Pierwiastki i związki chemiczne

 

Substancja prosta zbudowana z jednego rodzaju atomów nazywa się pierwiastkiem chemicznym lub wprost pierwiastkiem. Pozornie wydaje się, że pojęcie pierwiastka i substancji prostej są pojęciami równoznacznymi. Nie jest to jednak ścisłe.

Rozpatrzmy np. substancję złożoną zwaną siarczkiem żelaza. Metodami chemicznymi można ją rozłożyć na siarkę I żelazo. Siarczek żelaza składa się więc z dwóch pierwiastków: siarki i żelaza. Natomiast występująca w stanie wolnym krystaliczna siarka, a także metaliczne żelazo (które nie występują w siarczku żelaza) są substancjami prostymi. A więc: substancje proste nie występują w substancjach złożonych, lecz są ze sobą związane chemicznie. Zarówno substancje proste, jak i substancje złożone są zbudowane z pierwiastków, ale substancja prosta jest zbudowana z jednego pierwiastka, a substancja złożona z dwóch lub więcej pierwiastków.

Pewne pierwiastki występują w kilku odmianach nieróżniących się między sobą pod względem chemicznym. Np. pierwiastek węgiel występuje nie tylko w swej zwykłej postaci, lecz również, jako grafit oraz jako diament. Takie odmiany jednego I tego samego pierwiastka nazywamy odmianami alotropowymi.

Dawniej sądzono, że atomy jednego i tego samego pierwiastka mają zawsze jednakowy ciężar i wielkość (hipoteza Daltona). Przy końcu XIX w. odkryto jednak, że atomy pierwiastka ołowiu otrzymanego z rudy torowej mają inne ciężar atomowy niż atomy ołowiu otrzymanego z rudy uranowej. Wszystkie inne własności fizyczne i chemiczne w obu przypadkach pozostały te same. Okazało się Później, że I inne pierwiastki mogą mieć takie odmiany i że pewne z nich mają kilka odmian. Odmiany atomów tego samego pierwiastka różniące się ciężarem atomowym. zostały nazwane izotopami. Np. tlen ma izotopy o ciężarach (masach) atomowych 16, 17 i 18, azot — dwa izotopy (14 i 15), cyna aż 11 izotopów itd. Wodór ma izotop zwany deuterem (oznaczony symbolem D) lub ciężkim wodorem. Poza tym istnieje jeszcze trzeci izotop wodoru, zwany trytem.

Ciężary atomowe izotopów otrzymanych w wyniku radioaktywnego rozpadu substancji wyrażają się liczbami całkowitymi. Aby rozróżnić izotopy, przyjęto u dołu z lewej strony symbolu pierwiastka podawać jego liczbę porządkową, a u góry z prawej strony symbolu — masę atomową Np. jeden z izotopów azotu o masie atomowej 14 oznacza się: „1N14, a drugi izotop o masie atomowej 15 oznacza się 7N15 (7 liczba porządkowa azotu). Pierwiastki dzielimy na dwie grupy: do jednej zaliczamy metale, do drugiej — niemetale. Skorupa ziemska składa się w 75°/o z niemetali (głównie tlenu i krzemu). Metale stanowią niespełna 25°/o. Rysunek 1 przedstawia poglądowy wykres rozpowszechnienia pierwiastków w przyrodzie. W tablicy 1 podano pierwiastki częściej spotykane wraz z ich symbolami i masami atomowymi.

Nieliczne pierwiastki występują w przyrodzie jako substancje proste (np. azot, tlen, siarka, miedź, złoto itd.). Większość zaś zawarta jest w substancjach złożonych, zwanych związkami chemicznymi. Rozróżniamy związki chemiczne naturalne, a więc istniejące w przyrodzie, oraz związki chemiczne sztuczne, otrzymywane metodami laboratoryjnymi i fabrycznymi. Liczba znanych związków chemicznych jest ogromna, a dzięki wspaniałym osiągnięciom współczesnej chemii powstają wciąż nowe związki, stanowiące albo zupełnie nieznane dawniej materiały użytkowe (jak np. tworzywa sztuczne), albo też materiały sztuczne zastępujące istniejące w ograniczonych ilościach związki chemiczne naturalne. Tak np. benzyna syntetyczna zastępuje benzynę z ropy naftowej, jedwab sztuczny zastępuje jedwab wytwarzany przez gąsienice jedwabnika, sztuczne nawozy (np. azotniaki) zastępują nawozy obornikowe itd. W praktyce są stosowane związki chemiczne oraz mieszaniny, to jest różne substancje zmieszane ze sobą w dowolnych stosunkach w tym ostatnim przypadku zmieszane ze sobą substancje mogą być rozdzielone metodami fizycznymi. Jako mieszaniny są stosowane w praktyce nawozy sztuczne, beton, wosk ziemny, żeliwo itd.