Очистка загрязненной поваренной соли 4 страница

Рисунок 82. Реакция серы с цинком

Сложные вещества принято делить на две группы: неорганические вещества и их производные и органические вещества и их производные. Например, каменная соль – это неорганическое вещество, а крахмал, содержащийся в картофеле – органическое вещество.

 

Типы строения веществ

По типу частиц, входящих в состав веществ, вещества делят на вещества молекулярного и немолекулярного строения.

В состав вещества могут входить различные структурные частицы, такие как атомы, молекулы, ионы. Следовательно, существует три типа веществ:

вещества атомного, ионного и молекулярного строения. Вещества различного типа строения будут иметь различные свойства.

· Вещества атомного строения. Примером веществ атомного строения могут быть вещества, образованные элементом углеродом: графит и алмаз. В состав этих веществ входят только атомы углерода, но свойства этих веществ очень сильно отличаются. Графит – хрупкое, легко расслаивающееся вещество серо-черного цвета. Алмаз – прозрачный, один из самых твердых на планете, минерал. Почему вещества, состоящие из одного типа атомов, имеют различные свойства? Все дело в строении этих веществ. Атомы углерода в графите и алмазе соединяются различным способом. Вещества атомного строения имеют высокие температуры кипения и плавления, как правило, нерастворимы в воде, нелетучи.

                                     

Кристаллическая решетка алмаза          Кристаллическая решетка графита

Рисунок 83. Кристаллические решетки алмаза и графита

 

· Вещества молекулярного строения. Вещества молекулярного строения – это практически все жидкости и большинство газообразных веществ. Существуют и кристаллические вещества, в состав кристаллической решетки которых входят молекулы. Вода – вещество молекулярного строения. Лед также имеет молекулярное строение, но в отличие от жидкой воды, имеет кристаллическую решетку, где все молекулы строго упорядочены. Вещества молекулярного строения имеют невысокие температуры кипения и плавления, как правило хрупкие, не проводят электрический ток.

· Вещества ионного строения. Вещества ионного

 

Рисунок 84. Модель кристаллической решетки поваренной соли

строения – это твердые кристаллические вещества. Примером вещества ионного соединения может быть поваренная соль. Ее химическая формула NaCl. Как видим, NaCl состоит из ионов

Na+ и Cl⎺, чередующихся в определенных местах (узлах) кристаллической решетки. Вещества

ионного строения имеют высокие температуры плавления и кипения, хрупкие, как правило,

хорошо растворимы в воде, не проводят электрический ток.

Понятия «атом», «химический элемент» и «простое вещество» не следует смешивать.

«Атом» – конкретное понятие, так как атомы существуют реально. «Химический элемент» – это собирательное, абстрактное понятие; в природе химический элемент существует в виде свободных или химически связанных атомов, то есть простых и сложных веществ.

Названия химических элементов и соответствующих простых веществ совпадают в большинстве случаев.

Когда мы говорим о материале или компоненте смеси – например, колба наполнена газообразным хлором, водный раствор брома, возьмём кусочек фосфора, – мы говорим о простом веществе. Если же мы говорим, что в атоме хлора содержится 17 электронов, вещество содержит фосфор, молекула состоит из двух атомов брома, то имеем в виду химический элемент.

Нужно различать свойства (характеристики) простого вещества (совокупности частиц) и свойства (характеристики) химического элемента (изолированного атома определенного вида), см. таблицу ниже:

Характеристики химического элемента	Характеристики простого вещества
атомный номер относительная атомная масса изотопный состав распространённость в природе положение в Периодической Системе строение атома энергия ионизации сродство к электрону электроотрицательность степени окисления валентность аллотропные модификации химический знак …	окраска запах электропроводность теплопроводность растворимость твёрдость температура кипения температура плавления вязкость молярная масса оптические свойства магнитные свойства химическая формула …

Сложные вещества необходимо отличать от смесей, которые тоже состоят из разных элементов.

Количественное соотношение компонентов смеси может быть переменным, а химические соединения имеют постоянный состав.

