Чем обусловлены различия в физических свойствах металлов


Физические свойства металлов ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ - НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 12. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

§ 12.2. Физические свойства металлов

 

Механическое воздействие на кристалл с ковалентной связью влечет смещение отдельных слоев атомов, вследствие чего связи разрываются и кристалл разрушается (рис. 12.1, а). Такое же действие на кристалл с металлической связью также вызывает смещение слоев атомов, однако благодаря перемещению электронов по всему кристаллу разрыва связей не происходит (рис. 12.1, б). Для металлов характерна высокая пластичность. Она уменьшается в ряда Au, Ag, Сu, Sn, Pb, Zn, Fe. Золото, например, можно прокатывать в листы толщиной не более 0,003 мм, которые используют для позолоты различных предметов.

Для всех металлов характерен металлический блеск, обычно серый цвет и непрозрачность, что связано с наличием свободных электронов.

Тот факт, что металлы имеют хорошую электрическую проводимость, объясняется наличием в них свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов приобретают направленного движения от отрицательного полюса к положительному.

С повышением температуры усиливается колебания атомов (ионов), что затрудняет направленный движение электронов и тем самым приводит и к уменьшению электрической проводимости. При низких колебания температур, наоборот, сильно уменьшается и электрическая проводимость резко возрастает. Наибольшую электрическую проводимость имеют серебро и медь. За ними идут золото, алюминий, железо. Наряду с медными изготавливают и алюминиевые электрические провода.

Кстати, отметим, что у неметаллов, которым свойственна проводимость с повышением температуры электрическая проводимость растет, что обусловлено увеличением числа свободных электронов за счет разрыва ковалентных связей. При низких же температурах неметаллы ток не проводят вследствие отсутствия свободных электронов. В этом главное различие между физическими свойствами металлов и неметаллов.

В основном при обычных условиях теплопроводность металлов изменяется в такой же последовательности, как и их электрическая проводимость. Теплопроводность обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры в массе металла. Наибольшая теплопроводность - у серебра и меди, наименьшая - в бісмуту и ртути.

Разная плотность металлов. Она тем меньше, чем меньше атомная масса элемента-металла и чем больше радиус его атома. Самый легкий из металлов - литий (плотность 0,53 г/см3), самый тяжелый - осмий (плотность 22,6 г/см3). Как уже отмечалось, металлы с плотностью менее 5 г/см называются легкими, остальные - тяжелыми.

Рис. 12.1. Смещение слоев в кристаллах с решеткой:

а - атомной; б - металлической

Различные температуры плавления и кипения металлов. Самый легкоплавкий металл - ртуть, ее температура плавления

- 38,9°С, цезий и галлий плавятся соответственно при 29,0 и 29,8°С. Вольфрам - наиболее тугоплавкий металл, температура его плавления 390°С. Он применяется для изготовления нитей электроламп. Металлы, которые плавятся при температуре свыше 1 000°С, называют тугоплавкими, при более низкой - легкоплавкими. Значительное различие в температурах плавления и кипения следует объяснять различием в прочности химической связи между атомами в металлах. Исследования показали, что в чистом виде металлическая связь характерна только для щелочных и щелочноземельных металлов. Однако в других металлов, особенно переходных, часть валентных электронов локализована, то есть осуществляет ковалентные связи между соседними атомами. А поскольку ковалентная связь прочнее, чем металлический, то в переходных металлов температуры плавления и кипения, как это видно из рис. 12.2, намного выше, чем у щелочных и щелочноземельных.

Металлы отличаются по твердости. Самый твердый металл - хром (режет стекло), самые мягкие - калий, рубидий и цезий. Они легко режутся ножом.

Металлы имеют кристаллическое строение. Большинство из них кристаллизуются в кубической решетке (см. рис. 3.18).

атомно-физические свойства элементов периода 3

АТОМНО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ ПЕРИОДА 3

 

Эта страница описывает и объясняет тенденции изменения атомных и физических свойств элементов периода 3 от натрия до аргона. Он охватывает энергию ионизации, атомный радиус, электроотрицательность, электропроводность, температуру плавления и температуру кипения.

Эти темы освещены в различных местах на сайте, и эта страница просто объединяет все воедино - со ссылками на исходные страницы, если вам нужна дополнительная информация по конкретным вопросам.

 

Атомарные свойства

Электронные структуры

В периоде 3 Периодической таблицы 3s и 3p-орбитали заполняются электронами. Напоминаем, что сокращенные версии электронных структур для восьми элементов:

Na [Ne] 3s 1
Mg [Ne] 3s 2
Al [Ne] 3s 2 3p x 1
Si [Ne] 3s 2 3p x 1 3p y 1
P [Ne] 3s 2 3p x 1 3p y 1 3p z 1
S [Ne] 3s 2 3p x 2 3p y 1 3p z 1
Cl [Ne] 3s 2 3p x 2 3p y 2 3p z 1
Ar [Ne] 3s 2 3p x 2 3p y 2 3p z 9 0032 2

В каждом случае [Ne] представляет полную электронную структуру атома неона.


