Print bookPrint book

§ 2. Простые и сложные вещества. Вещества молекулярного и немолекулярного строения

Site: Профильное обучение
Course: Химия. 11 класс
Book: § 2. Простые и сложные вещества. Вещества молекулярного и немолекулярного строения
Printed by: Guest user
Date: Saturday, 25 May 2024, 2:40 PM

Простые и сложные вещества

По элементному составу вещества делят на простые и сложные.

Простые вещества состоят из атомов одного элемента, сложные — из атомов нескольких элементов.

Из атомов одного и того же элемента может быть образовано несколько различных по свойствам простых веществ. Так, элемент фосфор образует вещества белый фосфор Р4, красный Ркрасный и чёрный Рчёрный, кислород — собственно кислород О2 и озон О3. Простые вещества одного и того же химического элемента называют его аллотропными формами (модификациями).

Понятие «простое вещество» нельзя отождествлять с понятием «химический элемент». Свойства простого вещества — плотность, температуры плавления, кипения и др. — относятся к устойчивой системе или совокупности частиц вещества. Химический элемент имеет характеристики отдельного атома — заряд ядра, размеры атома, электроотрицательность, степени окисления и др. Из атомов химических элементов, а не из простых веществ состоят сложные вещества: глюкоза состоит из таких элементов, как водород, кислород, углерод.

Напомним, что и простые вещества, и отдельные атомы, как правило, называются и обозначаются символами так же, как и соответствующий химический элемент. Например, простое вещество медь, химический элемент медь и атом меди обозначаются символом Cu; простое вещество азот N2, элемент азот N и атом азота N.

При наличии аллотропных модификаций простые вещества могут иметь разные названия. Например, элемент углерод С образует простые вещества с названиями: графит (Сграфит), алмаз (Салмаз), фуллерен (С60).

Состав и простого, и сложного вещества отражает химическая формула — условная запись состава вещества с помощью химических символов и числовых индексов, показывающая качественный и количественный состав вещества. Качественный состав определяется видом атомов элементов, образующих данное вещество, а количественный состав показывает соотношение элементов по числу атомов. Например, химическая формула карбоната кальция СaСO3 показывает, что вещество сложное, состоит из элементов кальций, углерод и кислород (качественный состав), а соотношение атомов кальция, углерода и кислорода в веществе 1 : 1 : 3 указывает количественный состав.

Количественное соотношение атомов в веществе можно установить различными методами. Так, соотношение атомов углерода и водорода в метане равно 1 : 4 и его химическая формула СН4, в бензоле это соотношение равно 1 : 1, но, как вам известно, его химическая формула С6Н6. Правомерно задать вопрос: почему в химической формуле бензола индексы 6 и 6, а не 1 и 1? Почему в химической формуле простого вещества водород Н2 индекс 2, а формула меди Сu индексов не содержит? Чтобы найти ответы на эти вопросы, повторим известные вам сведения о строении вещества.

Вещества молекулярного и немолекулярного строения

Различают вещества молекулярного и немолекулярного строения. Вещества молекулярного строения состоят из молекул, немолекулярного — из ионов или атомов.

Молекула — наименьшая электронейтральная частица вещества, состоящая из химически связанных атомов, способная существовать самостоятельно и сохранять химические свойства всего вещества.

Число атомов в молекуле каждого определённого вещества строго постоянно. Так, различные методы исследования показывают, что в молекуле бензола 12 атомов — 6 углерода и 6 водорода, значит, и химическая формула С6Н6. Химическую формулу вещества молекулярного строения называют молекулярной формулой.

Отдельная молекула проявляет определённые химические свойства, то есть способна вступать в химические реакции с образованием других веществ. Молекулы сложных веществ могут распадаться с образованием других молекул. Например, из молекулы этана С2Н6 могут образоваться две иные молекулы — водорода Н2 и этилена С2Н4. Но молекула не имеет цвета, температур плавления, кипения и иных физических свойств вещества как устойчивой системы молекул. Вещества молекулярного строения отличаются, как правило, невысокими температурами плавления и кипения. К веществам молекулярного строения относятся все газообразные и жидкие при комнатной температуре неорганические вещества (за исключением ртути), некоторые твёрдые неорганические вещества (например, йод I2, фосфорная кислота Н3РО4) и подавляющее число органических соединений.

Вещества молекулярного строения составляют более 90 % от общего числа известных веществ.

img

Стоит запомнить химические формулы простых веществ молекулярного строения:

  • • с одноатомными молекулами (благородные газы) — He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn;
  • • двухатомными молекулами — H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, I2;
  • • бо́льшим числом атомов — O3, Р4, S8.

Вещества немолекулярного строения состоят из химически связанных атомов (алмаз, кварц) либо заряженных ионов (соли, щёлочи). При комнатной температуре они обычно представляют собой твёрдые нелетучие вещества с высокими температурами кипения и плавления. В их составе условно можно выделить многократно повторяющуюся группу атомов или ионов, соответствующую простейшей формуле. Её называют формульной единицей.

Формульная единица — группа атомов или ионов, состав которой соответствует химической (простейшей) формуле вещества немолекулярного строения.

Например, химическая формула хлорида кальция CaCl2 — вещества немолекулярного строения — показывает как состав формульной единицы, так и простейшее соотношение числа атомов химических элементов в веществе в целом (1 : 2).

Химические формулы простых веществ немолекулярного строения выражаются знаками соответствующих элементов без числовых индексов — Fe, Мg, B, C, Si.

Более детально вопросы строения вещества мы рассмотрим в главе «Химическая связь и строение вещества».

