Pierwiastek a związek chemiczny
Złoto i sól kamienna to substancje chemiczne, które wydobywane są w kopalniach. Złoto, podobnie jak np. żelazo, tlen i wodór, jest pierwiastkiem chemicznym. Z kolei sól kamienna (znana chemikom pod nazwą „chlorek sodu”), podobnie jak woda czy dwutlenek węgla, to związek chemiczny. Obecnie znanych jest pierwiastków chemicznych i kilkadziesiąt milionów związków chemicznych. Jaka jest różnica między pierwiastkiem a związkiem chemicznym?
definicję substancji;
zastosowanie w praktyce zasad bezpieczeństwa w szkolnej pracowni chemicznej;
przykłady właściwości substancji zaliczanych do właściwości fizycznych oraz właściwości chemicznych;
sposoby badania właściwości fizycznych i chemicznych substancji.
definiować pojęcia: pierwiastek i związek chemiczny;
wyjaśniać różnicę między pierwiastkiem a związkiem chemicznym;
uzasadniać, dlaczego warto posługiwać się symbolami chemicznymi;
omawiać zasady tworzenia symboli pierwiastków chemicznych;
wymieniać przykłady pierwiastków i związków chemicznych.
1. Jakie substancje nazywamy pierwiastkami chemicznymi?
W naszym otoczeniu występują różne substancje o różnych właściwościach fizycznych i chemicznych. Substancje te możemy podzielić na prosteproste (niepołączone z innymi substancjami) i złożonezłożone. Substancje proste to takie, których nie można rozłożyć na prostsze. Substancje złożone ulegają rozkładowi na inne (prostsze) substancje, np. pod wpływem działania wysokiej temperatury.
Wykonano doświadczenie, które pozwoliło zbadać, czy cukier buraczany (sacharozę) można rozłożyć na substancje prostsze w wyniku działania wysokiej temperatury.
Problem badawczy:
Czy cukier buraczany (sacharoza) jest substancją prostą?
Hipoteza:
Cukier buraczany (sacharoza) ulega reakcji rozkładu, gdyż jest substancją złożoną.
Co było potrzebne:
cukier buraczany,
probówka,
palnik,
drewniana łapa do probówek,
zapałki.
Przebieg doświadczenia:
Do probówki wsypano cukier buraczany (do wysokości około ). Probówkę ostrożnie ogrzewano w płomieniu palnika.
Obserwacje:
Na skutek ogrzewania, biała substancja stała zmienia zabarwienie na brązowe i staje się płynna (cukier ulega karmelizacji). Na ściankach probówki pojawiają się krople bezbarwnej cieczy. W wyniku dalszego ogrzewania, zawartość probówki stopniowo ciemnieje i w końcowym efekcie przyjmuje czarne zabarwienie.
Wnioski:
Cukier buraczany (sacharoza) to substancja złożona – pod wpływem działania wysokiej temperatury rozkłada się na inne (prostsze) substancje.
Podsumowanie:
Pod wpływem ogrzewania sacharoza ulega początkowo karmelizacji. Pojawiająca się na ściankach probówki bezbarwna ciecz to skroplona para wodna. Na skutek dłuższego ogrzewania karmel ulega zwęgleniu. Choć przeprowadzona przemiana chemiczna ma w rzeczywistości dosyć skomplikowany przebieg, to można z niego wnioskować, że cukier buraczany (sacharoza) jest substancją złożoną. Działanie wysokiej temperatury spowodowało jego rozkład na węgiel oraz wodę.
Cukier buraczany nie należy do substancji prostych. Substancjami prostymi są pierwiastki chemicznepierwiastki chemiczne – jak np. węgiel powstający w wyniku analizowanej przemiany chemicznej.
Pojęcie pierwiastek znane było już w starożytności, jednak w tamtym czasie miało inne niż obecnie znaczenie (pierwiastkami nazywano cztery żywioły, z których miałaby być utworzona materia: ziemia, woda, ogień, powietrze). Wspomniana definicja pierwiastka, jako substancji prostej, wprowadzona została w przez angielskiego uczonego Roberta Boyle’a (czyt. Bojla) i stała się podstawą współczesnych rozważań na temat pierwiastków.
Obecnie znanych jest pierwiastków chemicznych, z których około występuje w przyrodzie. Pozostałe pierwiastki zostały otrzymane sztucznie w laboratoriach. Warto wspomnieć, że tylko nieliczne pierwiastki występują w przyrodzie w tak zwanym stanie wolnym (rodzimym), jako substancje niezwiązane z innymi. Należą do nich m.in.: złoto, siarka, węgiel, platyna, miedź oraz tlen i azot.
Czy kopernik ma coś wspólnego z Mikołajem Kopernikiem, czyli skąd wzięły się nazwy pierwiastków chemicznych?
