Простые и сложные вещества

Свойства индивидуальных химических веществ

1. Физические свойства:

• Температура плавления и кипения;
• Плотность, объем и масса;
• Цвет, запах и вкус;
• Растворимость в различных растворителях;
• Форма и состояние при различных условиях.

2. Химические свойства:

• Реакции с различными веществами;
• Стойкость к окислению, коррозии или разложению;
• Способность к образованию соединений;
• Проводимость электричества и тепла при растворении в воде или других растворителях;
• Способность к катализу или ингибированию реакций.

3. Биологические свойства:

• Токсичность, канцерогенность, мутагенность и другие воздействия на организмы;
• Фитотоксичность (влияние на рост и развитие растений);
• Гигиенические и санитарные характеристики (содержание вредных примесей, возможность использования в пищевой и фармацевтической промышленности и т.д.).

4. Экологические свойства:

• Биологическая разлагаемость;
• Влияние на окружающую среду при производстве, транспортировке, использовании, утилизации и хранении;
• Мобильность и устойчивость в природных условиях.

Знакомство с химией

Когда мы слышим слово «химия», сразу представляем человека, окружённого колбами, пробирками, наполненными веществами всевозможных цветов. Он записывает непонятные символы, которые нам кажутся иероглифами. Перед нами встает вопрос: что это за наука, какие задачи изучает? Ответ достаточно прост, предмет химии – вещества.

Химия — наука о веществах, их свойствах и превращениях в другие вещества.

Как и каждая наука, химия имеет свою историю развития. Первые химические знания появились до нашей эры, в Древнем Египте. Египтяне обладали химической наукой, которую называли «Священным искусством». Некоторые рецепты приготовления парфюмерии и лекарственных препаратов используют и до сих пор. Наверняка вы слышали об алхимиках и философском камне, с помощью которого, можно превратить любой металл в золото.

В современном представлении термин «химия» можно услышать в нескольких интерпретациях: химия как наука, а также продукты химического производства (одним словом химия). Мы не представляем наше существование без химических веществ. Просыпаясь утром, идём умываться: мыло, зубная паста ждут нас в ванной комнате. Ароматный чай и хрустящие хлопья на завтрак. Одежда, обувь, школьные принадлежности и многое другое мы получаем благодаря химическим технологиям.

Но также можно сказать, что химия – это вред. Неоднократно слышали о кислотных дождях, о гибели морских жителей из-за нефтяных пятен, о нитратах в овощах и фруктах и т. д.

Химия тесно связана с человечеством, является неотъемлемой его частью. Чтобы не наносить вред нашей планете, необходимо применять химические знания и рационально использовать вещества.

Именно благодаря своей многогранности химия применяется в каждой области:

• Медицина: лекарственные препараты, вакцины, искусственные органы, косметические средства;
• Искусство: живопись, архитектура, фотографии, изготовление ювелирных изделий, ковка, литье;
• Сельское хозяйство: удобрение, средства для борьбы с вредителями;
• Криминалистика: опознание личности по ДНК, отпечаткам пальцев, определение состава ядовитых и взрывчатых веществ;
• Строительство: производство строительных материалов, обработка древесины;
• Металлургия: без металлов не существует ни одна отрасль. Металлы и сплавы окружают нас повсюду;
• В быту: средство бытовой химии, при приготовлении обеда также применяем химические знания;
• Пищевая промышленность: молочная, мясная продукция, соусы, кондитерские изделия и т. д.;
• Охрана окружающей среды. На данный момент остро стоит проблема охраны окружающей среды. Деятельность человека губительно действует на планету. Но с помощью химических знаний, которые базируются на свойствах веществ, учёные находят способы очистки воды, почвы, воздуха от вредных веществ.

(Источник)

Химия – наука очень обширная и включает в себя много разделов, которые имеют своё назначение и изучают вещества, их строение и свойства.

• Неорганическая химия или её ещё называют химия неживой природы. Предмет изучения химические элементы и их соединения;
• Биохимия изучает процессы, которые происходят в организмах при обмене веществ, дыхании и т. д.;
• Органическая химия или химия углерода. Это увлекательный раздел знакомит о множестве соединений, благодаря уникальным свойствам углерода;
• Физическая химия рассматривает закономерности реакций;
• Аналитическая химия, благодаря качественному и количественному анализу позволяет исследовать смеси.

