Substanțele sunt simple și complexe. Elemente chimice

Majoritate reactii chimice, care apar în lumea din jurul nostru și utilizate în industrie, sunt complexe. În funcție de mecanism, acestea sunt împărțite în reversibil,paralel,secvenţial,conjuga,lanţ.

Reacțiile reversibile includ reacții care, în condiții date, pot apărea spontan atât în ​​direcția înainte, cât și în cea inversă. În general, ecuația chimică a unei reacții reversibile se scrie după cum urmează:

aA + bB+ … ↔cC+dD+ …,

unde a,b, Cu,d,…. – coeficienții stoichiometrici în fața formulelor inițiale (A, B, ....) și finale (C,D, ...) substanțe.

Un exemplu de proces reversibil care are loc în organismele vii este reacția de esterificare:

R 1 – COOH + HO – R 2 ↔ R 1 – C(O)O – R 2 + H 2 O,

și utilizat în industrie - sinteza amoniacului din azot și hidrogen:

3H2+N2↔2NH3

Cviteza unei reacții reversibile este egală cu diferența dintre vitezele reacțiilor directe și inverse.

Reacțiile paralele sunt reacții de forma:

adică, în care aceleași substanțe inițiale, reacționând simultan între ele, formează produse diferiți.

Un exemplu de acest tip de reacție este reacția de descompunere a sării Berthollet KClO 3, care poate avea loc în anumite condiții în două direcții.

În paralel, dezintegrarea nucleelor ​​atomice ale unor elemente radioactive se poate produce prin două sau mai multe mecanisme. Reacțiile paralele apar mai ales în chimia organică. De exemplu, atunci când toluenul este sulfonat cu acid sulfuric, derivații orto- și parasulfo pot forma simultan:

În unele cazuri, reacțiile biochimice care apar în celulele organismelor vii pot fi, de asemenea, paralele. De exemplu, fermentația enzimatică a glucozei:

1) C6H12O6
2C2H5OH+ 2CO2

fermentatie alcoolica

2) C6H12O6
СH 3 – CH(OH) – COOH

fermentarea acidului lactic

În anumite condiții, multe reacții paralele pot avea loc predominant într-o singură direcție.

Viteza unei reacții paralele este determinată de viteza celui mai rapid stadiu al acesteia.

Reacțiile secvențiale sunt acelea în care formarea produsului final din substanțele inițiale nu are loc direct, ci neapărat printr-o serie de etape intermediare, care au loc una după alta într-o succesiune strict definită. Schematic, acest proces poate fi descris după cum urmează:

A → B → C → D,

unde fiecare literă denotă o etapă separată a procesului. În general, numărul unor astfel de etape în reacțiile succesive poate fi foarte diferit (de la câteva unități la câteva zeci). Mai mult, fiecare dintre etape, la rândul său, nu este neapărat o simplă reacție mono- sau bimoleculară, ci poate fi și complexă.

Reacțiile secvențiale sunt comune în natură și sunt observate în special în procesele biochimice care apar în organismele vii și plante. Exemple de astfel de reacții includ fotosinteza și oxidarea biologică a glucozei, hidroliza oligo- și polizaharidelor etc.

Calculul cineticii reacțiilor secvențiale este complex și poate fi efectuat destul de precis numai pentru procese relativ simple care constau dintr-un număr mic de etape.

Cu toate acestea, dacă una dintre etapele unei reacții secvențiale are o viteză semnificativ mai mică decât toate celelalte, atunci viteza generală de reacție va fi determinată de viteza acestei etape particulare, care în acest caz se numeștelimitare.

De exemplu, reacția de clorinare a oxidului nitric (II)

2NO+Cl2 = 2NOCl

constă din două etape:

1) NO + CI2 = NOCI2;

2) NOCl2 + NO = 2NOCl

Prima etapă continuă rapid cu formarea produsului instabil NOCl 2. A doua etapă este lentă și limitativă. Viteza întregii reacții este descrisă de ecuația cinetică

= k
·CNO

iar ordinea generală a acestei reacții este 2.

Reacțiile care au loc după următoarea schemă se numesc conjugate:

Una dintre aceste reacții poate avea loc independent, iar a doua reacție este fezabilă numai în prezența primei. Astfel, apariția unei reacții inițiază implementarea celei de-a doua.

Reacțiile conjugate sunt posibile în biochimie. Ele apar în celule, iar energia necesară pentru a doua reacție cu ΔG 2 > 0 este furnizată de prima reacție, pentru care ΔG 1< 0. Причём │ΔG 1 │>│ΔG2│, adică întregul proces în ansamblu decurge cu o scădere a energiei Gibbs. Astfel de reacții biochimice sunt altfel numite tandem.

Adesea mecanismul reacțiilor conjugate constă în formarea în prima etapă a particulelor intermediare active (radicali sau ioni), care inițiază apariția tuturor celorlalte reacții.

Schema reacțiilor conjugate de acest tip poate fi, în general, reprezentată după cum urmează:

unde C este particula intermediară activă.

