Jakie właściwości nazywane są chemicznymi. Właściwości chemiczne głównych klas związków nieorganicznych

Bóg dał człowiekowi żelazo, ale diabeł dał mu rdzę.

Przysłowie

Zmiany właściwości na przestrzeni dziesięcioleci. Ponieważ elementy d charakteryzują się pozytywny st.ok., wówczas w postaci prostych substancji wykazują właściwości redukujące, które w roztworach wodnych charakteryzują się wartością potencjału redoks E. 0 W dekadach od lewej do prawej jego wartość, korelująca z wartością I 1, rozwój, ale po przejściu do podgrupy manganu i cynku, pomimo gwałtownego wzrostu I 1, maleje ze względu na spadek wartości I 2 i spadek energii sieci krystalicznej podczas przejścia do tych metali (z tych znajdujących się na lewo od nich w układzie okresowym).

W stanie zwartym przy obr. nawet M pierwszej dekady, mający wartości ujemne E (0 od Sc do Mn E 0< −0,90 B), с водой не реагируют вследствие образованияpasywacja warstwy tlenków na ich powierzchni. Jednak w temperaturach czerwonego ciepła mniej aktywne metale (żelazo, nikiel, analogi wanadu i tytanu) wypierają wodór z wody. Reaktywność M również gwałtownie wzrasta, gdy są one przekształcane Cienki stan, na przykład, proszki manganu i chromu oddziałują z wodą w temperaturze wt. (z utworzeniem MnO 2 i Cr 2 O 3).

Wszystkie metale pierwszej dekady, dla których E 0 wypiera wodór z rozcieńczonych roztworów kwasów< 0, кроме ванадия. Наиболее активные М: цинк и марганец – растворяются даже в уксусной кислоте, а медь (в ряду напряжений стоит правее водорода) лишь в т.н. кислотах-окислителях. При указанных взаимодействиях только Sc и Тi образуют соединения в ст.ок. (+3), остальные – в (+2), хотя хром(II) и (гораздо медленнее) железо(II) на воздухе затем окисляются до (+3).

Wyjaśniono anomalną pasywność wanadu (E 0 = -1,20 V) w rozcieńczonych kwasach specjalna gęstość jego warstwę tlenkową. Rozpuszcza się jedynie w HF lub stężonym HNO3, z którym metal ten reaguje:

V + HNO 3 = HVO 3 + NIE.

Inny aktywny M w zależności od rozpuszczalność ich warstwa tlenkowa w stężonym kwasie azotowym albo reaguje z nim, redukując azot do (-3) (jest to podgrupa cynku, manganu i skandu), albo ulega przez nią pasywacji w wyniku pogrubienia warstwy tlenku, np. Cr 124.

Pasywację można także przeprowadzić sztucznie. Zatem traktowanie chromu (który mieści się w zakresie napięć między cynkiem a żelazem) stężonym kwasem azotowym zwiększa jego potencjał z –0,56 V do +1,2 V, tj. sprawia, że ​​Cr jest prawie tak szlachetny jak Pt. (Chrom w stali nierdzewnej i innych stopach 125 jest szczególnie łatwo dezaktywowany.) Stężone H 2 SO 4 i HNO 3 również pasywują żelazo.

Kobalt i nikiel mają podobną aktywność chemiczną do Fe ze względu na bliskość promieni atomowych (dlatego łączy się je w rodzinagruczoł). Jeśli jednak żelazo reaguje z rozcieńczonym HCl i H 2 SO 4 w warunkach otoczenia, wówczas Co i Ni reagują z ogrzewaniem. Ponadto są one w mniejszym stopniu dezaktywowane przez kwas azotowy niż żelazo, ze względu na większą rozpuszczalność ich tlenków w tym kwasie.

Należy zauważyć, że dla elementów drugiej i trzeciej dekady charakter zmiany wartości E 0 pozostaje w przybliżeniu taki sam jak w pierwszej.

Zmiany właściwości w podgrupach. Wartość I 1 w podgrupach d jest głównie rośnie isiła wzrasta wiązania w sieci M (porównaj t.t.). W konsekwencji (w przeciwieństwie do podgrup głównych i podgrupy Sc) wartość E 0 staje się bardziej dodatnia, a reaktywność metali maleje.

Zatem w podgrupie IB, jeśli miedź rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym przy r.v., to srebro dopiero przy t > 160 0 C. Jednakże srebro, podobnie jak miedź, przy pokójtemperatura oddziałuje z kwasem azotowym, a złoto oddziałuje tylko z wodą królewską (a także z kwasem selenowym (patrz wyżej) i wodą chlorowaną w obecności HCl).

W podgrupie IIB Zn jest rozpuszczalny nawet w kwasie octowym, Cd jest rozpuszczalny w HCl, a Hg (E 0 > 0) tylko w HNO (3 przy braku kwasu utlenianie przebiega do Hg, 2 2 + i przy nadmiarze - do Hg). 2 +

Podobnie w podgrupie VIIB – Mn reaguje z CH COOH 3 oraz Tc i Re (ich wartości

E 0: odpowiednio 0,47 V i 0,37 V), w r.u. rozpuszczać tylko w kwasach utleniających, na przykład kwasie azotowym (produkty NO i HEO 4).

W podgrupie VIIIB wszystkie metale z rodziny żelaza oddziałują z rozcieńczonymi kwasami. Oraz ich odpowiedniki, tj. metale platynowe (E 0 > 0) są utleniane tylko w trudny warunkach, a bliskość ich promieni determinuje dużą podobieństwo w zachowaniu chemicznym, ale jest też różnice.

Zatem najbardziej aktywny z nich, pallad, jest kwasem, podobnie jak srebro; natomiast rod i iryd w odróżnieniu od pozostałych nie rozpuszczają się nawet w wódce „regia” 126. Reagują z roztworem chlorku sodu nasyconym chlorem w rozgrzanej do czerwoności temperaturze z powodu tworzenia się zrównoważony kompleksy Na 3 [ECl 6 ]. Jednak w postaci sadzy metale te łatwo reagują z gorącym kwasem siarkowym, a nawet z kwasem solnym w obecności tlenu. Należy pamiętać, że w tych warunkach osm, ze względu na duże powinowactwo do tlenu (?), rozpuszcza się w postaci zwartej.