Чтобы овладеть химическими знаниями, необходимо изучить физику, биологию, а также математику. Как видно из схемы, химия тесно перекликается с другими науками.

Индивидуальное химическое вещество

Индивидуальные химические вещества принято делить на две группы: немногочисленную группу простых веществ ( их, учитывая различные аллотропные модификации, насчитывается около 500) и очень многочисленную группу сложных веществ.
 

Индивидуальные химические вещества принято делить на две группы: немногочисленную группу простых веществ ( их, с учетом аллотропных модификаций, насчитывается около 400) и очень многочисленную группу сложных веществ.
 

Перегонять индивидуальные химические вещества можно в любом аппарате, так как результаты перегонки определяются не конструкцией аппарата, а постоянной температурой кипения этих однородных жидкостей. При разгонке же нефтепродуктов, кипящих в широких температурных интервалах, конструкция аппарата и способ разгонки существенно влияют на результаты определения.
 

Перегонять индивидуальные химические вещества можно в любом аппарате, так как результаты перегонки определяются не конструкцией аппарата, а постоянной температурой кипения этих однородных жидко стей. При разгонке же нефтепродуктов, кипящих в широких температурных интервалах, конструкция аппарата и способ разгонки существенно влияют на результаты определения. Поэтому все нефтепродукты разгоняют в строго стандартных условиях в специальных аппаратах, видоизменяемых в зависимости от характера испытываемого нефтепродукта.
 

К индивидуальным химическим веществам не могут быть причислены ионы, хотя они и существуют в растворах в виде самостоятельно перемещающихся кинетически независимых частиц.
 

Компонентом называют индивидуальное химическое вещество, которое является составной частью системы, может быть выделено из нее и существовать самостоятельно.
 

Включает названия индивидуальных химических веществ, их групп и классов, а также принципы и правила составления этих названий. Часто названия конкретных соединений обусловлены особенностями языка и историческими традициями.
 

Включает названия индивидуальных химических веществ, их груш и классов, а также принципы и правила составления этих названий. Часто названия конкретных соединений обусловлены особенностями языка и историческими традициями.
 

Растворитель, представляющий собой индивидуальное химическое вещество или смесь веществ, исследуется в соответствии с обычными методами анализа органических соединений.
 

Многообразие подлежащих контролю индивидуальных химических веществ и их смесей, загрязняющих воздух, требует совершенствования организации гигиенического нормирования и создания средств контроля на основе современной аналитической техники. Наиболее прогрессивен автоматический анализ состояния воздушной среды, позволяющий непрерывно, надежно и с достаточной точностью определять концентрации вредных и взрывоопасных веществ в воздухе. Для этой цели предназначены автоматические газоанализаторы и сигнализаторы предельно допустимых и довзрывных концентраций химических веществ, применяемые как самостоятельно, так и в качестве датчиков в системах автоматического газового анализа, автоматической защиты и сигнализации.
 

Ионит не является индивидуальным химическим веществом, а представляет собой многокомпонентную систему, содержащую высокомолекулярные соединения с различными молекулярными весами; установить их точную химическую формулу, молекулярный вес и некоторые другие свойства пока затруднительно ввиду сложности структуры ионитов и отсутствия разработанных методов исследования.
 

Полимеры представляют собой не строго индивидуальные химические вещества, а смеси веществ несколько различающейся степени полимеризации ( так называемых полимеров-гомологов), так что практически можно говорить лишь о некоторой средней степени полимеризации. Так как различные полимеры-гомологи имеют различные температуры плавления ( чем выше степень полимеризации, тем выше и температура плавления), полимеры не имеют резко выраженной температуры плавления, которая свойственна низкомолекулярным веществам, а переходят из твердого состояния в жидкое при нагреве постепенно, на протяжении некоторого температурного интервала размягчения, поэтому для полимеров значение температуры размягчения ( см. § 5 — 3) определяют с помощью условных методов.
 

Экспериментально концентрационные пределы воспламенения индивидуальных химических веществ и смесей определяют на приборе КП ВНИИПО.
 

Указанные иониты не представляют собой индивидуальных химических веществ.
 

