Способы соединения химических элементов

Химическое соединение — Википедия с видео

Отличия соединений и смесей

Физические и химические свойства соединений отличаются от свойств смеси простых веществ — это один из главных критериев отличия соединения от смесей простых или сложных веществ, так как свойства смеси обычно тесным образом связаны со свойствами компонентов. Другим критерием отличия является то, что смесь обычно может быть разделена на составляющие нехимическими процессами, такими, как просеивание, фильтрация, выпаривание, использование магнитов, тогда как компоненты химического соединения могут быть разделены только при помощи химической реакции. И наоборот, смеси могут быть созданы без использования химической реакции, а соединения — нет.

Некоторые смеси так тесно связаны, что некоторые их свойства сходны со свойствами химических соединений, и их легко спутать. Наиболее частым примером таких смесей являются сплавы. Сплавы изготавливаются при помощи физических процессов, обычно — путём расплавления и смешивания компонентов с последующим остыванием. Другим примером смесей, не являющихся сплавами, являются интерметаллиды.

Видео

Описание основных групп органических соединений

Кетоны

Органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами. Общая формула кетонов: R₁-CO-R₂. Среди других карбонильных соединений наличие в кетонах именно двух атомов углерода, непосредственно связанных с карбонильной группой, отличает их от карбоновых кислот и их производных, а также альдегидов.

Определение, отличие от смесей

Химические соединения — это сложные вещества, которые состоят из соединенных между собой атомов разных химических элементов, однако существуют исключения: к химическим соединениям относятся и простые вещества (то есть состоят из атомов одного элемента), если атомы этих веществ соединены ковалентной связью (она образована общими для обоих атомов электронами). К таким веществам относятся азот, кислород, большинство галогенов (в таблице Менделеева элементы седьмой группы главной подгруппы; фтор, хлор, бром, йод, предположительно и астат).

Зачастую путают между собой понятия «химическое соединение» и «смесь простых веществ». Смесь веществ — это, как можно сделать вывод из названия, не самостоятельное вещество, а система двух и более компонентов. Сам состав этих двух единиц химических веществ является основным различием между ними. Как уже говорилось, соединение химических элементов и смесь простых (или сложных) веществ — это не одно и то же. Свойства, способы получения, методы разделения на компоненты также являются отличительными критериями смесей и соединений. Важно отметить, что ни получить, ни разделить химические соединения нельзя без проведения химических реакций, а смеси — можно.

Классификация простых веществ

1. Простые вещества условно делят на две группы: металлы и неметаллы.

Неметаллы в Периодической системе — это все элементы VIII А-группы (благородные газы) и VII А-группы (галогены), элементы VI А-группы (кроме полония), элементы V А-группы: азот, фосфор, мышьяк; углерод, кремний (IV А-группа); бор (III А-группа), а также водород. Остальные элементы относят к металлам.

Неорганические соединения: основные свойства

Все неорганические соединения можно разбить на несколько групп. У каждого из данных видов соединений есть общие свойства, зачастую не совпадающие с другими группами этого же класса. Итак, ответ на вопросы, какие химические соединения относятся к неорганическими, какие группы образуют и какими свойствами обладают, можно представить следующим образом:

1. Первая группа — простые неорганические соединения неметаллической природы. Данную категорию соединений объединяют такие свойства, как возможность находиться в газообразном состоянии. Твердые соединения неметаллического характера обладают немолекулярным строением, в связи с чем способны к образованию кристаллов.
2. Вторая группа — сложные неорганические соединения. Их можно разделить на четыре подгруппы.

А. + .В= А:В

2. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи – это такой механизм, при котором одна из частиц предоставляет неподеленную электронную пару, а другая частица предоставляет вакантную орбиталь для этой электронной пары:

Оксиды

Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород в степени окисления -2.

Общая формула оксидов: ЭхОу

Основные оксиды

Основные оксиды — оксиды, которым соответствуют основания.

Основные оксиды образованы металлом со степенью окисления +1, +2.

Амфотерные оксиды

Амфотерные оксиды — оксиды, которые в зависимости от условий проявляют либо основные, либо кислотные свойства.

Амфотерные оксиды образованы металлом со степенью окисления +3, +4, а также некоторыми металлами (Zn, Be) со степенью окисления +2.

Кислотные оксиды

Кислотные оксиды — оксиды, которым соответствуют кислоты.

Кислотные оксиды образованы неметаллом, а также металлом со степенью окисления +5, +6, +7.