W podgrupach bocznych IV, V i VI w M drugiej i trzeciej dekady E 0< 0 , но за счет влиянияgęsty warstwę tlenkową na swojej powierzchni, reagują z kwasami tylko w trudnych warunkach. Zatem Zr i Hf są rozpuszczalne tylko w kwasach kompleksujących: w gorącym kwasie siarkowym (produkt – H 2 [E(SO 4) ] 3) i w kwasie fluorowodorowym (H 4 [EF 8 ]); molibden po podgrzaniu oddziałuje tylko z kwasami utleniającymi, a wolfram, niob i tantal tylko z mieszaniną HF i HNO (odpowiednio 3 produkty NO i H 2 WF 8 lub H 2 EF 7).

Zatem niezależnie od tego, czy nastąpi nałożenie czynnika kinetycznego (filmu pasywującego), czy też nie, aktywność d-metali wobec kwasów w podgrupach maleje. Wyjątek jak już zauważono, jest podgrupa skandu, w którym nie ma wpływu kompresji f, a charakter zmiany wartości promienia atomowego I 1 i E 0 jest taki sam jak w głównych podgrupach. W konsekwencji lantan (w przeciwieństwie do skandu i itru, które w temperaturze pokojowej rozpuszczają się tylko w kwasach) oddziałuje nawet z wodą:

La + H 2 O → La (OH) 3 + H 2 .

Stosunek d-metali do zasad. Srebro 127 jest najbardziej odporne na alkalia, a cynk jest najmniej odporny: nawet rozwiązanie alkalia, redukujące wodór w wodzie i tworzące kompleks 128 -. Pozostałe d-metale, jeśli występują w postaci anionowej, reagują z alkaliami (lub sodą) podczas fuzji, Na przykład:

Ti⎫ ⎧Na 2 TiO 3 ⎬ + NaOH → H 2 + ⎨ .

⎭ ⎩Na 3 VO 4

W przypadku innych konieczne jest posiadanie Środek utleniający:

Cr + NaNO 3 + NaOH → Na 2 CrO 4 + NaNO 2,

O 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 WO 4 + CO 2 .

Co więcej, W i Mo oddziałują z alkaliami aktywniej niż Cr, ponieważ W trakcie reakcji ich powierzchnia pokrywa się bardziej kwaśnym tlenkiem (EO) 3 niż w przypadku chromu (Cr 2 O 3).

Oddziaływanie d-metali z substancjami prostymi. Korozja. W warunkach pokojowych tylko fluor utlenia większość d-metali, z wyjątkiem szlachetnych (ale reakcje z Cu, Ni, Fe (a także z Pb, Al) ograniczają się do tworzenia ochronnych filmów fluorków). Dodatkowo w ob.u. złoto oddziałuje z bromem, a rtęć oddziałuje z jodem i siarką w wyniku tworzenia bardzo termodynamicznie bardzo zrównoważony produkty: AuBr, 3 HgI 2 i HgS (patrz rozdział „Halogeny”).

W powietrzu, w stanie drobno zdyspergowanym, dość aktywne metale (Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni) pirofory 2 (tj. zapalają się pod wpływem powietrza), ale w zwartej formie większość M jest stabilna dzięki pasywacji. Zwłaszcza gęsty warstwy powierzchniowe tworzą metale z podgrupy wanadu i tytanu, dzięki czemu charakteryzują się dużą odpornością na korozję (nawet w wodzie morskiej).

Inne metale nie są tak stabilne. Pod wpływem składników powietrza (jakich?) korozja cynku i miedzi następuje powoli (z utworzeniem E 2 (OH) 2 CO 3); Nawet srebro ciemnieje, pokrywając się siarczkiem (pod wspólnym wpływem O 2, H 2 O i H 2 S; jaka jest rola każdego z nich?).

Żelazo koroduje szczególnie szybko. To prawda, że ​​\u200b\u200bw suchej atmosferze jego utlenianie następuje dopiero przed utworzeniem gęsty Folia pasywacyjna FeO. Ale w obecności wilgoci produkt otrzymany w reakcji:

Fe + H 2 O → FeO + H 2 ,

utleniony tlenem, aktywowany cząsteczkami H 2 O, do Fe 2 O 3. W tym przypadku woda zaabsorbowana przez powierzchnię metalu, częściowo rozpuszczając w sobie produkty utleniania, utrudnia tworzenie gęsty strukturę tlenkową, w wyniku której następuje korozja żelaza głęboko.

Dodatek alkaliów zmniejsza potencjał utleniający tlenu, przez co proces przebiega w mniejszym stopniu. Zauważ to Bardzoczystyżelazo, które dobrze adsorbuje wodór i tym samym pasywuje jego powierzchnię, nie utlenia się.

W celu ochrony przed korozją żelazo przemysłowe jest malowane lub poddawane cynowaniu, cynkowaniu, chromowaniu, niklowaniu, azotowaniu (powłoka Fe 4 N), cementowaniu (Fe C 3) i innym metodom przetwarzania. W szczególności, witryfikacja obróbka powierzchni metalu za pomocą lasera zwiększa odporność na korozję 12-krotnie, jednak po podgrzaniu M powyżej 200 0 C efekt ten zanika. Bardziej niezawodnym, ale kosztownym sposobem zwalczania utleniania żelaza w powietrzu jest produkcja stali nierdzewnej (18% Cr i 9% Ni).

Korozja jest jednak procesem powolnym i dość spokojnym szybko metale d reagują tylko z niemetalami po podgrzaniu, nawet najbardziej aktywne podgrupy M skandu (utleniające do (+3)). (Jednakże od Sc do La aktywność interakcji wzrasta (?) i na przykład lantan zapala się w chlorze w ob.u.)

W przypadku mniej reaktywnych (?) metali z podgrupy tytanu jest to wymagane więcej ogrzewanie (powyżej 150 0 C). W tym przypadku Hf przekształca się w Hf + 4, a Ti i Zr mogą tworzyć produkty gorszy st.ok.: Ti 2 O 3, ZrCl 2 itp. Są jednak silnymi reduktorami, szczególnie w przypadku Zr (?) - utleniają się na powietrzu lub dysmutują:

ZrCl 2 → Zr+ ZrCl 4 .

