§ 25. Многообразие веществ

Определения и обозначения

Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента. К нему относятся металлы, например железо и алюминий, и неметаллы, например кислород и сера. Это понятие нужно, чтобы отличать состав вещества от его внешнего вида.

Сложное вещество — вещество, состоящее из атомов разных химических элементов. Вода образована водородом и кислородом, а углекислый газ — углеродом и кислородом. По этому признаку можно определить, является ли вещество простым или сложным.

Органическое вещество — вещество, обычно содержащее углерод и связанное с живой природой. Примеры органических веществ — белок, жир и сахар. Такое определение помогает объединить многие вещества, входящие в состав живых организмов.

Неорганическое вещество — вещество, не относящееся к органическим. К ним относят воду, кислород, поваренную соль и металлы. Эта группа нужна для описания веществ неживой природы и для сравнения их с органическими веществами.

Как это устроено

Веществ существует много, потому что атомы разных химических элементов могут соединяться между собой различными способами. В одной частице могут встречаться атомы двух, трёх и более элементов, причём их количество и порядок соединения тоже имеют значение. Поэтому даже небольшое число элементов образует огромное разнообразие веществ с разными свойствами.

Простое и сложное вещество различаются составом атомов. Если в частице или формуле встречается только один вид атомов, вещество простое; если два и более — сложное. Например, формула O₂ показывает простое вещество: в ней есть только кислород, а H₂O показывает сложное вещество: в ней есть водород и кислород.

Один химический элемент иногда образует разные простые вещества. Это возможно, когда его атомы соединяются или располагаются по-разному. Из-за различий в строении вещества могут иметь неодинаковые твёрдость, цвет, прочность и другие свойства, хотя состоят из атомов одного элемента.

Органические и неорганические вещества образуют другую классификацию. Деление на простые и сложные отвечает на вопрос, сколько химических элементов входит в состав, а деление на органические и неорганические связано с особенностями веществ и их отношением к живой природе. Поэтому сложное вещество может быть органическим, как сахар, или неорганическим, как вода и соль.

Для распознавания вещества удобно использовать известные примеры и формулы. Железо и кислород — простые вещества, потому что каждое состоит из атомов одного элемента; вода, соль, сахар и углекислый газ — сложные. Сахар относят к органическим веществам, а воду, кислород, соль и металлы — к неорганическим.

Сравнение простых и сложных веществ

Пользуясь таблицей, сначала рассмотрите атомы в одной частице или символы элементов в формуле. Затем посчитайте не частицы, а виды атомов: один вид означает простое вещество, несколько видов — сложное.

После этого можно определить дополнительную группу вещества — органическое оно или неорганическое. Внешний вид помогает узнать знакомый пример, но главным доказательством остаётся состав.

Разбор задач

Задача 1. Распределение веществ

Нужно распределить кислород, железо, воду и углекислый газ на простые и сложные вещества. Для этого нельзя ориентироваться на то, где эти вещества встречаются. Нужно выяснить, сколько видов химических элементов входит в состав каждой частицы.

1. Кислород состоит только из атомов кислорода, поэтому это простое вещество.
2. Железо состоит только из атомов железа, поэтому оно тоже простое вещество.
3. Вода содержит водород и кислород, значит, это сложное вещество.
4. Углекислый газ содержит углерод и кислород, значит, он сложный.

Ответ: простые вещества — кислород и железо; сложные вещества — вода и углекислый газ.

Задача 2. Определение вещества по модели

На моделях изображены частицы, состоящие из одинаковых или разных атомов. Требуется установить, какие модели показывают простые, а какие сложные вещества. Важно сравнивать виды атомов внутри одной частицы, а не размер или цвет всей модели.

1. Выберите одну частицу и рассмотрите все её атомы.
2. Если все атомы одинаковые, запишите модель в группу простых веществ.
3. Если встречаются атомы двух или более видов, отнесите модель к сложным веществам.
4. Повторите проверку для каждой частицы, не сравнивая между собой разные частицы.

Ответ: модель с одинаковыми атомами показывает простое вещество, а модель с разными атомами в одной частице — сложное.

Задача 3. Две классификации

Нужно распределить сахар, алюминий, воду, кислород, поваренную соль и углекислый газ сразу по двум признакам. Сначала определяем, сколько видов элементов входит в состав. Затем используем сведения об органических и неорганических веществах.

1. Алюминий и кислород — простые вещества, потому что состоят из атомов одного элемента.
2. Сахар, вода, соль и углекислый газ — сложные вещества, потому что содержат разные элементы.
3. Сахар относим к органическим веществам.
4. Алюминий, кислород, воду, соль и углекислый газ относим к неорганическим веществам.

Ответ: простые неорганические — алюминий и кислород; сложное органическое — сахар; сложные неорганические — вода, поваренная соль и углекислый газ.

Типичные ошибки

Ошибка: считать простым любое вещество, которое встречается в природе отдельно. Её допускают, потому что слово «простое» связывают с местом нахождения, но вид вещества определяет состав атомов. Проверьте, сколько видов атомов входит в одну частицу.

Ошибка: путать химический элемент и простое вещество. Элемент — это вид атомов, а простое вещество состоит из атомов одного элемента. Для проверки спросите себя: речь идёт о виде атомов или о веществе, которое можно наблюдать и исследовать?

Ошибка: считать все вещества с углеродом органическими. Углерод сам по себе не даёт полного ответа, поэтому нужно учитывать состав вещества и изученные примеры. Сначала определите вещество по формуле, а затем примените деление на органические и неорганические.

Ошибка: определять сложное вещество по числу частиц. Важно не сколько частиц изображено, а сколько видов атомов находится внутри одной частицы. Посмотрите на одну частицу или одну формулу и пересчитайте символы элементов.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что тела состоят из веществ, а вещества — из частиц и химических элементов. Также пригодится умение читать простейшие химические формулы и различать атомы разных элементов. Эти знания помогут изучать смеси, химические реакции, свойства материалов и круговорот веществ в природе.

Что запомнить

• Веществ много, потому что атомы могут соединяться в разных сочетаниях.
• Простое вещество состоит из атомов одного химического элемента.
• Сложное вещество состоит из атомов разных химических элементов.
• Свойства вещества зависят от его состава и строения.
• Органические и неорганические вещества образуют отдельную классификацию.
• Металлы и неметаллы являются примерами простых веществ.
• Воду, соль и углекислый газ относят к сложным веществам.