Регистрационный номер CAS

Всем химическим веществам, а значит, всем химическим соединениям, описанным в научной литературе, присваивается номер CAS, химической реферативной службы, по которому вещество можно идентифицировать в базах данных, например в PubChem.

Источник

Химические соединения

Содержание:

Химические соединения – сложные вещества, молекулы которых состоят из двух или более атомов различных элементов, объединенных определенной химической связью.

На странице -> решение задач по химии собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам химии.

Химические соединения

В соответствии с формулировкой периодического закона мы рассмотрели некоторые свойства свободных атомов и простых веществ. На примере аллотропии мы убедились в том, что не только электронное строение нейтрального атома, но также состав и пространственное строение простого вещества определяют его свойства. Аналогичным будет наш подход к рассмотрению сложного вещества.

Если простых веществ известно в настоящее время около 400, то сложных — во много раз больше: около 100 тысяч неорганических, несколько миллионов органических и несколько десятков тысяч элементоорганических.

Они различаются по агрегатному состоянию, по распространению в природе, по способности давать новые образования из того же числа атомов тех же элементов (новые модификации — по аналогии с аллотропией для простых веществ).

Рассмотрим несколько вопросов, важных для понимания природы химического соединения.

Смесь и химическое соединение

Представим себе, что мы взяли мелко раздробленные железо и серу тщательно их перемешали при обычных условиях. Это будет смесь двух простых веществ. Для сравнения возьмем соединение железа и серы — сернистое железо FeS. Мы можем убедиться в том, что свойства атомов железа и серы в соединении отличаются от свойств простых веществ.

Так, железо притягивается магнитом, независимо от того, взяли мы чистое железо или смесь последнего с серой. Соединение (сернистое железо) магнитом не притягивается.

Сера хорошо растворяется в сероуглероде. Соединение FeS в сероуглероде не растворяется.

При действии на смесь соляной кислоты происходит выделение водорода. Взаимодействие сернистого железа с кислотой приводит к образованию сероводорода.

А между тем смесь можно приготовить так, чтобы она по внешнему виду не отличалась от соединения. Однако это лишь внешнее, кажущееся сходство. Внутренние же их отличия велики. Иными словами: смесь только внешне может казаться однородной, химические воздействия показывают ее неоднородность. Химическое соединение — однородно.

Изучение и сопоставление физических и химических свойств смеси и соединения приводит нас к выводу о качественном отличии свойств атомов элементов в смеси (простые вещества) и химическом соединении.

Другая характерная черта химического соединения — наличие связей между атомами разных элементов. В зависимости от составляющих соединения атомов эти связи могут быть ионными, ковалентными и металлическими.

Одна из важнейших характеристик соединения — его форма, его состав.

Простейшая и истинная формула химического соединения

Простейшую формулу можно определить в результате химического анализа, истинную — только имея данные об истинном молекулярном весе соединения. Так, по результатам анализа можно установить простейшую формулу СН, но какому соединению (например, С₂Н₂ или С₆Н₆) она отвечает, сказать нельзя, если неизвестен молекулярный вес соединения. Эти данные о молекулярном весе, строго говоря, можно получить в том случае, если вещество газообразно или может быть переведено в газообразное состояние без разложения или какого-либо другого изменения состава, иными словами, для тех соединений, к которым приложимо понятие молекулы.

Рассмотрим два примера:

Пример 1. При окислении кислородом воздуха 34 г газообразного вещества образовалось 28 г азота и 54 г воды. Плотность этого вещества по водороду равна 8,5. Определить его истинную формулу.

Решение. Вначале необходимо установить количественный и качественный состав вещества.

В 34 г соединения находится 28г азота. Подсчитаем, сколько граммов водорода содержится в 34 г соединения.

В одной грамм-молекуле воды «содержится» два грамм-атома водорода. Так как грамм-молекулярный вес воды равен 18 е, то

Следовательно, соединение состоит только из азота и водорода, так как сумма их весовых количеств составляет

Находим формулу соединения:

Простейшая формула соединения: NH₃.

Однако это еще не окончательный ответ. В условии задачи указана плотность вещества водороду (8,5). Значит, молекулярный вес вещества: М = 2D = 2 * 8,5 = 17. Молекулярный вес NH₃ также 17. Установленная формула оказывается истинной.

Такая проверка оказывается необходимой потому, что часто в химических соединениях истинное отношение чисел грамм-атомов элементов не совпадает в точности с простейшими отношениями, а оказывается кратным им. Особенно часто это встречается в органической химии. Однако и в неорганической химии встречаются подобные примеры. Кроме только что найденного соединения с водородом состава NH₃ (аммиак), азот образует другое N₂H₄ (гидразин), где простейшее отношение N : Н = 1 : 2. Другой пример: Н₂О₂ (перекись водорода), простейшая формула НО.