W przypadku jeszcze mniej aktywnych metali z podgrupy wanadu reakcje zachodzą w temperaturze t > 400 0 C i przy tworzeniu produktów dopiero w najwyższym stopniu. (+5).

Po przejściu do podgrupy chromu reaktywność M rozwój(ze względu na większą lotność tlenków), ale maleje od Cr do W (?). Zatem chrom oddziałuje ze wszystkimi Г2, molibden nie reaguje z I2, a wolfram nie reaguje z Br2. Co więcej, utlenianie chromu wzrasta do (+3), a jego analogów - do (+6). (Należy pamiętać, że WF jest szóstym najcięższym gazem na poziomie zerowym)

Podobne wzorce obserwuje się w innych podgrupach d-metali. Zatem technet i ren nie oddziałują z jodem, a z innymi halogenami - tylko w t > 400 0 C, tworząc EG 7. Jednocześnie mangan utlenia się przy lekkim ogrzewaniu

nawet szary i do st.ok. (+2).

Miedź reaguje z mokry chlor przy prędkości obrotowej, srebro - przy lekkim podgrzaniu, a złoto - dopiero przy t> 200 0 C. Po podgrzaniu tlen działa tylko na miedź (produkt CuO, w wyższych temperaturach - Cu 2 O (?)), a srebro utlenione (w odróżnieniu od złoto) przez ozon (do AgO).

Cynk spala się również w CO 2 , a rtęć w warunkach otoczenia. Nie jest nawet pokryty warstwą tlenku. Po ogrzaniu do 300 0 C tworzy mieszaninę tlenków HgO i Hg 2 O, która w temperaturze t > 400 0 C oddziela O, zamieniając się w Hg, natomiast temperatura rozkładu tlenku kadmu wynosi 1813 0 C, a ZnO 1950 0 C.

Najbardziej stabilne chemicznie metale platynowe i złoto, ale przy wystarczającym ogrzewaniu reagują z prawie wszystkimi niemetalami (G 2, O 2, S, P, As), chociaż z różną aktywnością i selektywność; mianowicie: w okresach od lewej do prawej zwiększa się odporność na O 2 i F 2, a na Cl 2 i S maleje (zgodnie ze strukturą elektronową atomów pierwiastków (?)).

Tak więc, jeśli fluor reaguje z platyną tylko w temperaturze t > 400 0 C, wówczas chlor reaguje w temperaturze 250 0 C (produkt PtCl 2). Lub jeśli weźmiemy pod uwagę interakcję z tlenem: osm w postaci sadzy utlenia się w powietrzu w temperaturze r.b. (do OsO 4), ruten - z lekkim ogrzewaniem, a reszta - w temperaturze czerwonego ciepła. Produkty: IrO 2, PdO, PtO 2, Rh 2 O 3.

(Przy silniejszym ogrzewaniu tlenki te rozkładają się i jeśli reakcja:

PtO 2 → Pt+ O 2

zachodzi w temperaturze 500 0 C, następnie rozkład:

RuO 2 → Ru+ O 2

występuje tylko wtedy, gdy t > 1300 0 C).

Podobny wzrost odporności metalu na tlen obserwuje się przy przejściu od żelaza do niklu (patrz tabela 14).

Tabela 14. Charakterystyka oddziaływania metali z rodziny żelaza z tlenem

Tworzenie roztworów stałych. Cechą d-metali jest ich tendencja wynikająca z dużej różnorodności st.ok. i stany walencyjne, tworząc związki niestechiometryczny skład: związki międzymetaliczne (AlNi itp.) lub metalidy (Fe S 3, VN, LaB, ZrC 6 itp.). I solidne rozwiązania w szczególności rozwiązania realizacja gazy Zatem metale z podgrupy skandu i tytanu absorbują wodór przy r.p.a. do składu: EH2 i EH (3 po podgrzaniu rozpuszczalność H2 maleje).

Nikiel i pallad mają szczególne powinowactwo do wodoru (1 V Pd rozpuszcza 1000 V H 2), które dlatego są katalizatorami reakcji uwodornienie. I na przykład platyna pochłania głównie O2 (do 700 V) i dlatego jest stosowana jako katalizator w procesach z udziałem tlenu: utlenianie NH 3 do NO, SO 2 do SO, 3 do dopalania spalin samochodowych (w tym przypadku w szczególności NO zamienia się w N 2, a CO w CO 2) itp.

Mechanizm katalitycznego działania tych metali polega na tym, że – jak się przyjmuje – gazy rozpuszczające się w M atomizowany. Zatem wodór uwalniany podczas ogrzewania jego roztworu w metalu jest silniejszym środkiem redukującym niż cząsteczkowy.

Ponadto, na przykład pallad, absorbując H2 do pewnej granicy, zachowuje swoje właściwości metaliczne, ale traci paramagnetyzm. Oznacza to, że przynajmniej część atomów wodoru oddaje swoje elektrony walencyjne pasmowi przewodnictwa metalu.

Istnieją również dowody na częściowe tworzenie jonów wodorkowych, na przykład podczas rozpuszczania wodoru w żelazie. Otrzymano itp. niekonwencjonalne wodorki, w których cząsteczki H2 są skoordynowane jako całość na atomie d-metalu. (Służą jako modele do badania półproduktów powstających podczas katalizy.)

Obecnie istnieje około 2,5 miliona różnych związków, zarówno występujących naturalnie, jak i sztucznie syntetyzowanych przez człowieka. Wszystkie są bardzo różne, niektóre z nich są niezastąpionymi uczestnikami procesów biologicznych zachodzących w organizmach żywych. Związki różnią się od siebie właściwościami substancji. Rozważymy dalej cechy i co jeszcze pozwala nam zidentyfikować konkretną cząsteczkę chemiczną.

Co to jest substancja?

Jeśli definiujemy to pojęcie, musimy wskazać jego związek z ciałami fizycznymi. W końcu za substancję uważa się dokładnie to, z czego zbudowane są te ciała. Zatem szkło, żelazo, siarka, drewno to substancje. Przykłady można podawać w nieskończoność. Łatwiej zrozumieć, co następuje: omawiany termin oznacza całą gamę różnych kombinacji cząsteczek istniejących na świecie, a także proste cząstki jednoatomowe.

