Сложное вещество

Химикаты

Сло́жное вещество́ — представляет собой химическое соединение, образованное двумя или более элементами, атомы которых связаны между собой посредством химических связей. Состав таких соединений традиционно выражается с помощью химических формул, а их структура может быть представлена посредством структурных формул. Большинство химических соединений подчиняется законам постоянства состава и кратных отношений. Однако существуют вещества с переменным составом.

Физико-химические свойства соединений существенно отличаются от характеристик исходных компонентов. Они обладают характерными параметрами, такими как плотность, температура плавления и кипения, растворимость и другие физические константы.

Соединения, обладающие одинаковым составом, но отличающиеся строением молекул, называются изомерами. Изомеры могут иметь различные физико-химические характеристики.

Все вещества классифицируются на две большие группы. Неорганические соединения — включают в себя все вещества, за исключением углеводородов и их производных. Органические соединения — состоят преимущественно из углерода и водорода, хотя могут включать в себя атомы других элементов, таких как кислород, азот, фосфор, сера и другие.

Закон постоянства состава

Джозеф Луи Пруст

Закон постоянства состава является фундаментальным принципом в химии, утверждающим, что в каждом химическом соединении, вне зависимости от способа его получения, соотношение масс составляющих элементов остаётся постоянным. Закон сформулирован французским химиком Жозефом Луи Прустом в начале XIX века. Пруст привёл множество примеров, подтверждающих этот закон. Например, окись железа из южного и северного полушарий имеет одинаковый состав, киноварь из Японии и Испании также имеет идентичный состав, а хлористое серебро, полученное в Перу и Сибири, также обладает одинаковым составом. Благодаря этому закону стало возможным представлять состав веществ посредством уже известных обозначений — символов химических элементов и числовых значений, отражающих соотношение атомов в веществе (индексов).

Однако в начале XX века российский химик Николай Курнаков, основываясь на результатах физико-химического анализа различных сплавов, показал, что существуют соединения переменного состава, которые не подчиняются закону постоянства состава. Это открытие привело к тому, что закон постоянства состава утратил свой универсальный характер и теперь рассматривается как частный случай общих закономерностей, описывающих состав химических соединений.

Закон кратных отношений

Джон Далтон

Закон кратных отношений, сформулированный Джоном Дальтоном в 1808 году, представляет собой фундаментальный принцип химии, согласно которому массы элементов, сочетающихся с фиксированной массой другого элемента, находятся в отношении небольших целых чисел. Закон играет ключевую роль в понимании состава химических соединений.

Рассмотрено два примера: угарный газ (CO) и углекислый газ (CO2), образованные элементами углеродом (C) и кислородом (O). В угарном газе один атом углерода соединяется с одним атомом кислорода, а в углекислом газе один атом углерода соединяется с двумя атомами кислорода. Если взять фиксированную массу углерода, например, 12 граммов, то массы кислорода, сочетающиеся с этой массой углерода, будут:

• Для угарного газа (CO): 16 граммов кислорода (1 моль кислорода).
• Для углекислого газа (CO2): 32 грамма кислорода (2 моля кислорода).

Соотношение масс кислорода в этих двух соединениях будет 16:32, что упрощается до 1:2. Это и есть пример кратных отношений, где массы кислорода относятся как небольшие целые числа (1 и 2). Закон кратных отношений подтверждает, что атомы соединяются в определённых пропорциях, и это открытие стало важным шагом в развитии атомно-молекулярного учения и химической стехиометрии.

Химическая формула

Химические формулы представляют собой ключевой инструмент в арсенале химиков, позволяющий точно описывать состав и строение веществ. Химическая формула представляет собой способ изображения качественного и количественного состава вещества с помощью символов химических элементов, чисел и вспомогательных знаков (тире, точки, скобки и тому подобное). Она показывает, какие элементы входят в состав вещества, и в каком количестве. Химические формулы могут быть различных типов, в зависимости от уровня детализации и информации, которую они предоставляют.

Основные типы химических формул:

Эмпирическая формула

Эмпирическая формула показывает простейшее соотношение атомов в соединении. Пример: оксид натрия имеет эмпирическую формулу Na₂O, так как соотношение количества атомов натрия к кислороду в ионном кристалле 2:1.

Молекулярная формула

Молекулярная формула показывает точное количество атомов каждого элемента в одной молекуле вещества. Пример: глюкоза (C₆H₁₂O₆) имеет молекулярную формулу, которая указывает на точное количество атомов углерода, водорода и кислорода в одной молекуле глюкозы.

Структурная формула

Структурная формула показывает, как атомы соединены друг с другом в молекуле, включая расположение двойных и тройных связей. Пример: структурная формула бензола (C₆H₆) показывает шестичленный углеродный цикл с чередующимися одинарными и двойными связями.

Бензол

Конденсирован формула

Конденсированная формула показывает группы атомов, соединённых вместе, без изображения всех связей. Пример: конденсированная формула этанола показывает группы атомов, соединённые вместе. Гидроксогруппа (ОН) показана как связанная с группой СН₂.

${\ce {CH3CH2OH}}$

Формула бензола

Скелетная формула

Скелетная формула чаще используется в органической химии и показывает углеродный каркас молекулы, где углеродные атомы и водородные атомы, связанные с ними, не всегда явно указываются. Пример: скелетная формула бензола (C₆H₆) изображается как шестичленный цикл с чередующимися одинарными и двойными связями, без явного указания атомов водорода.

Химические формулы являются важным инструментом в химии, так как они позволяют химикам быстро и точно передавать информацию о составе и структуре веществ.