Прості й складні речовини, метали й неметали
~15 хв · 8 розділів · 10 тестових запитань
Розрізняєш фізичні тіла, речовини й матеріали, класифікуєш прості й складні речовини за складом, а метали й неметали — за типовими властивостями з урахуванням винятків.
У хімії важливо чітко розрізняти три пов'язані, але різні поняття: фізичне тіло, речовину й матеріал. Від того, чи правильно ти їх розрізняєш, залежить розуміння всього подальшого курсу.
Фізичне тіло
Фізичне тіло — це будь-який предмет, що має форму, об'єм і масу. Ти щодня бачиш сотні тіл: мідний дріт, сталевий цвях, скляна склянка, крапля води, алюмінієва ложка. Кожне з них займає певний простір і має конкретну форму.
Одне й те саме тіло може бути виготовлене з різних речовин. Наприклад, ложка буває алюмінієвою, срібною або пластиковою. І навпаки, одна речовина може утворювати різні тіла: мідь може бути у вигляді пластинки, дроту або монети.
Речовина
Речовина — це те, з чого складається фізичне тіло. Речовина має хімічний склад і властивості. Наприклад, мідний дріт — це тіло, а мідь (Cu) — це речовина. Сталевий цвях — тіло, а залізо (Fe) — одна з речовин, що входять до складу сталі. Крапля води — тіло, а вода (H₂O) — речовина.
Важливо: одне тіло може містити кілька речовин. Наприклад, сталевий цвях містить не лише залізо, а й Карбон, Манган та інші елементи у вигляді сплаву.
Матеріал
Матеріал — це речовина або суміш речовин, яку людина використовує для виготовлення предметів. Сталь, скло, пластмаса, бетон, деревина — усе це матеріали. Сталь — це не окрема чиста речовина, а сплав (суміш) заліза з Карбоном та іншими елементами. Скло — це суміш силікатів. Тому казати «сталевий цвях — це речовина» неправильно: цвях — це тіло, а сталь — матеріал (сплав).
Фізичні та хімічні властивості
Фізичні властивості речовини можна спостерігати або виміряти без зміни її хімічного складу. До них належать: колір, агрегатний стан, густина, температура плавлення й кипіння, електро- й теплопровідність, твердість.
Хімічні властивості виявляються тоді, коли речовина перетворюється на іншу. Наприклад, здатність заліза іржавіти (реагувати з киснем і водою), здатність магнію горіти, здатність цинку реагувати з хлоридною кислотою — це хімічні властивості.
Поняття | Означення | Приклад |
|---|---|---|
Фізичне тіло | Предмет, що має форму й об'єм | Мідний дріт, скляна склянка |
Речовина | Те, з чого складається тіло | Мідь, вода, кухонна сіль |
Матеріал | Речовина або суміш для виготовлення | Сталь, пластмаса |
Кожна речовина має свій хімічний склад, який записують у вигляді формули. За складом усі речовини поділяють на прості й складні.
Прості речовини
Проста речовина складається з атомів лише одного хімічного елемента. Наприклад: Fe (залізо), Cu (мідь), O₂ (кисень), O₃ (озон), P₄ (фосфор), S₈ (сірка). Зверни увагу: кількість атомів у молекулі не впливає на те, чи є речовина простою. O₃ має три атоми Оксигену, але всі вони належать одному елементу — тому озон є простою речовиною.
Складні речовини
Складна речовина (хімічна сполука) складається з атомів двох або більше різних хімічних елементів. Наприклад: H₂O (вода) містить Гідроген і Оксиген; CH₄ (метан) — Карбон і Гідроген; NaCl (натрій хлорид) — Натрій і Хлор. Кількість атомів не визначає число елементів: H₂O має 3 атоми, але лише 2 елементи.
Якісний і кількісний склад
Якісний склад показує, які саме елементи входять до складу речовини. Кількісний склад показує, скільки атомів кожного елемента містить молекула або формульна одиниця.