Zatem woda, alkohol, kwasy, zasady, białka, węglowodany, sól, cukier, piasek, glina, diament, gazy itp. - to wszystko są substancje. Przykłady pozwalają nam lepiej uchwycić istotę tego pojęcia.

Ciało fizyczne jest wytworem stworzonym przez naturę lub człowieka na bazie różnych związków. Na przykład szkło to korpus wykonany ze szkła, a arkusz papieru to korpus wykonany z przetworzonej celulozy lub drewna.

Oczywiście wszystkie cząsteczki są różne. To, co leży u podstaw ich różnic, nazywa się ich właściwościami - fizycznymi, organoleptycznymi i chemicznymi. Określa się je za pomocą specjalnych metod, które każda nauka ma swoje własne. Mogą to być metody matematyczne, analityczne, eksperymentalne, instrumentalne i wiele innych. Na przykład chemia używa własnego odczynnika do każdej substancji, a raczej do jej identyfikacji. Jest wybierany na podstawie cech strukturalnych cząsteczki i przewidywania właściwości chemicznych. Następnie jest testowany eksperymentalnie, zatwierdzany i konsolidowany w podstawach teoretycznych.

Klasyfikacja substancji

Podział związków na grupy może opierać się na wielu różnych cechach. Na przykład stan skupienia. Wszystkie z nich mogą być czterech typów w zależności od tego czynnika:

• osocze;
• płyn;
• substancja krystaliczna (stała).

Jeśli za podstawę przyjmiemy „głębszą” cechę, wówczas wszystkie substancje można podzielić na:

• organiczne - oparte na łańcuchach i cyklach atomów węgla i wodoru;
• nieorganiczne - wszystkie inne.

Zgodnie ze składem pierwiastkowym, który znajduje odzwierciedlenie we wzorach substancji, wszystkie są:

• proste - z jednego rodzaju atomu chemicznego;
• złożony - dwa lub więcej różnych typów elementów.

Z kolei proste dzielimy na metale i niemetale. Związki złożone mają wiele klas: sole, zasady, kwasy, tlenki, estry, węglowodory, alkohole, kwasy nukleinowe i tak dalej.

Różne typy formuł złożonych

Co to jest wizualne, czyli graficzne przedstawienie połączeń? Są to oczywiście wzory substancji. Oni są różni. W zależności od rodzaju różnią się także informacje o zawartej w nich cząsteczce. Istnieją więc następujące opcje:

1. Empiryczne lub molekularne. Odzwierciedla skład ilościowy i jakościowy substancji. Zawiera symbole elementów składowych oraz indeks w lewym dolnym rogu, wskazujący ilość danego atomu w cząsteczce. Na przykład H 2 O, Na 2 SO 4, AL 2 (SO 4) 3.
2. Grafika elektroniczna. Ten wzór pokazuje liczbę elektronów walencyjnych dla każdego pierwiastka wchodzącego w skład związku. Dlatego korzystając z tej opcji można już przewidzieć niektóre chemikalia i substancje.
3. W chemii organicznej zwyczajowo stosuje się nazwy pełne i skrócone, które odzwierciedlają kolejność wiązań atomów w cząsteczkach, ponadto wyraźnie wskazują, że dana substancja należy do określonej klasy związków. Pozwala to dokładnie określić konkretny typ cząsteczki i przewidzieć wszystkie jej charakterystyczne interakcje.

Dlatego symbole chemiczne i prawidłowo skomponowane wzory związków są najważniejszą częścią pracy ze wszystkimi znanymi substancjami. To powinien wiedzieć każdy student studiujący chemię.

Właściwości fizyczne

Bardzo ważną cechą są przejawiane właściwości fizyczne substancji. Co dokładnie dotyczy tej grupy?

1. Stan fizyczny w różnych warunkach, w tym standardowych.
2. Temperatury wrzenia, topnienia, zamarzania, parowania.
3. Właściwości organoleptyczne: barwa, zapach, smak.
4. Rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach (na przykład organicznych).
5. Gęstość i płynność, lepkość.
6. Przewodność elektryczna i cieplna, pojemność cieplna.
7. Przepuszczalność elektryczna.
8. Radioaktywność.
9. Absorpcja i emisja.
10. Indukcyjność.

Istnieje również szereg wskaźników, które są bardzo ważne dla pełnej listy odzwierciedlającej właściwości substancji. Są one jednak pomiędzy fizycznym i chemicznym. Ten:

• rodzaj sieci krystalicznej;
• elektroujemność;
• twardość i kruchość;
• plastyczność i plastyczność;
• zmienność lub zmienność;
• skutki biologiczne na organizmy żywe (trujące, duszące, paraliżujące nerwy, obojętne, pożyteczne itp.).

Często wskaźniki te są wymieniane właśnie wtedy, gdy bezpośrednio uwzględnia się właściwości chemiczne substancji. Można je jednak wskazać także w części fizycznej, co nie będzie błędem.

Właściwości chemiczne substancji

Do tej grupy zaliczają się wszystkie możliwe rodzaje interakcji danej cząsteczki z innymi substancjami prostymi i złożonymi. Oznacza to, że są to bezpośrednie reakcje chemiczne. Są one ściśle specyficzne dla każdego rodzaju połączenia. Jednakże ogólne właściwości grupowe są identyfikowane dla całej klasy substancji.

Na przykład wszystkie kwasy mogą reagować z metalami w zależności od ich pozycji w elektrochemicznym szeregu napięć metali. Wszystkie charakteryzują się również reakcjami neutralizacji z zasadami i interakcją z nierozpuszczalnymi zasadami. Jednak stężone kwasy siarkowy i azotowy są wyjątkowe, ponieważ produkty ich interakcji z metalami różnią się od produktów otrzymanych w wyniku reakcji z innymi przedstawicielami klasy.

Każda substancja ma wiele właściwości chemicznych. O ich ilości decyduje aktywność związku, czyli zdolność do reagowania z innymi składnikami. Niektóre są wysoce reaktywne, inne są praktycznie obojętne. Jest to wskaźnik ściśle indywidualny.

Proste substancje

Należą do nich te, które składają się z tego samego rodzaju atomów, ale o różnej liczbie. Na przykład S 8, O 2, O 3, Au, N 2, P 4, CL 2, Ar i inne.