Например, в стакан чая вы можете внести одну ложку сахара, или несколько, а молекулы сахарозы  С12Н22О11  содержит  точно  12 атомов  углерода,  22 атома  водорода  и 11 атомов кислорода.

Таким образом, состав соединений можно описать одной химической формулой, а состав смеси – нет.

Компоненты смеси сохраняют свои физические и химические свойства.  Например, если смешать железный порошок с серой, то образуется смесь двух веществ. И сера, и железо в этой смеси сохраняют свои свойства: железо притягивается магнитом, а сера не смачивается водой и плавает по ее поверхности.

Если же сера и железо прореагируют друг с другом, образуется новое соединение с формулой FeS, не имеющее свойств ни железа, ни серы, но обладающее набором собственных свойств. В соединении FeS железо и сера связаны друг с другом, и разделить их методами, которыми разделяют смеси, нельзя.

Таким образом, вещества можно классифицировать по нескольким параметрам:

 

 

Подведем итоги

Вопросы, упражнения и задачи

Сформулируйте понятия «простое вещество», «сложное вещество», «неорганическое вещество», «органическое вещество», «кристаллическое вещество».

Сформулируйте понятие «кристаллическая решетка».

Приведите          примеры известных вам простых веществ-металлов, опишите их физические свойства.

Охарактеризуйте строение веществ атомного, молекулярного, ионного строения. В чем заключаются отличия в их строении?

По каким физическим свойствам металл можно отличить от неметалла?

В  чем  различие  между  химическим  элементом  и  простым  веществом,  которое  он образует?

Какими элементами образованы простые вещества хлор, алюминий, иод, серебро, медь, азот, железо, кремний, свинец? Какие из них являются металлами, а какие – неметаллами?

Предположите, какие элементы входят в состав веществ с такими названиями: хлорид калия, фосфид натрия, бромид алюминия, оксид цинка, иодид лития, фторид серебра, азид бария.

Укажите, в каких случаях речь идет о химическом элементе, а в каких – о простом веществе:

1) Во вселенной звезды преимущественно состоят из водорода;

2) Серебро встречается в природе в самородном виде;

3) В состав драгоценного камня рубина входят алюминий и кислород;

4) Большое количество кальция содержится в костях;

5) Азот – газ без цвета, запаха и вкуса;

6) Кислород плохо растворяется в воде;

7) Земная кора богата алюминием, кремнием, кислородом.

Дополните  предложения,  вставив  слово  «железо»  в  соответствующих  падежах,  и укажите, где идет речь о простом веществе, а где – о химическом элементе:

а) ... притягивается магнитом; б) ... входит состав крови;

в) на заводах чёрной металлургии получают...;

г) большинство металлических руд являются соединениями...; д) ... плавится при температуре 1539°С.

Укажите, в каких случаях речь идет о простых (1) веществах, а в каких о сложных (2) веществах:

а) кислород мало растворим в воде;

б) в состав глюкозы входят атомы углерода, водорода и кислорода; в) алюминий хорошо проводит электрический ток;

г) песок состоит из атомов кремния и кислорода; д) алмаз состоит из атомов углерода.

Вставьте пропущенные слова:

а) в состав газа хлора, которым хлорируют воду, входят атомы одного... – хлора, газообразный хлор – это... вещество;

б) в  состав  кислорода,  которым  мы  дышим,  входят  только  атомы  кислорода,  поэтому газообразный кислород – это... вещество;

в) в  состав  поваренной  соли  входят  два  химических  ...  –  натрий  и  хлор,  поэтому  это  ... вещество;

г) в состав уксуса входят три химических... – углерод, водород, кислород, поэтому уксус – это

... вещество.

Из приведенного перечня веществ отдельно выпишите неорганические и органические: каменная соль, изумруд, глюкоза, сахар, витамин С, куприт (медная руда), белок куриного яйца, кварц.

Можно  ли  из  сложного  вещества  получить:  а) простое  вещество;  б) другое  сложное вещество? Приведите примеры. Как можно доказать, что образовалось новое вещество?

Может ли простое вещество превратиться в: а) сложное вещество; б) другое простое вещество? Приведите примеры. Как можно доказать, что образовалось новое вещество?

