Страница 78 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Какие признаки, кроме строения и состава, могут быть положены в основу классификации химических веществ?

Решение

Классификация химических веществ, помимо их состава (элементного и количественного) и строения (порядка соединения атомов и их пространственного расположения), может основываться на множестве других признаков. Эти признаки часто отражают макроскопические свойства веществ или их роль в природе и деятельности человека. Рассмотрим основные из них.

1. Физические свойства
Это одна из самых обширных групп признаков для классификации. Сюда относятся:
– Агрегатное состояние (при стандартных условиях): вещества делят на газы (например, кислород O₂, метан CH₄), жидкости (вода H₂O, этанол C₂H₅OH) и твёрдые вещества (поваренная соль NaCl, сахар C₁₂H₂₂O₁₁).
– Растворимость: вещества можно классифицировать как хорошо растворимые, малорастворимые или практически нерастворимые в определённом растворителе (чаще всего в воде). Например, спирты и соли щелочных металлов хорошо растворимы в воде, а углеводороды и жиры — нет.
– Температуры фазовых переходов: вещества можно группировать по температурам плавления и кипения. Например, легкоплавкие металлы (галлий, цезий) и тугоплавкие (вольфрам, осмий).
– Электропроводность: деление на проводники (металлы), полупроводники (кремний, германий) и диэлектрики (изоляторы, например, сера, фарфор).
– Оптические свойства: по цвету (окрашенные и бесцветные), по прозрачности (прозрачные, полупрозрачные, непрозрачные).

2. Химические свойства
Этот признак описывает способность веществ вступать в химические реакции.
– Реакционная способность: вещества делят на высокоактивные (например, щелочные металлы, галогены), малоактивные (благородные металлы) и инертные (благородные газы).
– Кислотно-основные свойства: классификация на кислоты (отдают протон или принимают электронную пару), основания (принимают протон или отдают электронную пару) и амфотерные соединения (проявляют свойства и кислот, и оснований). Примеры: HCl — кислота, NaOH — основание, Al(OH)₃ — амфотерный гидроксид.
– Окислительно-восстановительные свойства: вещества делят на окислители (принимают электроны, например, KMnO₄, O₂) и восстановители (отдают электроны, например, H₂, C).
– Термическая устойчивость: способность сохранять свой состав при нагревании. Например, карбонат кальция (CaCO₃) при нагревании разлагается, а оксид кремния (SiO₂) очень термостоек.

3. Происхождение
Вещества можно разделить в зависимости от их источника.
– Природные: вещества, встречающиеся в природе. Их, в свою очередь, можно подразделить на вещества минерального (кварц, кальцит), растительного (целлюлоза, крахмал) и животного (белки, жиры) происхождения.
– Синтетические (искусственные): вещества, полученные человеком в ходе химического синтеза, которые не встречаются в природе (например, капрон, тефлон) или являются аналогами природных (синтетический каучук).

4. Биологическая активность и физиологическое действие
Этот вид классификации важен для медицины, фармакологии и токсикологии.
– По действию на живые организмы: лекарственные препараты, яды, витамины, гормоны, наркотические вещества.
– По степени токсичности: чрезвычайно токсичные, высокотоксичные, умеренно токсичные, малотоксичные.

5. Область применения
Классификация, основанная на практическом использовании веществ человеком.
– Топливо (метан, бензин, уголь).
– Строительные материалы (цемент, гипс, стекло).
– Пищевые добавки (консерванты, красители, ароматизаторы).
– Полимерные материалы (полиэтилен, полипропилен, ПВХ).
– Удобрения (аммиачная селитра, суперфосфат).
– Красители, пигменты, лаки.

Таким образом, выбор признака для классификации зависит от цели, для которой эта классификация проводится. Для химика-теоретика важны строение и состав, для инженера-технолога — физические свойства и область применения, а для врача или биолога — физиологическое действие.

Ответ:

В основу классификации химических веществ, помимо их строения и состава, могут быть положены следующие признаки:
1. Физические свойства: агрегатное состояние, растворимость, температуры плавления и кипения, электропроводность, оптические свойства (цвет, прозрачность).
2. Химические свойства: реакционная способность, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства, термическая устойчивость.
3. Происхождение: природные (минеральные, растительные, животные) и синтетические (искусственные).
4. Биологическая активность и физиологическое действие на организмы: лекарства, яды, витамины, токсичность.
5. Область практического применения: топливо, строительные материалы, пищевые добавки, удобрения, полимеры и т.д.