Пример 2. Число атомов кислорода в соединении вдвое больше числа атомов азота. Плотность соединения по водороду 46. Найти истинную формулу соединения.

Решение. Простейшая формула N0₂. Молекулярный вес этого соединения M NO₂ = 14+32=46. Найдем истинный молекулярный вес:

т.е. он вдвое превосходит тот, который получается из простейшей формулы. Следовательно формула соединения N₂O₄.

Для большинства твердых неорганических соединений (с ионной или сильно полярной связью) можно определить простейшие формулы.

О постоянстве состава веществ

В XIX в. при изучении состава различных веществ выяснилось, что весовые отношения между элементами в сложных веществах всегда постоянны, причем эти отношения являются такими же, как и в одной молекуле этого вещества. Точно так же постоянны и отношение чисел грамм-атомов в одной грамм-молекуле. Более того, числа грамм-атомов в грамм-молекуле относятся друг к другу, как простые целые числа (Дж. Дальтон).

В начале XIX в. французский ученый Пруст установил закон постоянства состава: каждое вещество имеет определенный состав независимо от способа получения.

Несколько ранее другой французский ученый Бертолле утверждал обратное: состав вещества зависит от способа получения. Бертолле установил это, изучая составы сложных солевых систем.

В тот период закон Пруста был подтвержден изучением состава большого числа соединений (окислов, галогенидов, сульфидов металлов), состоящих из атомов двух элементов.

Однако, как впоследствии выяснилось, закон постоянства состава оказался верным лишь в том случае, когда речь идет о веществах, имеющих молекулярное строение (соединения в газообразном состоянии и соединения с молекулярной структурой).

Более совершенная экспериментальная техника позволяет зарегистрировать сейчас отклонения от стехиометрического состава даже у ряда «испытанных» окислов, сульфидов, галогенидов и т. п. Все это еще раз указывает на то, что внешние условия в определенной степени (различной для разных соединений) влияют на состав соединения.

Вот почему приходится говорить об ограниченности действия закона постоянства состава.

Надо сказать, что такой взгляд на химическое соединение, сложившийся в конце XIX и начале XX вв., удалось экспериментальна подтвердить с помощью рентгеноструктурного анализа. Некоторые общие положения были выработаны раньше, главным образом, трудами Д. И. Менделеева и Н. С. Курнакова.

Несмотря на отклонения от стехиометрического состава, наблюдающиеся у многих соединений, мы в дальнейшем не будем принимать их во внимание, следуя закону постоянства состава.

Химические связи в соединениях

Характер химических связей в соединениях зависит от положения элементов в периодической системе и, в первую очередь, от заполнения внешних уровней. Так, хлориды элементов III периода имеют ковалентные связи и лишь в хлориде натрия эта связь имеет типично ионный характер.

Степень смещения электронной пары в связи элемент — хлор можно изобразить следующей схемой:

Иногда характер химической связи изображают следующим образом:

Физические свойства соединений зависят не только от характера одиночной связи (в нашем примере: элемент—хлор), но и от формы соединения. Так, меняется структура веществ (поваренная соль — кристалическое соединение; хлор при обычных условиях — газо-образное вещество, состоящее из двухатомных молекул). Нередко по температурам плавления хлоридов можно составить представление о типе связи. Считают, что ионные соединения плавятся при температурах выше 600° С.

Иное изменение характера химической связи наблюдается в соединениях натрия с элементами III периода: от металлической связи (у натрия) через ковалентную (Na₃P, Na₂S) к ионной (NaCl).

Химические свойства соединений также находятся в зависимости от типа химической связи. Иллюстрацией этого положения могут служить реакции соединений элементов III периода с водой.

До сих пор мы рассматривали химические связи в соединениях, состоящих из атомов двух элементов (бинарные соединения). Между тем известно, что существует большое число и более сложных соединений.