Примечание: Если вас не устраивают электронные структуры, важно перейти по этой ссылке, прежде чем идти дальше.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.



Энергия первой ионизации

Энергия первой ионизации - это энергия, необходимая для удаления наиболее слабо удерживаемого электрона из одного моля газообразных атомов с образованием 1 моля газообразных ионов с зарядом 1+ каждый.

Это энергия, необходимая для выполнения этого изменения на моль X.

 

Схема энергий первой ионизации в периоде 3

Обратите внимание, что общая тенденция идет вверх, но она прерывается падениями между магнием и алюминием, а также между фосфором и серой.

Объяснение паттерна

Энергия первой ионизации регулируется:

  • заряд на ядре;

  • расстояние внешнего электрона от ядра;

  • - степень экранирования внутренними электронами;

  • независимо от того, находится ли электрон один на орбитали или один из пары.


Примечание: Если вы не уверены в причинах любого из этих утверждений, вы должны пойти и прочитать страницу об энергиях ионизации, прежде чем идти дальше.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Восходящий тренд

В течение всего периода 3 внешние электроны находятся на трехуровневых орбиталях. Это все одинаковые расстояния от ядра, и они экранируются одними и теми же электронами на первом и втором уровнях.

Основное различие заключается в увеличении количества протонов в ядре по мере перехода от натрия к аргону. Это вызывает большее притяжение между ядром и электронами и, таким образом, увеличивает энергию ионизации.

Фактически, возрастающий заряд ядра также притягивает внешние электроны ближе к ядру. Это увеличивает энергию ионизации еще больше по мере прохождения периода.

Падение на алюминий

Можно ожидать, что содержание алюминия будет больше, чем содержание магния из-за дополнительных протонов.Смещает это тот факт, что внешний электрон алюминия находится на 3p-орбитали, а не на 3s.

3p-электрон немного дальше от ядра, чем 3s-электрон, и частично экранирован 3s-электронами, а также внутренними электронами. Оба эти фактора компенсируют влияние дополнительного протона.

Падение серы

По мере того, как вы переходите от фосфора к сере, должно быть что-то дополнительное, компенсирующее эффект дополнительного протона

Экранирование идентично по фосфору и сере (от внутренних электронов и, в некоторой степени, от 3s-электронов), и электрон удаляется с идентичной орбитали.

Разница в том, что в случае серы удаляемый электрон является одним из пары 3p x 2 . Отталкивание между двумя электронами на одной орбитали означает, что электрон легче удалить, чем это могло бы быть в противном случае.

 

Атомный радиус

Тенденция

На диаграмме показано, как изменяется атомный радиус по мере прохождения периода 3.

Цифры, использованные для построения этой диаграммы, основаны на:

  • металлические радиусы для Na, Mg и Al;

  • ковалентных радиусов для Si, P, S и Cl;

  • радиус Ван-дер-Ваальса для Ar, поскольку он не образует сильных связей.

Будет справедливо сравнить металлический и ковалентный радиусы, потому что они оба измеряются в условиях сильной связи. Однако было бы несправедливо сравнивать их с радиусом Ван-дер-Ваальса.

Общая тенденция к уменьшению количества атомов за период НЕ нарушается на аргоне. Вы не сравниваете подобное с подобным. Единственный безопасный способ сделать это - игнорировать аргон в последующем обсуждении.


Примечание: Если вы не уверены в том, как измеряются атомные радиусы, обязательно перейдите по этой ссылке, прежде чем идти дальше.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Объяснение тенденции

Металлический или ковалентный радиус будет мерой расстояния от ядра до связывающей пары электронов. Если вы не уверены в этом, вернитесь и перейдите по последней ссылке.

От натрия до хлора, все связывающие электроны находятся на 3-м уровне, будучи экранированными электронами на первом и втором уровнях.Увеличивающееся число протонов в ядре по мере прохождения периода притягивает к нему связывающие электроны. Степень экранирования постоянна для всех этих элементов.


Примечание: Возможно, вы задаетесь вопросом, почему вы не получаете дополнительного экранирования от 3s-электронов в случае элементов от алюминия до хлора, где связь включает p-электроны.

В каждом из этих случаев до того, как произойдет связывание, существующие s- и p-орбитали реорганизуются (гибридизуются) в новые орбитали с равной энергией.Когда эти атомы связаны, не содержит 3s-электронов как таковых.

