Egyszerű és összetett anyagok. Allotróp módosítások

Az allotrópia egy elem atomjainak azon képessége, hogy különböző típusú egyszerű anyagokat képezzenek. Így keletkeznek egymástól eltérő vegyületek.

Az allotróp módosítások stabilak. Egy bizonyos hőmérsékleten állandó nyomás mellett ezek az anyagok egymásba alakulhatnak át.

Különböző atomszámú molekulákból allotróp módosulatok képződhetnek. Például az oxigén elem ózont (O3) és maga az anyag oxigént (O2) képez.

Az allotróp módosítások különböző kristályszerkezettel rendelkezhetnek. Ilyen vegyületek például a gyémánt és a grafit. Ezek az anyagok a szén allotróp módosulatai. Ez a kémiai elem öt hatszögletű és köbös gyémántot, grafitot, karabélyt képezhet (két formában).

A hatszögletű gyémánt meteoritokban található, és laboratóriumi körülmények között, nagyon magas nyomáson történő hosszan tartó hevítéssel nyerik.

A gyémánt a természetben létező összes anyag közül a legkeményebb. Kövek fúrására és üveg vágására használják. A gyémánt színtelen, átlátszó anyag, amely erősen töri a fényt. A gyémántkristályoknak arcközpontú köbös rácsuk van. A kristály atomjainak fele egy kocka lapjainak és csúcsainak középpontjában, az atomok fennmaradó fele pedig egy másik kocka lapjainak és csúcsainak középpontjában található, amely az elsőhöz képest el van tolva. a térbeli átló. Az atomok egy tetraéderes háromdimenziós hálózatot alkotnak, amelyben vannak

Az összes egyszerű anyag közül csak a gyémánt tartalmazza a maximális számú atomot, amelyek nagyon sűrűn vannak elrendezve. Ezért a kapcsolat nagyon erős és szilárd. A szén-tetraéderben lévő erős kötések magas vegyszerállóságot biztosítanak. A gyémántra csak nyolcszáz fokos hőmérsékleten lehet hatni fluorral vagy oxigénnel.

Levegő hozzáférés nélkül, nagy hőhatásnak kitéve a gyémánt grafittá alakul. Ezt az anyagot sötétszürke kristályok képviselik, és gyenge fémes fényű. Az anyag tapintásra olajos. A grafit hőálló, és viszonylag magas hő- és elektromos vezetőképességgel rendelkezik. Az anyagot ceruzák gyártásához használják.

A karbynt szintetikus úton nyerik. Ez egy fekete szilárd anyag, üveges fényű. Levegő hozzáférés nélkül melegítéskor a karbin grafittá alakul.

A szénnek van egy másik formája is - egy amorf, rendezetlen szerkezet, amelyet széntartalmú vegyületek melegítésével nyernek. Természetes körülmények között nagy mennyiségű szén található. Ebben az esetben az anyagnak több fajtája van. A szén lehet korom, csontszenes vagy koksz.

Amint már jeleztük, egy elem allotróp módosulatait különböző interatomikus szerkezetek jellemzik. Ezenkívül különböző kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek.

A kén egy másik elem, amely allotrópiára képes. Ezt az anyagot az ókor óta használják az emberek. A kénnek különböző allotróp módosulatai vannak. A legnépszerűbb a rombusz alakú. Ez egy sárga szilárd anyag. A rombos ként a víz nem nedvesíti (lebeg a felszínen). Ezt a tulajdonságot az anyag extrakciója során használják fel. Az ortorombikus kén szerves oldószerekben oldódik. Az anyag elektromos és hővezető képessége gyenge.

Ezenkívül van műanyag és monoklin kén. Az első egy barna amorf (gumiszerű) massza. Akkor keletkezik, amikor az olvadt ként hideg vízbe öntik. A monoklinikát sötétsárga tűk formájában mutatják be. A szobahőmérséklet (vagy ahhoz közeli) hőmérséklet hatására mindkét módosulás rombos kénné alakul.