Właściwości chemiczne prostych substancji sprowadzają się do interakcji z:

• metale;
• niemetale;
• woda;
• kwasy;
• zasady i wodorotlenki amfoteryczne;
• związki organiczne;
• sole;
• tlenki;
• nadtlenki i bezwodniki oraz inne cząsteczki.

Ponownie należy podkreślić, że jest to cecha wysoce specyficzna dla każdego konkretnego przypadku. Dlatego właściwości fizyczne i chemiczne substancji prostych rozpatrywane są indywidualnie.

Substancje złożone

Do tej grupy zaliczają się związki, których cząsteczki składają się z dwóch lub więcej różnych pierwiastków chemicznych. Ilość każdego z nich może się różnić. Dla zrozumienia, oto kilka prostych przykładów:

• H3PO4;
• K3;
• Cu(OH)2;
• AL 2 O 3 i inne.

Ponieważ wszystkie należą do różnych klas substancji, niemożliwe jest określenie wspólnych cech fizycznych i chemicznych dla wszystkich. Są to właściwości specyficzne, niepowtarzalne i indywidualne w każdym konkretnym przypadku.

Substancje nieorganiczne

Dziś jest ich ponad 500 tysięcy. Istnieją zarówno proste, jak i złożone. W sumie możemy wyróżnić kilka głównych, które reprezentują całą ich różnorodność.

1. Substancje proste metale.
2. Tlenki.
3. Substancje proste są niemetalami.
4. Gazy szlachetne lub obojętne.
5. Nadtlenki.
6. Bezwodniki.
7. Lotne związki wodoru.
8. Wodorki.
9. Sól.
10. Kwasy.
11. Fusy.
12. Związki amfoteryczne.

Każdy przedstawiciel każdej klasy ma swój własny zestaw właściwości fizykochemicznych, które pozwalają na odróżnienie go od innych związków i identyfikację.

Właściwości substancji organicznych

Organiczne to dziedzina chemii zajmująca się badaniem związków innych niż nieorganiczne i ich właściwościami. Ich budowa opiera się na atomach węgla, które mogą łączyć się ze sobą w różne struktury:

• łańcuchy liniowe i rozgałęzione;
• cykle;
• pierścienie aromatyczne;
• heterocykle.

Organizmy żywe składają się właśnie z takich związków, gdyż podstawą życia są białka, tłuszcze i węglowodany. Wszyscy są przedstawicielami, dlatego ich właściwości są wyjątkowe. Jednak w każdym razie, niezależnie od tego, o jakim rodzaju cząsteczki mówimy, nadal będzie ona charakteryzowała się pewnym zestawem właściwości fizykochemicznych, o których wspominaliśmy już wcześniej.

Co to jest materia żywa?

Substancję, z której składa się cała biomasa naszej planety, nazywa się żywą. Oznacza to, że organizmy, które tworzą na nim życie:

• bakterie i wirusy;
• pierwotniaki;
• rośliny;
• Zwierząt;
• grzyby;
• Ludzie.

Ponieważ główna część związków w żywej istocie jest organiczna, można je zaklasyfikować jako materię żywą. Jednak nie wszystkie. Tylko takie, bez których istnienie przedstawicieli żywej biosfery jest niemożliwe. Są to białka, kwasy nukleinowe, hormony, witaminy, tłuszcze, węglowodany, aminokwasy i inne. Termin „materia żywa” został wprowadzony przez Wernadskiego, twórcę doktryny o biosferze planety.

Właściwości materii żywej:

• posiadanie energii z możliwością jej przekształcania;
• samoregulacja;
• dobrowolny ruch;
• przemiana pokoleń;
• ekstremalna różnorodność.

Kryształy i substancje metaliczne

Wszystkie związki, które mają określony typ struktury przestrzennej sieci, nazywane są krystalicznymi. Istnieją związki o sieci krystalicznej atomowej, molekularnej lub metalowej. W zależności od rodzaju różnią się także właściwościami.Typowymi związkami stałymi, które mają postać drobnych lub grubych kryształów, są różne sole.

Istnieją również proste substancje o podobnej budowie, na przykład diament lub grafit, kamienie szlachetne i półszlachetne, minerały i skały. Ich główne właściwości:

• twardość;
• kruchość;
• średnie temperatury topnienia i wrzenia.

Jednak, jak zawsze, nie każda cecha może pasować każdemu.

Substancje obejmują metale i ich stopy. Można dla nich zidentyfikować zestaw wspólnych cech:

• plastyczność i plastyczność;
• wysokie temperatury wrzenia i topnienia;
• przewodność elektryczna i cieplna;
• metaliczny połysk.

Elementarnymi cząstkami materii fizycznej na naszej planecie są atomy. Mogą istnieć w postaci wolnej tylko w bardzo wysokich temperaturach. W normalnych warunkach cząstki elementarne mają tendencję do łączenia się ze sobą za pomocą wiązań chemicznych: jonowych, metalicznych, kowalencyjnych polarnych lub niepolarnych. W ten sposób powstają substancje, których przykłady rozważymy w naszym artykule.

Proste substancje

W wyniku procesów interakcji pomiędzy atomami tego samego pierwiastka chemicznego powstają substancje chemiczne zwane prostymi. Zatem węgiel składa się wyłącznie z atomów węgla, gazowy wodór z atomów wodoru, a ciekła rtęć składa się z cząstek rtęci. Pojęcia substancji prostej nie trzeba utożsamiać z pojęciem pierwiastka chemicznego. Na przykład dwutlenek węgla nie składa się z prostych substancji – węgla i tlenu, ale z pierwiastków – węgla i tlenu. Konwencjonalnie związki składające się z atomów tego samego pierwiastka można podzielić na metale i niemetale. Spójrzmy na kilka przykładów właściwości chemicznych takich prostych substancji.