Розгляньмо Al₂(SO₄)₃ — алюміній сульфат. Якісний склад: Алюміній (Al), Сульфур (S), Оксиген (O). Кількісний склад: 2 атоми Al, 3 атоми S, 12 атомів O (бо 3 · 4 = 12). Співвідношення атомів Al : S : O = 2 : 3 : 12.
Для речовин із кристалічною ґраткою (наприклад, NaCl) формула описує не окрему молекулу, а формульну одиницю — найменше співвідношення йонів у кристалі.
Найпростіша та молекулярна формули
Найпростіша (емпірична) формула показує найменше ціле співвідношення атомів елементів у речовині. Молекулярна (істинна) формула показує дійсне число атомів у молекулі.
Речовина | Молекулярна формула | Найпростіша формула |
|---|---|---|
Етен | C₂H₄ | CH₂ |
Гідроген пероксид | H₂O₂ | HO |
Глюкоза | C₆H₁₂O₆ | CH₂O |
Коли в завданні питають склад молекули, завжди використовуй молекулярну формулу, а не найпростішу. Наприклад, у молекулі H₂O₂ — 4 атоми (2 Гідрогену + 2 Оксигену), а не 2, як могло б здатися з HO.
Усі прості речовини за фізичними властивостями поділяють на метали й неметали. Однак цей поділ не є абсолютним — існують винятки. Крім того, один хімічний елемент може утворювати кілька різних простих речовин.
Типові властивості металів
Метали (Fe, Cu, Al, Zn, Au, Ag) мають спільні фізичні властивості: металічний блиск, високу електро- й теплопровідність, пластичність (їх можна кувати, витягати в дріт), непрозорість. За кімнатної температури більшість металів — тверді речовини (крім ртуті).
Типові властивості неметалів
Неметали (O₂, S₈, P₄, Cl₂, C (алмаз)) зазвичай не мають металічного блиску, крихкі у твердому стані, погано проводять тепло й електричний струм. Багато неметалів за звичайних умов є газами (O₂, N₂, Cl₂) або рідинами (Br₂).
Винятки
Властивості не є абсолютним критерієм для поділу на метали й неметали. Найвідоміші винятки:
Ртуть (Hg) — єдиний метал, який за кімнатної температури є рідиною.
Графіт (одна з простих речовин Карбону) — неметал, але добре проводить електричний струм, хоча й гірше за метали.
Силіцій (Si) — неметал, але має металічний блиск і напівпровідникові властивості. Германій (Ge) — напівметал із подібними властивостями.
Детальніше зв'язок між типом кристалічних ґраток і властивостями металів і неметалів розглядається в окремому уроці про кристалічні ґратки.
Алотропія: різні прості речовини одного елемента
Явище, коли один хімічний елемент утворює дві або більше простих речовин, називають алотропією. Кожна така проста речовина — це алотропна модифікація.
Елемент | Алотропні модифікації | Властивості |
|---|---|---|
Оксиген (O) | Кисень O₂, озон O₃ | O₂ — газ без запаху; O₃ — газ із різким запахом, сильніший окисник |
Карбон (C) | Алмаз, графіт | Алмаз — найтвердіша природна речовина; графіт — м'який, проводить струм |
Фосфор (P) | Білий фосфор P₄, червоний фосфор | Білий — отруйний, світиться в темряві; червоний — неотруйний |
Важливо: і кисень O₂, і озон O₃ — прості речовини, хоча їхні властивості різні. Те саме стосується алмазу й графіту: обидва складаються лише з атомів Карбону, тому обидва є простими речовинами.
Розгляньмо типові завдання НМТ на тему простих і складних речовин, тіл і матеріалів.
Приклад 1. Ряд лише простих речовин
Завдання: У якому рядку наведено лише прості речовини?
А) CO, CaO, H₂S
Б) O₃, P₄, Cu
В) CO₂, H₂O, O₂
Г) Fe, S₈, CH₄
Розв'язання: Проста речовина складається з атомів одного елемента. Перевіряємо кожен рядок:
А) CO — Карбон + Оксиген (складна), CaO — Кальцій + Оксиген (складна), H₂S — Гідроген + Сульфур (складна). Усі три — складні.
