Химическое вещество - Википедия - Chemical substance

«Химический» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Химическая (значения).
Пар и жидкая вода - это две разные формы одного и того же химического (чистого) вещества: воды.

А химическая субстанция это форма иметь значение имеющий постоянный химический состав и характерные свойства.[1][2] Некоторые ссылки добавляют, что химическое вещество не может быть разделено на его составляющие. элементы методами физического разделения, т.е. без разрушения химические связи.[3] Химические вещества могут быть простые вещества,[4] химические соединения, или же сплавы. Химические элементы могут или не могут быть включены в определение, в зависимости от точки зрения эксперта.[4]

Химические вещества часто называют «чистыми», чтобы отличить их от смеси. Типичный пример химического вещества - чистое воды; он имеет те же свойства и такой же соотношение из водород к кислород независимо от того, изолирован ли он от реки или сделан в лаборатория. Другие химические вещества, обычно встречающиеся в чистом виде: алмаз (углерод), золото, столовая соль (хлорид натрия ) и изысканный сахар (сахароза ). Однако на практике ни одно вещество не является полностью чистым, а химическая чистота определяется в соответствии с предполагаемым использованием химического вещества.

Химические вещества существуют как твердые вещества, жидкости, газы, или же плазма, и может меняться между этими фазы материи с изменениями в температура или же давление. Химические вещества могут быть объединены или преобразованы в другие с помощью химические реакции.

Формы энергия, Такие как свет и высокая температура, не являются материей и, следовательно, не являются «субстанциями» в этом отношении.

Определение

Цвета одного химического вещества (Нильский красный ) в различных растворителях, в видимом и ультрафиолетовом свете, показывая, как химическое вещество динамически взаимодействует с окружающей средой растворителя.

Химическое вещество вполне можно определить как «любое материал с определенным химическим составом »во вводном учебнике общей химии.[5] Согласно этому определению химическое вещество может быть либо чистым химический элемент или чистое химическое соединение. Но из этого определения есть исключения; чистое вещество также можно определить как форму иметь значение который имеет как определенный состав, так и отличные свойства.[6] Индекс химического вещества, опубликованный CAS также включает несколько сплавы неопределенного состава.[7] Нестехиометрические соединения являются частным случаем (в неорганическая химия ), что нарушает закон постоянного состава, и для них иногда трудно провести грань между смесью и соединением, как в случае гидрид палладия. Можно найти более широкие определения химических веществ или химических веществ, например: «термин« химическое вещество »означает любое органическое или неорганическое вещество с определенной молекулярной идентичностью, включая - (i) любую комбинацию таких веществ, встречающуюся полностью или частично как в результате химической реакции или в природе ".[8]

В геология, вещества однородного состава называются минералы, а физические смеси (агрегаты ) нескольких минералов (разных веществ) определяются как горные породы. Однако многие минералы взаимно растворяются в твердые растворы, так что один камень представляет собой однородное вещество, несмотря на то, что он является смесью в стехиометрическом выражении. Полевые шпаты являются типичным примером: анортоклаз представляет собой силикат щелочного металла, в котором щелочной металл является взаимозаменяемым натрием или калием.

По закону «химические вещества» могут включать как чистые вещества, так и смеси с определенным составом или производственным процессом. Например, Европа регулирование ДОСТИГАТЬ определяет «однокомпонентные вещества», «многокомпонентные вещества» и «вещества неизвестного или переменного состава». Последние два состоят из множества химических веществ; однако их идентичность можно установить либо прямым химическим анализом, либо ссылкой на отдельный производственный процесс. Например, уголь представляет собой чрезвычайно сложную частично полимерную смесь, которую можно определить по процессу ее изготовления. Следовательно, хотя точная химическая идентичность неизвестна, идентификация может быть произведена с достаточной точностью. В индекс CAS также входят смеси.