De exemplu, benzen în soluție apoasă H 2 O 2 nu este oxidat, dar atunci când se adaugă sare de fier bivalentă, se transformă în fenol și bifenil. Pentru a „începe acest proces, ionii Fe 2+ interacţionează mai întâi cu H 2 O 2, formând radicali OH

Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH – + ˙ OH,

care reacţionează apoi ca şi cu benzenul

C6H6+ ˙ OH → ˙ C6H5 + H2O

˙ C6H5+ ˙ OH → C6H5OH

la fel cu Fe 2+

Fe 2+ + ˙ OH→Fe 3+ +OH –

Fenomenul de inducție chimică a fost studiat pentru prima dată de N.A. Shilov în 1905

Reacțiile în lanț sunt reacții chimice care au loc printr-o serie de etape elementare care se repetă în mod regulat, cu participarea particulelor active care conțin atomi cu electroni nepereche la nivelul energiei externe (sau, cu alte cuvinte, radicali liberi).

Reacțiile în lanț includ arderea, polimerizarea și policondensarea, dezintegrarea nucleară etc.

Mecanismul reacțiilor în lanț este că radicalii liberi (adesea atomi unici) au activitate chimică ridicată. Ele interacționează cu ușurință cu moleculele stabile și le transformă în particule active, care apoi formează produse de reacție și noi radicali și, astfel, apare un lanț de etape ulterioare. Reacția în lanț continuă până când întreaga substanță reacţionează sau până când particulele radicale active dispar.

Reacțiile în lanț sunt caracterizate prin trei etape: 1) iniţierea în lanţ; 2)dezvoltarea sau creșterea lanțului; 3)circuit deschis.

Inițierea unui lanț începe cu un act chimic elementar, în urma căruia se formează o particulă activă. Acest proces necesită energie și poate apărea prin încălzirea substanței, expunerea la radiații ionizante sau acțiunea unui catalizator.

De exemplu, în reacția de sinteză a acidului clorhidric și a hidrogenului și a clorului, care are loc conform unui mecanism în lanț (H 2 + Cl 2 = 2HCl), formarea unui lanț corespunde procesului

Cl2 2 ∙ Cl

Dezvoltarea lanțului este o repetare periodică a etapelor de reacție care implică radicalii rezultați. Ele sunt altfel numite legături de lanț:

H2+ · CI→HCI+ ˙ H

˙ H+CI2 →HCI+ ˙ Cl

H2+ ˙ CI→HCI+ ˙ H

Cl2+ ˙ H→HCI+ ˙ Cli etc.

Lungimea lanțului este determinată de numărul de molecule ale substanței inițiale care au reacționat ca urmare a unui act de nucleare a lanțului înainte de a se rupe.

După caracteristicile etapei de dezvoltare reacții în lanțîmpărțit la neramificatăŞi ramificată. În primul caz, numărul de particule de radicali liberi activi rămâne neschimbat pe parcursul întregii etape.

În reacțiile în lanț ramificat consumul unei particule active duce la formarea mai multor (două sau mai multe) alte particule active. Schematic, aceasta poate fi reprezentată după cum urmează:

Terminarea lanțului corespunde cu dispariția particulelor active ca urmare a interacțiunii lor între ele:

˙ H+ ˙ H=H2

˙ Cl+ ˙ Cl=Cl 2 circuit deschis

˙ H+ ˙ CI=HCI

În plus, poate apărea în timpul adsorbției particulelor de către pereții unui vas, atunci când două particule active se ciocnesc cu o a treia (numită inhibitor), căreia particulele active eliberează energie în exces. Prin urmare, reacțiile în lanț se caracterizează prin dependența vitezei lor de dimensiunea, forma și materialul vasului de reacție și de prezența unor substanțe străine inerte care acționează ca un inhibitor.

Viteza reacțiilor în lanț neramificate este determinată de viteza celei mai lente etape, adică originea lanțului. Pentru fiecare etapă a reacțiilor de acest tip se folosesc ecuațiile obișnuite ale cineticii chimice (de ordinul întâi sau al doilea).

Reacțiile chimice ramificate pot decurge conform unei legi cinetice complexe și nu au o ordine specifică. „Reproducția” radicalilor din ele duce adesea la un proces asemănător avalanșelor, care provoacă o explozie. Cu toate acestea, terminarea lanțului este posibilă și în aceste reacții. Prin urmare, o creștere rapidă a vitezei procesului (până la o explozie) are loc dacă rata de ramificare a lanțului depășește rata de rupere a acestuia. Teoria reacțiilor în lanț a fost dezvoltată în lucrările academicianului N.N. Semyonova, S.N. Hinshelwood (Anglia) și alți oameni de știință.

Există reacții în lanț în care particulele active nu sunt radicali, ci ioni formați ca urmare a clivajului heterolitic a unei legături chimice:

O : B → A ˉ : +B+

Un mecanism similar în practică este adesea realizat în reacțiile de polimerizare a compușilor organici nesaturați.

Majoritatea oamenilor nu se gândesc la compoziția obiectelor, substanțelor și materiei din jurul lor. Atomi, molecule, electroni, protoni - aceste concepte par nu numai de neînțeles, ci și departe de realitate. Cu toate acestea, această opinie este greșită. Aproape tot ceea ce ne înconjoară este format din legături chimice. Compuși chimici- Acestea sunt forme destul de complexe de substanțe. Există foarte multe astfel de conexiuni în lumea din jurul nostru. Cu toate acestea, compușii constând dintr-un singur element chimic le pot aparține, de exemplu, oxigenul sau clorul. Prin urmare, merită să examinăm întrebarea mai detaliat: „Ce sunt compușii chimici?”

