Простые и сложные вещества. Аллотропия

5 терминов

Мы выяснили, что вещества состоят из атомов разных химических элементов. Теперь можно разделить все вещества на две большие группы по тому, атомы скольких элементов входят в их состав.

Простые и сложные вещества

Простые вещества образованы атомами одного элемента. Это кислород \(\ce{O2}\), азот \(\ce{N2}\), водород \(\ce{H2}\), хлор \(\ce{Cl2}\), железо \(\ce{Fe}\), медь \(\ce{Cu}\), сера \(\ce{S}\), фосфор \(\ce{P}\), углерод \(\ce{C}\). Сложные вещества, или химические соединения, образованы атомами разных элементов: вода \(\ce{H2O}\), углекислый газ \(\ce{CO2}\), поваренная соль \(\ce{NaCl}\), серная кислота \(\ce{H2SO4}\), мел \(\ce{CaCO3}\).

Сложное вещество можно разложить на простые, а из простых можно получить сложное. Если пропускать через воду постоянный электрический ток, она разлагается на водород и кислород:

\[ \ce{2H2O ->[\text{эл. ток}] 2H2 ^ + O2 ^} \]

Водород сгорает в кислороде, и снова получается вода. Обратите внимание: вода — не смесь водорода с кислородом, а новое вещество со своими свойствами. Водород и кислород — газы, водород горит, кислород поддерживает горение, а вода — жидкость, которой тушат огонь. Сложные вещества делят на классы: оксиды, основания, кислоты и соли; о них подробно говорится в теме 4.1.

Из истории. Кислород был получен разложением сложного вещества. В 1774 году английский химик Джозеф Пристли нагревал красный порошок оксида ртути(II) солнечными лучами, собранными большой линзой. Порошок разлагался, на стенках сосуда оседали капельки ртути, а выделялся газ, в котором свеча горела необычайно ярко, а мышь дышала дольше, чем в обычном воздухе:

\[ \ce{2HgO ->[t^\circ] 2Hg + O2 ^} \]

Металлы и неметаллы

Простые вещества делят на металлы и неметаллы. Металлы обладают металлическим блеском, пластичны (их можно ковать, прокатывать в листы и вытягивать в проволоку), хорошо проводят тепло и электрический ток. Все металлы при комнатной температуре твёрдые, кроме ртути, которая остаётся жидкой. Примеры металлов: натрий, магний, алюминий, железо, медь, серебро.

Неметаллы гораздо разнообразнее. При комнатной температуре одни из них — газы (водород, азот, кислород, фтор, хлор, благородные газы), бром — жидкость, а углерод, сера, фосфор, иод и кремний — твёрдые вещества. Твёрдые неметаллы хрупкие: кусок серы от удара рассыпается, а не расплющивается. Как правило, неметаллы не имеют металлического блеска и плохо проводят тепло и ток. Но у этого правила есть исключения: графит проводит ток и блестит, иод и кремний тоже имеют блеск.

Интересно. Лучше всех металлов ток проводит серебро, медь уступает ему совсем немного, поэтому провода делают из меди. Металл галлий плавится при 29,8 °C: он растает, если подержать его в руке. А самый тугоплавкий металл — вольфрам, он плавится при температуре выше 3400 °C, поэтому из него делали нити ламп накаливания.

Элемент или простое вещество?

Названия большинства простых веществ совпадают с названиями элементов. Из-за этого слово «кислород» может означать и элемент, и простое вещество. Когда говорят «кислород входит в состав воды», речь идёт об элементе: в воде нет газа кислорода, а есть атомы кислорода в молекулах \(\ce{H2O}\). Когда говорят «рыбы дышат растворённым в воде кислородом», речь идёт о простом веществе \(\ce{O2}\).

Лайфхак. Попробуйте заменить слово. Если по смыслу подходит «атомы …», речь об элементе: «железо входит в состав гемоглобина». Если подходит «вещество …» — металл, газ, порошок, который можно взять в руки, — речь о простом веществе: «железо ржавеет во влажном воздухе». Признаки простого вещества — физические свойства и реакции: цвет, плотность, горит, ржавеет, притягивается магнитом.

Разбор задания ОГЭ. Выберите два высказывания, в которых говорится о железе как о простом веществе: 1) железо входит в состав гемоглобина крови; 2) железо ржавеет во влажном воздухе; 3) в организме взрослого человека содержится около 4 г железа; 4) железо притягивается магнитом; 5) железо входит в состав магнитного железняка.

Решение. Ржаветь и притягиваться магнитом может только металл, который можно взять в руки, поэтому высказывания 2 и 4 — о простом веществе. В гемоглобине, в организме человека и в руде нет металлического железа: там атомы железа входят в состав сложных веществ, значит, речь идёт об элементе.

Ответ: 24.

Аллотропия

Простых веществ известно в несколько раз больше, чем элементов. Причина в том, что многие элементы образуют не одно, а несколько простых веществ. Аллотропия — это существование химического элемента в виде нескольких простых веществ, которые называют аллотропными модификациями. Аллотропные модификации различаются либо числом атомов в молекуле, либо тем, как атомы расположены в кристалле.

Элемент	Аллотропные модификации	Чем различаются
Кислород	кислород \(\ce{O2}\), озон \(\ce{O3}\)	числом атомов в молекуле
Углерод	алмаз, графит	строением кристалла
Фосфор	белый, красный	строением
Сера	ромбическая, пластическая	строением

Свойства аллотропных модификаций бывают совсем непохожими. Кислород не имеет запаха, а озон — голубоватый газ с резким запахом, который чувствуется после грозы; само слово «озон» по-гречески означает «пахнущий». Алмаз прозрачен, твёрже всех природных веществ и не проводит ток, а графит серый, мягкий, оставляет след на бумаге и проводит ток. Белый фосфор ядовит и светится в темноте, а красный фосфор безопасен, его наносят на боковую поверхность спичечных коробков.

Из истории. То, что алмаз и уголь — одно и то же, доказал в 1797 году английский химик Смитсон Теннант. Он сжёг алмаз и показал, что из него образуется столько же углекислого газа, сколько из такой же массы чистого угля. Сам термин «аллотропия» ввёл Берцелиус в 1841 году.

Ловушка ОГЭ. Озон \(\ce{O3}\) и кислород \(\ce{O2}\) — разные простые вещества одного элемента, а не одно вещество. Вода — сложное вещество, а не смесь водорода с кислородом. Не путайте аллотропию с изотопами (тема 2.2): изотопы — разные виды атомов одного элемента, а аллотропные модификации — разные простые вещества.

Закрепите теорию: 5 терминов с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Пройти урок arrow_forward