Развитие в науке представлений о простом и сложном веществе. Химические элементы. Символы химических элементов

Из материалов урока вы узнаете, как учёные исследовали состав веществ, изучите классификацию веществ, сравните понятия «простое вещество» и «химический элемент», а также узнаете, что такое «аллотропия» и какие вещества называют аллотропными модификациями.

Вам уже знакомо имя английского исследователя Р. Бойля (рис. 1). Именно он в XVII веке предложил опыты по установлению состава вещества.

Рассмотрим несколько опытов по разложению веществ.

• Опыт № 1. Разложение сахара при нагревании

Поместим в пробирку несколько крупинок сахара, закрепим пробирку в пробиркодержателе и нагреем её в пламени спиртовки. Сначала сахар начинает плавиться, затем — темнеть и обугливаться. В результате прокаливания на стенках пробирки появляются капельки прозрачной жидкости, а на месте крупинок сахара образуется вещество чёрного цвета (рис. 2). Если продолжать нагревание и дальше, то с чёрным веществом ничего не происходит. Это вещество — сажа (уголь). Его нельзя разложить ни при каких условиях. Прозрачная жидкость на стенках пробирки — это вода. Воду можно разложить на два вещества с помощью электрического тока.

• Опыт № 2. Разложение воды

Заполним водой электролизёр. На электроды надеваем пробирки, заполненные водой. При пропускании электрического тока через воду на электродах начнут выделяться газы, которые вытеснят воду из пробирок. Газы получатся чистыми, так как воздуха в пробирках, заполненных водой, нет (рис. 3).

Итак, при разложении сахара образуется два вещества — вода и сажа (или уголь). Сажа не подвергается дальнейшему разложению. Вода же разлагается на водород и кислород. Водород и кислород дальше не разлагаются (рис. 4).

За многие годы исследований учёные ещё в XVII–XVIII веках обнаружили множество веществ, которые не подвергаются разложению ни при каких условиях. Это сажа, железо, сера, медь, кислород, водород и многие другие.

Вещества, которые не удавалось разложить ни при каких условиях, стали называть простыми веществами. Если вещество удавалось разложить, его считали сложным веществом.

Долгое время к простым веществам относили и воду, так как не могли подобрать условия её разложения. Ошибочно также простыми веществами считали кварц и корунд. В состав минерала кварца входят атомы кремния и кислорода (рис. 5). Корунд — это минерал, отличающийся большой твёрдостью, он содержит атомы алюминия и кислорода (рис. 6).

Роберт Бойль предположил, что простое вещество нельзя разложить, так как оно состоит из отличного от других элемента.

Тогда сформулируем определения простого и сложного веществ.

Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента (из атомов одного вида).

Сложное вещество — вещество, состоящее из атомов различных химических элементов (из атомов разных видов).

Проиллюстрируем данные определения. Молекула водорода состоит из двух атомов одного химического элемента водорода. Молекула кислорода тоже состоит из двух атомов одного химического элемента кислорода. Сажа состоит только из атомов углерода. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, то есть включает в себя атомы двух различных химических элементов (рис. 7). Водород, кислород и сажа — это простые вещества, вода является сложным веществом.

Названия многих химических элементов не отличаются от названий простых веществ, образованных этими элементами. Например, простое вещество водород состоит из химического элемента водорода. Простое вещество кислород состоит из химического элемента кислорода. Простое вещество железо состоит из атомов железа. Поэтому очень важно научиться различать понятия «простое вещество» и «химический элемент».

Приведём примеры двух высказываний о кислороде, в одном из которых речь идёт о химическом элементе, а в другом — о простом веществе.

• Первое утверждение: «Рыбы дышат кислородом, растворённым в воде».

• Второе утверждение: «В состав молекулы воды входит кислород».

Говоря о кислороде, который растворён в воде, мы имеем в виду вещество, для которого характерны определённые свойства, например растворимость в воде. Кислород, входящий в состав молекулы воды, — это химический элемент, по-другому мы можем сказать, что атом кислорода входит в состав молекулы воды.

Есть химические элементы, которые образуют несколько различных простых веществ. Например, химический элемент углерод образует графит (то же, что и сажа, уголь) и алмаз. Графит — нетвёрдое вещество серого цвета с металлическим блеском. Из него делают стержни простых карандашей. Алмаз — минерал, имеющий самую большую твёрдость. Огранённый алмаз называют бриллиантом. Несмотря на то что эти простые вещества состоят только из атомов углерода, они очень различаются по свойствам.

Аллотропия — свойство химического элемента образовывать несколько простых веществ.

Аллотропные модификации — простые вещества, образованные одним химическим элементом.

Полезные ссылки

1. Список рекомендованных источников (источник).

2. Классы химических соединений (источник).

Проверь себя

1. Охарактеризуйте простые и сложные вещества. Приведите примеры.

2. Выберите два утверждения, в которых говорится о хлоре как о простом веществе.

А) Хлор при нормальных условиях — ядовитый газ желтовато-зелёного цвета.

Б) Самые большие запасы хлора содержатся в воде морей и океанов.

В) Газообразный хлор относительно легко сжижается.

Г) Мышечная ткань человека содержит 0,20–0,52 % хлора.

Д) Ежедневно с пищей человек получает 3–6 г хлора.