Lumea „chimică” complexă

Puțini oameni cred că lumea din jurul nostru este alcătuită din structuri complexe, macromolecule și particule minuscule. Este uimitor cât de diferite sunt chiar și dimensiunile atomilor între diferitele elemente. Diferențele de cantități mase atomice de asemenea impresionant - beriliu cu 9 a. e.m. este un „ușor” în comparație cu astatinul „greu”: greutatea sa atomică este de 210 a. e.m. (a.e.m. - unități de masă atomică - o unitate de măsură pentru masa atomilor, moleculelor, nucleelor, care este egală cu 1/12 din masa unui atom de carbon în starea fundamentală).

Diversitatea elementelor determină, de asemenea, prezența multor compuși chimici (acesta, în cuvinte simple, o combinație de atomi interconectați din părți diferite și, în unele cazuri, identice). Majoritatea obiectelor și substanțelor sunt doar acest tip de compus. Oxigenul necesar vieții, sare de masă, acetonă... S-ar putea continua foarte mult timp enumerarea exemplelor atât cunoscute de toată lumea, cât și de înțeles doar specialiștilor restrânși. Care sunt acești compuși chimici?

Definiție, diferență față de amestecuri

Compușii chimici sunt cei care constau din atomi ai diferitelor elemente chimice conectați între ele, cu toate acestea, există excepții: compușii chimici includ și substanțe simple (adică sunt formați din atomi ai unui element), dacă atomii acestor substanțe sunt legați. legătură covalentă(este format din electroni comuni ambilor atomi). Astfel de substanțe includ azotul, oxigenul, majoritatea halogenilor (în tabelul periodic, elemente din grupa a șaptea a subgrupului principal; fluor, clor, brom, iod, probabil astatin).

Conceptele de „compus chimic” și „amestec de substanțe simple” sunt adesea confundate. Un amestec de substanțe este, așa cum sugerează și numele, nu o substanță independentă, ci un sistem de două sau mai multe componente. Însăși compoziția acestor două unități chimicale este principala diferență dintre ele. După cum sa menționat deja, o combinație de elemente chimice și un amestec de substanțe simple (sau complexe) nu sunt același lucru. Proprietățile, metodele de preparare, metodele de separare în componente sunt, de asemenea, criterii distinctive pentru amestecuri și compuși. Este important de reținut că compușii chimici nu pot fi obținuți sau separați fără reacții chimice, dar se pot face amestecuri.

sau elemente?

Mulți oameni confundă, de asemenea, expresiile „compus de substanțe chimice” și „compus de elemente”. Din motive necunoscute, dar cel mai probabil din cauza incompetenței lor, cei mai mulți dintre ei nu văd diferența dintre primul și al doilea concept științific. Merită să învățați și să înțelegeți că nu există o terminologie precum „combinație chimică”. Nu trebuie să repeți după alții greșelile etimologiei anumitor expresii, ci și cuvinte.

Cum să definiți proprietățile conexiunii

Adesea, proprietățile compușilor chimici sunt izbitor de diferite de proprietățile elementelor din care sunt compuși. De exemplu, o moleculă alcool etilic este format din doi atomi de carbon, șase atomi de hidrogen și un atom de oxigen, dar proprietățile sale sunt izbitor diferite de proprietățile tuturor elementelor din compoziția sa. Datorită faptului că există diferite clase de compuși, fiecare dintre ei are propriile sale proprietăți. Majoritatea reacțiilor sunt, desigur, caracteristice multor compuși, dar mecanismele de manifestare a acestora sunt diferite.

În ce clase sunt împărțiți compușii chimici?

În funcție de natura lor, există clase de compuși chimici precum organici și anorganici. Merită spus că substanțele (compușii) care conțin carbon sunt numite organice (cu excepția unor compuși care conțin carbon, dar clasificați ca anorganici, sunt enumerați mai jos). Principalele grupe de compuși organici sunt hidrocarburi, alcooli, aldehide, cetone, esteri, acizi carboxilici, amide și amine. (compușii) nu conțin atomi de carbon în compoziția lor, cu toate acestea, carburi, cianuri, carbonați și oxizi de carbon pot fi distinși între ele, deoarece ei, împreună cu compușii organici, conțin atomi de carbon în compoziția lor. Ambii compuși au propriile lor caracteristici, propriile proprietăți și grupuri diferite conexiunile din aceeași clasă pot avea caracteristici diferite.

Compuși anorganici: proprietăți de bază

Totul nu este compuși organici poate fi împărțit în mai multe grupe. Fiecare dintre date are proprietăți comune care adesea nu coincid cu alte grupuri din aceeași clasă. Deci, răspunsul la întrebările despre ce compuși chimici sunt anorganici, ce grupuri formează și ce proprietăți au, poate fi prezentat după cum urmează:

Compuși anorganici complecși, proprietățile lor

După cum am menționat mai devreme, al doilea grup compuși anorganici poate fi împărțit în patru subgrupe:

• Oxizi. Acest subgrup de compuși anorganici se caracterizează prin reacții cu apă, acizi și oxizi acizi (au un acid corespunzător care conține oxigen).
• Acizi. Acești compuși reacţionează cu apa, alcalii și oxizii bazici (au o bază corespunzătoare).
• Compușii amfoteri sunt compuși care se pot comporta atât ca acizi, cât și ca baze (au ambele proprietăți). Astfel de compuși reacționează atât cu oxizii acizi, cât și cu bazele.
• Hidroxizi. Aceste substanțe se dizolvă la infinit în apă și își schimbă culoarea atunci când sunt expuse la alcalii.