Metale

Na podstawie położenia pierwiastka metalicznego w układzie okresowym można wyróżnić następujące grupy: metale aktywne, pierwiastki głównych podgrup grup trzeciej - ósmej, metale podgrup wtórnych grup czwartej - siódmej, a także lantanowce i aktynowce. Metale - proste substancje, których przykłady podamy poniżej, mają następujące ogólne właściwości: przewodnictwo cieplne i elektryczne, połysk metaliczny, ciągliwość i plastyczność. Takie cechy są nieodłącznie związane z żelazem, aluminium, miedzią i innymi. Wraz ze wzrostem numeru seryjnego w okresach wzrastają temperatury wrzenia i topnienia, a także twardość elementów metalowych. Wyjaśnia to kompresja ich atomów, to znaczy zmniejszenie promienia, a także akumulacja elektronów. Wszystkie parametry metali są zdeterminowane wewnętrzną strukturą sieci krystalicznej tych związków. Poniżej rozważymy reakcje chemiczne, a także podamy przykłady właściwości substancji związanych z metalami.

Cechy reakcji chemicznych

Wszystkie metale o stopniu utlenienia 0 wykazują jedynie właściwości redukujące. Pierwiastki alkaliczne i ziem alkalicznych reagują z wodą tworząc agresywne chemicznie zasady - zasady:

• 2Na+2H2 0=2NaOH+H2

Typową reakcją metali jest utlenianie. W wyniku połączenia z atomami tlenu powstają substancje klasy tlenkowej:

• Zn+O2 =ZnO

Są to związki binarne związane z substancjami złożonymi. Przykładami tlenków zasadowych są tlenki sodu Na2O, miedzi CuO i wapnia CaO. Potrafią oddziaływać z kwasami, w wyniku czego sól i woda znajdują się w produktach:

• MgO+2HCl=MgCl2+H2O

Substancje z klas kwasy, zasady i sole należą do związków złożonych i wykazują różnorodne właściwości chemiczne. Na przykład zachodzi reakcja neutralizacji między wodorotlenkami i kwasami, prowadząca do pojawienia się soli i wody. Skład soli będzie zależał od stężenia odczynników: na przykład, gdy w mieszaninie reakcyjnej występuje nadmiar kwasu, otrzymuje się kwaśne sole, na przykład NaHCO3 - wodorowęglan sodu, a wysokie stężenie zasad powoduje powstawanie soli zasadowych, takich jak Al(OH) 2Cl – dihydroksychlorek glinu.

Niemetale

Najważniejsze pierwiastki niemetaliczne znajdują się w podgrupach azotu i węgla, a także należą do grup halogenowych i chalkogenowych układu okresowego. Podajmy przykłady substancji związanych z niemetalami: siarka, tlen, azot, chlor. Wszystkie ich właściwości fizyczne są przeciwne właściwościom metali. Nie przewodzą prądu, źle przepuszczają promienie cieplne i mają niską twardość. Podczas interakcji z tlenem niemetale tworzą złożone związki - tlenki kwasowe. Te ostatnie, reagując z kwasami, dają kwasy:

• H 2 O + CO 2 → H 2 CO 3

Typową reakcją charakterystyczną dla tlenków kwasowych jest interakcja z zasadami, prowadząca do pojawienia się soli i wody.

Aktywność chemiczna niemetali wzrasta w tym okresie, wynika to ze wzrostu zdolności ich atomów do przyciągania elektronów z innych pierwiastków chemicznych. W grupach obserwujemy zjawisko odwrotne: właściwości niemetaliczne słabną w wyniku zwiększenia objętości atomu w wyniku dodania nowych poziomów energii.

Przyjrzeliśmy się więc rodzajom substancji chemicznych, przykładom ilustrującym ich właściwości i położenie w układzie okresowym.

Zasady (wodorotlenki)– substancje złożone, których cząsteczki zawierają jedną lub więcej grup hydroksylowych OH. Najczęściej zasady składają się z atomu metalu i grupy OH. Na przykład NaOH to wodorotlenek sodu, Ca(OH) 2 to wodorotlenek wapnia itp.

Istnieje zasada - wodorotlenek amonu, w którym grupa hydroksylowa jest przyłączona nie do metalu, ale do jonu NH 4 + (kationu amonowego). Wodorotlenek amonu powstaje w wyniku rozpuszczenia amoniaku w wodzie (reakcja dodania wody do amoniaku):

NH3 + H2O = NH4OH (wodorotlenek amonu).

Wartościowość grupy hydroksylowej wynosi 1. Liczba grup hydroksylowych w cząsteczce podstawowej zależy od wartościowości metalu i jest jej równa. Na przykład NaOH, LiOH, Al (OH) 3, Ca(OH) 2, Fe(OH) 3 itd.

Wszystkie powody - ciała stałe o różnych kolorach. Niektóre zasady są dobrze rozpuszczalne w wodzie (NaOH, KOH itp.). Jednak większość z nich nie rozpuszcza się w wodzie.

Zasady rozpuszczalne w wodzie nazywane są zasadami. Roztwory alkaliczne są „mydlane”, śliskie w dotyku i dość żrące. Do zasad zaliczają się wodorotlenki metali alkalicznych i ziem alkalicznych (KOH, LiOH, RbOH, NaOH, CsOH, Ca(OH) 2, Sr(OH) 2, Ba(OH) 2 itp.). Reszta jest nierozpuszczalna.

Nierozpuszczalne zasady- są to wodorotlenki amfoteryczne, które podczas interakcji z kwasami działają jak zasady i zachowują się jak kwasy z zasadami.

Różne zasady mają różną zdolność do usuwania grup hydroksylowych, dlatego dzielimy je na zasady mocne i słabe.

Mocne zasady w roztworach wodnych łatwo oddają swoje grupy hydroksylowe, ale słabe zasady nie.

Właściwości chemiczne zasad

Właściwości chemiczne zasad charakteryzują się ich związkiem z kwasami, bezwodnikami kwasowymi i solami.

1. Działaj na wskaźnikach. Wskaźniki zmieniają kolor w zależności od interakcji z różnymi substancjami chemicznymi. W roztworach obojętnych mają jeden kolor, w roztworach kwasowych inny kolor. Podczas interakcji z zasadami zmieniają kolor: pomarańczowy metylowy wskaźnik zmienia kolor na żółty, wskaźnik lakmusowy zmienia kolor na niebieski, a fenoloftaleina staje się fuksją.

2. Oddziałuj z tlenkami kwasowymi z powstawanie soli i wody:

2NaOH + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + H 2 O.

