Најважније из лекције
Елементарне супстанце у природи: Већина метала се налази у виду једињења, док се у елементарном стању налазе слабо реактивни метали (\(\text{Au, Pt, Ag, Hg, Cu}\)), неметали (\(\text{O}_2, \text{N}_2, \text{S}_8, \text{C}\)), метеорско гвожђе (\(\text{Fe}\)) и вулкански водоник (\(\text{H}_2\)).
Алотропске модификације: Различити облици истог елемента који се разликују по структури и особинама (нпр. \(\text{O}_2\) и \(\text{O}_3\); графит и дијамант).
Агрегатна стања (СТП): Већина је у чврстом стању; гасови су племенити гасови, \(\text{H}_2, \text{N}_2, \text{O}_2, \text{F}_2, \text{Cl}_2\); течности су само \(\text{Hg}\) и \(\text{Br}_2\).
Структура: Чврсте супстанце могу бити кристалне (правилна решетка) или аморфне (неуређена грађа).
Алотропске модификације: Различити облици истог елемента који се разликују по структури и особинама (нпр. \(\text{O}_2\) и \(\text{O}_3\); графит и дијамант).
Агрегатна стања (СТП): Већина је у чврстом стању; гасови су племенити гасови, \(\text{H}_2, \text{N}_2, \text{O}_2, \text{F}_2, \text{Cl}_2\); течности су само \(\text{Hg}\) и \(\text{Br}_2\).
Структура: Чврсте супстанце могу бити кристалне (правилна решетка) или аморфне (неуређена грађа).
Већина метала је врло реактивна или подложна корозији (посебно алкални и земноалкални метали), па се у природи готово искључиво налазе у облику једињења у минералима и стенама.
Као елементарне супстанце у природи се могу наћи слабо реактивни метали и одређени неметали:
- Метали: злато (\(\text{Au}\)), платина (\(\text{Pt}\)), сребро (\(\text{Ag}\)), жива (\(\text{Hg}\)) и бакар (\(\text{Cu}\)).
- Неметали: кисеоник (\(\text{O}_2, \text{O}_3\)), азот (\(\text{N}_2\)), сумпор (\(\text{S}_8\)) и угљеник (\(\text{C}\)).
- Остали: метеорско гвожђе (\(\text{Fe}\) у остацима метеорита), водоник (\(\text{H}_2\)) у вулканским гасовима, као и племенити гасови.
Зашто се натријум и калцијум никада не налазе као чисте елементарне супстанце у природи, док се злато налази?
Натријум и калцијум припадају алкалним и земноалкалним металима који су изузетно хемијски реактивни и брзо ступају у реакције са кисеоником и влагом из ваздуха, формирајући једињења. Злато је племенит и веома слабо реактиван метал, отпоран на корозију, због чега опстаје у елементарном стању.
Алотропске модификације су различити облици постојања истог хемијског елемента у елементарном стању.
Постоји \(118\) познатих хемијских елемената, али више од \(600\) различитих елементарних супстанци управо захваљујући појави алотропије.
Алотропске модификације истог елемента међусобно се разликују по структури - начину на који су њихови атоми или молекули повезани, што им даје потпуно различита физичка и хемијска својства.
- Угљеник (\(\text{C}\)): дијамант (изузетно тврд кристал) и графит (мекан, проводљив слојевит кристал).
- Кисеоник: дикисеоник (\(\text{O}_2\) - гас неопходан за дисање) и озон (\(\text{O}_3\) - отрован гас карактеристичног мириса који штити од УВ зрачења).
Да ли су \(\text{O}_2\) и \(\text{O}_3\) различита хемијска једињења или алотропске модификације истог елемента?
То су алотропске модификације истог хемијског елемента (кисеоника) јер су обе супстанце изграђене искључиво од атома кисеоника, али са различитим бројем атома у молекулу и различитим својствима.
Агрегатно стање елементарне супстанце на собној температури (\(20\ ^\circ\text{C}\)) и атмосферском притиску (\(101{,}3\text{ kPa}\)) зависи од врсте честица, хемијских веза и међумолекулских интеракција.
| Агрегатно стање | Елементи |
|---|---|
| Чврсто | Сви метали (осим живе), сви металоиди, неметали: сумпор (\(\text{S}\)), фосфор (\(\text{P}\)), јод (\(\text{I}\)), угљеник (\(\text{C}\)). Највећи број елемената је у чврстом стању. |
| Течно | Само два хемијска елемента: метал жива (\(\text{Hg}\)) и неметал бром (\(\text{Br}_2\)). |
| Гасовито | Племенити гасови (\(\text{He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn}\)), као и неметали: водоник (\(\text{H}_2\)), азот (\(\text{N}_2\)), кисеоник (\(\text{O}_2\)), флуор (\(\text{F}_2\)) и хлор (\(\text{Cl}_2\)). |
Једини елементи у течном агрегатном стању на собној температури су жива (\(\text{Hg}\)) и бром (\(\text{Br}_2\)).
Елементарне супстанце у чврстом агрегатном стању могу имати уређену или неуређену унутрашњу грађу:
- Кристална структура: правилан, строго одређен просторни распоред честица. Чврсти метали граде кристалне решетке повезане металном везом. Неметали и металоиди такође могу бити кристални (нпр. дијамант).
- Аморфна структура: просторно неуређен распоред честица (нпр. аморфни угљеник, чађ).
Код неметала и металоида честице су повезане ковалентним везама унутар структура/молекула, док између молекула делују јаче или слабије међумолекулске силе. Структура директно одређује њихова физичка и хемијска својства.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Који хемијски елементи се на собној температури и атмосферском притиску налазе у течном агрегатном стању?
У течном агрегатном стању налазе се само два хемијска елемента: метал жива (\(\text{Hg}\)) и неметал бром (\(\text{Br}\)).
Задатак 2 (средњи): Наведи најважније алотропске модификације угљеника и кисеоника и објасни по чему се међусобно разликују.
- Угљеник: дијамант и графит. Разликују се по начину повезивања и просторном распореду атома угљеника (дијамант има тродимензионалну кристалну решетку и изузетно је тврд, док графит има слојевиту структуру и мекан је).
- Кисеоник: обичан кисеоник (\(\text{O}_2\)) и озон (\(\text{O}_3\)). Разликују се по броју атома у молекулу и хемијској реактивности.
Задатак 3 (средњи): У ком облику се у природи налази већина метала и зашто се алкални метали не могу наћи као елементарне супстанце?
Већина метала се у природи налази у облику једињења (у саставу руда и минерала). Алкални метали су изразито хемијски реактивни и лако реагују са супстанцама из животне средине (водом, кисеоником), због чега не могу опстати као самосталне елементарне супстанце.
Задатак 4 (тежак): Објасни зашто постоји \(118\) хемијских елемената, а познато је више од \(600\) елементарних супстанци.
Разлог за постојање знатно већег броја елементарних супстанци у односу на број хемијских елемената је појава алотропије. Исти хемијски елемент може градити више различитих елементарних супстанци (алотропских модификација) у зависности од тога како се његови атоми повезују међусобно у молекуле или кристалне/аморфне решетке (нпр. угљеник гради графит, дијамант, пулерене, графен, аморфни угљеник итд.).