Compuși organici

Majoritatea obiectelor cu care oamenii intră în contact în fiecare zi sunt făcute din compuși organici. Compușii chimici organici reprezintă o clasă largă de legături, compoziții și proprietăți ale grupurilor, în interacțiunea cărora se disting printr-o diversitate de invidiat. Merită să aruncați o privire mai atentă asupra grupurilor acestor compuși.

Grupuri de compuși organici și unele dintre proprietățile lor

1. Hidrocarburi. Sunt compuși ai numai de hidrogen și atomi de carbon. Se pot distinge saturate și nesaturate, liniare (aciclice) și carbociclice, aromatice și nearomatice; alcani, alchene, alchine, diene, naftene. Pentru toate hidrocarburile enumerate este proprietate comună nemiscibilitatea lor cu apa. Reacțiile de substituție sunt tipice pentru cele saturate, iar reacțiile de adiție sunt tipice pentru cele nesaturate.
2. Alcoolii sunt compuși care conțin o grupare hidroxil (-OH) (desigur, compuși organici). Au proprietăți acizi slabi, ele sunt caracterizate prin reacții de substituție nucleofilă și reacții de oxidare, iar alcoolii înșiși pot acționa ca un nucleofil.
3. Eteri și esteri. Eterii sunt ușor solubili în apă și au proprietăți slab bazice. Esterii acționează ca purtători ai reactivilor electrofili și suferă reacții de substituție.
4. Aldehide (conțin o grupare aldehidă -CHO). Ei intră în reacții precum adăugarea, oxidarea, reducerea și adăugarea conjugatului.
5. Cetone. Ele sunt caracterizate prin hidrogenare, condensare și substituție nucleofilă.
6. Acizi carboxilici. Ele prezintă, desigur, proprietăți acide. Reacțiile de reducere, halogenare, substituție nucleofilă la atomul de carbon acil, prepararea amidelor și nitrililor, decarboxilarea sunt principalele reacții caracteristice.
7. Amide. Hidroliza, descompunerea, aciditatea și bazicitatea sunt principalele reacții caracteristice pentru amide.
8. Amine. Sunt motivele; interacționează cu apa, acizii, anhidridele, halogenii și haloalcanii.

Clasificare substanțe anorganice iar nomenclatura lor se bazează pe cea mai simplă și mai constantă caracteristică în timp - compozitia chimica , care arată atomii elementelor care formează o substanță dată în raportul lor numeric. Dacă o substanță este formată din atomi ai unui element chimic, de ex. este forma de existenta a acestui element in forma libera, atunci se numeste simplu substanţă; dacă substanța este formată din atomi din două sau mai multe elemente, atunci se numește substanță complexă. Toate substanțele simple (cu excepția celor monoatomice) și toate substanțele complexe sunt de obicei numite compuși chimici, deoarece în ele atomii unuia sau ai diferitelor elemente sunt legați între ei prin legături chimice.

Nomenclatura substanțelor anorganice este formată din formule și denumiri. Formula chimică - reprezentarea compoziției unei substanțe folosind simboluri ale elementelor chimice, indici numerici și alte semne. Denumirea chimică - imaginea compoziției unei substanțe folosind un cuvânt sau un grup de cuvinte. Construcția formulelor și numelor chimice este determinată de sistem reguli de nomenclatură.

Simbolurile și denumirile elementelor chimice sunt date în Tabelul periodic al elementelor de D.I. Mendeleev. Elementele sunt împărțite în mod convențional în metale Şi nemetale . Nemetalele includ toate elementele din grupa VIIIA (gaze nobile) și din grupa VIIA (halogeni), elementele din grupa VIA (cu excepția poloniului), elementele azot, fosfor, arsen (grupa VA); carbon, siliciu (grupa IVA); bor (grupa IIIA), precum și hidrogen. Elementele rămase sunt clasificate ca metale.

La compilarea denumirilor de substanțe, se folosesc de obicei denumiri rusești de elemente, de exemplu, dioxigen, difluorura de xenon, selenat de potasiu. În mod tradițional, pentru unele elemente, rădăcinile numelor lor latine sunt introduse în termeni derivați:

De exemplu: carbonat, manganat, oxid, sulfură, silicat.

Titluri substanțe simple consta dintr-un cuvânt - numele unui element chimic cu un prefix numeric, de exemplu:

Sunt folosite următoarele prefixe numerice:

Un număr nedefinit este indicat printr-un prefix numeric n- poli.

Pentru unele substanțe simple se folosesc și ei special denumiri precum O 3 - ozon, P 4 - fosfor alb.

Formule chimice substanțe complexe alcătuit din desemnare electropozitiv(cationi condiționali și reali) și electronegativ(anioni condiționali și reali), de exemplu, CuSO 4 (aici Cu 2+ este un cation real, SO 4 2 - este un anion real) și PCl 3 (aici P +III este un cation condiționat, Cl -I este un anionul condiționat).

Titluri substanțe complexeîn valoare de formule chimice de la dreapta la stânga. Ele sunt alcătuite din două cuvinte - numele componentelor electronegative (în cazul nominativ) și componentelor electropozitive (în caz genitiv), De exemplu:

CuSO 4 - sulfat de cupru(II).
PCl 3 - triclorura de fosfor
LaCl3 - clorură de lantan(III).
CO - monoxid de carbon

Numărul componentelor electropozitive și electronegative din nume este indicat prin prefixele numerice date mai sus (metoda universală), sau prin stări de oxidare (dacă pot fi determinate prin formulă) folosind cifre romane între paranteze (semnul plus este omis). În unele cazuri, încărcarea ionilor este dată (pentru cationi și anioni de compoziție complexă), folosind cifre arabe cu semnul corespunzător.

