Справочники / Врублевский А.И. Химия. Теоретический курс для подготовки к ЕГЭ

Сложные вещества классифицируются:

•по происхождению (органические и неорганические);

•составу (бинарные, т. е. состоящие из атомов двух раз­ личных элементов — СаО, Н2О, РН3, и многоэлементные, состоящие из атомов трех и более различных элемен­ тов — Н3РО4, c2h5no2).

Бинарные вещества, в свою очередь, делятся на оксиды

(СиО, К2О), нитриды (Ca3N2), фосфиды (Mg3P2), карбиды (СаС2), гидриды (NaH), галогениды (КС1, FeBr3), халькогени­ ды (K^S, CS2, Al2Se3), силициды (Mg2Si) и др.

Среди многоэлементных веществ различают соли, гидрок­

сиды (кислородсодержащие кислоты, основания и амфотер­ ные гидроксиды), комплексные соединения (К3[А1(ОН)6], Na2[Zn(OH)4]) и кристаллогидраты (CuSO4 • 5Н2О, Na2SO4 х х 7Н2О). Комплексные соединения содержат внешнюю и внут­ реннюю (указана в квадратных скобках) сферы. Частицы, образующие внутреннюю сферу соединения, очень устойчивы и в водных растворах существуют самостоятельно: [А1(ОН)6]3-, [Zn(OH)4]2-.

При записи формул бинарных соединений вначале, как правило, записывается символ менее электроотрицательного элемента. Исключения: аммиак NH3, гидразин N2H4, углево­ дороды СН4, С2Н2 и др., фосфин РН3.

1.2.ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Вприроде с веществами происходят различные изменения

(явления), которые принято классифицировать на химические и физические.

Физические явления — это изменение агрегатного состоя­ ния, скорости движения, температуры и формы тел. При этих явлениях новые вещества не образуются. Например, таяние

снега, испарение воды, возгонка (сублимация) сухого льда СО2 (сублимация — переход вещества при нагревании из твердого

состояния в газообразное, минуя жидкое).

Кфизическим явлениям относятся также ядерные реакции:

+\п 3Li + pie

ирадиоактивные превращения:

В этих процессах новые вещества хотя и образуются, од­

нако это связано с изменением природы атомов.

Химические явления, или химические реакции, — это

изменение веществ, процесс их превращения в другие веще­

ства, протекающий без изменения природы атомов (атомы в

химических реакциях сохраняются, атомы новых химических

элементов не возникают). В химических реакциях разрушают­

ся химические связи в исходных веществах и образуются но­

вые химические связи между атомами в продуктах реакции. В результате химических явлений могут изменяться:

• как качественный состав, так и строение веществ:

ВаС12 + H,SO4 = BaSO4 + 2НС1;

•только строение веществ с сохранением качественного и количественного состава:

сн3

сн3—сн2—сн=сн2 к—> сн3—сн=сн—сн3

• количественный состав (с сохранением качественного) и

строение:

ЗО2 = 2О3;

2N0 -> N2O4.

И1. В результате химических явлений молекулы (фор­ мульные единицы) разрушаются, а атомы не изме­

няются (сохраняются).

2.Ядерные реакции и радиоактивные превращения относятся к физическим явлениям.

Каждому химическому явлению сопутствует физическое, которое может быть зафиксировано непосредственно нашими органами чувств или специальными приборами. К числу важ­ нейших физических признаков химических явлений относятся

выделение газа, выпадение или растворение осадка, изменение окраски, выделение или поглощение теплоты, излучение света, появление запаха.

Следует иметь в виду, что само по себе каждое из отмечен­ ных физических явлений еще не будет однозначным признаком химической реакции. Например, если ударить молотком по куску железа, то выделится тепло и железо нагреется (меха­ ническая энергия переходит в тепловую), однако новые веще­ ства при этом не образуются. Откроем флакон с духами — появится запах, но и в этом случае новые вещества не обра­ зуются. Оба описанных явления относятся к физическим. Однозначный признак химической реакции — это образование новых веществ.

Ряд явлений (например, образование растворов электроли­ тов, см. 10.1) относятся к физико-химическим.

1.3. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССЫ ВЕЩЕСТВА

Поскольку при химических реакциях атомы не исчезают и их природа сохраняется (новые атомы не образуются), то и общее число атомов до и после реакции остается неизменным.

Отсюда следует закон сохранения массы в химических реак­ циях (М. В. Ломоносов, 1748; А. Лавуазье, 1789):

масса веществ, вступивших в химическую реакцию, рав­ на массе продуктов.

Например, при нагревании железных опилок с серой об­ разуется новое химическое вещество с определенным каче­ ственным и количественным составом — сульфид железа(П) FeS. В составе FeS химические свойства веществ железо и сера утрачены и не проявляются. Разложить сульфид железа(П) на простые вещества железо и серу простыми физическими методами нельзя. Плотность сульфида железа(П) постоянна, магнитом это вещество не притягивается.

