Элементы и соединения

Элементы это простые вещества например водород, сера, уран и т.д., а соединения это вещества в состав которого входят простые вещества которые образуют соединения например вода, сахар, кислоты и т.д.

Разница между между элементом и соединением в том, что в состав элемента входят только одни атомы определенного вещества, а в состав соединения входят атомы химических элементов разных веществ.

Не следует путать простые вещества с чистыми веществами, пример простых веществ натрий, калий то есть все элементы периодической таблицы элементов.

А чистые вещества это сложные вещества состоящие из нескольких атомов, например азотная кислота, уксусная кислота, спирты и т.д.

Что такое элементы и соединения

Молекулы состоят из атомов. Возможны два вида молекул:

1. Молекулы, содержащие одинаковые атомы химических элементов,

2. Молекулы, содержащие два или более различных атома.

Эти два вида молекул имеют разные названия.

Элемент, или элементарное вещество, состоит из атомов только одного вида.

Соединение, или сложное вещество, состоит из двух или более различных атомов.

Как правило, до изучения свойств вещества исследователи стремятся получить его в чистом состоянии.

Даже в этом случае необходимо затратить много усилий, чтобы с уверенностью сказать, является данное вещество элементом или соединением.

Возьмем, к примеру, воду. Вероятно, вода — наиболее часто встречающееся в окружающем нас мире вещество.

Свойства воды хорошо известны: внешний вид, вкус, плотность (вес единицы объема), механизм испарения, температура замерзания и температура кипения, а также механизм растворения сахара и соли в воде.

Поскольку вода характеризуется постоянными и строго определенными свойствами, она считается чистым веществом.

В дальнейшем вы узнаете, как из чистого вещества — воды — можно получить два других вещества — газообразные водород и кислород.

Эти газы образуются в определенных количествах. Поскольку воду можно разложить на два других вещества, она должна состоять по крайней мере из двух видов атомов.

Поэтому вода является соединением.

Сделаем два замечания.

Во-первых, мы установили характерные свойства воды, что привело к определению воды как чистого вещества.

Во-вторых, мы обнаружили, что из воды образуются в определенных количествах два новых вещества.

Это показывает, что молекула воды содержит больше одного вида атомов, и, следовательно, вода является соединением.

Пример соединений

Обычный сахар — другой пример вещества. Большинство сортов сахара, имеющихся в продаже, довольно чистые.

Это значит, что другие вещества присутствуют в сахаре лишь в очень небольших количествах. Характерным свойством сахара является его сладкий вкус.

Другое характерное свойство — растворимость в воде. Еще одно характерное свойство — поведение при нагревании. При определенной температуре сахар не только начинает расплавляться, но и разлагаться.

Расплавленный сахар темнеет и начинает пузыриться вследствие образования паров воды. В конечном счете в чашке остается черное твердое вещество — уголь.

Мы определяем это вещество как разновидность углерода.

Таким образом, чистый сахар, обладающий характерными свойствами, можно подвергнуть разложению; при этом образуются вода и уголь в определенных количествах.

Сахар представляет собой соединение.

Вода и сахар — соединения. А как обстоит дело с водородом и кислородом? Например, водород в нормальных условиях является газом.

Водород это соединение или элемент

Путем охлаждения до определенной температуры водород можно перевести в жидкое состояние.

При дальнейшем охлаждении до определенной температуры водород затвердевает.

Водород представляет собой чистое вещество.

Нет такого метода, с помощью которого удалось бы получить из водорода два других вещества. Водород должен состоять только из одинаковых атомов.

Следовательно, он является элементом.

Эти атомы мы называем атомами водорода.Кислород также обладает характерными свойствами, но и из него нельзя получить два других вещества.

Кислород является элементом: он содержит атомы одного вида, называемые атомами кислорода.

Из чего состоит вода

Воду можно разложить на водород и кислород. Поскольку ни водород, ни кислород не могут разлагаться на другие вещества, молекулы воды должны состоять только из атомов водорода и кислорода.

Это одна из наиболее важных проблем химии:

Определить, из каких атомов состоит данное вещество.

Насколько важна эта проблема, видно из сравнения трех веществ: воды, кислорода и водорода.

Как вода, так и кислород содержат атомы кислорода, но свойства этих веществ совершенно различны.

Вода и водород содержат атомы водорода, но их свойства не более сходны, чем свойства воды и кислорода. Свойства воды, определяемые сочетанием двух видов атомов, весьма специфичны.