Если вы не знаете о гибридизации, просто проигнорируйте этот комментарий - он вам все равно не понадобится для целей UK уровня A.



Электроотрицательность

Электроотрицательность - это мера тенденции атома притягивать связывающую пару электронов.

Чаще всего используется шкала Полинга. Фтору (наиболее электроотрицательному элементу) присвоено значение 4.0, а значения варьируются до цезия и франция, которые являются наименее электроотрицательными при 0,7.

Тенденция

Тренд периода 3 выглядит следующим образом:

Обратите внимание, что аргон не включен. Электроотрицательность - это тенденция атома притягивать , связывающую пару электронов. Поскольку аргон не образует ковалентных связей, вы, очевидно, не можете приписать ему электроотрицательность.

Объяснение тенденции

Тенденция объясняется точно так же, как тенденция атомных радиусов.

По мере прохождения периода связывающие электроны всегда находятся на одном уровне - трехуровневом. Их всегда экранируют одни и те же внутренние электроны.

Отличается только количество протонов в ядре. По мере того, как вы переходите от натрия к хлору, количество протонов неуклонно увеличивается и, таким образом, более тесно притягивает связывающую пару.


Примечание: Если вы хотите более подробно обсудить электроотрицательность, перейдите по этой ссылке в раздел связывания на сайте.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



 

Физические свойства

В этом разделе рассматривается электрическая проводимость, а также температуры плавления и кипения элементов. Чтобы понять это, вы сначала должны понять структуру каждого из элементов.

 

Конструкции элементов

Структура элементов меняется в течение периода.Первые три - металлические, кремний - гигантский ковалентный, а остальные - простые молекулы.

Три металлических конструкции

Натрий, магний и алюминий имеют металлические структуры.

У натрия только один электрон на атом участвует в металлической связи - единственный 3s-электрон. В магнии задействованы оба его внешних электрона, а в алюминии - все три.


Примечание: Если вы не уверены в металлическом соединении, вы должны перейти по этой ссылке, прежде чем продолжить.Посмотрите также на дальнейшую ссылку на структуры металлов, которые вы найдете внизу этой страницы.

Используйте кнопку BACK (или меню GO или файл HISTORY) в вашем браузере, чтобы вернуться на эту страницу, когда вы будете готовы.



Еще одно отличие, о котором вам нужно знать, - это способ упаковки атомов в металлическом кристалле.

Натрий 8-координирован - к каждому атому натрия прикасаются только 8 других атомов.

И магний, и алюминий имеют 12-координату (хотя и немного по-разному).Это более эффективный способ упаковки атомов, ведущий к меньшему расходу места в металлических структурах и к более прочной связи в металле.


Примечание: Если этот разговор о координации ничего не значит для вас, вам нужно посмотреть страницу о металлических конструкциях, где это объясняется более подробно.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Гигантская ковалентная структура

Кремний имеет гигантскую ковалентную структуру, как и алмаз.Крошечная часть конструкции выглядит так:

Структура удерживается прочными ковалентными связями во всех трех измерениях.

 

Четыре простые молекулярные структуры

Структура фосфора и серы различается в зависимости от типа фосфора или серы, о которых вы говорите. Что касается фосфора, я предполагаю, что это обычный белый фосфор. Что касается серы, я предполагаю одну из кристаллических форм - ромбическую или моноклинную серу.

Атомы в каждой из этих молекул удерживаются вместе ковалентными связями (кроме, конечно, аргона).

В жидком или твердом состоянии молекулы удерживаются близко друг к другу за счет дисперсионных сил Ван-дер-Ваальса.


Примечание: Вы найдете подробное описание дисперсионных сил Ван-дер-Ваальса, перейдя по этой ссылке.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Электропроводность

  • Натрий, магний и алюминий являются хорошими проводниками электричества. Электропроводность увеличивается по мере перехода от натрия к магнию и алюминию.

  • Кремний - это полупроводник.

  • Остальные не проводят электричество.

Три металла, конечно, проводят электричество, потому что делокализованные электроны («море электронов») могут свободно перемещаться по твердому или жидкому металлу.

В случае кремния объяснение того, как полупроводники проводят электричество, выходит за рамки курсов химии уровня A. С алмазной структурой можно не ожидать, что она будет проводить электричество, но это так!

Остальные не проводят электричество, потому что представляют собой простые молекулярные вещества. Свободных электронов нет.

 

Температура плавления и кипения

График показывает, как точки плавления и кипения элементов меняются по мере продвижения в течение периода.Цифры отображаются в градусах Кельвина, а не в ° C, чтобы избежать отрицательных значений.

 

Лучше думать об этих изменениях в терминах типов структуры, о которых мы говорили далее на странице.