Во  время  сгорания  парафина  образуется  углекислый  газ  и  вода.  Как  вы  считаете, простым или сложным веществом является парафин? Ответ объясните.

Используя слово «алюминий», составьте не менее четырех предложений, так, чтобы в половине предложений речь шла о простом веществе алюминии, а в другой половине – о химическом элементе алюминии.

Используя  рисунок 85,  для  каждого  случая  a)  –  e)  укажите,  модели  каких  веществ (простых или сложных) изображены. Укажите, в каком случае изображена смесь веществ.

Рисунок 85. Модели некоторых веществ и смесей (чёрными шариками обозначены атомы углерода, красными – атомы кислорода, белыми – водорода)

Вещество хлор Cl2 является ядовитым газом желто-зеленого цвета, в то же время атомы хлора содержатся в организме человека, входят в состав кухонной соли NaCl. Нет ли в этом противоречия? Ответ объясните.

Как можно объяснить тот факт, что в природе существует 89 химических элементов, а простых веществ насчитывается около 600? Приведите примеры.

 

Блокнот эрудита

38. Металл или неметалл?

Классификация элементов на металлические и неметаллические основывается на способности атомов отдавать или принимать электроны в химических реакциях. Атомы металлических элементов преимущественно отдают электроны и превращаются в положительно заряженные ионы. Атомы неметаллических элементов преимущественно принимают электроны и превращаются в отрицательно заряженные ионы.

39. Цвет металлов

Считается, что металлический цвет – это серебристо-белый или серый. Все ли металлы такого цвета? Медь Сu имеет ярко выраженный оранжево-красный цвет. Очень чистое золото Аu – желто-зеленого цвета. Щелочной металл цезий Cs – светло-желтый. Искусственно полученный металл технеций Тс имеет серебристый цвет с коричневым оттенком.

40. Номер CAS

Всем химическим веществам, а, следовательно, и всем простым веществам, описанным в научной литературе, присваивается номер CAS, химической реферативной службы, по которому вещество можно идентифицировать в базах данных, например в PubChem.

41. Золото, Aurum, Аu (79)

Золото (англ. Gold, франц. Оr, нем. Gold) – один из семи металлов древности. Обычно считают, что золото было первым металлом, с которым познакомился человек еще в эпоху каменного века благодаря его распространению в самородном состоянии. Особые свойства золота – тяжесть, блеск, неокисляемость, ковкость, тягучесть – объясняют, почему его стали использовать с самых древнейших времен главным образом для изготовления украшений и отчасти – оружия. Золотые предметы различного назначения найдены археологами в культурных слоях, относящихся к IV и даже V тысячелетию до н.э., т.е. к эпохе неолита. В III и II тысячелетиях до н.э. золото уже было широко распространено в Египте, Месопотамии, Индии, Китае, с глубокой древности оно было известно в качестве драгоценного металла народам американского и европейского континентов. Золото, из которого сделаны древнейшие украшения, нечисто, в нем содержатся значительные примеси серебра, меди и других металлов. Лишь в VI в. до н.э. в Египте появилось практически чистое золото (99,8%). В эпоху Среднего царства началась разработка нубийских месторождений золота (Нубия, или Эфиопия древности). Отсюда произошло и древнеегипетское название золота – нуб (Nub). В Месопотамии добыча золота в широком масштабе велась уже во II тысячелетии до н.э. Вавилонское название золота – хурэ-шу (hurasu) имеет отдаленное сходство с древнегреческим словом (хризос), которое встречается во всех древнейших литературных памятниках. Возможно, это слово происходит от названия местности, откуда могло поступать золото. Древнеиндийское ayas (золото) позднее употреблялось на других языках для обозначения меди, что, возможно, служит указанием на распространение в древности поддельного золота. С древнейших времен золото сопоставлялось с солнцем, называлось солнечным металлом или просто солнцем (Sol). В египетской эллинистической литературе и у алхимиков символ золота – кружок с точкой посредине, т.е. такой же, как и символ солнца. Иногда в греческой алхимической литературе встречается символ в виде кружка с изображением связанного с ним луча.