3. Reaguj z kwasami, tworząc sól i wodę. Reakcję zasady z kwasem nazywa się reakcją zobojętniania, ponieważ po jej zakończeniu środowisko staje się obojętne:

2KOH + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + 2H 2 O.

4. Reaguje z solami tworząc nową sól i zasadę:

2NaOH + CuSO 4 → Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4.

5. Po podgrzaniu mogą rozkładać się na wodę i główny tlenek:

Cu(OH)2 = CuO + H2O.

Nadal masz pytania? Chcesz dowiedzieć się więcej o podkładach?
Aby uzyskać pomoc korepetytora zarejestruj się.
Pierwsza lekcja jest bezpłatna!

stronie internetowej, przy kopiowaniu materiału w całości lub w części wymagany jest link do źródła.

Dla ostatniego 200 lat ludzkości badał właściwości substancji lepiej niż w całej historii rozwoju chemii. Naturalnie szybko rośnie także liczba substancji, co wynika przede wszystkim z rozwoju różnych metod otrzymywania substancji.

W życiu codziennym spotykamy się z wieloma substancjami. Wśród nich jest woda, żelazo, aluminium, plastik, soda, sól i wiele innych. Substancje występujące w przyrodzie, takie jak tlen i azot zawarte w powietrzu, substancje rozpuszczone w wodzie i pochodzenia naturalnego, nazywane są substancjami naturalnymi. Aluminium, cynk, aceton, wapno, mydło, aspiryna, polietylen i wiele innych substancji nie istnieją w przyrodzie.

Otrzymuje się je w laboratorium i wytwarza na skalę przemysłową. Sztuczne substancje nie występują w przyrodzie, są one tworzone z substancji naturalnych. Niektóre substancje występujące w przyrodzie można również uzyskać w laboratorium chemicznym.

Zatem podczas ogrzewania nadmanganianu potasu uwalniany jest tlen, a podczas podgrzewania kredy uwalniany jest tlen. dwutlenek węgla. Naukowcy nauczyli się zamieniać grafit w diament; hodują kryształy rubinu, szafiru i malachitu. Tak więc, wraz z substancjami pochodzenia naturalnego, istnieje ogromna liczba sztucznie stworzonych substancji, które nie występują w przyrodzie.

Substancje niewystępujące w naturze produkowane są w różnych przedsiębiorstwach: fabryki, fabryki, kombajny itp.

W kontekście wyczerpywania się zasobów naturalnych naszej planety przed chemikami stoi obecnie ważne zadanie: opracowanie i wdrożenie metod, dzięki którym możliwe będzie sztuczne, w produkcji laboratoryjnej lub przemysłowej, uzyskanie substancji będących analogami substancji naturalnych. Na przykład wyczerpują się zasoby paliw kopalnych w przyrodzie.

Może nadejść czas, gdy skończy się ropa i gaz ziemny. Już teraz opracowywane są nowe rodzaje paliw, które byłyby równie wydajne, ale nie zanieczyszczałyby środowiska. Dzisiaj ludzkość nauczyła się sztucznie pozyskiwać różne kamienie szlachetne, na przykład diamenty, szmaragdy i beryle.

Stan materii

Substancje mogą występować w kilku stanach skupienia, z których trzy są Ci znane: stały, ciekły, gazowy. Na przykład woda w przyrodzie występuje we wszystkich trzech stanach skupienia: ciało stałe (w postaci lodu i śniegu), ciecz (woda w stanie ciekłym) i gaz (para wodna). Znane są substancje, które w normalnych warunkach nie mogą istnieć we wszystkich trzech stanach skupienia. Na przykład taką substancją jest dwutlenek węgla. W temperaturze pokojowej jest to gaz bezwonny i bezbarwny. W temperaturze –79°C substancja ta „zamarza” i przechodzi w stały stan skupienia. Potoczna (trywialna) nazwa takiej substancji to „suchy lód”. Nazwę tę nadano tej substancji ze względu na fakt, że „suchy lód” zamienia się w dwutlenek węgla bez topienia, to znaczy bez przejścia do ciekłego stanu skupienia, który występuje na przykład w wodzie.

Można zatem wyciągnąć ważny wniosek. Substancja przechodząc z jednego stanu skupienia w drugi nie przekształca się w inne substancje. Proces pewnej zmiany, transformacji nazywany jest zjawiskiem.

Zjawiska fizyczne. Właściwości fizyczne substancji.

Zjawiska, w których substancje zmieniają swój stan skupienia, ale nie przekształcają się w inne substancje, nazywane są fizycznymi. Każda indywidualna substancja ma określone właściwości. Właściwości substancji mogą być różne lub podobne do siebie. Każda substancja jest opisana za pomocą zestawu właściwości fizycznych i chemicznych. Weźmy jako przykład wodę. Woda zamarza i zamienia się w lód w temperaturze 0°C, natomiast wrze i zamienia się w parę w temperaturze +100°C. Zjawiska te uważa się za fizyczne, ponieważ woda nie zamieniła się w inne substancje, następuje jedynie zmiana stanu skupienia. Te temperatury zamarzania i wrzenia są właściwościami fizycznymi charakterystycznymi dla wody.

Właściwości substancji określone na podstawie pomiarów lub wizualnie przy braku przemiany niektórych substancji w inne nazywane są fizycznymi

Odparowanie alkoholu, podobnie jak odparowanie wody– zjawiska fizyczne, substancje w tym przypadku zmieniają swój stan skupienia. Po eksperymencie można być pewnym, że alkohol odparowuje szybciej niż woda – takie są właściwości fizyczne tych substancji.

Do głównych właściwości fizycznych substancji zalicza się: stan skupienia, barwę, zapach, rozpuszczalność w wodzie, gęstość, temperaturę wrzenia, temperaturę topnienia, przewodność cieplną, przewodność elektryczną. Właściwości fizyczne, takie jak kolor, zapach, smak, kształt kryształu można określić wizualnie za pomocą zmysłów, a gęstość, przewodność elektryczną, temperaturę topnienia i wrzenia określa się poprzez pomiar. Informacje o właściwościach fizycznych wielu substancji gromadzone są w literaturze specjalistycznej, na przykład w podręcznikach. Właściwości fizyczne substancji zależą od jej stanu skupienia. Na przykład gęstość lodu, wody i pary wodnej jest różna.