Отрасли науки и производства

Химическая промышленность — отрасль производства, связанная с применением химических реакций для создания новых веществ и материалов. В рамках этой отрасли производятся такие продукты, как пластмассы, красители, нефтехимические продукты, фармацевтические средства и т.д.

Материаловедение — наука, изучающая свойства материалов и способы их применения в технике. В процессе исследований в материаловедении учитываются общие свойства веществ, их структура и свойства в зависимости от различных факторов.

Экология — наука, изучающая отношения между живыми организмами и их окружающей средой. Она также занимается изучением воздействия промышленных процессов на окружающую среду и разработкой способов минимизации негативного влияния.

Фармацевтическая промышленность — отрасль, связанная с производством лекарственных средств для лечения различных заболеваний

В этой отрасли важно соблюдение высоких стандартов качества и безопасности при производстве препаратов

Энергетика — отрасль, связанная с производством, передачей и использованием энергии. В рамках этой отрасли производится электроэнергия, газ, нефть и другие источники энергии, которые затем используются в различных отраслях экономики.

Простое и сложное химическое вещество

Простые вещества

Простым называют вещество, состоящее из однотипных атомов, то есть образованное одним элементом. Его нельзя разложить на другие вещества.

Простые вещества подразделяют на две группы:

• металлы: натрий, алюминий, марганец, золото, железо и т. д.;
• неметаллы: кислород, озон, водород, хлор, графит и пр.

Если атомы связаны в молекулы, то простое вещество считается соединением (бром, фосфор, большинство газов). В отличие от них, металлы, алмаз, графит, инертные газы – это атомарные вещества.

Элемент и вещество

Понятие простого вещества необходимо отличать от понятия химического элемента. Элемент – это совокупность химически одинаковых атомов. В свободном виде он существует в форме природного или искусственного простого вещества.

Аллотропия

Некоторые элементы в свободном виде существуют в нескольких формах. Это явление называется аллотропией. Различным формам одного элемента – аллотропным модификациям – присущи разные свойства. Аллотропия обусловлена следующими причинами:

• Различия в составе. Например, вещества кислород (O₂) и озон (O₃) – аллотропные модификации химического элемента кислород.
• Различия в строении. Элемент углерод представлен такими веществами, как алмаз, графит, графен, фуллерены. Различают аморфный и кристаллический кремний, белый, красный, черный и другие виды фосфора.

Число химических элементов достигло 118, но вследствие аллотропии простых веществ насчитывается свыше 400.

Сложные вещества

Сложное вещество построено из химически связанных атомов различных элементов. Получение и разложение сложных веществ осуществляется в химических реакциях. Это отличает их от смесей.

• Неметаллы, как правило, образуют вещества, состоящие из молекул: воду H₂O, аммиак NH₃, углекислый газ CO₂, метан CH₄.
• Металлы образуют немолекулярные соединения: поваренную соль NaCl, негашеную известь CaO, гидрид меди CuH.

Классификация сложных химических веществ

Исходя из строения и свойств, выделяют следующие классы сложных соединений:

1. Бинарные. Это вещества, образованные двумя элементами: гидриды (CaH₂, KH), карбиды (SiC, Mg₂C) бескислородные кислоты (соляная HCl, сероводород H₂S) и их соли (хлориды, сульфиды и др.).
2. Оксиды. Это сложные бинарные вещества, в составе которых есть кислород со степенью окисления (условным зарядом иона) -2. Различают основные K₂O, MgO (степень окисления металла +1, +2), кислотные SO₃, CO₂, CrO₃ с неметаллами или металлами в степени окисления от +5 до +7, амфотерные ZnO, Al₂O₃ и несолеобразующие (CO, SiO, NO и N₂O) оксиды.
3. Гидроксиды характеризуются составом вида «элемент – группа OH». К этому классу веществ относят:
   • Кислоты (азотная HNO₃, фосфорная H₃PO₄, серная H₂SO₄). Образуются в результате взаимодействия кислотных оксидов с водой. Имеют в составе один или несколько атомов водорода, которые могут замещаться атомом металла, и кислотный остаток.
   • Основания (едкий натр NaOH, гашеная известь Ca(OH)₂), образующиеся в реакциях воды с основными оксидами. Растворимые основания (KOH, NaOH) называются щелочами.
   • Амфотерные гидроксиды способны проявлять и кислотные, и основные свойства.
4. Соли. Это сложные химические вещества с составом типа «металл – кислотный остаток». Соль – продукт реакции между кислотой и основанием. Карбонат калия (поташ) K₂(CO)₃, сульфат меди (медный купорос) CuSO₄ – примеры солей.