Металлоконструкции

Точки плавления и кипения трех металлов повышаются из-за увеличения прочности металлических связей.

Число электронов, которые каждый атом может внести в делокализованное «море электронов», увеличивается.Атомы также становятся меньше и содержат больше протонов по мере перехода от натрия к магнию и алюминию.

Аттракционы и, следовательно, точки плавления и кипения увеличиваются, потому что:

  • Ядра атомов заряжаются более положительно.

  • "Море" становится все более отрицательно заряженным.

  • «Море» все больше приближается к ядрам и тем сильнее притягивается.


Примечание: Температура кипения является лучшим показателем прочности металлических связей, чем температура плавления.Металлические связи все еще существуют в жидких металлах и не разрушаются полностью, пока металл не закипит.

Я не знаю, почему происходит такое небольшое повышение температуры плавления при переходе от магния к алюминию. Температура кипения алюминия намного выше, чем у магния - как и следовало ожидать.

Если вы встретите объяснение очень небольшого повышения температуры плавления от магния к алюминию с точки зрения прочности металлической связи, вам следует очень осторожно относиться к нему, если оно не объясняет, почему, несмотря на это, температура кипения алюминия намного выше, чем у магния.




Кремний

Кремний имеет высокие температуры плавления и кипения, потому что это гигантская ковалентная структура. Вы должны разорвать прочные ковалентные связи, прежде чем он расплавится или закипит.

Поскольку вы говорите о другом типе связи, нецелесообразно напрямую сравнивать точки плавления и кипения кремния и алюминия.

 

Четыре молекулярных элемента

Фосфор, сера, хлор и аргон - простые молекулярные вещества, между молекулами которых только ван-дер-ваальсовы притяжения.Их точки плавления или кипения будут ниже, чем у первых четырех членов периода, которые имеют гигантские структуры.

Размеры точек плавления и кипения полностью определяются размерами молекул. Запомните строение молекул:

фосфор

Фосфор содержит молекулы P 4 . Чтобы расплавить фосфор, вам не нужно разрывать ковалентные связи - только гораздо более слабые силы Ван-дер-Ваальса между молекулами.

сера

Сера состоит из S 8 колец атомов. Молекулы больше, чем молекулы фосфора, и поэтому притяжение Ван-дер-Ваальса будет сильнее, что приведет к более высокой температуре плавления и кипения.

Хлор

Хлор, Cl 2 , представляет собой молекулу гораздо меньшего размера со сравнительно слабым ван-дер-ваальсовым притяжением, поэтому хлор будет иметь более низкую температуру плавления и кипения, чем сера или фосфор.

Аргон

Молекулы аргона - это просто отдельные атомы аргона, Ar. Возможности для притяжения Ван-дер-Ваальса между ними очень ограничены, поэтому точки плавления и кипения аргона снова ниже.

 

Примечание: На этой странице я описал отдельный атом аргона как молекулу. Это основано на старом определении этого слова. В настоящее время ИЮПАК утверждает, что молекула должна иметь более одного атома.Итак, в нынешнем определении я не должен использовать термин для обозначения аргона.

Однако исключение частиц аргона из термина «молекула» просто добавляет ненужных сложностей к потоку этой страницы - например, это усложняет жизнь, если вы говорите о «молекулярных элементах» и межмолекулярных силах. Нелогично описывать аргон как обладающий межмолекулярными силами, если его основные частицы не являются молекулами. Итак, я буду продолжать использовать первоначальное определение, которое Британская энциклопедия определяет как «наименьшую идентифицируемую единицу, на которую можно разделить чистое вещество, но при этом сохраняя состав и химические свойства этого вещества.«

Тебе нужно об этом беспокоиться? Почти наверняка нет - мне удалось провести почти 50 лет в химическом образовании, даже не осознавая, что старое определение было изменено, пока кто-то недавно не указал мне на это.



 
 

Куда бы вы хотели отправиться сейчас?

В меню «Период 3». . .

В меню «Неорганическая химия».. .

В главное меню. . .

 

© Джим Кларк 2005 (последнее изменение - май 2018 г.)

.

Каковы свойства материи? (с иллюстрациями)

Свойства материи - это характеристики элементов, составляющих вселенную. Они включают в себя массу и объем, самые основные измерения физического объекта. Материя обычно делится на физические свойства, которые можно наблюдать без изменения объекта, и химические свойства, которые можно узнать только с помощью химических реакций. Кроме того, элементы образуют основные типы материи, перечисленные в соответствии с их атомарными свойствами.

В периодической таблице элементов перечислены простейшие типы материи в мире.