Б) O₃ — лише Оксиген (проста), P₄ — лише Фосфор (проста), Cu — лише Купрум (проста). Це рядок лише простих речовин.
В) CO₂ — складна, H₂O — складна, O₂ — проста. Є складні.
Г) Fe — проста, S₈ — проста, CH₄ — складна (Карбон + Гідроген). Є складна.
Відповідь: Б (O₃, P₄, Cu).
Чому інші варіанти неправильні? У варіанті А всі три речовини містять по два елементи — це складні речовини. У варіанті В O₂ — проста, але CO₂ і H₂O — складні. У варіанті Г CH₄ — складна, хоча Fe і S₈ — прості.
Приклад 2. Логічні пари: тіло, речовина, матеріал
Завдання: Установіть відповідність між об'єктом (1–3) і поняттям (А–Д).
Об'єкт | Поняття |
|---|---|
1 Мідна монета | А Фізичне тіло |
2 Мідь | Б Чиста речовина |
3 Сталь | В Матеріал-сплав |
Г Хімічний елемент як вид атомів | |
Д Молекула |
Розв'язання: Мідна монета — це предмет із певною формою, тобто фізичне тіло (1 → А). Мідь — це чиста речовина, що складається лише з атомів Купруму (2 → Б). Сталь — це сплав заліза з Карбоном та іншими елементами, який використовують як матеріал для виготовлення предметів (3 → В).
Відповідь: 1 → А, 2 → Б, 3 → В.
Поняття Г (хімічний елемент як вид атомів) і Д (молекула) є зайвими — вони не відповідають жодному з об'єктів 1–3.
Приклад 3. Число атомів у молекулі
Завдання: Скільки всього атомів містить молекула C₂H₆O?
А) 3
Б) 6
В) 8
Г) 9
Розв'язання: Молекула C₂H₆O містить 2 атоми Карбону, 6 атомів Гідрогену й 1 атом Оксигену. Загальне число атомів: 2 + 6 + 1 = 9.
Відповідь: Г (9).
Чому інші варіанти неправильні? А) 3 — це число різних елементів (C, H, O), а не атомів. Б) 6 — це лише число атомів Гідрогену, без урахування C та O. В) 8 — пропущено атом Оксигену (пораховано лише C₂H₆).
На НМТ чимало помилок трапляється через неуважність або нерозуміння базових відмінностей. Ось найпоширеніші пастки саме з цієї теми.
Вважати O₃ складною речовиною через три атоми.
Хибна логіка: «три атоми → три елементи». Насправді всі три атоми належать Оксигену. Озон O₃ — проста речовина. Завжди лічи різні символи хімічних елементів, а не кількість атомів.
Називати сталевий цвях речовиною, а сталь — тілом.
Цвях — це фізичне тіло (має форму, об'єм). Сталь — це матеріал (сплав). Чиста речовина в цьому прикладі — залізо, але його в сталі змішано з іншими елементами.
Скорочувати H₂O₂ до HO під час підрахунку атомів у молекулі.
Молекулярна формула H₂O₂ показує реальну кількість атомів: 2 + 2 = 4. Скорочення до найпростішої формули HO дало б 2 атоми — це неправильно, якщо питають склад саме молекули.
Вважати будь-який провідник металом, забуваючи графіт.
Графіт — неметал, але добре проводить електричний струм. Тому не можна стверджувати: «якщо речовина проводить струм, то це метал». Так само ртуть — метал, але рідкий, тому не можна казати «усі метали тверді».
На НМТ з хімії тема «Прості й складні речовини, метали й неметали» входить до теми 1.1 програми (основні хімічні поняття). Типові завдання перевіряють уміння розрізняти тіла, речовини й матеріали, класифікувати речовини за складом і визначати число атомів за формулою.
Формат завдань
Вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г).
Завдання № 1–18 тесту (НМТ виконують на комп'ютері). 0 або 1 бал. Потрібно обрати єдину правильну відповідь.
Логічні пари (завдання № 19–20).
Три об'єкти ліворуч (1–3) і п'ять понять праворуч (А–Д). Дві букви зайві. 1 бал за кожну правильно встановлену пару, максимум 3 бали.
