такая структура индивидуальна для каждого вещества, поэтому она является одним из основных физико-химических параметров.

Расстояния между частицами, составляющими кристаллы, называют параметрами решетки. Они определяются с помощью физических методов структурного анализа. Нередко твердые вещества имеют более одной формы кристаллической решетки. Такие структуры называются полиморфными модификациями. Среди простых веществ распространены ромбическая и моноклинная форма. К таким веществам относят графит, алмаз, серу, представляющие гексагональную и кубическую модификации углерода. Данная форма отмечается и у сложных веществ, таких как кварц, кристобалит, тридимит, которые являют собой модификации диоксида кремния.

Вещество как форма материи

Несмотря на то что по своему значению понятия «вещество» и «материя» очень близки, они не являются полностью равнозначными. Это утверждают многие ученные. Так, при упоминании термина «материя» чаще всего подразумевают грубую, инертную и мертвую действительность, подверженную господству механических законов. Под определением «вещество» больше понимают материал, который, благодаря своей форме, вызывает мысль о жизненной пригодности и оформленности.

Сегодня ученные считают материю объективной реальностью, которая существует в пространстве и изменяется во времени. Она может быть представлена в двух формах:

Первая обладает волновой природой. К ней относятся невесомость, проницаемость, непрерывность. Она может распространяться со скоростью света.

Вторая - корпускулярная, обладающая массой покоя. Она состоит из элементарных частиц, отличающихся своей локализацией. Она малопроницаема или непроницаема и не может распространяться со скоростью света.

Первую форму существования материи называют полем, а вторую - веществом. У них много общего, ведь даже электроны обладают свойствами частицы и волны. Они проявляются на уровне микромира. Именно поэтому разделение на поле и вещество очень удобно.

Единство вещества и поля

Ученные давно установили, что чем массивнее и крупнее элементарная частица вещества, тем резче выражается ее индивидуальность и отграниченность. При этом ярче видна противоположность между веществом и полем, которое характеризуется непрерывностью. Чем меньше элементарные частицы вещества, тем меньше его масса. В этом случае противопоставление его с полем становится более сложным. В различных микроволнениях оно вообще теряет смысл, поскольку разные элементарные частицы - это кванты, возбужденные состояниями различных полей (электромагнитного - фотоны, ядерного - мезоны).

Единство вещества и поля и отсутствие четкой границы между ними выражается в том, что в определенных условиях частицы возникают за счет поля, а других случаях - наоборот. Наглядным примером тому может служить такое явление, как аннигиляция (явление превращения элементарных частиц). Любое вещественное тело - это устойчивое целое, возможное благодаря связи его элементов через поля.

Окружающий мир материален. Материя бывает двух видов: вещество и поле. Объект химии – вещество (в том числе и влияние на вещество различных полей – звуковых, магнитных, электромагнитных и др.)

Вещество - все, что имеет массу покоя (т.е. характеризуется наличием массы тогда, когда не движется) . Так, хотя масса покоя одного электрона (масса не движущегося электрона) очень мала – около 10 -27 г, но даже один электрон – это вещество.

Вещество бывает в трех агрегатных состояниях – газообразном, жидком и твердом. Есть еще одно состояние вещества – плазма (например, плазма есть в грозовой и шаровой молнии), но в школьном курсе химию плазмы почти не рассматривают.

Вещества могут быть чистыми, очень чистыми (нужными, например, для создания волоконной оптики), могут содержать заметные количества примесей, могут быть смесями.

Все вещества состоят из мельчайших частиц – атомов. Вещества, состоящие из атомов одного вида (из атомов одного элемента), называют простыми (например, древесный уголь, кислород, азот, серебро и др.). Вещества, которые содержат связанные между собой атомы разных элементов, называют сложными.

Если в веществе (например, в воздухе) присутствуют два или большее число простых веществ, и их атомы не связаны между собой, то его называют не сложным, а смесью простых веществ. Число простых веществ сравнительно невелико (около пятисот), а число сложных веществ огромно. К настоящему времени известны десятки миллионов разных сложных веществ.

Химические превращения

Вещества способны вступать между собой во взаимодействие, причем возникают новые вещества. Такие превращения называют химическими . Например, простое вещество уголь взаимодействует (химики говорят – реагирует) с другим простым веществом – кислородом, в результате образуется сложное вещество – углекислый газ, в котором атомы углерода и кислорода связаны между собой. Такие превращения одних веществ в другие называют химическими. Химические превращения – это химические реакции. Так, при нагревании сахара на воздухе сложное сладкое вещество – сахароза (из которого состоит сахар) – превращается в простое вещество – уголь и сложное вещество – воду.

