Классификация химических веществ

По составу химические соединения бывают простыми и сложными. Простое вещество- это вещество, образованное путем сочетания атомов одного и того же элемента, и является формой существования химических элементов в свободном состоянии.

Химический элемент – это вид атомов, обозначенный определенными символами и имеющий определенную совокупность химических свойств.

В природе существует явление аллотропии. Аллотропия – это образование одним и тем же химическим элементом различных веществ. Это явление обусловлено различием числа атомов в молекулах вещества или иным типом решетки (например, кислород О ₂; озон О ₃).

В настоящее время известно более 110 химических элементов и около 400 простых веществ.

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. Данный тип классификации сложился исторически на основе практического опыта. Металлы – это химические элементы, способные отдавать электроны. Неметаллы – это электроотрицательные элементы, способные присоединять электроны. В таблице Менделеева граница металлы –неметаллы условно идет по диагонали бор-астат (металлы расположены слева, а неметаллы –справа). Элементы вблизи диагонали имеют промежуточные свойства (например, полупроводники).

Сложные вещества – это вещества, состоящие из комбинаций простых веществ. Сложные вещества подразделяются на неорганические (300000 видов) и органические, которых еще больше. В свою очередь неорганические вещества бывают пяти классов:

- оксиды (содержат кислород);

- гидроксиды (содержат ОН);

- кислоты (содержат кислотный остаток, например, SO 4);

- амфотерные гидроксиды;

- соли (содержат металлы).

Оксиды – это соединения двух элементов, в которых атомы кислорода связаны с атомами другого элемента.

Гидроскиды (щелочи) – это вещества, которые в водном растворе диссоциируют с образование катионом металла, анионов гидроксила и не образуют других анионов.

Амфотерные гидроксиды – это гидроксиды, которые в водном растворе диссоциируют с образованием катионов водорода Н+ и анионов ОН-, т.е. проявляют свойства кислот и оснований.

Кислоты – это химические соединения, которые в водном растворе диссоциируют на катионы водорода и анионы кислотного остатка.

Соли – это химические соединения, которые в воде диссоциируют на катионы металла и анионы кислотного остатка. Все классы химических соединений неорганического типа находятся в генетической взаимосвязи, которая может быть представлена в виде схемы:

Металлы Неметаллы

Основные оксиды Кислотные оксиды

Гидроксиды Кислоты

Соли

Рис. 8.2.Схема генетической взаимосвязи неорганических соединений

При этом условном обозначении необходимо учитывать наличие обратных связей между сложными неорганическими веществами.

Органическими называют соединения углерода, атомы которого связаны с атомами других элементов, преимущественно малополярными связями. В природе эти соединения встречаются исключительно в организмах растений и животных и являются продуктами жизнедеятельности или распада этих организмов.

Для органических соединений характерен ряд отличительных признаков и свойств, которые составляют предмет для отдельной области химии – органической химии. В основном эти отличия обусловлены особенностями свойств углерода:

- в периодической системе элементов углерод расположен между типичными металлами и неметаллами, проявляет ковалентность, равную 4, и способен соединяться со многими элементами;

- его атомы способны соединяться друг с другом, образуя прочные, иногда весьма длинные цепи: линейные, разветвленные, колцеобразные; связь в цепочках между атомами углерода может быть одинарной, двойной и тройной;

- в типичных химических превращениях углеродная структура органической молекулы не нарушается, а в реакции принимают участие периферийные группы, которые носят название функциональных, или атомы, связанные кратными связями;

- молекулы органических соединений при одинаковом составе и равных молекулярных массах могут иметь различную структуру и различные свойства. Это явление называют изомерией, оно объясняет существование огромного числа органических соединений;

- огромное разнообразие органических соединений состоит из небольшого числа химических элементов: углерода, водорода, кислорода, фосфора, серы, галогенов. В отдельных случаях в состав органических соединений могут входить металлы;

- для углерода не характерны соединения с ионными связями. Подавляющее большинство органических молекул построены на основе ковалентных связей, поэтому органические вещества являются неэлектролитами и не диссоциируют в растворах. Реакции протекают в молекулярной форме с небольшой скорость;

- Температура плавления органических соединений лежит в интервале 100-200 С, реже -300-400 С. В присутствии кислорода подавляющее большинство органических соединений полностью сгорает с образованием диоксида углерода и воды. При нагревании без доступа воздуха органические вещества преобразуются в вещества с другими свойствами вследствие структурной перестройки.

В биосфере органические вещества играют важную роль, участвуя во всех процессах растительных и животных организмов. В качестве отдельных групп органических соединений выступают ферменты, гормоны, витамины и т.п.

Теория химического строения органических соединений была предложена в 60-е годы XIX века русским химиком А.М. Бутлеровым. Дополненная современными представлениями о природе химической связи, пространственной структуре молекул, характере взаимного влияния атомов и молекул, эта теория составляет фундамент органической химии наших дней.