Простые вещества

Простые вещества — металлы

Ещё в глубокой древности человек обратил внимание на особые свойства металлов: их можно расплавить, а затем придать им любую форму, изготовив при этом наконечники стрел и копий, щиты и мечи, посуду и плуги... На часах человеческой истории каменный век сменился веком медным, затем — бронзовым, далее — железным.

Все металлы, кроме ртути, в обычном состоянии твёрдые вещества и имеют ряд общих свойств. Металлы — это ковкие, пластичные, тягучие вещества, которые имеют металлический блеск, тепло- и электропроводны.

Все металлы, кроме ртути, в обычном состоянии твёрдые вещества и имеют ряд общих свойств. Металлы — это ковкие, пластичные, тягучие вещества, которые имеют металлический блеск, тепло- и электропроводны.

Золото наши предки связывали с Солнцем, серебро — с Луной, медь — с Венерой, железо — с Марсом, олово — с Юпитером, свинец — с Сатурном, ртуть — с Меркурием. Совпадение числа металлов, знакомых древним, с числом планет, которые они видели на небе, казалось бы, подтверждало взаимосвязь земных металлов с небесными телами. Когда в XVI в. алхимикам стала известна металлическая сурьма, они долго отказывались признавать её металлом — ведь для сурьмы на небе не хватало планеты.

Пластичность — это важнейшее свойство металлов изменять свою форму при ударе, прокатываться в тонкие листы и вытягиваться в проволоку. При этом подвижные обобществлённые электроны смягчают перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Поэтому обработка металлов с изменением формы происходит без разрушения.

Самым пластичным из драгоценных металлов является золото. Один грамм золота можно вытянуть в проволоку длиной два километра.

Все металлы, как вы знаете, твёрдые при обычных условиях вещества. Исключение, как уже отмечалось, составляет ртуть, которая при обычных условиях представляет собой жидкий блестящий серебристо-белый металл.

Металлы различаются по твёрдости. Мягкие — щелочные, например, или свинец, а твёрдые — хром, титан, молибден.

Наличие обобществлённых электронов объясняет и такие характерные свойства металлов, как их тепло-и электропроводность. Достаточно даже небольшой разности потенциалов, и беспорядочно движущиеся электроны начинают двигаться строго упорядоченно. Лучшие проводники электрического тока — серебро, медь, золото, алюминий.

Свободные электроны обусловливают и такое свойство, как металлический блеск. Свет поглощается поверхностью металла, и его электроны начинают испускать свои, вторичные, волны излучения, которые мы воспринимаем как металлический блеск. Прекрасно отражают свет палладий, ртуть, серебро, медь.

Простые вещества — неметаллы

Неметаллы — это химические элементы, которые образуют в свободном виде простые вещества, не обладающие физическими свойствами металлов.

Неметаллы — простые вещества, при обычных условиях могут быть газами, жидкостями и твёрдыми веществами.

Газами являются гелий Не, неон Ne, аргон Аr, криптон Кr, ксенон Хе, радон Rn. Их называют инертными газами. Молекулы инертного газа состоят из одного атома. На внешнем электронном слое у атомов инертных газов (за исключением гелия) восемь электронов. У гелия — два. Своей химической устойчивостью инертные газы напоминают благородные металлы — золото и платину, и у них есть второе название — благородные газы. Это название более подходит к инертным газам, которые всё-таки вступают иногда в химические реакции и образуют соединения. В 1962 г. появилось сообщение о том, что получено соединение ксенона с фтором. Сейчас известно уже более 150 соединений ксенона, криптона, радона с фтором, кислородом, хлором и азотом.

Гелием, по легкости уступающим только водороду, но, в отличие от последнего, негорючим, т. е. не представляющим пожарной опасности, заполняют аэростаты и дирижабли

Неон используют для изготовления световой рекламы. Вспомните образное выражение «улицы города были залиты неоном».