Următoarele denumiri speciale sunt utilizate pentru cationii și anionii multielement comuni:

Pentru un număr mic de substanțe cunoscute se mai folosește special titluri:

1. Hidroxizi acizi și bazici. Săruri

Hidroxizii sunt un tip de substanțe complexe care conțin atomi ai unui element E (cu excepția fluorului și oxigenului) și grupări hidroxil OH; formula generală a hidroxizilor E(OH) n, Unde n= 1÷6. Forma hidroxizilor E(OH) n numit orto-formă; la n> 2 hidroxid poate fi găsit și în meta-formă, care include, pe lângă atomii E și grupările OH, atomii de oxigen O, de exemplu E(OH) 3 și EO(OH), E(OH) 4 și E(OH) 6 și EO 2 (OH) 2 .

Hidroxizii sunt împărțiți în două grupe cu proprietăți chimice opuse: hidroxizi acizi și bazici.

Hidroxizi acizi conțin atomi de hidrogen, care pot fi înlocuiți cu atomi de metal supuși regulii valenței stoechiometrice. Majoritatea hidroxizilor acizi se găsesc în meta-formă, iar atomii de hidrogen din formulele hidroxizilor acizi sunt dați pe primul loc, de exemplu, H 2 SO 4 , HNO 3 și H 2 CO 3, și nu SO 2 (OH) 2, NO 2 (OH) și CO ( OH) 2. Formula generală a hidroxizilor acizi este H X EO la, unde componenta electronegativă EO y x - numit reziduu acid. Dacă nu toți atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu un metal, atunci ei rămân ca parte a reziduului acid.

Denumirile hidroxizilor acizi comuni constau din două cuvinte: numele propriu cu terminația „aya” și cuvântul de grup „acid”. Iată formulele și numele proprii ale hidroxizilor acizi obișnuiți și ale reziduurilor lor acide (o liniuță înseamnă că hidroxidul nu este cunoscut sub formă liberă sau într-o soluție apoasă acidă):

Hidroxizii acizi mai puțin obișnuiți sunt denumiți conform regulilor de nomenclatură pentru compuși complecși, de exemplu:

Numele reziduurilor acide sunt folosite pentru a construi numele sărurilor.

Hidroxizi bazici conțin ioni de hidroxid, care pot fi înlocuiți cu reziduuri acide supuse regulii valenței stoechiometrice. Toți hidroxizii bazici se găsesc în orto-formă; formula lor generală este M(OH) n, Unde n= 1,2 (mai rar 3,4) și M n+ este un cation metalic. Exemple de formule și denumiri de hidroxizi bazici:

Cea mai importantă proprietate chimică a hidroxizilor bazici și acizi este interacțiunea lor între ei pentru a forma săruri ( reacția de formare a sării), De exemplu:

Ca(OH)2 + H2SO4 = CaS04 + 2H2O

Ca(OH)2 + 2H2SO4 = Ca(HSO4)2 + 2H2O

2Ca(OH)2 + H2SO4 = Ca2S04(OH)2 + 2H2O

Sărurile sunt un tip de substanțe complexe care conțin cationi M n+ și reziduuri acide*.

Săruri cu formula generală M X(EO la)n numit medie săruri și săruri cu atomi de hidrogen nesubstituiți - acru săruri. Uneori, sărurile conțin și ioni de hidroxid și/sau oxid; astfel de săruri se numesc principal săruri. Iată exemple și denumiri de săruri:

Sărurile acide și bazice pot fi transformate în săruri medii prin reacția cu hidroxidul bazic și acid adecvat, de exemplu:

Ca(HS04)2 + Ca(OH) = CaS04 + 2H2O

Ca 2 SO 4 (OH) 2 + H 2 SO 4 = Ca 2 SO 4 + 2H 2 O

Există, de asemenea, săruri care conțin doi cationi diferiți: sunt adesea numite săruri duble, De exemplu:

2. Oxizi acizi și bazici

Oxizii E X DESPRE la- produse de deshidratare completa a hidroxizilor:

Hidroxizi acizi (H2SO4, H2CO3) raspund oxizii acizi(SO 3, CO 2) și hidroxizi bazici (NaOH, Ca(OH) 2) - de bazăoxizi(Na 2 O, CaO), iar starea de oxidare a elementului E nu se schimbă la trecerea de la hidroxid la oxid. Exemple de formule și denumiri de oxizi:

Oxizii acizi și bazici păstrează proprietățile de formare de sare ale hidroxizilor corespunzători atunci când interacționează cu hidroxizi cu proprietăți opuse sau între ei:

N2O5 + 2NaOH = 2NaNO3 + H2O

3CaO + 2H 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O

La 2 O 3 + 3SO 3 = La 2 (SO 4) 3

3. Oxizi și hidroxizi amfoteri

Amfoteritate hidroxizi și oxizi - o proprietate chimică constând în formarea a două rânduri de săruri de către aceștia, de exemplu, pentru hidroxid de aluminiu și oxid de aluminiu:

(a) 2Al(OH) 3 + 3SO 3 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O

(b) 2Al(OH) 3 + Na 2 O = 2NaAlO 2 + 3H 2 O

Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O

Astfel, hidroxidul și oxidul de aluminiu în reacțiile (a) prezintă proprietățile principal hidroxizi și oxizi, adică reacționează cu hidroxizi și oxid acizi, formând sarea corespunzătoare - sulfat de aluminiu Al 2 (SO 4) 3, în timp ce în reacțiile (b) prezintă și proprietățile acid hidroxizi și oxizi, adică reacţionează cu hidroxidul şi oxidul bazic, formând o sare - dioxoaluminat de sodiu (III) NaAlO 2. În primul caz, elementul aluminiu prezintă proprietatea unui metal și face parte din componenta electropozitivă (Al 3+), în al doilea - proprietatea unui nemetal și face parte din componenta electronegativă a formulei sării ( AlO 2 -).

