Всем известно, что для дыхания человеку необходим кислород. Говоря это, люди редко задумываются, что именно имеют в виду: элемент таблицы Д. И. Менделеева, двухатомный газ или озон? Несмотря на то, что эти вещества состоят из одних и тех же атомов, разница между ними огромна: один поддерживает жизнь, другой — ядовит. Чтобы понять причины этого, следует разобраться про химический элемент и простое вещество, чем отличаются и как их классифицируют.

Модель молекулы озона

Что такое химический элемент

Химический элемент представляет собой набор атомов, которые обладают идентичным строением, одинаковым зарядом ядер и равным числом электронов в атомной оболочке. Каждый элемент, содержащийся в Периодической таблице, имеет латинское название и химический символ из одной или двух букв. Эти обозначения были присвоены ИЮПАК (Международным союзом теоретической и практической химии). От числа протонов в ядре зависит порядковый номер элемента — он указан в левом верхнем углу.

Упомянутый выше кислород по классификации ИЮПАК назван «оксигениум» (от древнегреческого ὀξύς — «кислый» и γεννάω — «рождаю») и обозначается буквой «О». Михаил Ломоносов (1711–1765 гг.) назвал его кислотвором, поскольку до XIX века не существовало четкой дифференциации между понятиями «оксид» и «кислота».

Сегодня в Периодической таблице насчитывается 118 химических элементов. Все они объединены по группам и периодам. В группы — вертикальные столбцы — входят те элементы, которые имеют равное количество электронов на внешнем уровне. У всех элементов, которые входят в периоды (строки) одинаковое количество заполненных энергетических уровней.

Периодическая таблица

Определение простого вещества

Простое вещество, в отличие от сложного (химического соединения), состоит из атомов только одного элемента, поэтому иначе оно называется одноэлементным.

Каждое такое вещество обладает совокупностью определенных химических, физико-механических, технологических и других свойств: плотность, температура плавления или кипения, способность проводить электричество, твердость, пластичность и др.

Для получения многих простых веществ из других соединений и смесей существуют специальные технологии. Например, для производства алюминия сырьем служат бокситы, для железа — гематит и магнетит, для серы — самородная серная руда и т. д.

Классификация простых веществ

В настоящий момент известно более 400 простых веществ. В нормальных условиях они могут находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии.

Основной критерий, по которому они классифицируются, — тип химической связи, возникающей между элементами. По этому признаку различают два класса:

  • металлы;
  • неметаллы.

Одноэлементные вещества, образованные элементами, расположенными в Периодической таблице между металлами и неметаллами, называют полуметаллами.

Большинство металлов (золото, серебро, железо, натрий) существует при комнатной температуре в твердом состоянии. Они отличаются специфическим блеском, проводят тепло и электричество, имеет высокую прочность и твердость.

Неметаллы могут быть газообразными (азот, кислород, хлор, водород, гелий), жидкими (бром) или твердыми (фосфор, сера, йод). Эти вещества обладают намного более низкой тепло- и электропроводностью, и порой выступают в роли изоляторов. Твердые неметаллы и полуметаллы по сравнению с металлами обычно имеют худшие механические свойства.

Аллотропные модификации углерода (графит, алмаз и фуллерен)

Аллотропия простых веществ

Некоторые простые вещества, образованные одним и тем же элементом, могут выглядеть совершенно по-разному и обладать различными свойствами. Поясним на примере: существует черный, красный и белый фосфор. Черный — отличный проводник, белый — диэлектрик, при этом очень ядовит. Красный, напротив, нетоксичен.

Аллотропия — это возможность существования нескольких разновидностей простого вещества на основе одного и того же химического элемента. Термин образован от слияния двух древнегреческих слов: ἄλλος (другой) и τρόπος (свойство).

Это понятие было введено в науку в 1841 году. Причиной данного явления может быть либо различное состояние молекул, либо способ размещения молекул или атомов в решетке. Разные формы существования веществ называются аллотропными модификациями.