Газы водород, кислород, азот, хлор, фтор образуют двухатомные молекулы, соответственно — Н₂, O₂, N₂, Cl₂, F₂.

Однако элемент кислород образует ещё одно газообразное простое вещество — озон, в состав молекул которого входят уже три атома кислорода. Химическая формула озона O₃.

Способность атомов одного химического элемента образовывать несколько простых веществ называют аллотропией, а эти простые вещества — аллотропными видоизменениями или модификациями.

Свойства аллотропных модификаций химического элемента кислорода — простых веществ кислорода O2 и озона O3 — различны. Кислород не имеет запаха, а озон пахнет (отсюда и его название — в переводе с греческого озон означает «пахнущий»). Этот запах, аромат свежести, можно почувствовать во время грозы, так как озон образуется в малых количествах в воздухе в результате электрических разрядов.

Кислород — газ без цвета, а озон имеет бледно-фиолетовый цвет. Озон более бактерициден (лат. цидао — убивать), чем кислород. Поэтому озон применяют для обеззараживания питьевой воды. Озон способен удерживать ультрафиолетовые лучи солнечного спектра, губительные для всего живого на Земле, и потому озоновый слой, располагающийся в атмосфере на высоте 20—35 км, защищает жизнь на нашей планете

Из простых веществ — неметаллов при обычных условиях жидкостью является только бром, молекулы которого двухатомны. Формула брома Вr₂. Это тяжёлая бурая, с неприятным запахом жидкость (отсюда и название, так как бромос с древнегреческого переводится как «зловонный»).

У твёрдых веществ — неметаллов также наблюдается явление аллотропии. Так, элемент углерод образует такие различные по внешнему виду простые вещества, как алмаз, графит. Причина отличия свойств алмаза и графита состоит в строении кристаллических решёток этих веществ.

Элемент фосфор имеет две аллотропные модификации: фосфор красный (им покрывают боковую сторону спичечного коробка) и фосфор белый. Последний имеет четырёхатомную молекулу, состав его отражается формулойР₄.

Твёрдым веществом — неметаллом является кристаллический иод с двухатомной молекулой I₂. Не путайте его со спиртовым раствором иода — йодной настойкой, которая имеется в каждой домашней аптечке.

Кристаллический иод и графит не похожи на остальные простые вещества — неметаллы, они имеют металлический блеск.

Чтобы показать относительность деления простых веществ на основании их физических свойств на металлы и неметаллы, рассмотрим аллотропию химического элемента олова Sn. При комнатной температуре обычно существует бета-олово (β-Sn). Это всем известное белое олово — металл, из которого раньше отливали оловянных солдатиков. Оловом покрывают изнутри консервные банки. Оно входит в состав такого известного сплава, как бронза, а также припоя

При температуре ниже +13,2 °С более устойчиво альфа-олово (α-Sn) — серый мелкокристаллический порошок, имеющий скорее свойства неметалла. Процесс превращения белого олова в серое быстрее всего идёт при температуре, равной -33 °С. Это превращение получило образное название «оловянная чума».

Количество вещества

Химия — это наука о веществах. А как измерять вещество? В каких единицах? Вы можете предложить отсчитывать необходимое число молекул вещества, если оно состоит из них. Однако сделать это чрезвычайно сложно. Некоторые из вас предложат измерять вещество в граммах, килограммах или миллиграммах. Но ведь это единицы измерения массы.

Для измерения вещества была выбрана особая единица, в которой как бы соединились число молекул и масса вещества. Эта единица была названа моль.

Чтобы отмерить 1 моль вещества, нужно взять столько граммов его, какова относительная атомная (Аr) или относительная молекулярная масса (Мr) вещества.

Например, 1 моль воды имеет массу, равную 18 г, так как Мr(Н₂O) = 18; 1 моль кислорода имеет массу, равную 32 г, так как Мr(O₂) = 32; 1 моль железа имеет массу, равную 56 г, так как Mr(Fe) = 56.