Золото как наиболее драгоценный металл служило издавна меновым эквивалентом в торговле, в связи с чем возникли способы изготовления золотоподобных сплавов на основе меди. Эти способы получили широкое развитие и распространение и послужили основой возникновения алхимии. Главной целью алхимиков было найти способы превращения (трансмутации) неблагородных металлов в золото и серебро. Европейские алхимики, идя по следам арабских, разработали теорию «совершенного» или даже «сверхсовершенного» золота, добавка которого к неблагородному металлу превращает последний в золото.

 

Рисунок 86. Алхимический символ золота

Рисунок 87. Золотые слитки, с которыми работает банковская система

Рисунок 88. Рассыпное самородное золото

Латинское  (этрусское)  название  золота   аурум   (Aurum,  древнее   ausom)  означает

«желтое». Славянское золото, или злато, употребляемое с древнейших времен, несомненно, связано с древнейшим индоевропейским Sol (солнце), вероятно, так  же  как среднеевропейское Gold (gelb) с греческим (солнце).

Такое разнообразие названий золота свидетельствует о повсеместном знакомстве с ним различных древних народов и племен.

Известное человеку со времен глубочайшей древности, золото уже на средней ступени варварства употреблялось для украшений и накоплялось в качестве драгоценности. Первые письменные известия о золоте дают египетские надписи. Древнейшие из них, относящиеся ко временам фараона Тутмозиса III, жившего более трех с половиной тысяч лет назад, свидетельствуют о том, что египтянам золото было известно не менее 5500 лет назад. Археологические раскопки на Кавказе, в Крыму, в Западной Европе обогатили крупнейшие музеи мира большим количеством разнообразных золотых изделий. Среди них и украшения, и пиршественные сосуды, и монеты. Каменные ножи, относящиеся к еще более раннему периоду истории, иногда имели отделку из золота.

В литературе средневековья описывались легенды про золотые горы и таинственные озера,  дно  которых  выложено  золотым  песком.  Джек  Лондон,  блестяще  изобразивший

«золотую лихорадку» на Клондайке, посвятил немало страниц рассказам золотоискателей о редких, но огромных самородках. Золото действительно встречается не только в россыпях или вкрапленным в твердые горные породы, но и в кристаллическом самородном состоянии. Самый большой самородок весил 112 кг. Объем такого самородка около 6000 см3.

Стремление к обогащению уже на ранних ступенях знакомства человека с золотом вело к отысканию способов его подделки, в которых внешнему виду уделялось главное внимание. И уже древние мастера Египта достигли в этом «деле» больших успехов. Искусство подделки золота процветало и у греков. Грекам же принадлежит остроумный способ определения подделки. Первое описание такого определения связано с именем Архимеда. Архимеду приказали определить, сколько золота в короне сиракузского царя. Царские казначеи опасались, что ювелиры присвоили часть золота, выданного на изготовление короны. Архимед поступил так: он взвесил корону, а затем погрузил ее в воду и измерил объем вытесненной воды. Золото в 19,3 раза тяжелее воды. Значит, вес вытесненной короной

воды должен быть в 19,3 раза меньше веса короны. Если от деления веса короны на вес вытесненной воды получится цифра 19,3, то корона золотая, если меньше, то она содержит примеси. Корона оказалась сделанной не из чистого золота.

В чистом виде золото – светло-желтый, блестящий, мягкий и пластичный металл. Из кусочка золота весом в один грамм можно вытянуть проволоку длиной в три километра или приготовить золотую фольгу (0,0001 мм) в 500 раз тоньше человеческого волоса. Через такой листочек луч света просвечивает зеленоватым цветом. Мягкость золота настолько велика, что его можно царапать ногтем. Поэтому в изделиях золото всегда сплавляется с медью. Состав таких сплавов выражается пробой, которая указывает число весовых частей драгоценного металла в 1000 частей сплава.

Современные предприятия по добыче золота – это целые заводы со сложнейшими машинами, драгами, огромными дробилками, шагающими экскаваторами. Эти сооружения создаются для химического извлечения золота из руды. Перерабатывают целые горы материалов, дробят скалы, перекачивают реки воды, чтобы продукцию в виде маленьких слитков отправить... в подвалы, где хранится «презренный металл».