Az emberek a természetben létező szűk színtartományt (a szivárvány színeit) képesek megkülönböztetni. Szín A látható spektrum a 750x10 -9 m (ami a vörös irányú fény szélének felel meg) és a 250x10 -9 m hullámhossz (ami a fény ibolya irányú szélének felel meg) között van. Minden tárgynak vagy anyagnak van bizonyossága szín, megkülönböztetve más hasonló alakú és méretű tárgyaktól. Ez az elem képes elnyelni és visszaverni a fényt. Mint tudják, a nappali fény - fehér (ez az a fény, amelyet egy tárgy színének értékelésekor figyelembe veszünk) 3 alapszínből áll: zöld, kék és piros. pontosan a szivárvány 7 színéből áll, amelyek viszont ebből a 3 színből alakulnak ki.

Egy tárgy színét a felületéről visszaverődőnek, a tárgy felületéről visszaverődő hullámhosszt vagy a tárgy által kibocsátott fényt látjuk. Így a tárgy pontosan azt a színt kapja, amelyet tükröz. A fennmaradó színeket a tárgy elnyeli, és nem jut el a szemünk retinájához.

A cukorkristályok átlátszóak, de olyan színben látjuk, aminek a fénye a felületére esik, a fény többszörösen visszaverődik és megtörik a kristályok felületén

A fényben a színárnyalatok kialakulásának természete az anyag szerkezetének velejárója. A fizika tantárgyból tudunk az atom Bohr-modelljének létezéséről, ahol az elektronok keringenek az atom körül (mint a bolygók a Nap körül). Minden elektronnak van egy bizonyos energiaszintje (a könnyebb érthetőség kedvéért hasonlítsuk össze ezeket a szinteket egy többemeletes épület emeleteivel). Egyik emeletről a másikra haladva energia szabadul fel - ha alacsonyabb szintre megy át, és energia nyelődik el - magasabb szintre költözéskor. Az energia felszabadulása nem más, mint egy bizonyos színű fény kibocsátása (olyan hullámhosszúság, amelynek energiája pontosan megfelel a végrehajtott átmenetnek). Energiaelnyelés akkor következik be, amikor a fény egy tárgyhoz ér.

Az összetett anyagok, mint tudjuk, egyszerűbb anyagokból állnak, amelyek molekuláris szinten kapcsolódnak egymáshoz. Egyes anyagok kémiai kötése erősebb, mások kevésbé erősek. Minél erősebb az atomok közötti kötés egy anyagban, annál kevésbé intenzív és világosabb a szín. Ez azzal magyarázható, hogy az atomokat összekötő elektronok „nehezebben” mozognak különböző energiaszintekre („a ház padlóira”). , vagyis az elektronok kevésbé „szabadok”. Gyenge kötés esetén a kötő elektronok képesek elhagyni energiaszintjüket és a szomszédos szintekre mozogni, mind a saját atomjuk, mind a szomszédos atomok közelében. Ez az oka a gyenge kémiai kötésekkel rendelkező anyagok széles abszorpciós spektrumának. Minél több különböző atom van, amelyek gyenge kötéssel rendelkeznek, annál nagyobb az abszorpciós spektrum, minél intenzívebb az anyag színe, annál feketébb.

Miért fehér a kristálycukor, de maga a kristály átlátszó? A kristály felülete szinte ideális, sima, mivel simaságát és egyenletességét tekintve kristályrács alkotja, tükörfelülethez hasonlítható. Tudniillik a tükör nagyon jól visszaveri a ráeső sugarakat. A tükör egy sima és nagyon vékony ezüstlemez réteg az üveg felületén. A cukorkristály a tükörrel ellentétben fényáteresztő képességgel is rendelkezik, mivel a szélei átlátszóak. A kristály felületére eső fény részben visszaverődik egy lapos és sima felületről, megtörik, áthalad a felső felületen, áthalad a kristályon, részben visszaverődik az alsó felületről, megtörik és elhagyja a kristályt. A fény áthaladt a kristályon – ezért látjuk a kristályt átlátszónak. Mi történik, ha sok kristály van? Ebben az esetben szinte ugyanaz történik, de a kép némileg megváltozik. Ugyanezek a jelenségek minden cukorkristálynál előfordulnak, ugyanakkor, amikor a fény elhagyja az egyik kristályt, azonnal belép a másikba, és a kép ismétlődik.

