Klasyfikacja pierwiastków i związków

Substancje czyste składają się z wyłącznie jednego rodzaju materii. Substancją czystą może być pierwiastek lub związek. Pierwiastek składa się z wyłącznie jednego rodzaju atomu, podczas gdy związek składa się z dwóch lub więcej rodzajów atomów połączonych wiązaniem chemicznym. Pierwiastki są klasyfikowane jako atomowe lub molekularne w oparciu o charakter ich podstawowych jednostek.

Związki to czyste substancje składające się z dwóch lub więcej pierwiastków w ustalonych, określonych proporcjach. Związki klasyfikuje się jako jonowe lub molekularne (kowalencyjne) na podstawie występujących w nich wiązań.

Związki molekularne

Związki molekularne (lub związki kowalencyjne) powstają, gdy dwa lub więcej różnych atomów niemetalu współdzieli elektrony, tworząc wiązania kowalencyjne. Podstawowymi jednostkami związków molekularnych są oddzielne, obojętne cząsteczki złożone z różnych atomów składowych. Na przykład, związek cząsteczkowy tlenek węgla składa się z cząsteczek CO zawierających kowalencyjnie związane atomy węgla i tlenu. Podobnie metanol zawiera cząsteczki CH3OH jako jednostki podstawowe, składające się z jednego atomu węgla, jednego atomu tlenu i czterech atomów wodoru, z których wszystkie są połączone kowalencyjnie.

Związki molekularne można zidentyfikować na podstawie ich właściwości fizycznych. W normalnych warunkach związki molekularne często występują w postaci gazów, niskowrzących cieczy i niskotopliwych substancji stałych, chociaż istnieją wyjątki.

Związki jonowe

Kiedy pierwiastek złożony z atomów, które łatwo tracą elektrony (metal), reaguje z pierwiastkiem złożonym z atomów, które łatwo przyjmują elektrony (niemetal), zwykle następuje przeniesienie elektronów. W wyniku tego powstają jony. Związek powstały w wyniku tego przeniesienia jest stabilizowany przez przyciąganie elektrostatyczne (wiązania jonowe) pomiędzy jonami o przeciwnym ładunku obecnymi w związku. Na przykład, gdy każdy atom sodu w próbce metalicznego sodu (grupa 1) oddaje jeden elektron, tworząc kation sodu (Na+), a każdy atom chloru w próbce gazowego chloru (grupa 17) przyjmuje jeden elektron, tworząc chlorek anion (Cl-), powstały związek NaCl składa się z jonów sodu i jonów chlorkowych w stosunku jednego jonu Na+ na każdy jon Cl-.

Związek zawierający jony i połączony wiązaniami jonowymi nazywa się związkiem jonowym. Związki jonowe to ciała stałe, które zazwyczaj topią się w wysokich temperaturach i wrzą w jeszcze wyższych temperaturach. W postaci stałej związek jonowy nie przewodzi prądu elektrycznego, ponieważ jego jony nie mogą przepływać. Stopiony związek może przewodzić prąd, ponieważ jego jony mogą swobodnie przemieszczać się w cieczy.

W każdym związku jonowym całkowita liczba ładunków dodatnich kationów jest równa całkowitej liczbie ładunków ujemnych anionów. Zatem związki jonowe są ogólnie elektrycznie obojętne, nawet jeśli zawierają jony dodatnie i ujemne.

Wiele związków jonowych zawiera jony wieloatomowe jako kation, anion lub oba rodzaje. Podobnie jak w przypadku prostych związków jonowych, związki te również muszą być elektrycznie obojętne, więc ich wzory można przewidzieć, traktując jony wieloatomowe jako odrębne jednostki. We wzorach używamy nawiasów, aby wskazać grupę atomów, które zachowują się jak jednostka. Na przykład wzór fosforanu wapnia, jednego z minerałów w naszych kościach, to Ca3(PO4)2. Wzór ten wskazuje, że na każde dwie grupy fosforanowe (PO4)3- przypadają trzy jony wapnia (Ca2+). Grupy (PO4)3− są odrębnymi jednostkami, z których każda składa się z jednego atomu fosforu i czterech atomów tlenu i ma całkowity ładunek 3−. Związek jest elektrycznie obojętny, a jego wzór pokazuje całkowitą liczbę trzech atomów Ca, dwóch atomów P i ośmiu atomów O.