Химия изучает превращения одних веществ в другие. Задача химии – выяснить, с какими именно веществами может при данных условиях взаимодействовать (реагировать) то или иное вещество, что при этом образуется. Кроме того, важно выяснить, при каких именно условиях может протекать то или иное превращение и можно получить нужное вещество.

Физические свойства веществ

Каждое вещество характеризуется совокупностью физических и химических свойств. Физические свойства – это свойства, которые можно охарактеризовать с помощью физических приборов . Например, с помощью термометра можно определить температуру плавления и кипения воды. Физическими методами можно охарактеризовать способность вещества проводить электрический ток, определить плотность вещества, его твердость и т.д. При физических процессах вещества остаются неизменными по составу.

Физические свойства веществ подразделяют на счислимые (те, которые можно охарактеризовать с помощью тех или иных физических приборов числом, например, указанием плотности, температур плавления и кипения, растворимости в воде и др.) и несчислимые (те, которые охарактеризовать числом нельзя или очень трудно – такие, как цвет, запах, вкус и др.).

Химические свойства веществ

Химические свойства вещества – это совокупность сведений о том, с какими другими веществами и при каких условиях вступает в химические взаимодействия данное вещество . Важнейшая задача химии – выявление химических свойств веществ.

В химических превращениях участвуют мельчайшие частицы веществ – атомы. При химических превращениях из одних веществ образуются другие вещества, и исходные вещества исчезают, а вместо них образуются новые вещества (продукты реакции). А атомы при всех химических превращениях сохраняются . Происходит их перегруппировка, при химических превращениях старые связи между атомами разрушаются и возникают новые связи.

Химический элемент

Число различных веществ огромно (и у каждого из них своя совокупность физических и химических свойств). Атомов, отличающихся друг от друга по важнейшим характеристикам, в окружающем нас материальном мире сравнительно невелико – около ста. Каждому виду атомов отвечает свой химический элемент. Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковыми или близкими характеристиками . В природе встречается около 90 различных химических элементов. К настоящему времени физики научились создавать новые, отсутствующие на Земле виды атомов. Такие атомы (и, соответственно, такие химические элементы) называют искусственными (по-английски – man-made elements). Искусственно полученных элементов к настоящему времени синтезировано более двух десятков.

Каждый элемент имеет латинское название и одно- или двух-буквенный символ. В русскоязычной химической литературе нет четких правил произношения символов химических элементов. Одни произносят так: называют элемент по-русски (символы натрия, магния и др.), другие – по латинским буквам (символы углерода, фосфора, серы), третьи – как звучит название элемента по-латыни (железо, серебро, золото, ртуть). Символ элемента водорода Н у нас принято произносить так, как эту букву произносят по-французски.

Сравнение важнейших характеристик химических элементов и простых веществ приведено в таблице ниже. Одному элементу может отвечать несколько простых веществ (явление аллотропии: углерод, кислород и др.), а может – и одно (аргон и др. инертные газы).

Все вокруг нас состоит из каких-либо веществ. В зависимости от своего состава, они могут быть простыми и сложными. Но что это означает? Что такое простые вещества? Какими свойствами они обладают? Давайте это выясним.

Что такое простое вещество?

Разъяснения о веществах лучше всего начинать с понятия «атом». Это микроскопическая частица, обладающая конкретным размером, массой и другими свойствами. Каждый вид атома представляет определенный химический элемент. Но сами по себе они не могут существовать в природе и обязательно объединяются с другими атомами, формируя вещества.

Что такое простые вещества? Это структуры, образованные атомами одного вида элемента. При нормальных условиях они чаще всего являются твердыми, однако 11 из них пребывают в газообразном состоянии, а два - в жидком. В зависимости от того, какой тип связи образовался между атомами, их разделяют на две большие группы: металлы и неметаллы.

Понять, что такое простые вещества, иногда бывает затруднительно, ведь их названия могут совпадать с названиями химических элементов. Одинаково именуются: кислород, железо, медь, сера, фосфор и другие.

Свойства простых веществ

Основные качества, по которым характеризуют вещества:

• цвет;
• запах;
• твердость/мягкость;
• вязкость;
• растворимость;
• тепло- и электропроводность;
• магнитные свойства;
• температуры плавления и кипения и т. д.

Многие свойства веществ зависят от того, как и в каком количестве соединены их атомы. При этом может возникать аллотропия. Это явление, при котором одно простое химическое вещество существует в нескольких формах или модификациях. Так, атомы кислорода (О), объединяясь в пару, образуют О 2 или вещество кислород - прозрачного цвета, без запаха и вкуса. Если же объединятся три атома, то получится озон или О 3 - голубой газ с резким специфическим запахом.