Dacă aceste reacții apar într-o soluție apoasă, atunci compoziția sărurilor rezultate se schimbă, dar prezența aluminiului în cation și anion rămâne:

2Al(OH)3 + 3H2S04 = 2 (SO4)3

Al(OH)3 + NaOH = Na

Aici, ionii complecși 3+ - cationul hexaacualuminiu(III), - - ionul tetrahidroxoaluminat(III) sunt evidențiați între paranteze drepte.

Elementele care prezintă proprietăți metalice și nemetalice în compuși sunt numite amfotere, acestea includ elemente din grupele A din Tabelul Periodic - Be, Al, Ga, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Po etc., ca precum și majoritatea elementelor grupelor B - Cr, Mn, Fe, Zn, Cd, Au etc. Oxizii amfoteri sunt numiți la fel ca și cei de bază, de exemplu:

Hidroxizii amfoteri (dacă starea de oxidare a elementului depășește + II) pot fi găsiți în orto- sau (și) meta- forma. Iată exemple de hidroxizi amfoteri:

Oxizii amfoteri nu corespund întotdeauna hidroxizilor amfoteri, deoarece atunci când se încearcă obținerea acestora din urmă, se formează oxizi hidratați, de exemplu:

Dacă un element amfoter dintr-un compus are mai multe stări de oxidare, atunci amfoteritatea oxizilor și hidroxizilor corespunzători (și, în consecință, amfoteritatea elementului însuși) va fi exprimată diferit. Pentru stările de oxidare scăzută, hidroxizii și oxizii au o predominanță a proprietăților de bază, iar elementul în sine are proprietăți metalice, deci este aproape întotdeauna inclus în compoziția cationilor. Pentru grade înalte oxidarea, dimpotrivă, în hidroxizi și oxizi predomină proprietățile acide, iar elementul în sine are proprietăți nemetalice, deci este aproape întotdeauna inclus în compoziția anionilor. Astfel, oxidul și hidroxidul de mangan(II) au proprietăți de bază dominante, iar manganul însuși face parte din cationii de tip 2+, în timp ce oxidul și hidroxidul de mangan(VII) au proprietăți acide dominante, iar manganul însuși face parte din MnO 4 - tip anion. Hidroxizi amfoteri cu o mare predominanță a proprietăților acide, formulele și denumirile sunt atribuite modelului hidroxizilor acizi, de exemplu HMn VII O 4 - acid mangan.

Astfel, împărțirea elementelor în metale și nemetale este condiționată; Între elementele (Na, K, Ca, Ba etc.) cu proprietăți pur metalice și elementele (F, O, N, Cl, S, C etc.) cu proprietăți pur nemetalice, există un grup mare a elementelor cu proprietăţi amfotere.

4. Compuși binari

Un tip larg de substanțe complexe anorganice sunt compuși binari. Aceștia includ, în primul rând, toți compușii cu două elemente (cu excepția oxizilor bazici, acizi și amfoteri), de exemplu H 2 O, KBr, H 2 S, Cs 2 (S 2), N 2 O, NH 3, HN 3, CaC2, SiH4. Componentele electropozitive și electronegative ale formulelor acestor compuși includ atomi individuali sau grupuri înrudite de atomi ale aceluiași element.

Substanțele cu mai multe elemente, în formulele cărora unul dintre componente conține atomi neînrudiți ai mai multor elemente, precum și grupuri de atomi cu un singur element sau cu mai multe elemente (cu excepția hidroxizilor și sărurilor), sunt considerate compuși binari, de exemplu CSO, IO 2F3, SBr02F, Cr0(02)2, PSI3, (CaTi)03, (FeCu)S2, Hg(CN)2, (PF3)20, VC12 (NH2). Astfel, CSO poate fi considerat un compus CS 2 în care un atom de sulf este înlocuit cu un atom de oxigen.

Numele compușilor binari sunt construite conform regulilor uzuale de nomenclatură, de exemplu:

Pentru unii compuși binari, sunt folosite nume speciale, a căror listă a fost dată mai devreme.

Proprietățile chimice ale compușilor binari sunt destul de diverse, așa că sunt adesea împărțite în grupuri sub numele de anioni, adică. Halogenurile, calcogenurile, nitrururile, carburile, hidrurile etc. sunt considerate separat Dintre compușii binari se numără și cei care au unele caracteristici ale altor tipuri de substanțe anorganice. Astfel, compușii CO, NO, NO 2 și (Fe II Fe 2 III) O 4, ale căror denumiri sunt construite folosind cuvântul oxid, nu pot fi clasificați ca oxizi (acizi, bazici, amfoteri). Monoxidul de carbon CO, monoxidul de azot NO și dioxidul de azot NO 2 nu au hidroxizi acizi corespunzători (deși acești oxizi sunt formați din nemetale C și N) și nici nu formează săruri ai căror anioni ar include C II, N II și N IV atomi. Oxid dublu (Fe II Fe 2 III) O 4 - difier(III)-oxid de fier(II), deși conține atomi ai elementului amfoter - fier în componenta electropozitivă, dar în două stări de oxidare diferite, drept urmare , atunci când interacționează cu hidroxizii acizi, formează nu una, ci două săruri diferite.