Tehát a fény több tíz, száz és több ezer kristályon át tud haladni, és ugyanaz fog megtörténni minden kristályban. Ebben az esetben a fény többszörös visszaverődést kap a szomszédos kristályok lapjairól, és ismét visszatér a kristályhoz, amíg már nem kerülnek új kristályok az útjába. Így a fényenergia felhalmozódik a kristályokban, amelyek mintegy „nem bocsátanak ki fényt”. Ezért látjuk a kristálycukrot fehérnek, vagy inkább annak a színnek, amellyel megvilágítjuk.

Különböző környezetekben másként történik. A fénytörés annak a közegnek a törésmutatójától függ, amelyen a fény áthalad. A törésmutató megegyezik a vákuumban lévő fénysebesség és a törést meghatározó közegben lévő fénysebesség matematikai arányával. A közeg fénytörése a beesési szög és a törésszög (sin) matematikai arányaként is meghatározható. Minél nagyobb a közeg sűrűsége, annál nagyobb a törésmutatója. Például levegő n (levegő) = 1,0002926; víz 1,332986; gyémánt 2,419; Vagyis ha összehasonlítjuk a levegőn, vízen és gyémánton keresztül történő megtekintéskor kapott tárgyak rajzait, akkor a leggörbültebb kép a gyémánton keresztüli megtekintéskor lesz.

1 oldal

Az átlátszó anyagot szerkezete szerint amorf és kristályosra osztják. Az amorf anyag egy része átlátszó és átlátszatlan kristályok közötti kötőanyag, vagy 4-120 mikron átmérőjű szemcsék formájában jelenik meg. A kisebb átmérőjű golyók általában homogének, míg a nagyobbak amorfok vagy amorfok, kristályos zárványokkal. Az amorf golyók többsége színtelen vagy barnássárga vagy fekete. A fekete golyókat gyakran 1-2 μm széles kristályos fényudvar veszi körül, vagy kristályhéjak veszik körül. A kapott N értékeket figyelembe véve feltételezhető, hogy az amorf anyag főként különböző kémiai összetételű üveges tömegből áll.  

Egy átlátszó anyagnak, például egy ablaküvegnek bizonyos mennyiségű abszorbens zárványt is tartalmaznia kell, mivel a fény intenzitása enyhén csökken, ha egy ilyen lapot a fénysugarak útjába helyeznek. Ráadásul az üveg kicsit felmelegszik.  

A nem fekete átlátszó anyagok a rájuk eső sugárzás egy részét továbbítják. Határozzuk meg a Tv és m áteresztőképességi együtthatókat az anyag által átbocsátott spektrális és összenergia töredékeiként.  

A gyémánt színtelen, átlátszó anyag, amely rendkívül erősen töri meg a fénysugarakat. Arcközpontú köbös rácsban kristályosodik ki. Ebben az esetben az atomok egyik fele az egyik kocka lapjainak csúcsaiban és középpontjaiban található, a másik pedig egy másik kocka lapjainak csúcsaiban és középpontjaiban, az elsőhöz képest a térbeli irányába eltolva. átlós. Az atomok távolsága a tetraéderben 0,154 nm.  

Az elektromágneses hullámok számára átlátszó anyagok dielektrikumok, amelyek mágneses tulajdonságai nagyon kevéssé függenek típusuktól, így relatív mágneses áteresztőképességük egységnek tekinthető.  

Az elektromágneses hullámok számára átlátszó anyagok olyan dielektrikumok, amelyek mágneses tulajdonságai nagyon kevéssé függenek típusuktól, így relatív mágneses áteresztőképességük egységnyire tehető.  