Масса - самое основное из свойств материи, потому что она измеряет количество вещества внутри объекта, на которое могут действовать физические силы, такие как гравитация.Всякая материя имеет массу и, следовательно, занимает объем. Плотность - это мера массы, определяемая как количество массы, деленное на единицу объема. Плотность вещества зависит от его температуры и давления.

Свойства материи зависят от заряда протонов, нейтронов и электронов каждого атома.

Физические свойства материи можно наблюдать без изменения анализируемого объекта. Они различаются в зависимости от каждого элемента или соединения и включают, среди прочего, точки кипения, плавления и замерзания, а также плотность. Свойства природных объектов в повседневной жизни, такие как твердость алмазов или текучесть воды, являются физическими свойствами.Состояние - важное свойство материи: оно описывает различные конфигурации, которые имеет вещество при разной плотности, например состояния воды в виде льда, жидкости и пара.

Химические свойства вещества меняются после химической реакции, и поэтому их нельзя наблюдать без изменения самой материи.Химические изменения означают, что свойства по крайней мере одного из двух или более веществ изменились в результате их реакции. Обычно химические свойства включают реактивность, pH, токсичность и скорость реакции. Ржавчина железа во влажной среде - это химическое свойство.

Материя состоит из атомов и состоящих из них молекул.Свойства материи в конечном итоге происходят от зарядов протонов, нейтронов и электронов, строительных блоков атомов. В периодической таблице элементов перечислены простейшие типы материи в мире. Число и заряд частиц в данном атоме определяют, какой это элемент и как он будет реагировать с другими.

Материя обычно образует связи, с помощью которых отдельные атомы соединяются в молекулы.Связывающие свойства вещества зависят от числа и заряда электронов, а также заряда ядер в центре каждого атома. Большая часть вещества удерживается вместе связями, созданными за счет конфигурации электронов в пространствах между атомными ядрами, поэтому свойства связи определяют многие свойства веществ. Соединения вещества можно классифицировать в зависимости от того, какие связи удерживают их атомы вместе и какие реакции будут разделять их обратно на составляющие элементы.

Химические свойства вещества изменяются после химической реакции. .

Разница между физическим изменением и химическим изменением (со сравнительной таблицей)

В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся со многими изменениями в нашем окружении, хотя мы их не замечаем, такими как скисание молока, ржавление железа, растяжение резины группа, хлеб превращается в тосты, плавление воска, зажигание спички и т. д. Все эти изменения, происходящие вокруг нас, являются физическими или химическими изменениями. Физические изменения - это изменения, которые изменяют физические свойства вещества без изменения их внутренней структуры.

С другой стороны, химическое изменение - это изменение, которое влияет на внутреннюю структуру вещества с образованием нового вещества. Итак, прочтите статью, чтобы понять разницу между физическим изменением и химическим изменением.

Содержание: физическое изменение против химического изменения

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Пример одновременного появления обоих изменений
  5. Заключение

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Физическое изменение Химическое изменение
Значение Физическое изменение относится к изменению, при котором молекулы перестраиваются, но их внутренний состав остается прежним. Химическое изменение - это процесс, при котором вещество превращается в новое вещество, имеющее другой химический состав.
Пример Разрыв бумаги, таяние / замерзание воды, рубка деревьев и т. Д. Горение дерева / деревьев / бумаги, ржавчина железа, застывание творога и т. Д.
Природа Реверсивный Необратимый
Исходный материал Можно восстановить Невозможно восстановить
Включает Изменение физических свойств вещества, т.е.е. форма, размер, цвет и т. д. Изменение химических свойств и состава вещества.
Формирование продукта Новый продукт не создается. Формируется новый продукт.
Энергия Поглощение и выделение энергии не происходит. Поглощение и выделение энергии происходят во время реакции.

Определение физического изменения

Физическое изменение - это процесс, при котором вещество испытывает изменение своих физических свойств, таких как форма, размер, цвет, объем, внешний вид, состояние (т.е. твердое, жидкое, газообразное) и т. д., без изменения их молекулярного состава. Эти изменения непостоянны; это можно исправить простыми физическими методами.

Такой же элемент или соединение существует до или после изменения, т.е. исходные характеристики объекта остаются неизменными. Например, Плавление воска, кипячение воды, растворение сахара в воде, рубка дров, смятие бумаги и т. Д.

Определение химического изменения

Химическое изменение определяется как процесс, в котором атомы одного или нескольких веществ перегруппировываются или объединяются с образованием нового вещества.Когда вещество подвергается химическому изменению, химические свойства вещества меняются, и оно превращается в другое вещество с другим химическим составом. Выделение энергии, образование пузырьков, изменение запаха, изменение температуры - вот некоторые признаки химических изменений.