Gazowy tlen jest bezbarwny, ale ciekły tlen jest niebieski. Znajomość właściwości fizycznych pomaga „rozpoznać” wiele substancji. Na przykład, miedź- Jedyny metal o kolorze czerwonym. Tylko sól kuchenna ma słony smak. Jod- Prawie czarna substancja stała, która po podgrzaniu zamienia się w fioletową parę. W większości przypadków, aby zidentyfikować substancję, należy wziąć pod uwagę kilka jej właściwości. Dla przykładu scharakteryzujmy właściwości fizyczne wody:

• kolor – bezbarwny (w małych ilościach)
• zapach - brak zapachu
• stan skupienia - ciecz w normalnych warunkach
• gęstość – 1 g/ml,
• temperatura wrzenia – +100°С
• temperatura topnienia – 0°С
• przewodność cieplna – niska
• przewodność elektryczna - czysta woda nie przewodzi prądu

Substancje krystaliczne i amorficzne

Opisując właściwości fizyczne ciał stałych, zwyczajowo opisuje się strukturę substancji. Jeśli przyjrzysz się próbce soli kuchennej pod lupą, zauważysz, że sól składa się z wielu drobnych kryształków. W złożach soli można znaleźć także bardzo duże kryształy. Kryształy to ciała stałe w kształcie regularnych wielościanów. Kryształy mogą mieć różne kształty i rozmiary. Kryształy niektórych substancji, takich jak sól kuchenna sól – kruche i łatwe do złamania. Istnieją kryształy, które są dość twarde. Na przykład diament jest uważany za jeden z najtwardszych minerałów. Jeśli przyjrzysz się kryształom soli kuchennej pod mikroskopem, zauważysz, że wszystkie mają podobną strukturę. Jeśli weźmiemy pod uwagę na przykład cząstki szkła, wszystkie będą miały inną strukturę - takie substancje nazywane są amorficznymi. Substancje amorficzne obejmują szkło, skrobię, bursztyn i wosk pszczeli. Substancje amorficzne to substancje, które nie mają struktury krystalicznej

Zjawiska chemiczne. Reakcja chemiczna.

Jeśli podczas zjawisk fizycznych substancje z reguły zmieniają jedynie stan skupienia, to podczas zjawisk chemicznych następuje przemiana jednych substancji w inne. Oto kilka prostych przykładów: spalaniu zapałki towarzyszy zwęglenie drewna i wydzielanie się substancji gazowych, czyli następuje nieodwracalna przemiana drewna w inne substancje. Inny przykład: Z biegiem czasu rzeźby z brązu pokrywają się zieloną powłoką. Faktem jest, że brąz zawiera miedź. Metal ten powoli oddziałuje z tlenem, dwutlenkiem węgla i wilgocią powietrza, w wyniku czego na powierzchni rzeźby tworzą się nowe zielone substancje Zjawiska chemiczne - zjawiska przemiany jednej substancji w drugą Proces interakcji substancji z powstawaniem nowych substancji nazywa się reakcją chemiczną. Reakcje chemiczne zachodzą wokół nas. Reakcje chemiczne zachodzą także w nas samych. W naszym organizmie nieustannie zachodzą przemiany wielu substancji, substancje wchodzą ze sobą w reakcję, tworząc produkty reakcji. Zatem w reakcji chemicznej zawsze występują substancje reagujące i substancje powstałe w wyniku reakcji.

• Reakcja chemiczna– proces oddziaływania substancji, w wyniku którego powstają nowe substancje o nowych właściwościach
• Odczynniki- substancje, które wchodzą w reakcję chemiczną
• Produkty– substancje powstałe w wyniku reakcji chemicznej

Reakcję chemiczną przedstawia się ogólnie w postaci diagramu reakcji ODCZYNNIKI -> PRODUKTY

• odczynniki– materiały wyjściowe przyjęte do przeprowadzenia reakcji;
• produkty– nowe substancje powstałe w wyniku reakcji.

Każdemu zjawisku chemicznemu (reakcji) towarzyszą pewne znaki, za pomocą których można odróżnić zjawiska chemiczne od fizycznych. Do takich znaków zaliczają się zmiany koloru substancji, wydzielanie się gazów, powstawanie osadów, wydzielanie ciepła i emisja światła.

Wielu reakcjom chemicznym towarzyszy wydzielanie energii w postaci ciepła i światła. Z reguły takim zjawiskom towarzyszą reakcje spalania. W reakcjach spalania w powietrzu substancje reagują z tlenem zawartym w powietrzu. Na przykład metaliczny magnez wybucha i pali się w powietrzu jasnym, oślepiającym płomieniem. Dlatego w pierwszej połowie XX wieku do tworzenia fotografii używano lampy błyskowej magnezowej. W niektórych przypadkach możliwe jest uwolnienie energii w postaci światła, ale bez wydzielania ciepła. Jeden rodzaj planktonu z Pacyfiku jest w stanie emitować jasne, niebieskie światło, wyraźnie widoczne w ciemności. Wyzwolenie energii w postaci światła jest efektem reakcji chemicznej zachodzącej w organizmach tego typu planktonu.

Podsumowanie artykułu:

• Istnieją dwie duże grupy substancji: substancje pochodzenia naturalnego i sztuczne.
• W normalnych warunkach substancje mogą występować w trzech stanach skupienia
• Właściwości substancji określone na podstawie pomiarów lub wizualnie przy braku przemiany niektórych substancji w inne nazywane są fizycznymi
• Kryształy to ciała stałe w kształcie regularnych wielościanów.
• Substancje amorficzne to substancje, które nie mają struktury krystalicznej
• Zjawiska chemiczne - zjawiska przemiany jednej substancji w drugą
• Odczynniki to substancje, które wchodzą w reakcję chemiczną.
• Produkty to substancje powstałe w wyniku reakcji chemicznej
• Reakcjom chemicznym może towarzyszyć wydzielanie gazu, osadu, ciepła, światła; zmiana koloru substancji
• Spalanie to złożony proces fizykochemiczny polegający na przekształceniu substancji wyjściowych w produkty spalania podczas reakcji chemicznej, któremu towarzyszy intensywne wydzielanie ciepła i światła (płomień).