Számos átlátszó anyag, amelyet molekuláris vagy kristályos szerkezetükben a szimmetria hiánya jellemez, képes elforgatni a polarizált sugárzás síkját. Az ilyen anyagokat optikailag aktívnak nevezzük.  

A polarizált sugárzás síkját forgatni képes sok átlátszó anyag, amelyekre jellemző a molekula- vagy kristályszerkezet szimmetria hiánya (a síkpolarizált sugárzás természetéről a fejezetben található rövid tájékoztatás. Az ilyen anyagokat optikailag aktívnak nevezzük). A polarizációs sík elfordulási szöge nagymértékben változik az egyes optikailag aktív vegyületektől a másikig. valamint a sugárzás hullámhosszán és a hőmérsékleten.  

Minden átlátszó anyagnak saját abszorpciós spektruma van. Ha egy átlátszó anyag egyenletesen nyeli el az összes színű sugarat, akkor áteresztő fényben, fehér fénnyel megvilágítva, színtelen, színnel megvilágítva pedig olyan színű, mint a sugarak, amelyekkel megvilágítják. Az összes színű sugarak nagyon erős elnyelésével a test feketének tűnik számunkra. Ha egy test szelektív abszorpcióval rendelkezik, akkor az általa átbocsátott színek egyikének sugaraival megvilágítva a test ugyanolyan színűre festődik.  

Számos átlátszó anyag, amelyet molekula- vagy kristályszerkezetükben a szimmetria hiánya jellemez, képes elforgatni a polarizált sugárzás síkját. Az ilyen anyagokat optikailag aktívnak nevezzük. Közülük a leghíresebb a kvarc és a cukor. Azonban sok szerves és szervetlen vegyület is rendelkezik ezzel a tulajdonsággal. A polarizációs sík elfordulási szöge széles tartományban változik a különböző anyagoknál. A forgatást jobbra () nevezzük, ha az óramutató járásával megegyező irányban történik a fénysugár felé néző szemlélő, és balra (-), ha az óramutató járásával ellentétes irányban. Bármely összetett anyag esetében a forgásszög a fénysugár útjában elhelyezkedő molekulák számától, vagy oldat esetén ez utóbbi koncentrációjától és az edény hosszától függ. Ez függ a sugárzás hullámhosszától és hőmérsékletétől is.  

Az előző bekezdések anyagának tanulmányozásakor már megismerkedett néhány anyaggal. Például egy hidrogéngáz molekula a hidrogén kémiai elem két atomjából áll - H + H = H2.

Az egyszerű anyagok olyan anyagok, amelyek azonos típusú atomokat tartalmaznak

Az Ön által ismert egyszerű anyagok a következők: oxigén, grafit, kén, nitrogén, minden fém: vas, réz, alumínium, arany stb. A kén csak a kén kémiai elem atomjaiból áll, míg a grafit a szén kémiai elem atomjaiból áll.

Világos különbséget kell tenni a fogalmak között "kémiai elem"És "egyszerű dolog". Például a gyémánt és a szén nem ugyanaz. A szén kémiai elem, a gyémánt pedig egy egyszerű anyag, amelyet a szén kémiai elem alkot. Ebben az esetben a kémiai elemet (szén) és az egyszerű anyagot (gyémántot) másképp nevezik. Egy kémiai elemet és a hozzá tartozó egyszerű anyagot gyakran ugyanazzal a névvel neveznek. Például az oxigén elem egy egyszerű anyagnak - oxigénnek - felel meg.

Meg kell tanulni megkülönböztetni, hogy hol beszélünk elemről és hol anyagról! Például amikor azt mondják, hogy az oxigén a víz része, akkor az oxigén elemről beszélünk. Amikor azt mondják, hogy az oxigén a légzéshez szükséges gáz, akkor az egyszerű oxigénről beszélünk.

A kémiai elemek egyszerű anyagait két csoportra osztják - fémek és nem fémek.