Compușii binari precum AgF, KBr, Na2S, Ba(HS)2, NaCN, NH4Cl și Pb(N3)2 sunt formați, ca sărurile, din cationi și anioni reali, motiv pentru care sunt numiți. asemănătoare cu sare compuși binari (sau pur și simplu săruri). Ele pot fi considerate produse ale substituției atomilor de hidrogen în compușii HF, HCl, HBr, H2S, HCN și HN3. Acestea din urmă într-o soluție apoasă au o funcție acidă și, prin urmare, soluțiile lor se numesc acizi, de exemplu HF (aqua) - acid fluorhidric, H 2 S (aqua) - acid hidrosulfurat. Cu toate acestea, ei nu aparțin tipului de hidroxizi acizi, iar derivații lor nu aparțin sărurilor din clasificarea substanțelor anorganice.

Toate substanțele sunt împărțite în simple și complexe.

Substanțe simple- Acestea sunt substanțe care constau din atomi ai unui element.

În unele substanțe simple, atomii aceluiași element se combină între ei pentru a forma molecule. Astfel de substanțe simple au structura moleculara . Acestea includ: , . Toate aceste substanțe constau din molecule diatomice. (Rețineți că denumirile substanțelor simple sunt aceleași cu numele elementelor!)

Alte substante simple au structura atomica , adică sunt formați din atomi între care există anumite legături. Exemple de astfel de substanțe simple sunt toate (, etc.) și unele (, etc.). Nu numai numele, ci și formulele acestor substanțe simple coincid cu simbolurile elementelor.

Există și un grup de substanțe simple numite. Acestea includ: heliu He, neon Ne, argon Ar, krypton Kr, xenon Xe, radon Rn. Aceste substanțe simple sunt formate din atomi care nu sunt legați unul de celălalt.

Fiecare element formează cel puțin o substanță simplă. Unele elemente pot forma nu una, ci două sau mai multe substanțe simple. Acest fenomen se numește alotropie.

alotropie este fenomenul de formare a mai multor substanțe simple de către un element.

Diferitele substanțe simple care sunt formate de același element chimic se numesc modificări alotropice.

Modificările alotropice pot diferi unele de altele în compoziția moleculară. De exemplu, elementul oxigen formează două substanțe simple. Una dintre ele este formată din molecule diatomice O 2 și poartă același nume cu elementul-. O altă substanță simplă este formată din molecule triatomice O 3 și are propriul nume - ozon.

Oxigenul O 2 și ozonul O 3 au proprietăți fizice și chimice diferite.

Modificările alotropice pot fi solide care au structuri cristaline diferite. Un exemplu sunt modificările alotropice ale carbonului C - diamant și grafit.

Numărul de substanțe simple cunoscute (aproximativ 400) este semnificativ mai mare decât numărul de elemente chimice, deoarece multe elemente pot forma două sau mai multe modificări alotropice.

Substanțe complexe- Acestea sunt substanțe care constau din atomi de diferite elemente.

Exemple de substanțe complexe: HCl, H 2 O, NaCl, CO 2, H 2 SO 4 etc.

Substanțele complexe sunt adesea numite compuși chimici. În compușii chimici nu se păstrează proprietățile substanțelor simple din care se formează acești compuși. Proprietățile unei substanțe complexe diferă de proprietățile substanțelor simple din care este formată.

De exemplu, clorura de sodiu NaCl poate fi formată din substanțe simple - sodiu metalic Na și clor gazos Cl Proprietățile fizice și chimice ale NaCl diferă de proprietățile Na și Cl 2.

În natură, de regulă, nu există substanțe pure, ci amestecuri de substanțe. În activitățile practice, folosim de obicei și amestecuri de substanțe. Orice amestec este format din două sau mai multe substanțe numite componente ale amestecului.

De exemplu, aerul este un amestec de mai multe substanțe gazoase: oxigen O 2 (21% din volum), (78%) etc. Amestecuri sunt soluții de multe substanțe, aliaje ale unor metale etc.

Amestecuri de substanțe sunt omogene (omogene) și eterogene (eterogene).

Amestecuri omogene- sunt amestecuri in care nu exista interfata intre componente.

Amestecuri de gaze (în special aer) și soluții lichide (de exemplu, o soluție de zahăr în apă) sunt omogene.

Amestecuri eterogene- Sunt amestecuri în care componentele sunt separate printr-o interfață.

Eterogene includ amestecuri de solide (nisip + pulbere de cretă), amestecuri de lichide insolubile între ele (apă + ulei), amestecuri de lichide și solide insolubile în el (apă + cretă).

Cele mai importante diferențe dintre amestecuri și compuși chimici:

1. În amestecuri, proprietățile substanțelor (componentelor) individuale sunt păstrate.
2. Compoziția amestecurilor nu este constantă.

Lumea din jurul nostru este materială. Există două tipuri de materie: substanță și câmp. Obiectul chimiei este o substanță (inclusiv influența diferitelor câmpuri asupra substanței - sunet, magnetic, electromagnetic etc.)

Materia este tot ceea ce are masă de repaus (adică se caracterizează prin prezența masei atunci când nu se mișcă). Deci, deși masa în repaus a unui electron (masa unui electron nemișcat) este foarte mică - aproximativ 10 -27 g, dar chiar și un electron este materie.