Каким же образом происходит возникновение новых связей? Оказывается, образование сложных соединений является результатом электростатического взаимодействия между исходными соединениями. Нередко существенную роль в возникновении такого взаимодействия играют электронные пары одного из атомов. Так, например, осуществляется образование солей аммония: нейтральная молекула аммиака присоединяет из кислот атом водорода, имеющий окислительное число +1:

В отличие от ковалентной связи, образующейся за счет обобщения двух электронов, принадлежавших разным атомам, эта новая связь образуется за счет предоставления одним из атомов пары электронов. От ковалентной она отличается только своим происхождением, так как в ионе аммония все четыре связи N—Н равноценны. Заметим, что образование новой связи произошло без изменения окислительного числа атома азота (N). Изучении соединений, содержащих ион NHJ, показывает, что этот ион выступает во многих случаях как целое (соли аммония). Более того, образование атомом водорода (окислительное число + 1) новой связи оказывает влияние на его прежнюю связь в соединении с «о-валентной связью (например, в

Если исходные вещества (NH₃ и НСI) являются газообразными при обычных условиях, то хлористый аммоний, как и другие соли аммония, — кристаллическое вещество, имеющее сравнительно высокую температуру плавления.

Не всегда можно достаточно наглядно, как в только что рассмотренном случае, представить схематически процесс образования новых связей и изменения прежних. Однако мы хотели бы обратить внимание на имеющее место образования симметричных сочетаний атомов, подобных иону NH). Например: СН₄, [ ВН₄] -1 . Последнее соединение образуется в результате взаимодействия гидрида бор) с гидридом натрия: NaH+BH₃=Na[ВН₄] (схематически). Для кислородных соединений характерно образование соединений, содержащих ион Во всех отмеченных примерах около центрального атома координируется четыре атома другого элемента.

Электростатические взаимодействия играют большую роль щ только в образованиях новых устойчивых соединений, но в ход различных химических процессов, например, идущих в растворах.

Таким образом, любой химический процесс так или иначе связан с изменением прежних химических связей и возникновением новых. Иногда, как мы это рассматривали уже раньше, реакция идет с изменением окислительных чисел элементов.

Классификация неорганических соединений

Большое значение в познании окружающего нас мира имеет разработка классификации объектов, явлений, понятий, которые изучает та или иная наука. Химия является наукой о химически) элементах и образуемых ими простых и сложных веществах. Ясно, что для каждого круга объектов может быть выработана своя классификация, но очевидно также и то, что все три классификации -I элементов, простых веществ и соединений — должны быть связаны между собой. В основе классификации соединений лежит изучение их состава, свойств, строения, типов химической связи.

Изучение свойств кислородных соединений, проведенное в конце XVIII и первой половине XX в., позволило разработать классификацию кислородных соединений элементов: окислы, основания, кислоты, соли.

Более глубокое раскрытие взаимосвязи между этими классами удалось осуществить в результате открытия периодического закона, теории электролитической диссоциации, теории химической связи.

В этом параграфе мы напомним лишь самые элементарные сведения о классах кислородных соединений. Окислами называются соединения, которые состоят из атомов кислорода и какого-нибудь другого химического элемента. Они подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие. К последним относятся: N₂O, NO, SiO. Солеобразующие окислы разделяются на основные, кислотные и амфотерные. Это деление основано на способности, соединяясь друг с другом, образовать соли.

Некоторые основные окислы, соединяясь с водой, образуют основания:

Однако большинство основных окислов с водой не соединяется, при разложении соответствующих оснований получается основной окисел и вода:

Многие кислотные окислы, соединяясь с водой, образуют кислоты:

Некоторые кислотные окислы с водой не соединяются; их можно получить разложением кислоты:

Основные окислы, реагируя с кислотными окислами или кислотами образуют соли:

Кислотные окислы, реагируя с основными окислами или основаниями (точнее: щелочами, т. е. растворимыми в воде основаниями), образуют соли:

Основания и кислоты вступают в реакцию друг с другом с образованием солей

Некоторые вопросы образования солей будет рассмотрено далее на основе теории электролитической диссоциации.

Кроме окислов, существует еще одна группа соединений, которые состоят из атомов кислорода и атомов другого элемента. Это перекиси, которые надо рассматривать как производные (соли) перекиси водорода:

Если окислительное число кислорода в окислах равно — 2, то в перекисях его следует признать равным — 1.

Впервые отличие перекисей от окислов оказалось возможным показать на основе периодической системы элементов Д. И. Менделеева. По сравнению с высшими солеобразующими окислами, в перекисях число атомов кислорода, приходящееся на одно и то же число атомов элемента, больше: Na₂O (окисел), Na₂O₂ (перекись),

Среди солеобразующих окислов выделяется также звено особых окислов: ( и др.).

Процессы образования кислот (и солей), идущие с участием этих окислов, сопровождаются изменением окислительного числа элемента. Например:

в зависимости от условий реакции. Таким образом, если при растворении в воде ангидрида азотной кислоты образуется только азотная кислота

здесь происходит образование еще одного соединения азота. В реакции (3) окислительное число азота не меняется, в реакциях (1) и (2) — меняется:

К этим реакциям мы еще вернемся при изучении процессов окисления — восстановления.