Смешаем железные опилки и серу без нагревания. Во-пер­ вых, смешивать эти вещества можно в любых соотношениях (состав смеси произвольный и не имеет определенной фор­ мулы), во-вторых, железо и сера не утратили своих свойств (в составе смеси железо так же притягивается магнитом, как и индивидуальное железо); эту смесь можно разделить на от­ дельные компоненты с помощью магнита или воды (сера водой не смачивается и остается плавать на ее поверхности), ее плотность не постоянна и возрастает с увеличением содер­ жания железа.

Смеси делятся на однородные и неоднородные. В однород­ ных (гомогенных) смесях отдельные компоненты нельзя раз­ личить не только невооруженным глазом, но и с помощью микроскопа. Однородными смесями являются растворы и смеси газов. В неоднородных (гетерогенных) смесях отдельные компоненты можно различить невооруженным глазом (смесь бензина и воды) или с помощью микроскопа (сливки). Неод­ нородные смеси часто называются механическими.

Из неоднородных смесей отдельные компоненты выделяют:

•отстаиванием (смесь воды и подсолнечного масла, воды и глины);

•фильтрованием (смесь воды и глины, воды и осадка

BaSO4);

•с помощью магнита (смесь железных и древесных опи­

лок, железа и серы).

Однородную смесь разделяют на отдельные вещества:

•выпариванием (смесь NaCl и Н2О);

•дистилляцией (перегонкой); этот метод основан на раз­ личии температур кипения компонентов.

Примеры разделения однородных смесей методом перегонки: а) нефть представляет собой смесь различных углеводоро­ дов. При постепенном нагревании нефти происходит ее раз­ деление на отдельные фракции (процесс называется ректифи­

кацией) со все большей молярной массой углеводородов; б) для получения азота и кислорода из воздуха прежде

всего путем повышения давления и понижения температуры воздух переводят в жидкое состояние. Затем полученную жид­ кую смесь нагревают, вначале испаряется азот (его молекулы более легкие), оставшаяся жидкость представляет собой чистый кислород.

Примеры неоднородных смесей: томатный сок, шоколад, взвесь глины в воде, смесь железных и древесных опилок.

Примеры однородных смесей: нашатырный спирт — смесь NH3 и Н2О; соляная кислота — смесь НС1 и Н2О; раствор этанола в воде. Признак однородности жидкого раствора — его прозрачность.

1.5. АТОМ. ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ. ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО

Атом — центральное понятие в химии. Все вещества со­ стоят из атомов. Атом — предел дробления вещества хими­ ческими способами, т. е. атом — наименьшая химически не­ делимая частица вещества. Деление атома возможно только в физических процессах, т. е. в ядерных реакциях и радиоак­ тивных превращениях.

Исходя из сказанного, дадим современное определение атома:

атом — это мельчайшая химически неделимая электронейтральная частица, состоящая из положительно заря­ женного ядра и отрицательно заряженных электронов.

В природе атомы существуют как в свободном (индивиду­ альном, изолированном) виде (например, из отдельных атомов состоят благородные газы), так и в составе различных простых

Простое вещество — это одна из форм существования хи­ мического элемента в природе (другая форма — химический элемент в составе сложных веществ). Например, химический элемент кислород в природе существует в виде простого веще­ ства О2 и в составе ряда сложных веществ (Н,О, Na2SO4 • ЮН2О, Fe3O4). Нередко один и тот же химический элемент образует несколько простых веществ. В этом случае говорят об алло­ тропии — явлении существования элемента в природе в виде нескольких простых веществ. Сами простые вещества назы­ ваются аллотропными модификациями (видоизменениями).

Ряд аллотропных модификаций известен для углерода (алмаз, графит, фуллерен, графен, тубулены), фосфора (белый, красный и черный фосфор), кислорода (кислород и озон). Из-за явления аллотропии простых веществ известно примерно в 5 раз боль­ ше, чем химических элементов.

Причины аллотропии:

•различия в количественном составе молекул (О2 и О3);

•различия в строении кристаллической решетки (алмаз и графит).

Аллотропные модификации данного элемента всегда раз­ личаются по физическим свойствам и химической активности. Например, озон активнее кислорода, а температура плавления алмаза выше, чем фуллерена. Аллотропные модификации при определенных условиях (изменение давления, температуры) могут переходить друг в друга.

В большинстве случаев названия химического элемента и простого вещества совпадают (медь, кислород, железо, азот и т. д.), поэтому нужно различать свойства (характеристики) простого вещества как совокупности частиц и свойства хими­ ческого элемента как вида атомов с одинаковым зарядом ядра.

Простое вещество характеризуется строением (молекуляр­ ное или немолекулярное), плотностью, определенным агрегат­ ным состоянием в данных условиях, окраской и запахом, электро- и теплороводностью, растворимостью, твердостью, температурами кипения и плавления (/кип и ?пл), вязкостью, оптическими и магнитными свойствами, молярной (относи­