1. Назовите хотя бы одно индивидуальное вещество в окружающем мире. Какова его формула?

Индивидуальное (или чистое) вещество — это вещество, которое состоит из частиц только одного вида (например, атомов, молекул или формульных единиц) и, как следствие, обладает постоянным составом и строго определёнными физическими и химическими свойствами. В отличие от смесей (например, воздуха или морской воды), чистые вещества имеют постоянные характеристики, такие как температура кипения и плавления.

В окружающем нас мире существует множество индивидуальных веществ. Приведем несколько примеров:

Вода — одно из самых известных и распространённых чистых веществ на планете. Она необходима для всей жизни на Земле. Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода (O). Её химическая формула: $H_2O$.

Поваренная соль (хлорид натрия) — ещё один пример индивидуального вещества из повседневной жизни. В природе она встречается в виде минерала галита (каменная соль) и в растворённом виде в морской воде. Её химическая формула: $NaCl$.

Углекислый газ — это газ, который является неотъемлемой частью атмосферы Земли. Он образуется в процессе дыхания, горения и разложения органических веществ. Молекула углекислого газа состоит из одного атома углерода (C) и двух атомов кислорода (O). Его химическая формула: $CO_2$.

Ответ: Индивидуальное вещество — вода, его химическая формула $H_2O$.

2. Почему простых веществ известно в несколько раз больше, чем химических элементов?

Решение

Количество известных простых веществ превышает количество химических элементов из-за явления, называемого аллотропией.

Для начала разберемся в понятиях. Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым количеством протонов). На сегодняшний день известно 118 химических элементов. Простое вещество — это форма существования химического элемента в свободном состоянии, состоящая из атомов только одного элемента.

Причина, по которой простых веществ больше, — это аллотропия. Так называют способность одного и того же химического элемента образовывать несколько различных простых веществ. Эти разные формы называются аллотропными модификациями и отличаются друг от друга по строению, а значит, и по физическим и химическим свойствам.

Существует две основные причины возникновения аллотропных модификаций.

Первая причина — разное число атомов в молекуле. Классический пример — химический элемент кислород (O). Он образует два простых вещества: кислород ($O_2$), газ, которым мы дышим, и озон ($O_3$), газ с резким запахом, обладающий сильными окислительными свойствами. Молекулы этих веществ состоят из разного количества атомов кислорода, что и определяет их разные свойства.

Вторая причина — разное строение кристаллической решётки. Атомы одного и того же элемента могут по-разному соединяться друг с другом, образуя кристаллы с разной структурой. Самый известный пример — углерод (C). Его аллотропные модификации — это алмаз и графит. В алмазе каждый атом углерода связан с четырьмя другими, образуя очень прочную трёхмерную структуру, что делает алмаз самым твёрдым природным веществом. В графите атомы углерода образуют плоские слои, которые слабо связаны между собой. Из-за этого графит мягкий и используется в карандашах. Помимо алмаза и графита, у углерода есть и другие модификации: фуллерены (например, $C_{60}$), графен, карбин.

Аллотропию проявляют и многие другие элементы: фосфор (белый, красный, чёрный), сера (ромбическая, моноклинная), олово (белое и серое) и т.д.

Таким образом, один химический элемент может формировать несколько простых веществ, поэтому общее число простых веществ в природе и полученных искусственно оказывается в несколько раз больше числа химических элементов.

Ответ: Простых веществ известно больше, чем химических элементов, из-за явления аллотропии. Аллотропия — это способность атомов одного химического элемента образовывать несколько различных по строению и свойствам простых веществ (аллотропных модификаций). Эти модификации могут отличаться либо числом атомов в молекуле (как кислород $O_2$ и озон $O_3$), либо строением кристаллической решётки (как алмаз и графит у углерода).

3. Почему сложных веществ известно во много раз больше, чем простых?

Почему сложных веществ известно во много раз больше, чем простых?