Элементы

Элемент — это чистое вещество, состоящее из атомов одного вида. В настоящее время известно 118 элемента и, следовательно, столько же видов химически различных атомов.

Некоторые из этих элементов встречаются в природе в свободном состоянии и поэтому были известны уже несколько тысяч лет назад.

Такие элементы, как железо, серебро, золото, ртуть и сера, описанные очень давно, получили свои латинские названия от алхимиков.

Например, железо было названо ferrum, серебро — argentum, золото — aurum.

История открытия элементов

В XIX в. число открытых элементов возросло, так как ученые начали применять количественные методы исследования.

Если в начале XIX в. был известен лишь 31 элемент, то к концу века их число возросло до 81. За это время было открыто вдвое больше новых элементов, чем за все предшествующие века.

Каждый элемент, помимо названия, для удобства получил условное обозначение из одной или нескольких букв. Так, элемент углерод обозначается буквой С, элемент неон — буквами Ne.

Символы были приняты международным соглашением химиков.

Одиннадцать элементов получили свои символы в виде первой буквы их латинского названия или в случае необходимости первой и одной из последующих букв.

Семь из этих элементов — хорошо известные еще с древних времен металлы смотреть ниже.

Символы элементов состоящие из одной или двух букв латинского названия

Элемент — Сурьма. Символ — Sb.  Латинское название — Stibium.

Элемент — Ртуть. Символ — Hg.  Латинское название — Hydrargyrum.

Элемент — Свинец. Символ — Pb.  Латинское название — Plumbum.

Элемент — Вольфрам. Символ — W.  Латинское название — Wolfram.

Элемент — Железо. Символ — Fe.  Латинское название — Ferrum.

Элемент — Олово. Символ — Sn.  Латинское название — Stannum.

Элемент — Золото. Символ — Аu.  Латинское название — Aurum.

И так далее.

Позднее открытые элементы получили, также по международному соглашению, одинаковые названия на всех языках.

За исключением одиннадцати элементов, приведенных выше, все элементы имеют символы, которые можно произвести от их английских названий.

Например, символы водорода (Н), гелия (Не), углерода (С), азота (N), кислорода (О), кальция (Са) и хлора (Сl) легко получить из их названий.

Отметим, что гелий получил свой символ (Не) для удобства отличия его от водорода (Н).

Аналогичным образом, поскольку С — символ углерода, символы кальция (Са) и хлора (Сl) состоят из двух букв.

Периодическая таблица элементов содержит полный перечень химических символов.

Химические формулы

Молекулы состоят из определенного числа определенным образом расположенных атомов.

Модели и символы элементов помогают нам представить себе строение молекулы. На рис. изображена модель молекулы воды.

Опыты показали, что эта модель должна состоять из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Преимущество такой модели состоит в том, что она показывает также пространственное расположение атомов.

В молекуле воды каждый из двух атомов водорода расположен по отношению к атому кислорода в вершине треугольника.

Число и вид атомов в молекуле могут быть охарактеризованы также с помощью молекулярной формулы.

Пример химической формулы воды

Например, молекула воды может быть обозначена Н₂O. В этой молекулярной формуле Н — атом водорода, О — атом кислорода, а цифра 2 после Н показывает, что в молекуле воды два атома водорода связаны с одним атомом кислорода.

Молекулярная формула аммиака NH₃ показывает, что одна молекула аммиака состоит из одного атома азота N и трех атомов водорода Н.

Опыты показали, что кислород двухатомный газ (каждая молекула состоит из двух атомов). Поэтому он имеет молекулярную формулу О₂. Водород также двухатомный; его формула Н₂.

Число и расположение атомов в молекуле можно видеть из структурной формулы.

Структурные формулы химических веществ, подобно рассмотренным моделям, показывают взаимосвязь атомов.

Так, Н₂О имеет структурную формулу

Н — О — Н

а не

Н — Н — О

В структурной формуле Н — О — Н черточки обозначают связи между атомами. Связь между атомами называется химической связью.

Мы видим, что каждый из двух атомов водорода связан с атомом кислорода.

Формула:

Н — Н — О,

тоже согласуются с молекулярной формулой Н₂О, но свойства воды показывают, что атомы в ее молекуле связаны между собой иначе.

Никакая написанная формула не может так наглядно дать представление о строении молекулы, как молекулярная модель.

