3. 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:

М еталлы Неметаллы

Основные оксиды Кислотные оксиды

Гидроксиды Кислоты

Соли

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.