Разница в количестве известных простых и сложных веществ объясняется фундаментальными принципами их образования. В основе этого лежит комбинаторный принцип создания соединений из ограниченного числа «строительных блоков» — химических элементов.

Простое вещество — это форма существования химического элемента, состоящая из атомов только одного вида. На сегодняшний день известно 118 химических элементов, что фундаментально ограничивает количество возможных простых веществ. Даже с учетом того, что некоторые элементы могут образовывать несколько аллотропных модификаций (например, углерод существует в виде алмаза и графита, а кислород — в виде кислорода $O_2$ и озона $O_3$), общее число простых веществ остается сравнительно небольшим.

Сложное вещество, напротив, состоит из атомов двух или более различных химических элементов. Причина их колоссального разнообразия кроется в практически безграничных возможностях комбинирования этих элементов.
Во-первых, элементы могут соединяться в различных сочетаниях. 118 элементов могут образовывать соединения, включающие два, три, четыре и более разных атомов.
Во-вторых, даже одна и та же пара элементов может образовывать разные вещества в зависимости от количественного соотношения атомов. Например, углерод и кислород образуют и угарный газ ($CO$), и углекислый газ ($CO_2$) — два совершенно разных вещества.
В-третьих, существует явление изомерии, когда вещества имеют одинаковый атомный состав, но разное строение молекул и, как следствие, разные свойства. Например, формуле $C_2H_6O$ соответствуют этиловый спирт ($CH_3CH_2OH$) и диметиловый эфир ($CH_3OCH_3$). Число возможных изомеров стремительно растет с увеличением числа атомов в молекуле.

Особенно огромный вклад в многообразие сложных веществ вносит органическая химия. Атомы углерода обладают уникальной способностью образовывать прочные связи друг с другом, формируя длинные цепи, разветвленные структуры и кольца. К этим углеродным «скелетам» могут присоединяться атомы других элементов (водорода, кислорода, азота, серы и т.д.), что приводит к появлению миллионов известных соединений, от простейшего метана ($CH_4$) до сложнейших биополимеров, таких как ДНК.

Ответ:
Сложных веществ известно во много раз больше, чем простых, потому что количество простых веществ ограничено числом химических элементов (118), из которых они состоят. Сложные же вещества образуются путем комбинирования атомов этих элементов. Элементы могут соединяться в различных сочетаниях, в разных количественных соотношениях и с разной пространственной структурой (изомерия), что создает практически бесконечное число возможных комбинаций. Особенно велико разнообразие соединений углерода, способного образовывать сложные цепи и кольца.

4. Оксидами каких элементов являются: вода, ржавчина, углекислый газ, глинозём, магнитный железняк, негашёная известь?

Оксиды — это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2. Рассмотрим каждое из перечисленных веществ:

вода

Вода имеет химическую формулу $H_2O$. Она состоит из атомов водорода и кислорода. Следовательно, вода является оксидом водорода.

Ответ: вода является оксидом водорода (H).

ржавчина

Ржавчина — это продукт коррозии железа. Её основной компонент — гидратированный оксид железа(III) с примерной формулой $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$. Таким образом, в основе ржавчины лежит оксид железа.

Ответ: ржавчина является оксидом железа (Fe).

углекислый газ

Углекислый газ (диоксид углерода) имеет химическую формулу $CO_2$. Это соединение состоит из атомов углерода и кислорода, что определяет его как оксид углерода.

Ответ: углекислый газ является оксидом углерода (C).

глинозём

Глинозём — это техническое название оксида алюминия. Его химическая формула — $Al_2O_3$. Он состоит из атомов алюминия и кислорода.

Ответ: глинозём является оксидом алюминия (Al).

магнитный железняк

Магнитный железняк (магнетит) — это минерал с химической формулой $Fe_3O_4$. Его можно рассматривать как смешанный оксид, состоящий из оксида железа(II) ($FeO$) и оксида железа(III) ($Fe_2O_3$). Это оксид железа.

Ответ: магнитный железняк является оксидом железа (Fe).

негашёная известь

Негашёная известь — это тривиальное название оксида кальция. Его химическая формула — $CaO$. Это соединение состоит из атомов кальция и кислорода.

Ответ: негашёная известь является оксидом кальция (Ca).