Альтернативно, это называется химической реакцией, в которой участвующие вещества известны как реагенты, а результат реакции называется продуктом. Изменение энергии - одна из характеристик химического изменения из-за образования нового продукта.Как только химическое изменение происходит, его нельзя обратить вспять. Например, , добавление уксуса в пищевую соду, отбеливание пятен, ферментация винограда и т. Д.

Ключевые различия между физическим изменением и химическим изменением

Пункты, приведенные ниже, обсуждают существенные различия между физическим изменением и химическим изменением

  1. Изменение, при котором молекулы перестраиваются, но их внутренний состав остается неизменным, называется физическим изменением.Процесс, в котором вещество превращается в новое вещество, имеющее другой химический состав, известен как химическое изменение.
  2. Некоторые общие примеры физического изменения: испарение, конденсация, замерзание / таяние / кипение воды. Напротив, примерами химических изменений являются сжигание, метаболизм, приготовление яиц и т. Д.
  3. Физическое изменение носит временный характер; они легко обратимы. В отличие от этого, химические изменения являются постоянными по своей природе, то есть они не могут быть обращены вспять даже путем изменения условий.
  4. При физическом изменении изменяется только форма вещества, но новый продукт не образуется. С другой стороны, когда происходит химическая реакция, образуется совершенно другой продукт, свойства которого полностью отличаются от свойств реагирующих веществ.
  5. При физическом изменении исходное вещество может быть восстановлено простыми физическими методами. Напротив, при химическом изменении исходное вещество больше не существует, и поэтому оно не может быть восстановлено.
  6. При физическом изменении наблюдается изменение физических свойств вещества, таких как форма, размер, внешний вид, текстура, запах, плотность и так далее.И наоборот, химическое изменение включает изменение химических свойств вещества, то есть изменение его химической природы.
  7. При физическом изменении не поглощается или выделяется очень небольшое количество энергии в виде тепла, света или звука. В отличие от химических изменений, при которых огромная энергия поглощается или выделяется в виде тепла, света или звуковой энергии

Пример одновременного появления обоих изменений

  • Горение свечи : В то время как плавление воска - это физическое изменение, так как состояние вещества меняется с твердого на жидкое, горение воска - это химическое изменение, так как после поглощения энергии воска загорается свет.
  • Приготовление пищи : Приготовление сырых овощей или зерна - это химическое изменение, а преобразование воды в пар - физическое изменение.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что физическое изменение - это любое изменение, которое только изменяет физические свойства вещества, но химическое изменение приводит к изменению химической структуры веществ.

.

химическое соединение | Определение, примеры и типы

Химическое соединение , любое вещество, состоящее из идентичных молекул, состоящих из атомов двух или более химических элементов.

молекула метана

Метан, в котором четыре атома водорода связаны с одним атомом углерода, является примером основного химического соединения. На структуру химических соединений влияют сложные факторы, такие как валентные углы и длина связи.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

Подводки к химии

Какой элемент почти такой же легкий, как водород?

Вся материя Вселенной состоит из атомов более чем 100 различных химических элементов, которые встречаются как в чистом виде, так и в сочетании в химических соединениях.Образец любого данного чистого элемента состоит только из атомов, характерных для этого элемента, и атомы каждого элемента уникальны. Например, атомы углерода отличаются от атомов железа, которые, в свою очередь, отличаются от атомов золота. Каждый элемент обозначается уникальным символом, состоящим из одной, двух или трех букв, возникающих либо из текущего имени элемента, либо из его исходного (часто латинского) имени. Например, символы углерода, водорода и кислорода - это просто C, H и O соответственно.Символ железа - Fe, от оригинального латинского названия ferrum . Фундаментальный принцип химической науки состоит в том, что атомы различных элементов могут объединяться друг с другом с образованием химических соединений. Например, метан, который образован из элементов углерода и водорода в соотношении четыре атома водорода на каждый атом углерода, как известно, содержит отдельные молекулы CH 4 . Формула соединения - например, CH 4 - указывает типы присутствующих атомов, с нижними индексами, представляющими относительное количество атомов (хотя цифра 1 никогда не записывается).

молекула воды

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Один атом кислорода содержит шесть электронов в своей внешней оболочке, которая может содержать в общей сложности восемь электронов. Когда два атома водорода связаны с атомом кислорода, внешняя электронная оболочка кислорода заполняется.

Encyclopædia Britannica, Inc.
  • Исследуйте магнитоподобную ионную связь, образующуюся при передаче электронов от одного атома к другому

    Ионы - атомы с положительным или отрицательным суммарным зарядом - связываются вместе, образуя ионные соединения.

    Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео для этой статьи
  • Посмотрите, как работают молекулярные связи, когда два атома водорода соединяются с атомом серы, образуя сероводород

    Молекулярные соединения образуются, когда молекулы, такие как молекулы метана или вода, соединяются вместе, разделяя электроны.

    Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Вода, которая представляет собой химическое соединение водорода и кислорода в соотношении два атома водорода на каждый атом кислорода, содержит молекулы H 2 O.Хлорид натрия - это химическое соединение, образованное из натрия (Na) и хлора (Cl) в соотношении 1: 1. Хотя формула хлорида натрия - NaCl, соединение не содержит реальных молекул NaCl. Скорее, он содержит равное количество ионов натрия с положительным зарядом (Na + ) и ионов хлора с отрицательным зарядом (Cl - ). ( См. Ниже Тенденции в химических свойствах элементов для обсуждения процесса превращения незаряженных атомов в ионы [i.е., виды с положительным или отрицательным суммарным зарядом].) Упомянутые выше вещества представляют собой два основных типа химических соединений: молекулярные (ковалентные) и ионные. Метан и вода состоят из молекул; то есть они являются молекулярными соединениями. С другой стороны, хлорид натрия содержит ионы; это ионное соединение.

Атомы различных химических элементов можно сравнить с буквами алфавита: так же, как буквы алфавита объединяются, образуя тысячи слов, атомы элементов могут объединяться различными способами, образуя бесчисленное множество соединений. .На самом деле известны миллионы химических соединений, и многие миллионы возможны, но еще не открыты или синтезированы. Большинство веществ, встречающихся в природе, таких как древесина, почва и камни, представляют собой смеси химических соединений. Эти вещества могут быть разделены на составляющие их соединения физическими методами, которые не меняют способ агрегирования атомов в соединениях. Соединения можно разделить на составные элементы путем химических изменений.Химическое изменение (то есть химическая реакция) - это изменение, при котором организация атомов изменяется. Пример химической реакции - горение метана в присутствии молекулярного кислорода (O 2 ) с образованием диоксида углерода (CO 2 ) и воды. CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O В этой реакции, которая является примером реакции горения, происходят изменения в том, как атомы углерода, водорода и кислорода связаны друг с другом. в соединениях.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Химические соединения обладают поразительным набором характеристик. При обычных температурах и давлениях некоторые из них являются твердыми телами, некоторые - жидкостями, а некоторые - газами. Цвета различных составных частей совпадают с цветами радуги. Некоторые соединения очень токсичны для человека, тогда как другие необходимы для жизни. Замена только одного атома в соединении может быть причиной изменения цвета, запаха или токсичности вещества.Чтобы понять это огромное разнообразие, были разработаны системы классификации. В приведенном выше примере соединения классифицируются как молекулярные или ионные. Соединения также подразделяются на органические и неорганические. Органические соединения ( см. Ниже Органические соединения), названные так потому, что многие из них были первоначально изолированы от живых организмов, обычно содержат цепи или кольца атомов углерода. Из-за огромного разнообразия способов связывания углерода и других элементов существует более девяти миллионов органических соединений.Соединения, которые не считаются органическими, называются неорганическими соединениями ( см. Ниже Неорганические соединения).

ртуть (Hg)

Ртуть (химический символ: Hg) - единственный металлический элемент, который является жидким при комнатной температуре.

© marcel / Fotolia

В рамках широкой классификации органических и неорганических веществ существует множество подклассов, в основном основанных на конкретных элементах или группах присутствующих элементов. Например, среди неорганических соединений оксиды содержат ионы O 2- или атомы кислорода, гидриды содержат ионы H - или атомы водорода, сульфиды содержат ионы S 2- и т. Д.Подклассы органических соединений включают спирты (содержащие группу OH), карбоновые кислоты (характеризующиеся группой COOH), амины (содержащие группу NH 2 ) и так далее.

Различные способности различных атомов объединяться с образованием соединений лучше всего можно понять с помощью периодической таблицы. Периодическая таблица Менделеева была первоначально построена для представления закономерностей, наблюдаемых в химических свойствах элементов ( см. химическая связь). Другими словами, по мере развития науки химии было замечено, что элементы можно сгруппировать в соответствии с их химической реакционной способностью.Элементы с подобными свойствами перечислены в вертикальных столбцах таблицы Менделеева и называются группами. По мере раскрытия деталей атомной структуры стало ясно, что положение элемента в периодической таблице коррелирует с расположением электронов, которыми обладают атомы этого элемента ( см. Атом ). В частности, было замечено, что электроны, которые определяют химическое поведение атома, находятся в его внешней оболочке. Такие электроны называются валентными электронами.

