§ 29. Распространение химических элементов в природе. Органические и неорганические вещества

Определения и обозначения

Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Например, атомы кислорода относятся к одному элементу, даже если входят в разные вещества. Это понятие помогает отличать вид атомов от самого вещества.

Распространённость химического элемента — то, насколько часто этот элемент встречается в природе. Его содержание сравнивают в земной коре, воде, воздухе и живых организмах. Так можно понять, почему состав разных природных объектов не одинаков.

Органическое вещество — вещество, обычно содержащее углерод и связанное с живыми организмами. К ним относят сахар, жиры, белки и древесину. Понятие нужно, чтобы выделить вещества, характерные для живой природы и её остатков.

Неорганическое вещество — вещество, которое не относят к органическим. Примеры из неживой природы и быта — вода, кислород, поваренная соль и углекислый газ. Такое разделение помогает сравнивать состав живых организмов с составом воздуха, воды и горных пород.

Как это устроено

Химические элементы встречаются в воздухе, воде, почве, горных породах и организмах, но распределены там по-разному. Причина в том, что каждый природный объект образуется из определённых веществ и удерживает их в разных количествах. Например, вода состоит главным образом из водорода и кислорода, а воздух — из смеси газов, среди которых больше всего азота и кислорода.

В земной коре особенно распространены кислород и кремний, потому что они входят в состав многих минералов и горных пород. Кислород соединяется с кремнием и другими элементами, образуя вещества, из которых состоят песок, глина и камни. В воздухе такая картина невозможна: там преобладают свободные газы, поэтому главным образом его состав определяют азот и кислород.

В живых организмах особенно важны углерод, водород, кислород и азот. Эти элементы входят в состав белков, жиров, сахаров и других органических веществ, из которых построены клетки и ткани. Поэтому состав организма отличается и от состава воздуха, и от состава земной коры: организм не просто содержит элементы, а соединяет их в особые вещества.

Органические и неорганические вещества различают по составу и по принадлежности к соответствующим классам, а не только по месту нахождения. Органическое вещество может быть вне живого организма: сахар находится в пище, древесина — в опавшей ветке, а перегной — в почве. После отмирания организма такие вещества не исчезают мгновенно и некоторое время остаются частью природных объектов.

Один и тот же элемент способен входить в состав разных веществ. Углерод есть в сахаре и других органических веществах, но он также входит в состав углекислого газа и некоторых минералов, которые относят к неорганическим соединениям. Значит, сначала нужно определить само вещество и его состав, а не делать вывод только по названию одного элемента.

Органические и неорганические вещества

Таблицу удобно использовать для сравнения сразу по нескольким признакам. Если вещество содержит углерод, этого ещё недостаточно: нужно учитывать весь состав и принятую классификацию. Например, сахар — органическое вещество, а углекислый газ — неорганическое.

Разбор задач

Задача 1. Элементы в воздухе и земной коре

Условие: назовите элементы, особенно важные для состава воздуха и земной коры. Нужно не перечислить все элементы, а сопоставить характерные признаки двух природных объектов.

1. Вспомним состав воздуха: это смесь газов, среди которых больше всего азота и кислорода.
2. Рассмотрим земную кору: в минералах и горных породах особенно часто встречаются кислород и кремний.
3. Сравним результаты и не будем переносить состав одного объекта на другой.

Ответ: воздух главным образом определяют азот и кислород, а в земной коре особенно распространены кислород и кремний. Кислород встречается в обоих объектах, но находится там в разном виде и в разных соединениях.

Задача 2. Распределение веществ по группам

Условие: распределите воду, углекислый газ, сахар и поваренную соль на органические и неорганические вещества. Определять группу нужно по составу вещества, а не по тому, где оно хранится или используется.

1. Вспомним, что сахар обычно относят к органическим веществам, потому что он содержит углерод и связан с веществами живых организмов.
2. Вода, углекислый газ и поваренная соль относятся к неорганическим веществам.
3. Проверим себя: наличие углерода есть у сахара и углекислого газа, но углекислый газ всё равно относят к неорганическим соединениям.

Ответ: органическое вещество — сахар. Неорганические вещества — вода, углекислый газ и поваренная соль.

Задача 3. Углерод и класс вещества

Условие: объясните, почему наличие углерода не всегда означает, что вещество органическое, и приведите пример. Здесь важно различить химический элемент углерод и вещества, в которые он входит.

1. Установим, что углерод — это только один вид атомов, а вещество состоит из соединённых атомов разных элементов или одного элемента.
2. Проверим состав конкретного вещества и его место в классификации, а не остановимся на одном элементе.
3. Возьмём углекислый газ: в его составе есть углерод и кислород, но это неорганическое соединение.

Ответ: один и тот же элемент может входить в вещества разных классов. Углерод есть в органическом сахаре и в неорганическом углекислом газе, поэтому по одному углероду определять класс вещества нельзя.

Типичные ошибки

Ошибка: считать химический элемент и простое вещество одним и тем же. Так думают, потому что оба понятия связаны с атомами, но элемент обозначает вид атомов, а вещество — то, что из атомов состоит; проверка проста: спросите себя, говорится ли о типе атомов или о конкретном материале.

Ошибка: считать, что все элементы одинаково распространены в природе. Её допускают, когда запоминают только факт присутствия элемента, не сравнивая количество; проверить себя можно, сопоставив воздух, воду, земную кору и организм.

Ошибка: относить любое вещество с углеродом к органическим. Причина — запоминание неполного правила, поэтому нужно рассмотреть весь состав и классификацию; углекислый газ служит проверочным примером неорганического соединения углерода.

Ошибка: считать органическими только вещества внутри живого организма. Органические вещества могут находиться в пище, древесине, почве и остатках организмов; если вещество сохранилось после отмирания, это не меняет его класс.

Связь с другими темами

• Перед изучением темы нужно знать, что вещества состоят из частиц, а химические элементы обозначают виды атомов. Это помогает не путать элемент с веществом.
• Тема опирается на различение простых и сложных веществ и на знания о составе воздуха, воды и горных пород. Благодаря этому можно объяснить различия между природными объектами.
• Знания пригодятся при изучении состава организмов, круговорота веществ и использования природных ресурсов. Они помогают понять, как элементы переходят из одних природных объектов в другие.

Что запомнить

• Химические элементы распространены в природе неравномерно.
• Состав воздуха отличается от состава земной коры и живых организмов.
• В живых организмах особенно важны углерод, водород, кислород и азот.
• Органические и неорганические вещества различают по составу и принадлежности к соответствующим классам.
• Не всякое вещество, содержащее углерод, является органическим.
• Один химический элемент может входить в состав разных веществ.