Substanța vine în trei stări de agregare– gazos, lichid și solid. Există o altă stare a materiei - plasma (de exemplu, tunetul și fulgerul cu bile conțin plasmă), dar în cursurile școlare chimia plasmei aproape nu este luată în considerare.

Substanțele pot fi pure, foarte pure (necesare, de exemplu, pentru a crea fibră optică), pot conține cantități notabile de impurități sau pot fi amestecuri.

Toate substanțele sunt formate din particule minuscule numite atomi. Substanțe formate din atomi de același tip(din atomi ai unui element), sunt numite simple(de exemplu, cărbune, oxigen, azot, argint etc.). Substanțele care conțin atomi interconectați ai diferitelor elemente sunt numite complexe.

Dacă o substanță (de exemplu, aerul) conține două sau număr mai mare substanțe simple, iar atomii lor nu sunt interconectați, atunci nu se numește o substanță complexă, ci un amestec de substanțe simple. Numărul de substanțe simple este relativ mic (aproximativ cinci sute), dar numărul de substanțe complexe este uriaș. Până în prezent, sunt cunoscute zeci de milioane de substanțe complexe diferite.

Transformări chimice

Substanțele sunt capabile să interacționeze între ele și apar noi substanțe. Astfel de transformări se numesc chimic. De exemplu, o substanță simplă, cărbunele, interacționează (chimiștii spun că reacționează) cu o altă substanță simplă, oxigenul, rezultând formarea unei substanțe complexe, dioxidul de carbon, în care atomii de carbon și de oxigen sunt interconectați. Astfel de transformări ale unei substanțe în alta se numesc chimice. Transformările chimice sunt reacții chimice. Deci, atunci când zahărul este încălzit în aer, o substanță dulce complexă - zaharoza (din care este făcut zahărul) - se transformă într-o substanță simplă - cărbune și o substanță complexă - apa.

Chimia studiază transformarea unei substanțe în alta. Sarcina chimiei este de a afla cu ce substanțe poate interacționa (reacționa) o anumită substanță în condiții date și ce se formează. În plus, este important să aflăm în ce condiții se poate produce o anumită transformare și se poate obține substanța dorită.

Proprietăți fizice substante

Fiecare substanță este caracterizată de un set de fizice și proprietăți chimice. Proprietățile fizice sunt proprietăți care pot fi caracterizate cu ajutorul instrumentelor fizice. De exemplu, folosind un termometru puteți determina punctele de topire și de fierbere ale apei. Metodele fizice pot fi utilizate pentru a caracteriza capacitatea unei substanțe de a conduce curent electric, determinați densitatea unei substanțe, duritatea acesteia etc. În timpul proceselor fizice, substanțele rămân neschimbate în compoziție.

Proprietățile fizice ale substanțelor sunt împărțite în numărătoare (cele care pot fi caracterizate folosind anumite instrumente fizice după număr, de exemplu, prin indicarea densității, punctelor de topire și de fierbere, solubilitatea în apă etc.) și nenumărate (cele care nu pot fi caracterizate prin număr sau este foarte dificil - cum ar fi culoarea, mirosul, gustul etc.).

Proprietățile chimice ale substanțelor

Proprietățile chimice ale unei substanțe sunt un set de informații despre ce alte substanțe și în ce condiții o anumită substanță intră în interacțiuni chimice. Cea mai importantă sarcină a chimiei este identificarea proprietăților chimice ale substanțelor.

Transformările chimice implică cele mai mici particule de substanțe - atomi. În timpul transformărilor chimice, din unele substanțe se formează alte substanțe, iar substanțele originale dispar, iar în locul lor se formează noi substanțe (produși de reacție). O atomi la toată lumea se păstrează transformările chimice. Rearanjarea lor are loc în timpul transformărilor chimice, vechile legături dintre atomi sunt distruse și apar noi legături.

Element chimic

Număr diverse substanțe imens (și fiecare dintre ele are propriul său set de proprietăți fizice și chimice). Există relativ puțini atomi în lumea materială din jurul nostru care diferă unul de celălalt prin cele mai importante caracteristici - aproximativ o sută. Fiecare tip de atom are propriul său element chimic. Un element chimic este o colecție de atomi cu caracteristici identice sau similare. Aproximativ 90 de elemente chimice diferite se găsesc în natură. Până acum, fizicienii au învățat să creeze noi tipuri de atomi care nu se găsesc pe Pământ. Astfel de atomi (și, în consecință, astfel de elemente chimice) sunt numiți artificiali (în engleză - elemente artificiale). Peste două duzini de elemente obținute artificial au fost sintetizate până în prezent.

Fiecare element are nume latinși un caracter cu una sau două litere. În literatura chimică în limba rusă nu există reguli clare pentru pronunția simbolurilor elementelor chimice. Unii îl pronunță astfel: ei numesc elementul în rusă (simboluri de sodiu, magneziu etc.), alții - cu litere latine (simboluri de carbon, fosfor, sulf), alții - cum sună numele elementului în latină (fier, argint, aur, mercur). De obicei, pronunțăm simbolul elementului hidrogen H așa cum se pronunță această literă în franceză.

O comparație a celor mai importante caracteristici ale elementelor chimice și ale substanțelor simple este dată în tabelul de mai jos. Un element poate corespunde mai multor substanțe simple (fenomenul alotropiei: carbon, oxigen etc.), sau poate doar uneia (argon și alte gaze inerte).