Вам уже знакомо имя английского исследователя Р. Бойля. Именно он предложил опыты по определению состава веществ. Рассмотрим суть таких опытов.

Чтобы установить состав вещества (проанализировать вещество) часто используют реакцию разложения, в результате которой из одного исходного вещества получается несколько продуктов реакции.

ОПЫТ 1. Разложение сахара при нагревании.

Поместим в пробирку несколько крупинок сахара и нагреем ее в пламени спиртовки. В результате прокаливания на стенках пробирки появляются капельки прозрачной жидкости, а на месте крупинок сахара образуется вещество черного цвета (Рис. 1). Если продолжать нагревание и дальше, то с черным веществом ничего не происходит. Это вещество – сажа (уголь). Его нельзя разложить ни при каких условиях.

Прозрачная жидкость на стенках пробирки - это вода. Воду можно разложить на два вещества с помощью электрического тока.

Рис. 1. Разложение сахара при нагревании

 

ОПЫТ 2. Разложение воды.

Заполним водой электролизер. На электроды надеваем пробирки, заполненные водой. При пропускании электрического тока через воду на электродах начнут выделяться газы, которые вытеснят воду из пробирок. Газы получатся чистыми, потому что воздуха в пробирках, заполненных водой, нет.

Рис. 2. Разложение воды под действием электрического тока

Итак, при разложении сахара образуется два вещества – вода и сажа (или уголь). Сажа не подвергается дальнейшему разложению. Вода же разлагается на водород и кислород. Водород и кислород дальше не разлагаются.

Рис. 3. Результаты опытов по разложению сахара и воды

За многие годы исследований ученые обнаружили немало веществ, которые не подвергаются разложению ни при каких условиях. Это сажа, железо, сера, медь, кислород, водород и другие. Вещества, которые не удавалось разложить, стали называть простыми веществами. Если вещество удавалось разложить, его считали сложным веществом.

Долгое время к простым веществам относили и воду, потому что не могли подобрать условия ее разложения. Ошибочно также простыми считали кварц и корунд. В состав минерала кварца входят атомы кремния и кислорода. А корунд, отличающийся большой твердостью, содержит атомы алюминия и кислорода.

По мнению Р. Бойля, простое вещество оттого нельзя разложить, что оно состоит из отличного от других элемента. Что же такое химический элемент?

Химический элемент – это разновидность атомов.

Тогда сформулируем определения простого и сложного веществ.

Простое вещество состоит из одного химического элемента (из атомов одного вида).

Сложное вещество состоит из различных химических элементов (из атомов разных видов).

Важно отметить, что из одного простого вещества нельзя в ходе химической реакции получить  вещество, образованное другим химическим элементом, т.к. в ходе химических реакций атомы не изменяются.

Проиллюстрируем данные определения. Молекула водорода состоит из двух атомов одного химического элемента, тоже называемого водородом. Молекула кислорода тоже состоит из двух атомов одного химического элемента, называемого кислородом. Сажа состоит только из атомов углерода. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, т.е. включает в себя два различных химических элемента.

Рис. 4. Модели строения некоторых веществ

Названия многих химических элементов не отличаются от названий простых веществ, образованных этими элементами. Например, простое вещество водород состоит из химического элемента водорода. Простое вещество кислород  состоит из химического элемента кислорода. Простое вещество железо состоит из атомов железа. Поэтому очень важно научиться различать понятия «простое вещество» и «химический элемент».

Приведем примеры двух высказываний о кислороде, в одном из которых речь идет о химическом элементе, а в другом – о простом веществе.

Первое: «Рыбы дышат кислородом, растворенным в воде.» Второе: «В состав молекулы воды входит кислород.» Говоря о кислороде, который растворен в воде, мы имеем в виду вещество, для которого характерны определенные свойства – например, растворимость в воде.Кислород, входящий в состав молекулы воды, - это химический элемент. Т.е мы можем сказать, что атом кислорода входит в состав молекулы воды.

Есть химические элементы, которые образуют несколько различных простых веществ. Например, химический элемент углерод образует графит (тоже, что и сажа, уголь) и алмаз. Графит – нетвердое вещество серого цвета с металлическим блеском. Из него делают стержни простых карандашей.

Алмаз - минерал, имеющий самую большую твердость.  Ограненный алмаз называют бриллиантом. Несмотря на то, что эти простые вещества состоят только из атомов углерода, они очень различаются по свойствам.

Свойство химического элемента, образовывать несколько простых веществ, называют аллотропией. А простые вещества, образованные одним химическим элементом, называют аллотропическими модификациями.