Każdy z obecnie znanych pierwiastków chemicznych ma swoją nazwę oraz symbol. Nazwy te brzmią różnie w różnych językach (np. tlen w języku łacińskim to oxygenium (czyt. oksigenium), w języku angielskim to oxygen (czyt. oksydżen), a w języku niemieckim Saúerstoff (czyt. sałersztof)). Na całym świecie do oznaczania pierwiastków chemicznych stosuje się jednak te same symbolesymbole – jedno lub dwuliterowe skróty, pochodzące od łacińskich nazw pierwiastków (przykładowo symbol tlenu to od oxygenium). W nich pierwsza litera jest zawsze wielka, a druga (jeśli występuje) jest już mała.
Część pierwiastków chemicznych znana była już w starożytności i to z tego okresu pochodzą ich nazwy. Od prawo do nadawania nazw pierwiastkom mają osoby, które pierwsze je odkryły lub otrzymały. Nazwa pierwiastka, zanim zostanie podana do wiadomości publicznej, musi zostać zatwierdzona przez międzynarodową organizację o nazwie IUPAC (ang. International Union of Pure and Applied Chemistry (czyt. internaszynal junion of piur end aplajd kemistry))IUPAC (ang. International Union of Pure and Applied Chemistry (czyt. internaszynal junion of piur end aplajd kemistry)). Polskie tłumaczenia nazw pierwiastków chemicznych ustala Polskie Towarzystwo ChemicznePolskie Towarzystwo Chemiczne.
Nazwy pierwiastków tworzono między innymi od ich właściwości, nazw ciał niebieskich i imion postaci mitologicznych.
Nazwy niektórych pierwiastków pochodzą od nazwisk wybitnych uczonych.
Znaczna część pierwiastków swoje nazwy zawdzięcza nazwom geograficznym – między innymi nazwom kontynentów, państw europejskich i stanów w USA.
Wykorzystując informacje zawarte w powyższych materiałach filmowych oraz galerii zdjęć, a także inne dostępne źródła informacji, stwórz mapę pojęć ukazującą różne pochodzenie nazw pierwiastków chemicznych. W mapie uwzględnij przynajmniej 20 pierwiastków chemicznych – podaj ich polskie nazwy, symbole oraz nazwy w języku łacińskim.
Wykorzystując informacje zawarte w powyższych materiałach filmowych oraz galerii zdjęć, a także inne dostępne źródła informacji, przyporządkuj nazwy pierwiastków chemicznych do ich pochodzenia.
2. W jakim celu powstały symbole pierwiastków chemicznych?
Podczas komunikowania się za pomocą np. SMS‑ów możesz spotkać zapisy typu:
;)
>:(
:-D
Wyjaśnij, co oznaczają te symbole.
Przeanalizuj zapis rozgrywek szachowych, a następnie uzasadnij, dlaczego do opisu przebiegu partii szachowej stosuje się zapis symboliczny.
Zapis przebiegu partii szachowej:
( ) ( ) (grozi przedłużało partię)
W życiu codziennym często stosujemy symbole. Dzięki nim możemy bez konieczności czytania, niejednokrotnie bardzo długiego, słownego opisu, zrozumieć potrzebne informacje. Przykładami takich symboli są piktogramy (np. znaki drogowe lub piktogramy BHP). Swój sposób porozumiewania się mają także chemicy. Zamiast posługiwać się pełnymi nazwami pierwiastków i związków chemicznych, które (jak już wspomniano) brzmią inaczej w różnych językach, zastąpili je odpowiednimi symbolami.
Symbole pierwiastków chemicznych to umowne, międzynarodowe skróty ich nazw. Pochodzą najczęściej z języka angielskiego lub z łaciny i greki – w przypadku pierwiastków znanych od dawna.
W poniższej tabeli zapisano symbole wybranych pierwiastków chemicznych oraz ich nazwy w językach polskim, łacińskim i angielskim – zapoznaj się z nimi. Podczas analizy zawartości tabeli postaraj się zapamiętać jak najwięcej symboli i odpowiadających im nazw zapisanych w języku polskim. Następnie zagraj w grę memory, w której symbole pierwiastków chemicznych należy dopasować do ich nazw.
Połącz w pary nazwy pierwiastków z ich symbolami.
3. Jakie substancje nazywamy związkami chemicznymi?
Związki chemiczne to substancje złożone składające się z przynajmniej dwóch połączonych ze sobą trwale pierwiastków chemicznych. Zatem związek chemiczny (jako substancję złożoną) można rozłożyć na substancje prostsze, co w końcowym efekcie może prowadzić do otrzymania z niego „czystych” pierwiastków chemicznych.
Ustaliliśmy już, że sacharoza (cukier buraczany) to substancja złożona. Cukier ten jest więc związkiem chemicznym.
