1.3.1. Простые и сложные вещества

Исходя из основных положений атомно-молекулярного учения, можно дать определения простого и сложного вещества.

Простыми веществами называются вещества, состоящие из атомов одного химического элемента.

Например:

O₂, N₂, S₈.

Сложными веществами называются вещества, состоящие из атомов различных химических элементов.

Например:

Н₂О, Н₂SО₄, CuCl₂.

Следует заметить, что такое сложное вещество, как, например, вода Н₂О, состоит не из водорода и кислорода (это названия простых веществ – водорода – Н₂ и кислорода – O₂), а из атомов элемента водорода – Н и атомов элемента кислорода – O.

Некоторые химические элементы способны образовывать несколько простых веществ, отличающихся друг от друга по строению и свойствам. В настоящее время известно более 400 простых веществ. Так, элемент углерод образует простые вещества: графит, алмаз, карбин и фулерен. При сгорании каждого из этих веществ образуется только оксид углерода (IV) СО₂. Это подтверждает то, что эти простые вещества состоят из атомов одного и того же элемента С углерода.

Явление, при котором один и тот же элемент может образовать несколько простых веществ, называется аллотропией, а образуемые при этом простые вещества – аллотропными модификациями.

Примером аллотропных модификаций могут быть простые вещества – кислород О₂ и озон О₃, образованные атомами одного и того же элемента – кислорода.

Явление аллотропии вызывается двумя причинами:

 различным числом атомов в молекуле, например, кислород О₂ и озон О₃,

 различным строением кристаллической решетки и образованием различных кристаллических форм, например, алмаз, графит, карбин и фулерен.

Способность вещества участвовать в тех или иных химических реакциях характеризует химические свойства вещества.

Химические явления (процессы) – это процессы, в результате которых из одних веществ образуются другие вещества.

Если в результате протекания процесса химическая природа вещества не меняется, то такие процессы считаются физическими.

Примерами физических процессов традиционно считаются изменения агрегатного состояния вещества: плавление ионных кристаллов некоторых солей, плавление металлов, испарение воды и других жидкостей и т.д.

Следует заметить, что такой процесс, как растворение, считают физико-химическим, и, в данном случае, границы между химическими и физическими явлениями достаточно условны.

Принято различать чистые (химически чистые) вещества и смеси веществ.

Чистыми или индивидуальными веществами называют вещества, состоящие из частиц одного вида (содержащие одинаковые структурные единицы).

Примерами могут служить серебро (содержит только атомы серебра), серная кислота и оксид углерода (IV) (содержат только молекулы соответствующих веществ).

Чистые вещества характеризуются постоянством физических свойств, например, температурой плавления (Т_пл) и температурой кипения (Т_кип).

Вещество не является чистым, если содержит какое-либо количество одного или нескольких других веществ – примесей.

Если система образована смешиванием нескольких чистых веществ, причем их свойства при этом не изменились и ее можно разделить с помощью физических методов на исходные вещества, то такая система называется смесью. Почва, морская вода, воздух – все это примеры различных смесей. Вещества, входящие в состав смеси, называются компонентами. Содержание компонентов в смеси может меняться в широких пределах.

Многие смеси могут быть разделены на составные части – компоненты – на основании различия их физических свойств. Среди большого числа методов, используемых для разделения и очистки веществ, можно назвать:

 фильтрование,

 отстаивание с последующей декантацией,

 разделение с помощью делительной воронки,

 центрифугирование,

 выпаривание,

 кристаллизация,

 перегонка (в том числе фракционная перегонка),

 хроматография,

 возгонка и другие.

Следует заметить, что на практике вещества, называемые «чистыми», являются таковыми лишь условно. Очистка веществ представляет сложную задачу и получение абсолютно чистых веществ, содержащих структурные единицы только одного вида, практически невозможно.