Полимеры почти всегда представляют собой смеси молекул с несколькими молярными массами, каждую из которых можно рассматривать как отдельное химическое вещество. Однако полимер может быть определен известным предшественником или реакцией (ями) и молярно-массовое распределение. Например, полиэтилен представляет собой смесь очень длинных цепочек -CH2- повторяющиеся единицы и обычно продаются с несколькими молярно-массовыми распределениями, LDPE, MDPE, HDPE и СВМПЭ.

История

В концепция «химического вещества» прочно утвердился в конце восемнадцатого века после работы химика Джозеф Пруст от состава некоторых чистых химических соединений, таких как основной карбонат меди.[9] Он пришел к выводу, что «все образцы соединения имеют одинаковый состав, то есть все образцы имеют одинаковые массовые пропорции элементов, присутствующих в соединении». Теперь это известно как закон постоянного состава.[10] Позже с развитием методов химический синтез особенно в сфере органическая химия; открытие многих других химических элементов и новых методов в области аналитическая химия используется для выделения и очистки элементов и соединений от химикатов, что привело к созданию современных химия, понятие было определено, как в большинстве учебников химии. Однако есть некоторые разногласия по поводу этого определения, главным образом потому, что большое количество химических веществ, описанных в химической литературе, необходимо проиндексировать.

Изомерия вызвали большой ужас у первых исследователей, поскольку изомеры имеют точно такой же состав, но различаются конфигурацией (расположением) атомов. Например, было много предположений о химической идентичности бензол, пока правильная структура не была описана Фридрих Август Кекуле. Точно так же идея стереоизомерия - что атомы имеют жесткую трехмерную структуру и, таким образом, могут образовывать изомеры, которые отличаются только своим трехмерным расположением, - было еще одним важным шагом в понимании концепции различных химических веществ. Например, Винная кислота имеет три различных изомера, пара диастереомеры с одним диастереомером, образующим два энантиомеры.

Химические элементы

Кристаллы самородной серы. Сера встречается в природе в виде элементарной серы в сульфид и сульфат минералы и в сероводород.
Основная статья: Химический элемент
Смотрите также: Список элементов

An элемент представляет собой химическое вещество, состоящее из определенного типа атомов и, следовательно, не может быть расщеплено или преобразовано в результате химической реакции в другой элемент, хотя оно может быть преобразовано в другой элемент через ядерная реакция. Это потому, что все атомы в образце элемента имеют одинаковое количество протоны, хотя они могут быть разными изотопы, с разным количеством нейтроны.

По состоянию на 2019 год известно 118 элементов, около 80 из которых стабильны, то есть не изменяются на радиоактивный распад в другие элементы. Некоторые элементы могут встречаться более чем в виде одного химического вещества (аллотропы ). Например, кислород существует как двухатомный кислород (O2) и озон (O3). Большинство элементов классифицируются как металлы. Это элементы с характерной блеск Такие как утюг, медь, и золото. Металлы обычно хорошо проводят электричество и тепло, и они податливый и пластичный.[11] Около десятка элементов,[12] Такие как углерод, азот, и кислород, классифицируются как неметаллы. Неметаллы не обладают металлическими свойствами, описанными выше, они также обладают высокой электроотрицательность и склонность к формированию отрицательные ионы. Некоторые элементы, такие как кремний иногда напоминают металлы, а иногда и неметаллы, и известны как металлоиды.

Химические соединения

Феррицианид калия представляет собой соединение калия, железа, углерода и азота; Хотя он содержит цианид-анионы, он не выделяет их и не токсичен.
Основная статья: Химическое соединение
Смотрите также: Список органических соединений и Список неорганических соединений

Химическое соединение - это химическое вещество, которое состоит из определенного набора атомы или же ионы. Два или более элемента объединены в одно вещество посредством химическая реакция сформировать химическое соединение. Все соединения являются веществами, но не все вещества являются соединениями.

Химическое соединение может состоять из атомов связанный вместе в молекулы или же кристаллы в котором атомы, молекулы или ионы образуют кристаллическая решетка. Соединения, основанные преимущественно на атомах углерода и водорода, называются органические соединения, а все остальные называются неорганические соединения. Соединения, содержащие связи между углеродом и металлом, называются металлоорганические соединения.