В таблице ниже примеры аллотропных модификаций простых веществ.

Название вещества Примеры аллотропных модификаций
Неметаллы
Углерод Образует две основные модификации:

  • алмаз: минерал с восьми- или шестигранными прозрачными высокотвердыми кристаллами;
  • графит: мягкий черно-серый минерал, который может иметь два типа структуры — шестиугольную и тригональную.

Кроме того, искусственно получено множество новых модификаций: карбин, графен, фуллерен и др.
Кислород Существует в двух формах:

  • О2 — двухатомный кислород (бесцветный газ без запаха);
  • О3 — озон, имеющий светло-фиолетовый оттенок и специфический запах.
Полуметаллы
Мышьяк По цвету отличают три разновидности мышьяка:

  • желтый: неустойчивое вещество;
  • черный: стекловидное аморфное твердое вещество;
  • серый: кристаллическое вещество со стальным оттенком.
Кремний Существуют две модификации:

  • аморфная (нерастворимый в воде бурый порошок);
  • кристаллическая (вещество с металлическим блеском, имеющее алмазоподобную кристаллическую решетку).
Металлы Кристаллическая решетка металлов изменяется в зависимости от температуры нагрева:
Железо
  • до +769 ºС: α-Fe с ОЦК* решеткой (ферромагнетик);
  • от +769 ºС до+917 ºС: β-Fe с ОЦК решеткой отличающихся параметров (парамагнетик);
  • от +917 ºС до 1394 ºС: γ-Fe с ГЦК ** решеткой (немагнитно) ;
  • более +1394 ºС — δ-Fe с ОЦК-решеткой (немагнитно).
Олово
  • до +13,2 ºС : серое олово α-Sn — полупроводник с алмазоподобной кристаллической решеткой;
  • от +13,2 ºС до +161 ºС: белое олово α-Sn β-Sn — пластичный металл с серебристым оттенком;
  • от +161 ºС до +232 ºС: высокотемпературное олово γ-Sn — хрупкое вещество с высокой плотностью.
Примечание: *ОЦК — объемноцентрированная решетка; ** ГЦК — гранецентрированная решетка.
Медная проволока

Чем отличается химический элемент от простого вещества в химии

Нередко этот вопрос ставит в тупик студентов и школьников, отвечающих на вопросы тестов. Максимально упрощенный ответ можно сформулировать так: «Химический элемент, в отличие от вещества, не существует сам по себе». Проще говоря, вещество и элемент — разница между ними в том, что элемент нельзя потрогать, поскольку он как кирпичик входит в состав вещества.

Итак, химические элементы:

  • обладают индивидуальными характеристиками: радиус, число электронов и др. (пример: самый легкий химический элемент водород, имеет атомный номер 1 и радиус атома 53 пм);
  • содержатся в составе других веществ в земной коре и др. (пример: железо как химический элемент входит в состав руды, и, кроме того, составляет основу стали);
  • выполняют собственную биологическую роль (примеры: магний и кальций влияют на работу сердца, а от содержания кальция зависит состояние костной ткани человека и др.)
В то же время одноэлементные вещества могут существовать как сами по себе, так и в смеси. Так, кислород поступает в органы дыхания человека в составе воздуха вместе с другими газами: азотом, водородом, аргоном и др.

Из многих простых веществ можно изготавливать конкретные изделия, обладающие заданными свойствами. К примеру, если принять за 100 % электропроводность проволоки из серебра, то для медного провода она составит 95 %, для алюминия 59 %, а для железа 16%.

Видео по теме

В видео ниже можно увидеть разницу между химическим элементом и простым веществом.

Заключение

Кратко сформулировать ответ на вопрос о том, как отличить простое вещество от химического элемента можно следующим образом: первое существует само со себе (оно может быть осязаемым), второй всегда входит в состав вещества.