Будь золото более доступным, оно нашло бы широкое применение. Хорошая электропроводность, огромная химическая стойкость – качества более ценные, чем сомнительная «красивость» золотых колец. Золотая или золоченая химическая аппаратура, не боящаяся почти никаких разрушителей (золото растворяется только в «царской водке» и селеновой кислоте), нашла бы широкое применение в химии, технике, промышленности.

Химия, давшая в руки исследователей точнейшие методы определения золота, которые позволяют обнаружить миллиардные доли процента этого элемента в любом веществе, до сих пор еще не располагает дешевыми методами извлечения золота из земной коры. Поэтому золото по-прежнему продолжает лежать в кладовых и сейфах банков. Техническое применение золота весьма ограничено. В ряде производств, например при очистке меди, золото получают в качестве почти «бесплатного приложения». Но этого тоже недостаточно для того, чтобы сделать золото металлом, доступным в технике. Золото продолжает быть дорогим металлом, употребляется, как и много веков назад, для изготовления различных предметов роскоши, золочения других металлов и т.д.

 

§13. Химические формулы веществ

Что такое химическая формула?

В любой науке   есть  своя система обозначений.                Химия в     этом плане не исключение.   Вам                уже  известно,     что для обозначения              химических    элементов    используются символы,                образованные  от латинских названий

элементов. Химические элементы способны образовывать как простые, так и сложные вещества, состав которых можно выразить химической формулой.

Чтобы написать химическую формулу простого вещества необходимо записать символ химического элемента, который образует простое вещество, и справа внизу записать цифру, показывающую количество его атомов. Данная цифра называется индексом.

Например, химическая формула кислорода – О 2. Цифра 2 после символа кислорода – это индекс, указывающий, что молекула кислорода состоит из двух атомов  элемента кислорода.

Чтобы написать химическую формулу сложного вещества, необходимо знать, из атомов каких элементов оно состоит (качественный состав), и число атомов каждого элемента (количественный состав).

Например, химическая формула пищевой соды – NaHCO 3. В состав этого вещества входят атомы натрия, водорода, углерода, кислорода – это его качественный состав. Атомов натрия, водорода, углерода по одному, а атомов кислорода – три. Это количественный состав соды.

 

Обратите внимание на то, что если в химической формуле присутствует только один атом одного вида, индекс 1 не ставится.

Например, формулу углекислого газа записывают так – CO2, а не С1О2.

 

Как правильно понимать химические формулы?

При записи химических формул нередко встречаются цифры, которые записывают перед химической формулой. Например,  2Na, или 5О 2.  Что обозначают эти цифры и для чего они нужны? Цифры, записанные перед химической формулой, называют коэффициентами.

Коэффициенты показывают общее количество частиц вещества: атомов, молекул, ионов. Например, запись  2Na обозначает два атома натрия. Запись  5О 2 обозначает пять

молекул кислорода.

Обратите внимание, что молекулы не могут состоять из одного атома, минимальное количество атомов в молекуле – два. Таким образом, записи: 2Н, 4P обозначают два атома водорода и четыре атома фосфора соответственно.

Запись 2Н2 обозначает две молекулы водорода, содержащие по два атома элемента водорода. Запись 4S8 – обозначает четыре молекулы серы, каждая из которых содержит восемь атомов элемента серы.

Подобная система обозначений количества частиц используется и для ионов. Запись

5K +   обозначает   пять  ионов  калия.   Стоит  отметить,  что  ионы  могут  быть  образованы  не

только атомом одного элемента. Ионы, образованные атомами одного химического элемента, называют простыми: Li +, N 3−. Ионы, образованные несколькими химическими элементами,

называют сложными:  OH ⎺,  SO 42−.  Обратите внимание, что заряд иона обозначают верхним

индексом.