таблица Менделеева

Периодическая таблица элементов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Например, атомы элементов в группе 1 периодической таблицы все имеют один валентный электрон, атомы элементов в группе 2 имеют два валентных электрона, и так далее, до группы 18 , элементы которого содержат восемь валентных электронов. Самое простое и самое важное правило для предсказания того, как атомы образуют соединения, заключается в том, что атомы имеют тенденцию объединяться таким образом, чтобы они могли либо опустошить свою валентную оболочку, либо завершить ее (т.е., заполните его), в большинстве случаев всего с восемью электронами. Элементы в левой части таблицы Менделеева имеют тенденцию терять свои валентные электроны в химических реакциях. Натрий (в Группе 1), например, имеет тенденцию терять свой одинокий валентный электрон с образованием иона с зарядом +1. Каждый атом натрия имеет 11 электронов ( e - ), каждый с зарядом -1, чтобы просто сбалансировать заряд +11 на его ядре. Потеря одного электрона оставляет его с 10 отрицательными зарядами и 11 положительными зарядами, что дает суммарный заряд +1: Na → Na + + e -.Калий, расположенный непосредственно под натрием в группе 1, также образует ионы +1 (K + ) в своих реакциях, как и остальные члены группы 1: рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr). Атомы элементов в правом конце периодической таблицы имеют тенденцию вступать в реакции, так что они получают (или разделяют) достаточно электронов, чтобы заполнить свою валентную оболочку. Например, кислород в группе 16 имеет шесть валентных электронов и, следовательно, нуждается в двух дополнительных электронах для завершения своей внешней оболочки. Кислород достигает этого за счет реакции с элементами, которые могут терять или делиться электронами.Атом кислорода, например, может реагировать с атомом магния (Mg) (в Группе 2), принимая два валентных электрона магния, образуя ионы Mg 2+ и O 2−. (Когда нейтральный атом магния теряет два электрона, он образует ион Mg 2+ , а когда нейтральный атом кислорода получает два электрона, он образует ион O 2-.) Получающийся в результате Mg 2+ и O 2- затем объединяют в соотношении 1: 1 с получением ионного соединения MgO (оксид магния). (Хотя составной оксид магния содержит заряженные частицы, у него нет чистого заряда, поскольку он содержит равное количество ионов Mg 2+ и O 2-.) Аналогичным образом кислород реагирует с кальцием (чуть ниже магния в группе 2) с образованием CaO (оксид кальция). Кислород аналогичным образом реагирует с бериллием (Be), стронцием (Sr), барием (Ba) и радием (Ra), остальными элементами группы 2. Ключевым моментом является то, что, поскольку все элементы в данной группе имеют одинаковое количество валентных электронов, они образуют аналогичные соединения.

Химические элементы можно классифицировать по-разному. Наиболее фундаментальное разделение элементов - на металлы, которые составляют большинство элементов, и неметаллы.Типичные физические свойства металлов - это блестящий внешний вид, пластичность (способность растираться в тонкий лист), пластичность (способность вытягиваться в проволоку), а также эффективная тепло- и электропроводность. Самым важным химическим свойством металлов является тенденция отдавать электроны с образованием положительных ионов. Например, медь (Cu) - типичный металл. Он блестящий, но легко тускнеет; это отличный проводник электричества и обычно используется для электрических проводов; и из него легко превращаться в изделия различной формы, такие как трубы для систем водоснабжения.Медь содержится во многих ионных соединениях в форме иона Cu + или Cu 2+ .

Металлические элементы находятся на левой стороне и в центре таблицы Менделеева. Металлы групп 1 и 2 называются типичными металлами; те, что находятся в центре периодической таблицы, называются переходными металлами. Лантаноиды и актиноиды, показанные под периодической таблицей, представляют собой особые классы переходных металлов.

металлических элементов в периодической таблице Менделеева

Металлы, неметаллы и металлоиды представлены в различных частях периодической таблицы Менделеева.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Неметаллы, которых относительно мало, находятся в верхнем правом углу таблицы Менделеева, за исключением водорода, единственного неметаллического члена группы 1. Физические свойства, характерные для металлы в неметаллах отсутствуют. В химических реакциях с металлами неметаллы приобретают электроны с образованием отрицательных ионов. Неметаллические элементы также реагируют с другими неметаллами, в этом случае образуя молекулярные соединения. Хлор - типичный неметалл.При обычных температурах элементарный хлор содержит молекулы Cl 2 и реагирует с другими неметаллами с образованием таких молекул, как HCl, CCl 4 и PCl 3 . Хлор реагирует с металлами с образованием ионных соединений, содержащих ионы Cl - .

Разделение элементов на металлы и неметаллы является приблизительным. Некоторые элементы вдоль разделительной линии проявляют как металлические, так и неметаллические свойства и называются металлоидами или полуметаллами.

.

Смотрите также