Fémek és nemfémek fizikai tulajdonságaikban gyökeresen különböznek egymástól. Normál körülmények között minden fém szilárd anyag, kivéve a higanyt. az egyetlen folyékony fém. A fémek átlátszatlanok és jellegzetes fémes fényűek. A fémek képlékenyek és jól vezetik a hőt és az elektromosságot.

A nemfémek fizikai tulajdonságaikban nem hasonlítanak egymásra. Tehát a hidrogén, az oxigén, a nitrogén gázok, a szilícium, a kén, a foszfor szilárd anyagok. Az egyetlen folyékony nemfém a bróm, egy barnásvörös folyadék.

Ha hagyományos vonalat húzunk a bór kémiai elemtől az asztatin kémiai elemig, akkor a Periodikus Rendszer hosszú változatában a vonal felett nemfémes elemek vannak, alatta pedig - fém. A periódusos rendszer rövid változatában ez alatt a vonal alatt nem fémes elemek találhatók, felette pedig fémes és nemfémes elemek egyaránt. Ez azt jelenti, hogy a periódusos rendszer hosszú változatával kényelmesebb meghatározni, hogy egy elem fémes vagy nem fémes. Ez a felosztás önkényes, mivel minden elem így vagy úgy fémes és nemfémes tulajdonságokkal is rendelkezik, de a legtöbb esetben ez az eloszlás megfelel a valóságnak.

Összetett anyagok és osztályozásuk

Ha az egyszerű anyagok összetétele csak egy típusú atomot tartalmaz, akkor könnyen kitalálható, hogy az összetett anyagok összetétele többféle különböző atomot tartalmaz, legalább kettőt. Példa egy összetett anyagra a víz, ismeri a kémiai képletét - H2O. A vízmolekulák kétféle atomból állnak: hidrogénből és oxigénből.

Komplex anyagok- különböző típusú atomokat tartalmazó anyagok

Végezzük el a következő kísérletet. Keverje össze a ként és a cinkport. Helyezze a keveréket egy fémlapra, és fáklya segítségével gyújtsa meg. A keverék meggyullad és gyorsan megég, erős lánggal. A kémiai reakció befejeződése után egy új anyag keletkezett, amely kén- és cinkatomokat tartalmazott. Ennek az anyagnak a tulajdonságai teljesen eltérnek a kiindulási anyagok - kén és cink - tulajdonságaitól.

A komplex anyagokat általában két csoportra osztják: szervetlen anyagok és származékaik, valamint szerves anyagok és származékaik. Például a kősó szervetlen anyag, a burgonyában lévő keményítő pedig szerves anyag.

Az anyagok szerkezetének típusai

Az anyagokat alkotó részecskék típusa alapján az anyagokat anyagokra osztják molekuláris és nem molekuláris szerkezet.

Az anyag különféle szerkezeti részecskéket tartalmazhat, például atomok, molekulák, ionok. Ebből következően háromféle anyag létezik: atomi, ionos és molekuláris szerkezetű anyagok. A különböző típusú szerkezetű anyagok eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek.

Atomszerkezetű anyagok

Az atomi szerkezetű anyagok példái a szén elem által alkotott anyagok: grafit és gyémánt. Ezek az anyagok csak szénatomot tartalmaznak, de ezeknek az anyagoknak a tulajdonságai nagyon eltérőek. Grafit– szürkésfekete színű, törékeny, könnyen hámló anyag. gyémánt– átlátszó, az egyik legkeményebb ásvány a bolygón. Miért különböznek egymástól az azonos típusú atomokból álló anyagok? Mindez ezen anyagok szerkezetén múlik. A grafitban és a gyémántban lévő szénatomok különböző módon kapcsolódnak egymáshoz. Az atomi szerkezetű anyagok magas forrás- és olvadásponttal rendelkeznek, általában vízben oldhatatlanok és nem illékonyak.

