§ 2. Простыя і складаныя рэчывы. Рэчывы малекулярнай і немалекулярнай будовы

Простыя і складаныя рэчывы

Па элементным саставе рэчывы дзеляць на простыя і складаныя.

Простыя рэчывы складаюцца з атамаў аднаго элемента, складаныя — з атамаў некалькіх элементаў.

З атамаў аднаго і таго ж элемента можа быць утворана некалькі розных па ўласцівасцях простых рэчываў. Так, элемент фосфар утварае рэчывы белы фосфар Р₄, чырвоны Р_{чырвоны} і чорны Р_чорны, кісларод — уласна кісларод О₂ і азон О₃. Простыя рэчывы аднаго і таго ж хімічнага элемента называюць яго алатропнымі формамі (мадыфікацыямі).

Паняцце «простае рэчыва» нельга атаясамліваць з паняццем «хімічны элемент». Уласцівасці простага рэчыва — шчыльнасць, тэмпературы плаўлення, кіпення і інш. — адносяцца да ўстойлівай сістэмы або сукупнасці часціц рэчыва. Хімічны элемент мае характарыстыкі асобнага атама — зарад ядра, памеры атама, электраадмоўнасць, ступені акіслення і інш. З атамаў хімічных элементаў, а не з простых рэчываў складаюцца складаныя рэчывы: глюкоза складаецца з такіх элементаў, як вадарод, кісларод, вуглярод.

Нагадаем, што і простыя рэчывы, і асобныя атамы, як правіла, называюцца гэтак жа, як і адпаведны хімічны элемент, і абазначаюцца такімі ж сімваламі. Напрыклад, простае рэчыва медзь, хімічны элемент медзь і атам медзі абазначаюцца сімвалам Cu; простае рэчыва азот N₂, элемент азот N і атам азоту N.

Пры наяўнасці алатропных мадыфікацый простыя рэчывы могуць мець розныя назвы. Напрыклад, элемент вуглярод С утварае простыя рэчывы з назвамі: графіт (С_графіт), алмаз (Салмаз), фулерэн (С₆₀).

Састаў і простага, і складанага рэчываў адлюстроўвае хімічная формула — умоўны запіс саставу рэчыва з дапамогай хімічных сімвалаў і лікавых індэксаў, які паказвае якасны і колькасны састаў рэчыва. Якасны састаў вызначаецца відам атамаў элементаў, якія ўтвараюць дадзенае рэчыва, а колькасны састаў паказвае суадносіны элементаў па ліку атамаў. Напрыклад, хімічная формула карбанату кальцыю СaСO₃ паказвае, што рэчыва складанае, складаецца з элементаў кальцыю, вугляроду і кіслароду (якасны састаў), а суадносіны атамаў кальцыю, вугляроду і кіслароду ў рэчыве 1 : 1 : 3 паказваюць колькасны састаў.

Колькасныя суадносіны атамаў у рэчыве можна ўстанавіць рознымі метадамі. Так, суадносіны атамаў вугляроду і вадароду ў метане роўныя 1 : 4 і яго хімічная формула СН₄, у бензоле гэтыя суадносіны роўныя 1 : 1, але, як вам вядома, яго хімічная формула С₆Н₆. Правамерна задаць пытанне: чаму ў хімічнай формуле бензолу індэксы 6 і 6, а не 1 і 1? Чаму ў хімічнай формуле простага рэчыва вадарод Н₂ індэкс 2, а формула медзі Сu індэксаў не ўтрымлівае? Каб знайсці адказы на гэтыя пытанні, паўторым вядомыя вам звесткі пра будову рэчыва.

Рэчывы малекулярнай і немалекулярнай будовы

Адрозніваюць рэчывы малекулярнай і немалекулярнай будовы. Рэчывы малекулярнай будовы складаюцца з малекул, немалекулярнай — з іонаў або атамаў.

Малекула — найменшая электранейтральная часціца рэчыва, якая складаецца з хімічна звязаных атамаў, здольная існаваць самастойна і захоўваць хімічныя ўласцівасці ўсяго рэчыва.

Лік атамаў у малекуле кожнага рэчыва строга пастаянны. Так, розныя метады даследавання паказваюць, што ў малекуле бензолу 12 атамаў — 6 вугляроду і 6 вадароду, значыць, і хімічная формула С₆Н₆. Хімічную формулу рэчыва малекулярнай будовы называюць малекулярнай формулай.

Асобная малекула праяўляе пэўныя хімічныя ўласцівасці, гэта значыць здольная ўступаць у хімічныя рэакцыі з утварэннем іншых рэчываў. Малекулы складаных рэчываў могуць распадацца з утварэннем іншых малекул.

Напрыклад, з малекулы этану С₂Н₆ могуць утварыцца дзве іншыя малекулы — вадароду Н₂ і этылену С₂Н₄. Аднак малекула не мае колеру, тэмператур плаўлення, кіпення і іншых фізічных уласцівасцей рэчыва як устойлівай сістэмы малекул. Рэчывы малекулярнай будовы адрозніваюцца, як правіла, невысокімі тэмпературамі плаўлення і кіпення. Да рэчываў малекулярнай будовы адносяцца ўсе газападобныя і вадкія пры пакаёвай тэмпературы неарганічныя рэчывы (за выключэннем ртуці), некаторыя цвёрдыя неарганічныя рэчывы (напрыклад, ёд I₂, фосфарная кіслата Н₃РО₄) і пераважная колькасць арганічных злучэнняў.

Рэчывы малекулярнай будовы складаюць больш за 90 % ад агульнай колькасці вядомых рэчываў.