А что будет обозначать запись 2NaCl? Если на этот вопрос ответить – две молекулы поваренной соли, то ответ не правильный. Поваренная соль, или хлорид натрия, имеет ионную кристаллическую решетку, то есть это ионное соединение и состоит из ионов Na +    и

Сl ⎺. Пару этих ионов называют формульной единицей вещества. Таким образом, запись

2NaCl обозначает две формульных единицы хлорида натрия. Термин формульная единица

используют так же и для веществ атомного строения.

 

Ионные соединения так же электронейтральны, как и молекулярные. Значит, положительный заряд катионов полностью уравновешен отрицательным зарядом анионов. Например, какова формульная единица вещества, состоящего из ионов Ag + и PO 43−? Очевидно, что для компенсации отрицательного заряда иона (заряд –3), необходимо иметь заряд +3. С учетом того, что катион серебра имеет заряд +1, то таких катионов понадобиться три. Значит формульная единица (формула) данного вещества – Ag 3 PO 4.

Таким образом, при помощи символов химических элементов, индексов и коэффициентов, можно четко составить химическую формулу вещества, которая даст информацию, как о качественном, так и о количественном составе вещества.

В завершение рассмотрим, как правильно произносить химические формулы. Например, запись 3Ca 2+   произносится: «три иона кальций два плюс» или «три иона кальция с зарядом два плюс». Запись 4НСl, произносится «четыре молекулы аш хлор». Запись 2NaCl, произносится как «две формульных единицы хлорида натрия».

Закон постоянства состава вещества

Одно и то же химическое соединение можно получить различными способами. Так, например, углекислый газ, CO2, образуется при сжигании топлива: угля, природного газа. Во фруктах содержится много глюкозы. При длительном хранении фрукты начинают портиться, начинается процесс, называемый брожением глюкозы, в результате которого выделяется углекислый газ. Углекислый газ образуется и при нагревании таких горных пород, как мел, мрамор, известняк.

Химические реакции совершенно разные, но вещество, образовавшееся в результате их протекания, имеет одинаковый качественный и количественный состав – CO2.

Эта закономерность касается, в основном, веществ молекулярного строения. В случае веществ немолекулярного строения, возможны случаи, когда состав вещества зависит от методов его получения.

 

Подведем итоги

Вопросы, упражнения и задачи

В чем разница между индексом и коэффициентом в химической формуле?

Напишите формулы: атом гелия, два атома лития, пять молекул воды, одна молекула углекислого газа, семь молекул кислорода, атом водорода, три молекулы водорода.

Что обозначают следующие записи: 5Cl, 2Na+, Br2, 4N2, 2F, P4, 4O2, 10H2O, 3S2−, H2, 5CO2, 3Mg2+, 2I2?

Для чего необходимо знать качественный и количественный состав вещества?

Прочитайте  формулы  вслух:  2KOH,  3Cl⎺,  4H2S,  2Cu,  7HBr,  5O2−,  SiO32−,  CH3COOH, 8BaSO4.

Запишите химические формулы веществ, если они читаются: пэ-два-о-пять; барий- хлор-два; цинк-эс-о-четыре; магний-цэ-о-три; фэррум-о-аш-трижды; эн-аш-четыре-дважды-эс; кальций-эн-о-три-дважды; аргентум-бром; аурум-хлор-три; гидраргирум-два-о; плюмбум-о- аш-дважды.

Какая молекула состоит из двух атомов азота и пяти атомов кислорода?

1) NО2; 2) N2О5; 3) NO; 4) N2О3

Составьте формулы веществ по их качественному и количественному составу:

1) Молекула сахара состоит из 12 атомов углерода, 22 атомов водорода и 11 атомов кислорода;

2) Молекула  азотной  кислоты  состоит  из  1  атома  водорода,  1  атома  азота  и  трех  атомов кислорода;

3) Медицинский препарат «бром» – ионное соединение, и состоит из одного иона натрия (заряд +1) и одного иона брома (заряд –1). Составьте его химическую формулу;

4) Минерал кварц состоит из атомов кремния (1) и атомов кислорода (2);

5) Фосфорная кислота входит в состав газированных напитков. Ее молекула состоит из атомов водорода фосфора и кислорода. Их количество равно три, один, четыре соответственно.