Поскольку химики обнаружили, что от строения молекулы зависят ее химические свойства, создание схем и моделей молекул является важной задачей.

Обычно используют несколько типов моделей в зависимости от того, на что обращается основное внимание.

С помощью пространственных сферических моделей можно наглядно представить связи между атомами и их взаимное расположение.

Моль

Любой исследуемый образец вещества содержит очень большое число атомов. Мы всегда имеем дело не с отдельными атомами или молекулами, а с совокупностью этих частиц.

Поэтому для сравнения количеств различных веществ выбрали единицу измерения, большую, чем один атом или одна молекула.

Эта единица, называемая молем, содержит очень большое число частиц — 6,02 • 10²³. 1 моль атомов кислорода, водорода или меди содержит 6,02•10²³ соответствующих атомов.

1 моль молекул кислорода О₂ содержит 2 моля атомов кислорода (2•6,02•10²³ атомов), так как молекула кислорода двухатомна. 1 моль молекул фосфора Р₄ содержит 4 моля атомов фосфора и т. д.

Для удобства ведут счет на моли, причем число 6,02•10²³ на первый взгляд кажется выбранным произвольно.

Почему же за единицу измерения не взято более простое число, скажем, миллиард молекул? На это есть своя причина.

Химики предпочитают определять величину, которую можно измерить легко и с большой точностью. Взвешивание — более легкая операция, чем счет, когда число частиц, которое надо пересчитать, очень велико.

Поэтому основывают определение моля на выбранном весе, а не на выбранном числе частиц.

В прошлом веке химики договорились между собой принять число молекул в 32,0 г кислорода за стандартную величину.

При таком определении моль — число молекул кислорода, которое содержится точно в 32,0 г этого элемента.

Понятие моля чаще связано с числом частиц, чем с весом.

Число, равное, как было найдено позднее, 6,02•10²³, называется числом Авогадро.

Авогадро первым предложил простой способ получения одинакового числа молекул различных веществ.

Атомные и молекулярные веса

Химики имеют дело с такими количествами веществ, которые легко измерить. Они знают, что масса одного атома кислорода равна 2,656•10^-23 г, но гораздо полезнее знать, что 1 моль атомов кислорода весит 16,00 г.

Это количество вещества, которое можно измерить на обычных весах.

Вес 1 моля атомов имеет очень большое практическое значение. Этот вес называется атомным весом.

Атомный вес элемента — вес авогадрова числа его атомов, выраженный в граммах.

Теперь рассмотрим соединения. Этот вес называется молекулярным весом. Молекулярный вес соединения — вес авогадрова числа его молекул, выраженный в граммах.

Пример определения молекулярного веса

В качестве примера рассмотрим хлористый водород. Это соединение имеет молекулярную формулу НСl. При работе с с хлористым водородом, часто нужно знать его молекулярный вес.

Этот вес легко вычислить по атомным весам атомов Н и Сl, входящих в состав молекулы:

1. Одна молекула НСl содержит один атом водорода и один атом хлора

2. Один моль НСl содержит один моль атомов водорода и один моль атомов хлора

3. Вес одного моля молекул НСl равен сумме веса одного моля атомов водорода и веса одного моля  атомов хлора

4. Молекулярный вес НСl равен сумме атомного веса водорода и атомного веса хлора

• молекулярный вес НСl равен сумме 1,01 г и 35,5 г
• молекулярный вес НСl равен 36,5 г

Аналогичным образом можно вычислить вес 1 моля молекул воды Н₂O.

Так,

Молекулярный вес Н₂О = 2 (атомный вес Н) + 1 (атомный вес О) = 2 (1,01) + 16.00 г =18,02 г

Атомные веса очень важны, поэтому их значения всегда должны быть под рукой.

Атомные веса элементов указаны в периодической таблице и в таблице атомных весов.

Упражнение

Какие различия между водой, кислородом и водородом вы можете отметить, основываясь на ваших знаниях?

Например, можно рассмотреть:

а) Температуру кипения и температуру плавления,

б) Роль в процессе горения,

в) Роль в поддержании жизни.

Сахар — другое вещество, которое содержит атомы кислорода и водорода.

Но, помимо них, в состав молекул сахара входят еще и атомы углерода. По своим свойствам сахар не похож на воду, кислород или водород.

Наличие в молекуле различных видов атомов и их расположение определяют свойства, характерные только для сахара.

Свойства любого вещества определяются входящими в его состав атомами, их числом и расположением.