Количество сложных веществ, включая полученные искусственно соединения, превышает 25 миллионов.

Смеси

Смеси — это вещества, в состав которых входят элементы или соединения, не вступившие в химические реакции друг с другом. Это означает, что компоненты смеси перемешаны между собой, но не связаны химической связью, и их легко можно разделить. Например, перемешав металлические кнопки с осколками стекла, мы получим смесь. Для того чтобы извлечь из нее кнопки, нужно всего лишь поднести магнит, который притянет все металлические предметы. Несложно выделить чистый песок из смеси соли и песка. Для этого необходимо поместить смесь в воду, хорошо перемешать, дождаться полного растворения соли и отфильтровать раствор.

Молоко — это смесь воды с мельчайшими частицами молочного жира, белка, минералов, витаминов и особого молочного сахара — лактозы

А теперь давай посмотрим с точки зрения химии на тесто. Легко представить, что тесто  — это тоже смесь, в состав которой входят различные «соединения»: мука, молоко, яйца, жиры, сахар и т.д.

Однако «смесью» тесто мы можем называть только до тех пор, пока оно не попало в духовку. Готовый пирог — это уже новое «соединение».

Чай с точки зрения химии

Обыкновенный чай, который ты пьешь, — это тоже пример смеси. И соотношение компонентов в ней может быть разным: кто-то любит покрепче и добавляет больше заварки, кто-то — послаще и кладет больше сахара, а кому-то нравится чай с лимоном или молоком. В каждом из этих случаев чай, или «смесь» с точки зрения химии, будет разным, несмотря на то что для его приготовления использовались одинаковые компонентов.

Глава IV. Органическая химия и общество.

§21. Биотехнология.

1. Что такое биотехнология? Почему её так называют?

Ответ:

Биотехнология – наука, изучающая использование живых организмов и биологических процессов в производстве.

В 1917 г венгерский учёный Карл Эреки ввёл термин «биотехнология» для обозначения производства необходимых обществу веществ с помощью живых микроорганизмов, используемых в качестве биореакторов.

2. Какие процессы относят к традиционным биотехнологиям?

Ответ:

Процессы относящиеся к традиционным биотехнологиям: хлебопечение (использование дрожжей в качестве разрыхлителя теста), виноделие (брожение виноградного сока вызывает особый грибок, живущий на кожице винограда), получения молочных продуктов, в том числе сыроварения (молочнокислые бактерии), и д. р.

3. Чем различаются аэробная и анаэробная очистка сточных вод?

Ответ:

Аэробная очистка сточных вод протекает в присутствии растворённого в воде кислорода, а анаэробная протекает без участия кислорода. Аэробная очистка необходима для окисления органические вещества, и для осаждения загрязняющих частиц. Анаэробная биологическая очистка эффективна при больших концентрациях загрязняющих веществ.

4. Что представляет собой генная инженерия?

Ответ:

Генная инженерия – это совокупность методов и технологий выделения генов из организма, введения их в другие организмы, а также конструирования новых, не существующих в природе генов.

5. Что такое клеточная инженерия? Каких успехов она достигла?

Ответ:

Клеточная инженерия – это методы конструирования клеток нового типа.

Благодаря клеточной инженерии, в настоящее время, выращивают микрорастения, их получают путём клонирования одной-единственной растительной клетки, такой посадочный материал генетически совершенно одинаков и не заражён вирусами. Также клоны клеток применяют как своеобразные химические заводы для получения биологически активных веществ: эритропоэтина, инсулина, средств для предотвращения тромбообразования в кровеносной системе.

6. Сравните биотехнологию и химическую технологию.

Ответ:

 В основе химической технологии лежит создание новых материалов или усовершенствование уже известных с помощью химических законов, а в основе биотехнологии лежит использование живых организмов и биологических процессов в производстве.

Физические явления. Физические свойства веществ.