А если нужно отмерить 2 моль воды, то сколько граммов её нужно взять? Верно, 36 г (18 x 2). А можно отмерить 0,5 моль кислорода? Конечно, 0,5 моль O₂ имеют массу в два раза меньше массы 1 моль, т. е. 16 г (32 : 2). А сколько молей воды взяли, если, например, отмерили 45 г воды? Очевидно, нужно эту массу разделить на массу 1 моль воды (45 г : 18 г/моль = 2,5 моль), т. е. взяли 2,5 моль.

А как связано с количеством вещества число его молекул? Установлено, что 1 моль любого вещества всегда содержит одинаковое число молекул. Это число равно 6 × 10²³. В честь итальянского учёного А. Авогадро это число назвали постоянной Авогадро. Обозначают её N_A.

Таким образом, 1 моль воды имеет массу 18 г и содержит 6 × 10²³ молекул Н₂O. 1 моль кислорода O₂ имеет массу 32 г и также содержит 6 × 10²³ молекул O₂.

Очевидно, что в 2 моль воды и любого вещества содержится 12 × 10²³ молекул, а в 0,5 моль — 3 × 10²³ молекул.

Значит, чтобы узнать число молекул (N), содержащихся в определённом количестве вещества, можно воспользоваться формулой: N = N_A*n, где n — количество вещества, т. е. число молей.

Отсюда верны и следующие равенства: n = N/N_A, N_A = N/n.

Моль — это такое количество вещества, в котором содержится 6 × 10²³ молекул этого вещества.

Однако следует помнить, что в молях измеряют и число других частиц: атомов, ионов, электронов и т. д. Во всех случаях 1 моль содержит 6 × 10²³ соответствующих частиц (атомов, ионов, электронов и т. д.).

Массу 1 моль вещества называют его молярной массой и обозначают буквой М.

Как вы теперь знаете, количество вещества измеряют в молях и обозначают буквой n. Чтобы найти количество вещества, нужно его массу разделить на молярную массу: n = m/M

Следовательно, верны и обратные формулы: m = M*n и M = m/n

Молярная масса — это физическая величина, которая равна отношению массы вещества к количеству вещества.

Отсюда можно определить и единицу молярной массы — г/моль. М(Н₂O) = 18 г/моль.

Молярный объём газов

Чему равен молярный объём воды? Когда мы отмеривали 1 моль воды, мы не взвешивали на весах 18 г воды — это неудобно. Мы пользовались мерной посудой: цилиндром или мензуркой, так как знали, что плотность воды равна 1 г/мл. Поэтому молярный объём воды равен 18 мл/моль. У жидкостей и твёрдых веществ молярный объём зависит от их плотности. Другое дело у газов.

Если взять 1 моль водорода Н₂ (2 г), 1 моль кислорода O₂ (32 г), 1 моль озона O₃ (48 г), 1 моль углекислого газа СO₂ (44 г) и даже 1 моль водяных паров Н₂O (18 г) при одинаковых условиях, например нормальных (в химии принято называть нормальными условиями (н. у.) температуру 0 °С и давление 760 мм рт. ст., или 101,3 кПа), то окажется, что 1 моль любого из газов займёт один и тот же объём, равный 22,4 л, и содержит одинаковое число молекул — 6 × 10²³.

Объём газа количеством вещества 1 моль называют молярным объёмом и обозначают Vm.

А если взять 44,8 л газа, то какое количество вещества его будет взято? Конечно же 2 моль, так как заданный объём вдвое больше молярного. Следовательно: n = V/Vm, где V — объём газа. Отсюда

V = Vm*n и Vm = V/n

Молярный объём — это физическая величина, равная отношению объёма вещества к количеству вещества.

Молярный объём газообразных веществ выражается в л/моль. Vm — 22,4 л/моль. Объём одного киломоля называют киломолярным и измеряют в м³/кмоль (Vm = 22,4 м³/кмоль). Соответственно миллимолярныи объём равен 22,4 мл/ммоль.

Учебник для 8 класса |Габриелян|