Рассмотренная выше классификация кислородных соединений строилась на основе состава и свойств (способность к солеобразованию) этих соединений. Однако оказалось, что способность образовывать соли присуща не только кислородным соединениям. Наряду с рассмотренными выше кислородными кислотами, существуют кислоты бескислородные. Известно, что водные растворы таких водородных соединений, как: способны взаимодействовать с основными окислами и основаниями с образованием солей:

Кислотные функции соединения — как определила теория электролитической диссоциации — связаны со способностью диссоциировать (разлогаться) с образованием иона водорода.

Таким образом, принцип группировки различных неорганических Соединений по соответствующим классам основывается как на изучении состава, так и на изучении свойств и реакций, идущих с участием рассматриваемых соединений.

Следовательно, результат химического процесса существенно влияет на наши представления о исходных веществах, о принадлежности их к тому или иному классу.

Графическое изображение формул химических соединений

Наглядное изображение связей, существующих между атомами в химическом соединении, издавна привлекало внимание ученых.

Так в органической химии на основе теории строения, разработанной А М Бутлеровым, широко пользуются структурными формулами отличие от валовых формул, описывающих качественный и количественный состав соединения, структурные формулы позволяют наглядно представить, в какой последовательности соединены атомы в молекуле, какие части молекул остаются неизменными, где происходит разрыв химических связей и т. п. Совершенно очевидно, что к графическому изображению сложных соединений можно прибегнуть лишь после того, как определены окислительные числа элементов, изучены свойства соединений (функциональные группы) и определён класс соединения.

Для того чтобы пояснить сказанное, обратимся к конкретному примеру. Хорошо известно, что валовой формулой С₂Н₆О можно представить состав двух соединений: этилового спирта и диметилового эфира. Изучение свойств того и другого позволяет раскрыть различную последовательность связей (формулы строения):

Каждая чёрточка в этих структурных формулах отвечает ковалентной связи, образованной парой электронов (по одному электрону от каждого из связанных атомов).

Остановимся теперь на ряде примеров из области неорганической химии. С этой целью обратимся к рассмотрению кислот хлора — кислородных и бескислородной хлористоводородной (соляной) кислоты.

В молекуле соляной кислоты HCI всего одна связь, соединяющая H и CI парой электронов. При графическом изображении молекулы соляной кислоты, вместо указанной пары электронов, ставится черточка:

Кислородные кислоты хлора являются одноосновными:

В левом столбце мы изобразили формулы кислородных кислот хлора несколько необычно, а именно так, чтобы было удобно перейти от них к структурным формулам. Действительно, валовые формулы, написанные в правом столбце, не дают представления о последовательности связей атомов в молекуле. В каждой кислородной кислоте, из числа тех, которые изучаются в средней школе водород кислоты (т. е. водород, способный замещаться на металл связан с кислородом Н—О—, а кислород, в свою очередь, с cooтветствующим элементом, в данном случае, хлором:

Эта структурная формула составлена не только с учетом класса соединения (кислота), но и соответствует окислительным числам элементов, входящих в соединение (хлорноватистая кислота)

Аналогичным образом составляются структурные формулы остальных кислот хлора. Например:

Пример. Рассмотрим структурные формулы кислородных кислот серы и фосфора: H₂SO₄ и Н₃РО₄.

Решение. Последовательность составления этих формул может быть paзличной. Например, такая:

Графическое изображение формулы можно начинать и по-другому, например с выражения окислительного числа центрального атома:

а затем, размещая остальные атомы

При любой последовательности изображения связей важно, чтобы учитывалось не только окислительное число элементов, но и класс соединения.

Однако графический способ изображения формул химических соединений далеко не полностью передает пространственную структуру соединения. Это замечание распространяется, главным образом, на те соединения, при определении состава которых мы вынуждены ограничиться простейшей формулой (многие твёрдые вещества). Примеры такого рода соединений будут приведены далее)

Кроме того, как мы уже имели возможность убедиться на примере солей аммония, число связей между атомами не всегда совпадает с окислительным числом элементов.

Поэтому графическое изображение формул соединений имеет ограниченное применение. Наиболее целесообразно ими пользоваться при рассмотрении соединений с ковалентными связями, степень полярности которых невелика.

Услуги по химии:

Лекции по химии:

Лекции по неорганической химии:

Лекции по органической химии:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

Источник