Явления, при которых вещества изменяют агрегатное состояние, но при этом не превращаются в другие вещества, называют физическими. Каждое индивидуальное вещество обладает определенными свойствами. Свойства веществ могут быть различными или сходными друг с другом. Каждое вещество описывают при помощи набора физических и химических свойств. Рассмотрим в качестве примера воду. Вода замерзает и превращается в лед при температуре 0°С, а закипает и превращается в пар при температуре +100°С. Данные явления относятся к физическим, так как вода не превратилась в другие вещества, происходит только изменение агрегатного состояния. Данные температуры замерзания и кипения – это физические свойства, характерные именно для воды.

Свойства веществ, которые определяют измерениями или визуально при отсутствии превращения одних веществ в другие, называют физическими

Испарение спирта, как и испарение воды – физические явления, вещества при этом изменяют агрегатное состояние. После проведения опыта можно убедиться, что спирт испаряется быстрее, чем вода – это физические свойства этих веществ.

К основным физическим свойствам веществ можно отнести следующие: агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде, плотность, температура кипения, температура плавления, теплопроводность, электропроводность. Такие физические свойства как цвет, запах, вкус, форма кристаллов, можно определить визуально, с помощью органов чувств, а плотность, электропроводность, температуру плавления и кипения определяют измерением. Сведения о физических свойствах многих веществ собраны в специальной литературе, например, в справочниках. Физические свойства вещества зависят от его агрегатного состояния. Например, плотность льда, воды и водяного пара различна.

Газообразный кислород бесцветный, а жидкий – голубой Знание физических свойств помогает «узнавать» немало веществ. Например, медь – единственный металл красного цвета. Соленый вкус имеет только поваренная соль. Иод – почти черное твердое вещество, которое при нагревании превращается в фиолетовый пар. В большинстве случаев для определения вещества нужно рассматривать несколько его свойств. В качестве примера охарактеризуем физические свойства воды:

• цвет – бесцветная (в небольшом объеме)
• запах – без запаха
• агрегатное состояние – при обычных условиях жидкость
• плотность – 1 г/мл,
• температура кипения – +100°С
• температура плавления – 0°С
• теплопроводность – низкая
• электропроводность – чистая вода электричество не проводит

Названия кислот и кислотных остатков

Что такое сложные вещества

Сложные вещества — это вещества, образованные атомами нескольких химических элементов.

Например, молекула HNO₃ состоит из одного атома водорода, одного атома азота и трех атомов кислорода.

К сложным веществам в химии относятся две большие группы веществ: неорганические и органические.

Неорганические вещества

Неорганические вещества делятся на 4 вида:

1. Оксиды — вещества, молекулы которых состоят из двух химических элементов, один из которых — кислород в степени окисления −2.

   Например: Na₂O, CaO, P₂O₅.

2. Основания — вещества, молекулы которых состоят из катиона металла и гидроксильной группы (—OH).

   Например: KOH, Fe(OH)₃, Ni(OH)₂.

3. Кислоты — вещества, молекулы которых состоят из катиона водорода (H+), способного замещаться атомом металла, и кислотного остатка.

   Например: HNO₃, HCl, H₃PO₄.

4. Соли — вещества, состоящие из катиона металла и кислотного остатка.

   Например: NaCl, CaCO₃, K₂SO₄.

Кратко о классификации веществ можно узнать из схемы:

Номенклатура неорганических веществ

Названия простых веществ чаще всего совпадают с названием химического элемента, а для сложных веществ существует два вида номенклатуры: тривиальная и систематическая.

В тривиальной номенклатуре вещества названы в соответствии с их особенностями, например специфическим запахом или окраской.

В систематической номенклатуре название зависит от вида неорганического вещества.

Оксиды

Напоминаем
Если степень окисления у элемента постоянная, то она в конце названия не указывается.

Примеры названий оксидов:

• Fe₂O₃ — оксид железа (III). Читается: феррум два о три;

• Na₂O — оксид натрия. Читается: натрий два о.

  

  

  

  

  

  

  

  

  

Основания

Примеры названий гидроксидов:

• Fe(OH)₃ — гидроксид железа (III). Читается: феррум о аш трижды;

• NaOH — гидроксид натрия. Читается: натрий о аш.

Соли

Примеры названий солей:

• KNO₃ — нитрат калия. Читается: калий эн о три;

• AlCl₃ — хлорид алюминия. Читается: алюминий хлор три.

Кислоты