W oparciu o analizę wyników doświadczenia , wymień nazwy oraz symbole pierwiastków wchodzących w skład sacharozy.
Powstający w wyniku termicznego rozkładu sacharozy węgiel to pierwiastek chemiczny. Z kolei będąca drugim produktem tej przemiany woda, jest związkiem chemicznym. Woda jest więc substancją złożoną, którą można rozłożyć na prostsze składniki. Można tego dokonać np. w procesie tak zwanej elektrolizyelektrolizy, której uproszczony schemat przedstawiono na poniższym rysunku.
W wyniku rozkładu wody, pod wpływem prądu, można uzyskać tlen oraz wodór – substancje należące do pierwiastków chemicznych. Woda jest zatem związkiem chemicznym utworzonym z tlenu () i wodoru ().
Znając symbole pierwiastków chemicznych, można zapisać wzory związków chemicznychwzory związków chemicznych. Przykładowo:
sacharoza to związek chemiczny o wzorze ;
woda to związek chemiczny o wzorze ;
związek chemiczny utworzony z magnezu i tlenu nosi nazwę tlenek magnezu i ma wzór ;
związek chemiczny utworzony z wapnia i tlenu nosi nazwę tlenek wapnia i ma wzór ;
węgiel i tlen mogą tworzyć ze sobą dwa związki chemiczne: tlenek węgla – lub tlenek węgla (dwutlenek węgla) – .
Sposoby zapisywania wzorów, interpretowania tych zapisów i tworzenia nazw związków chemicznych poznasz na dalszych etapach nauki chemii.
Przestrzegaj wielkich i małych liter w zapisie symboli pierwiastków i związków chemicznych:
to symbol węgla;
to symbol tlenu;
to symbol kobaltu;
ale to wzór związku chemicznego o nazwie tlenek węgla.
Z wieloma związkami chemicznymizwiązkami chemicznymi spotykamy się na co dzień. Na przykład w kuchni często używa się analizowanej już wody oraz sacharozy (cukru buraczanego), soli kamiennej (chlorku sodu), kwasku cytrynowego (kwasu cytrynowego), octu (kwasu octowego rozpuszczonego w wodzie) czy też alkoholu (etanolu rozpuszczonego w wodzie).
Zapoznaj się z poniższą grafiką interaktywną, a dowiesz się, w jakich innych przedmiotach i produktach przechowywanych w kuchni znajdują się związki chemiczne.
Wspomniana już na początku tej lekcji sól kamienna to związek sodu z chlorem o wzorze .
Zwróć uwagę, że chlorek sodu znacznie różni się od pierwiastków chemicznych, wchodzących w jego skład, już pod względem wyglądu. Sód jest substancją stałą, która gwałtownie reaguje z wodą z utworzeniem żrącego związku chemicznego, a chlor jest trującym gazem o żółtozielonej barwie. Z kolei chlorek sodu, który powstaje w wyniku połączenia się tych dwóch pierwiastków, to najpopularniejsza przyprawa i środek konserwujący, nadający potrawom słony smak.
Z powyższej analizy można zatem wnioskować, że związki chemiczne mają inne właściwości niż wchodzące w ich skład pierwiastki. Jako przykład można podać wymienianą już kilkakrotnie wodę. W temperaturze pokojowej jest ona cieczą, a pierwiastki wchodzące w jej skład – tlen i wodór – w tej samej temperaturze są gazami.
Jak dawniej zapisywano wzory chemiczne?
Formy zapisu wzorów chemicznych wraz z upływem czasu ulegały zmianom. Prześledźmy ten proces na przykładzie wzoru wody:
W dziele Antoine Lavoisiera (czyt. antła lawłazier) (–) Oeuvres możemy znaleźć następujące oznaczenia:
Trudności z brakiem odpowiedniego zapisu nurtowały innych uczonych. Pierre‑Auguste Adet (czyt. pier ogust ede) (–) i Jean Henri Hassenfratz (czyt. żą enri assenfrac) (–) wysunęli propozycję prostszego zapisu:
Symbole te oznaczały nie tylko pierwiastki, ale umożliwiały także oznaczanie związków chemicznych poprzez zestawienia, np:
John Dalton (czyt. dżon dalton) (–) wprowadził oznaczenia pierwiastków, stosując symbole, dzięki którym można było zapisywać również wzory związków chemicznych:
Kilka lat później, system Daltona został zastąpiony symbolami chemicznymi, wprowadzonymi przez Jönsa Berzeliusa (czyt. jonsa beszeliusa), które są z niewielkimi zmianami stosowane do dziś, np.:
wodór: ;
tlen: ;
woda: .
Podsumowanie
Substancją jest każdy pierwiastek i każdy związek chemiczny.
Pierwiastek chemiczny to substancja prosta, której nie można rozłożyć na prostsze substancje.
Obecnie znanych jest pierwiastków chemicznych, z których każdy ma swoją nazwę oraz symbol.