Аллотропные модификации есть у селена, фосфора, водорода, кремния, сурьмы, олова, железа и других веществ. Формы могут переходить друг в друга при изменении температуры или давления. При этом существуют переходы обратимые, в которых вещество может вернуться к прежнему состоянию, и необратимые, в которых возврат уже невозможен.

Металлы

Простые вещества металлы характеризуются целым рядом общих свойств. Они в той или иной степени пластичны, а значит, поддаются ковке, растягиванию и сгибанию, не разрываясь и ломаясь. Самыми пластичными считаются золото, медь, серебро. А вот марганец, цинк или висмут сразу же ломаются при механическом воздействии.

Металлы хорошо проводят тепло и электричество. Наилучшим в этой области является серебро, хуже всего себя проявляет ртуть и висмут. Кстати, ртуть - единственный металл, который при нормальных условиях не твердый. Застывает она только при температуре -39 °C.

Другие представители этой группы простых веществ изначально твердые. Они переходят в жидкое состояние (плавятся) при определенных температурах, как правило, высоких. Так, франций плавится при 27 °C, свинец - при 1170 °C, алюминий - при 1554 °C, индий - при 156,6 °C , а вольфраму нужно целых 3410 °C.

Практически все металлы обладают блеском и серой окраской. Отличаются лишь их оттенки: у одних он темный и практически матовый, у других серебристо-белый и очень блестящий. Есть, конечно, и исключения. Например, золото и цезий окрашены в желтый, медь - в красноватый.

Неметаллы

Простых веществ неметаллов гораздо меньше. Их 118 известных элементов их образует только 22. Сходных черт между этими веществами тоже немного. Объединяет их в основном то, что они не принадлежат к металлам и не обладают характерным для них блеском (кроме йода и графита).

Все они имеют либо молекулярное, либо атомное строение. В первом случае неметаллы могут быть газами (хлор, азот, водород, кислород), твердыми телами (сера, фосфор, йод) или жидкостями (бром). Их атомы связаны тесно, а вот молекулы - нет. Поэтому такие вещества летучи, в твердом состоянии легко плавятся и крошатся.

Во втором случае они образованы длинными цепочками атомов. Их частицы связаны между собой очень тесно, поэтому вещества обладает твердостью, слабой пластичностью и летучестью, высокими температурами плавления и кипения. Графит, например, плавится только при 3800 °C, что выше, чем у самого тугоплавкого металла.

Фтор

Фтор - химический элемент под номером 9. В качестве простого вещества он является двухатомным газом (F 2) желтоватого оттенка. Он имеет ярко выраженный запах, который немного напоминает хлор.

Фтор является самым активным неметаллом. Он вступает в реакцию со всеми элементами, кроме неона и гелия. Он также реагирует с большинством существующих веществ, которые при этом загораются или взрываются. Даже вода в атмосфере наполненной фтором начинает гореть. Водород, соединяясь с фтором, взрывается и при минусовых температурах.

Элемент фтор содержится в зубной эмали и костях нашего организма. Он необходим нам ежедневно в количестве 2,5—3,5 мг. Вместе с тем газ фтор очень токсичен и агрессивен. Он способен вызывать раздражение слизистых и ожоги II степени.

Сера

Химический элемент сера как простое вещество тоже проявляет неметаллические свойства. Он образует огромное количество аллотропных модификаций, основные из которых это: моноклинная, ромбическая, пластическая.

В природе встречается в свободном виде, поэтому человек знаком с ней давно. В таком состоянии она часто образуется в местах вулканических извержений и геотермальных источников. Кроме того, входит в состав многих минералов, например, пиритов.

Многим сера известна как вещество светло-желтого цвета с жирным блеском и высокой хрупкостью. Это моноклинная сера, которую часто производят в виде порошка. При нагревании такого порошка до 160 °C он расплавляется и приобретает темно-коричневый цвет. Остывая, он вновь становится желтого цвета.

Если расплавленную коричневую массу опустить в воду, то образуется пластическая сера. Она похожа на резину или пластилин. В таком виде она отлично растягивается и формируется. Однако через несколько дней опять превращается в моноклинную серу, обладающую хрупкостью.

При высоких вулканических температурах вещество образует красивые полупрозрачные кристаллы. На их образования уходят несколько тысяч лет, поэтому в природе они встречаются нечасто.

При сильной влажности измельченная сера может самовозгораться. С хлоратами, нитратами, маслами и жирами она реагирует очень бурно, возгораясь или взрываясь. Сера хорошо горит на воздухе, образуя бесцветный сернистый газ, обладающий резким запахом.