Kristályrács – a kristály szerkezetének elemzésére bevezetett segédgeometriai kép

Molekulaszerkezetű anyagok

Molekulaszerkezetű anyagok– Ezek szinte mind folyadékok és a legtöbb gáznemű anyag. Vannak olyan kristályos anyagok is, amelyek kristályrácsa molekulákat tartalmaz. A víz molekuláris szerkezetű anyag. A jégnek is van molekuláris szerkezete, de a folyékony víztől eltérően kristályrácsa van, ahol minden molekula szigorúan rendezett. A molekulaszerkezetű anyagok alacsony forrás- és olvadásponttal rendelkeznek, általában törékenyek és nem vezetnek elektromosságot.

Ionos szerkezetű anyagok

Az ionos szerkezetű anyagok szilárd kristályos anyagok. Az ionos vegyület például a konyhasó. Kémiai képlete NaCl. Amint látjuk, a NaCl ionokból áll Na+ és Cl⎺, a kristályrács bizonyos helyein (csomópontjain) váltakozva. Az ionos szerkezetű anyagok magas olvadáspontú és forráspontúak, törékenyek, általában jól oldódnak vízben és nem vezetnek elektromosságot.

Nem szabad összetéveszteni az „atom”, a „kémiai elem” és az „egyszerű anyag” fogalmát.

• "Atom"– sajátos fogalom, hiszen az atomok valóban léteznek.
• "kémiai elem"– ez egy gyűjtőfogalom, elvont fogalom; A természetben egy kémiai elem szabad vagy kémiailag kötött atomok, azaz egyszerű és összetett anyagok formájában létezik.

A kémiai elemek és a megfelelő egyszerű anyagok neve a legtöbb esetben megegyezik.

Amikor egy keverék anyagáról vagy összetevőjéről beszélünk - például egy lombikot klórgázzal, bróm vizes oldatával töltenek meg, vegyünk egy darab foszfort -, akkor egy egyszerű anyagról beszélünk. Ha azt mondjuk, hogy egy klóratom 17 elektront tartalmaz, az anyag foszfort, a molekula két brómatomból áll, akkor kémiai elemet értünk.

Különbséget kell tenni egy egyszerű anyag (részecskegyűjtemény) tulajdonságai (jellemzői) és egy kémiai elem (egy bizonyos típusú izolált atom) tulajdonságai (jellemzői) között, lásd az alábbi táblázatot:

Az összetett anyagokat meg kell különböztetni keverékek, amelyek szintén különböző elemekből állnak.

A keverék összetevőinek mennyiségi aránya változó lehet, de a kémiai vegyületek állandó összetételűek.

Például egy pohár teába adhatsz egy kanál cukrot vagy több szacharózmolekulát. С12Н22О11 pontosan tartalmazza 12 szénatom, 22 hidrogénatom és 11 oxigénatom.

Így a vegyületek összetétele egy kémiai képlettel és az összetétellel írható le nincs keverék.

A keverék összetevői megőrzik fizikai és kémiai tulajdonságaikat. Például, ha vasport keverünk kénnel, két anyag keveréke képződik. Ebben a keverékben a kén és a vas is megőrzi tulajdonságait: a vasat mágnes vonzza, a ként pedig nem nedvesíti a víz, és a felületén lebeg.

Ha a kén és a vas reakcióba lép egymással, új vegyület keletkezik a képlettel FeS, amely nem rendelkezik sem a vas, sem a kén tulajdonságaival, de rendelkezik saját tulajdonságokkal. Kapcsolatban FeS a vas és a kén egymáshoz kötődnek, és a keverékek szétválasztására használt módszerekkel nem lehet szétválasztani őket.

Így az anyagok több paraméter szerint osztályozhatók:

Következtetések a témában megjelent cikkből Egyszerű és összetett anyagok

• Egyszerű anyagok- olyan anyagok, amelyek azonos típusú atomokat tartalmaznak
• Az egyszerű anyagokat fémekre és nemfémekre osztják
• Komplex anyagok- különböző típusú atomokat tartalmazó anyagok
• Az összetett anyagokat a szerves és szervetlen
• Vannak atomi, molekuláris és ionos szerkezetű anyagok, tulajdonságaik eltérőek
• Kristály cella– a kristályszerkezet elemzéséhez bevezetett segédgeometriai kép