Що саме перевіряють
У демонстраційному варіанті НМТ-2026 завдання № 1 перевіряє вміння визначати склад молекули за формулою (наприклад, загальне число атомів). Також можливі завдання на розпізнавання простих і складних речовин серед переліку формул, на співвіднесення об'єктів із поняттями «тіло», «речовина», «матеріал».
Стратегія виконання
Для класифікації «проста / складна речовина»: порахуй, скільки різних символів хімічних елементів у формулі. Один символ → проста, два або більше → складна. Не зважай на індекси.
Для підрахунку числа атомів: додай усі індекси. Якщо є дужки, помнож індекс за дужками на індекс усередині. Наприклад, у формулі Al₂(SO₄)₃: 2 + (1 + 4)·3 = 2 + 15 = 17 атомів.
Для розрізнення тіла / речовини / матеріалу: постав запитання: «Чи має це форму й об'єм?» (тіло), «Чи це чиста речовина з одним складом?» (речовина), «Чи це те, з чого роблять предмети?» (матеріал).
Чому озон простий, а вода складна?
Озон O₃ складається з атомів лише одного хімічного елемента — Оксигену. Усі три атоми в молекулі озону належать тому самому елементу, тому це проста речовина. Вода H₂O містить атоми двох різних елементів — Гідрогену й Оксигену. Саме тому вода є складною речовиною (хімічною сполукою). Ключовий критерій — кількість різних елементів, а не кількість атомів.
Чим речовина відрізняється від матеріалу?
Речовина — це те, із чого складаються тіла. Вона має сталий хімічний склад і властивості. Наприклад, мідь (Cu) — це чиста речовина. Матеріал — це речовина або суміш речовин, яку людина використовує для виготовлення предметів. Сталь — це матеріал (сплав заліза з Карбоном та іншими елементами), а не чиста речовина. Скло — теж матеріал (суміш силікатів). Отже, матеріал — ширше поняття, що охоплює як чисті речовини, так і суміші, які мають практичне застосування.
Чи всі метали тверді за кімнатної температури?
Ні. Більшість металів за кімнатної температури є твердими речовинами, але є виняток — ртуть (Hg). Ртуть — це єдиний метал, який за звичайних умов (20–25 °C) перебуває в рідкому агрегатному стані. Також галій (Ga) плавиться вже за температури близько 30 °C, тобто може розплавитися в теплій руці. Тому не можна стверджувати, що «всі метали тверді» — це типова помилка.
Чому найпростішу формулу не завжди можна назвати молекулярною?
Найпростіша (емпірична) формула показує лише найменше ціле співвідношення атомів елементів у речовині. Вона не завжди відображає реальну кількість атомів у молекулі. Наприклад, для гідроген пероксиду найпростіша формула — HO, але молекулярна формула — H₂O₂. Якби ми назвали HO молекулярною формулою, то втратили б половину атомів. Для багатьох речовин (наприклад, води H₂O, метану CH₄) найпростіша і молекулярна формули збігаються, але не для всіх. Тому, коли питають склад молекули, завжди використовуй молекулярну формулу.
Фізичне тіло — це предмет, що має форму й об'єм (дріт, цвях, склянка). Речовина — те, із чого складається тіло (мідь, залізо, вода). Матеріал — речовина або суміш, яку використовують для виготовлення предметів (сталь, скло, пластмаса).
Проста речовина містить атоми лише одного хімічного елемента (Fe, O₂, O₃, P₄, S₈). Складна речовина — атоми двох або більше елементів (H₂O, CH₄, NaCl).
Індекс у формулі показує число атомів даного елемента, а не число різних елементів. Для підрахунку загальної кількості атомів додай усі індекси, враховуючи дужки.
Типові властивості металів (блиск, електропровідність, пластичність, твердість) мають винятки: ртуть — рідкий метал, графіт — електропровідний неметал.
Один елемент може утворювати кілька різних простих речовин (алотропні модифікації): кисень O₂ та озон O₃, алмаз і графіт.