Варта запомніць хімічныя формулы простых рэчываў малекулярнай будовы:

• • з аднаатамнымі малекуламі (высакародныя газы) — He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn;
• • з двухатамнымі малекуламі — H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂;
• • з большым лікам атамаў — O₃, Р₄, S₈.

Рэчывы немалекулярнай будовы складаюцца з хімічна звязаных атамаў (алмаз, кварц) або зараджаных іонаў (солі, шчолачы). Пры пакаёвай тэмпературы яны звычайна ўяўляюць сабой цвёрдыя нелятучыя рэчывы з высокімі тэмпературамі кіпення і плаўлення. У іх саставе ўмоўна можна вылучыць групу атамаў або іонаў, якая шматразова паўтараецца і адпавядае найпрасцейшай формуле. Яе называюць формульнай адзінкай.

Формульная адзінка — група атамаў або іонаў, састаў якой адпавядае хімічнай (найпрасцейшай) формуле рэчыва немалекулярнай будовы.

Напрыклад, хімічная формула хларыду кальцыю CaCl₂ — рэчыва немалекулярнай будовы — паказвае як састаў формульнай адзінкі, так і найпрасцейшыя суадносіны ліку атамаў хімічных элементаў у рэчыве ў цэлым (1 : 2).

Хімічныя формулы простых рэчываў немалекулярнай будовы выражаюцца знакамі адпаведных элементаў без лікавых індэксаў — Fe, Мg, B, C, Si.

Больш дэталёва пытанні будовы рэчыва мы разгледзім у раздзеле «Хімічная сувязь і будова рэчыва».

Адносная малекулярная (формульная) маса

Маса любой малекулы роўная суме мас атамаў, якія яе ўтвараюць, а значыць, і адносная малекулярная маса (М_r) роўная суме адносных атамных мас:

Аналагічна разлічваецца адносная формульная маса рэчываў немалекулярнай будовы:

Адноснай малекулярнай (формульнай) масай рэчыва M_r называецца безразмерная фізічная велічыня, якая паказвае, у колькі разоў маса малекулы (формульнай адзінкі) большая за адзінку атамнай масы m_u.

Па хімічнай формуле можна разлічыць масавыя долі элементаў у рэчыве: 

,

дзе х — лік атамаў элемента Э. Напрыклад, масавая доля серы ў пірыце:

Пытанні, заданні, задачы

1. Выпішыце хімічныя формулы простых рэчываў: H₂S, N, N₂, CO₂, F₂, Fe, CaCl₂, Cu, H, Br₂, I₂, СаСО₃, НNO₃, S₈.

2. Укажыце, якасны або колькасны састаў характарызуе сцвярджэнне:

• а) у састаў малекулы ацэтону ўваходзяць атамы вугляроду, вадароду і кіслароду;
• б) медзь, вуглярод, кісларод і вадарод уваходзяць у састаў малахіту;
• в) у кальцыніраванай содзе на два атамы натрыю прыпадае адзін атам вугляроду і тры атамы кіслароду;
• г) масавая доля алюмінію ў яго аксідзе роўная 53 %.

3. Вызначце, малекулярную або немалекулярную будову мае кожнае з пералічаных рэчываў:

• А — T_пл. 801 °С;
• Б — шчыльнасць 0,76 г/дм³ (н. у.);
• В — T_кіп. 15 °С;
• Г — T_пл. 1492 °С.

4. Разлічыце адносную малекулярную (формульную) масу рэчываў, хімічныя формулы якіх:

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

5. Апішыце якасны і колькасны састаў фасфату кальцыю Ca₃(PO₄)₂.

6. Разлічыце масавую долю металу ў рэчыве, хімічная формула якога:

• а) Al₂(SO₄)₃;
• б) FeSO₄ · 7H₂O.

7. Запоўніце табліцу, параўноўваючы рэчывы малекулярнай і немалекулярнай будовы па наступных параметрах:

• 1) найменшая структурная адзінка рэчыва;
• 2) трываласць сувязі паміж часціцамі (нізкая, высокая);
• 3) агрэгатны стан пры пакаёвай тэмпературы;
• 4) лятучасць (здольнасць да выпарэння);
• 5) тэмпературы плаўлення і кіпення (нізкая, высокая);
• 6) прыклады рэчываў.

8. Адносная формульная маса солі саставу Э₂(SO₄)₃ роўная 392. Вызначце хімічны элемент, пакажыце, якое з чатырох значэнняў тэмпературы плаўлення адпавядае яго простаму рэчыву: –259 °С, –85,6 °С, 0 °С, 1890 °С. Растлумачце ваш выбар.

9. Вызначце масавую долю азоту ў сумесі, якая ўтрымлівае 10 г мачавіны (NH₂)₂CO і столькі ж хларыду калію.

10. Руда змяшчае мінералы FeS₂ (масавая доля 92 %), FeAsS (масавая доля 6 %) і прымесі, якія не ўтрымліваюць серу. Разлічыце масу серы, якая ўтрымліваецца ў 1 кг такой руды.

*Самакантроль

1. Да складаных рэчываў адносяцца:

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

2. Малекулярную будову маюць рэчывы, для якіх:

• а) t_кіп. 195,8 °С;
• б) t_пл. –78 °С;
• в) шчыльнасць 22,6 г/см³;
• г) шчыльнасць 1,4 г/дм³.

3. Да рэчываў немалекулярнай будовы адносяцца рэчывы, хімічныя формулы якіх:

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

4. Адносную малекулярную масу 30 маюць рэчывы, формулы якіх:

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

5. Адносная малекулярная маса сумесі, у якой на адну малекулу метану прыпадае дзве малекулы кіслароду, роўная:

• а) 26,7;
• б) 24;
• в) 16;
• г) 8.