Symbole pierwiastków to jedno- lub dwuliterowe skróty, wywodzące się od ich nazw łacińskich.
Związek chemiczny to substancja złożona z co najmniej dwóch różnych pierwiastków chemicznych, połączonych ze sobą.
Związki chemiczne można rozłożyć na prostsze substancje (w tym również na pierwiastki chemiczne), np. pod wpływem działania wysokiej temperatury.
Związki chemiczne mają inne właściwości niż tworzące je pierwiastki.
Wykonaj grę memory. W tym celu przygotuj przynajmniej par kart, zapisując na nich informacje dotyczące pochodzenia nazw pierwiastków, np.:
nazwa i symbol pierwiastka – kraina geograficzna;
nazwa i symbol pierwiastka – nazwa planety;
nazwa i symbol pierwiastka – nazwisko uczonego.
Zagraj w tak przygotowaną grę z koleżanką lub kolegą z klasy.
Połącz w pary symbole pierwiastków z pochodzeniem ich nazw.
Sacharoza (cukier buraczany) to substancja złożona z węgla, tlenu oraz wodoru. Przerysuj poniższą tabelę do zeszytu i uzupełnij wskazane właściwości, zawartych w sacharozie substancji. Następnie sformułuj wniosek, w którym ocenisz, czy substancje złożone mają takie same właściwości jak pierwiastki, z których zostały utworzone.
Sacharoza | Węgiel | Tlen | Wodór | |
---|---|---|---|---|
Stan skupienia | ||||
Barwa |
Sacharoza (cukier buraczany) to substancja złożona z węgla, tlenu i wodoru. Porównaj stany skupienia i barwy tych pierwiastków oraz sacharozy. Następnie sformułuj wniosek, w którym ocenisz, czy substancje złożone mają takie same właściwości, jak pierwiastki, z których zostały utworzone.
Sporządź oś czasu i umieść na niej daty odkryć wybranych pierwiastków chemicznych, a także ich znaczenie.
Wybierz pierwiastków chemicznych i opisz, kiedy i przez kogo zostały odkryte oraz od czego pochodzą ich nazwy i jakie mają symbole.
Zaproponuj infografikę ułatwiającą zapamiętanie symboli i nazw pierwiastków.
Zaproponuj metodę ułatwiającą zapamiętanie symboli i nazw pierwiastków chemicznych.
Słownik
w uproszczeniu: reakcja chemiczna, w której woda pod wpływem przepływu prądu elektrycznego ulega rozkładowi na tlen i wodór
Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej; międzynarodowa organizacja, która zajmuje się głównie standaryzacją symboliki, nazewnictwa i wzorców wielkości fizycznych stosowanych przez chemików na całym świecie
substancja prosta, której nie można rozłożyć na substancje prostsze
stowarzyszenie naukowe skupiające osoby zawodowo lub tylko amatorsko związane z chemią; jego celem jest popieranie rozwoju nauk chemicznych i ich popularyzacja wśród społeczeństwa
substancje chemiczne, których nie można rozłożyć na prostsze; substancjami prostymi są pierwiastki chemiczne
substancje chemiczne, które można rozłożyć (np. pod wpływem wysokiej temperatury) na prostsze substancje; substancjami złożonymi są związki chemiczne
umowny, międzynarodowy skrót łacińskiej, greckiej lub angielskiej nazwy pierwiastka złożony najczęściej z jednej lub dwóch liter, przy czym pierwsza jest wielka
symboliczne oznaczenie związku chemicznego złożone z symboli pierwiastków chemicznych
substancja o stałym składzie, złożona z co najmniej dwóch pierwiastków chemicznych połączonych ze sobą
Ćwiczenia
W pewnym laboratorium chemicznym badano dwie nieznane substancje o stałym stanie skupienia: substancję A oraz substancję B. W jednej z przeprowadzonych prób, próbki obydwu substancji poddano działaniu bardzo wysokiej temperatury. Zaobserwowano, że z naczynia z ogrzewaną substancją B zaczął wydzielać się bezbarwny gaz, a w naczyniu pojawiła się ciecz, która nie zmieniła swojego stanu skupienia nawet po ochłodzeniu naczynia do temperatury pokojowej. W naczyniu z ogrzewaną substancją A pojawiła się ciecz. Po ochłodzeniu naczynia, w którym ogrzewano substancję A, ciecz przemieniła się w ciało stałe, którego wygląd przypominał wygląd badanej próbki substancji A.
Na podstawie powyższego tekstu zdecyduj, czy zamieszczone poniżej stwierdzenia są prawdziwe, czy fałszywe.
Bibliografia
Encyklopedia PWN.
Gulińska H., Smolińska J., Ciekawa chemia, cz. , Warszawa .
Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia. Liceum – poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa – Bielsko‑Biała .