Относительная молекулярная (формульная) масса

Масса любой молекулы равна сумме масс образующих её атомов, а значит, и относительная молекулярная масса (Мr) равна сумме относительных атомных масс:

М subscript straight r left parenthesis straight H subscript 2 straight S right parenthesis space equals space 2 space times space A subscript straight r left parenthesis straight H right parenthesis space plus space A subscript straight r left parenthesis straight S right parenthesis space equals space 2 space times space 1 space plus space 32 space equals space 34.

Аналогично рассчитывается относительная формульная масса веществ немолекулярного строения:

М subscript straight r left parenthesis FeS subscript 2 right parenthesis space equals space A subscript straight r left parenthesis Fe right parenthesis space plus space 2 space times space A subscript straight r left parenthesis straight S right parenthesis space equals space 56 space plus space 2 space times space 32 space equals space 120.

Относительной молекулярной (формульной) массой вещества Mr называется безразмерная физическая величина, которая показывает, во сколько раз масса молекулы (формульной единицы) больше единицы атомной массы mu.

По химической формуле можно рассчитать массовые доли элементов в веществе: straight omega left parenthesis straight Э right parenthesis space equals space fraction numerator A subscript straight r left parenthesis straight Э right parenthesis times x over denominator M subscript straight r left parenthesis straight в minus ва right parenthesis end subscript end fraction, где х — число атомов элемента Э. Например, массовая доля серы в пирите:

straight omega left parenthesis straight S right parenthesis equals space space fraction numerator A subscript straight r left parenthesis straight S right parenthesis times 2 over denominator M subscript straight r left parenthesis FeS subscript 2 right parenthesis end fraction space equals space fraction numerator 32 times 2 over denominator 120 end fraction space almost equal to space 0 comma 533 comma space или space 53 comma 3 percent sign.

Неорганические вещества по химическому составу делятся на простые и сложные. Вещества имеют молекулярное или немолекулярное строение. Структурной единицей вещества молекулярного строения является молекула, немолекулярного — формульная единица.

Каждая молекула или формульная единица характеризуется своим качественным и количественным составом.

Количественной характеристикой молекулы является относительная молекулярная масса Mr, формульной единицы — относительная формульная масса Mr.

Вопросы, задания, задачи

1. Выпишите химические формулы простых веществ: H2S, N, N2, CO2, F2, Fe, CaCl2, Cu, H, Br2, I2, СаСО3, НNO3, S8.

2. Укажите, качественный или количественный состав характеризует утверждение:

  • а) в состав молекулы ацетона входят атомы углерода, водорода и кислорода;
  • б) медь, углерод, кислород и водород входят в состав малахита;
  • в) в кальцинированной соде на два атома натрия приходится один атом углерода и три атома кислорода;
  • г) массовая доля алюминия в его оксиде равна 53 %.

3. Определите, молекулярное или немолекулярное строение имеет каждое из перечисленных веществ:

  • А — tпл. 801 °С;
  • Б — плотность 0,76 г/дм3 (н. у.);
  • В — tкип. 15 °С;
  • Г — tпл. 1492 °С.

4. Рассчитайте относительную молекулярную (формульную) массу веществ, химические формулы которых:

  • а) NH3, CH3COOH;
  • б) Ca3(PO4)2, CuSO4 · 5H2O.

5. Опишите качественный и количественный состав фосфата кальция Ca3(PO4)2.

6. Рассчитайте массовую долю металла в веществе, химическая формула которого:

  • а) Al2(SO4)3;
  • б) FeSO4 · 7H2O.

7. Заполните таблицу, сравнивая вещества молекулярного и немолекулярного строения по следующим параметрам:

  • 1) наименьшая структурная единица вещества;
  • 2) прочность связи между частицами (низкая, высокая);
  • 3) агрегатное состояние при комнатной температуре;
  • 4) летучесть (способность к испарению);
  • 5) температура плавления и кипения (низкая, высокая);
  • 6) примеры веществ.
Параметры сравнения Вещества
молекулярного строения немолекулярного строения
     

8. Относительная формульная масса соли состава Э2(SO4)3 равна 392. Определите химический элемент, укажите, какое из четырёх значений температуры плавления соответствует его простому веществу: –259 °С, –85,6 °С, 0 °С, 1890 °С. Объясните ваш выбор.

9. Определите массовую долю азота в смеси, содержащей 10 г мочевины (NH2)2CO и столько же хлорида калия.

10. Руда содержит минералы FeS2 (массовая доля 92 %), FeAsS (массовая доля 6 %) и примеси, не содержащие серу. Рассчитайте массу серы, содержащейся в 1 кг такой руды.

Повышенный уровень

*Самоконтроль

1. К сложным веществам относятся:

  • а) N2;
  • б) H2O2;
  • в) P4;
  • г) H3PO4.

2. Молекулярное строение имеют вещества, для которых:

  • а) tкип. 195,8 °С;
  • б) tпл. –78 °С;
  • в) плотность 22,6 г/см3;
  • г) плотность 1,4 г/дм3.

3. К веществам немолекулярного строения относятся вещества, химические формулы которых:

  • а) N2;
  • б) Zn;
  • в) FeSO4;
  • г) H2О.

4. Относительную молекулярную массу 30 имеют вещества, формулы которых:

  • а) NО;
  • б) HCl;
  • в) P4;
  • г) С2Н6.

5. Относительная молекулярная масса смеси, в которой на одну молекулу метана приходится две молекулы кислорода, равна:

  • а) 26,7;
  • б) 24;
  • в) 16;
  • г) 8.