Соединения, компоненты которых имеют общие электроны, известны как ковалентный соединения. Соединения, состоящие из противоположно заряженных ионы известны как ионный соединения, или соли.

В органической химии может быть более одного химического соединения с одинаковым составом и молекулярной массой. Обычно они называются изомеры. Изомеры обычно имеют существенно разные химические свойства и часто могут быть выделены без спонтанного взаимного превращения. Типичный пример: глюкоза против. фруктоза. Первый - это альдегид, последний является кетон. Их взаимное преобразование требует либо ферментативный или же кислотно-щелочной катализ.

Тем не мение, таутомеры являются исключением: изомеризация происходит спонтанно в обычных условиях, так что чистое вещество не может быть разделено на его таутомеры, даже если они могут быть идентифицированы спектроскопически или даже изолированы в специальных условиях. Типичный пример: глюкоза, имеющий разомкнутую и кольцевую формы. Невозможно произвести чистую глюкозу с открытой цепью, потому что глюкоза спонтанно циклически превращается в полуацеталь форма.

Вещества против смесей

Стекло клюквы, хотя и выглядит однородным, смесь состоящий из стекла и золото коллоидные частицы около 40 нм в диаметре, придавая ему красный цвет.
Основная статья: Смесь

Вся материя состоит из различных элементов и химических соединений, но часто они тесно смешаны друг с другом. Смеси содержат более одного химического вещества и не имеют фиксированного состава. В принципе, их можно разделить на составляющие вещества чисто механический процессы. Масло сливочное, почва и дерево являются распространенными примерами смесей.

Металлический серый чугун и желтый сера оба являются химическими элементами, и их можно смешивать в любом соотношении для образования желто-серой смеси. Никакого химического процесса не происходит, и материал можно идентифицировать как смесь по тому факту, что сера и железо могут быть разделены с помощью механического процесса, такого как использование магнит чтобы отвести железо от серы.

Напротив, если железо и сера нагреваются вместе в определенном соотношении (1 атом железа на каждый атом серы или по весу 56 граммы (1 моль ) железа до 32 граммов (1 моль) серы), происходит химическая реакция и образуется новое вещество, соединение сульфид железа (II), с химической формулой FeS. Полученное соединение обладает всеми свойствами химического вещества и не является смесью. Сульфид железа (II) обладает собственными отличительными свойствами, такими как температура плавления и растворимость, и два элемента не могут быть разделены с помощью обычных механических процессов; магнит не сможет восстановить железо, поскольку в соединении нет металлического железа.

Химические вещества против химических веществ

Хотя срок химическая субстанция это точный технический термин, который является синонимом химический для химиков слово химический широко используется в англоязычном мире для обозначения (чистых) химических веществ и смесей (часто называемых соединения),[13] и особенно когда они произведены или очищены в лаборатории или промышленном процессе.[14][15][16] Другими словами, химические вещества, из которых, например, фрукты и овощи естественным образом состоят даже при выращивании в дикой природе, в общем не называются «химическими веществами». В странах, где требуется перечень ингредиентов в продуктах, перечисленные «химические вещества» являются «химическими веществами» промышленного производства. Слово «химический» также часто используется для обозначения вызывающих привыкание, наркотических или изменяющих сознание наркотиков.[14][15]

В химической промышленности производимые «химикаты» - это химические вещества, которые по объему производства можно разделить на химические вещества в больших объемах. тонкие химикаты и химические вещества, обнаруженные только в исследованиях:

  • Массовые химикаты производятся в очень больших количествах, обычно с помощью оптимизированных непрерывных процессов и по относительно низкой цене.
  • Тонкие химикаты производятся по высокой цене в небольших количествах для специальных небольших объемов, таких как биоциды, фармацевтика и специальные химикаты для технических применений.
  • Исследовательские химические вещества производятся индивидуально для исследований, например, при поиске путей синтеза или проверке веществ на предмет фармацевтической активности. Фактически, их цена за грамм очень высока, хотя они не продаются.

Причина разницы в объеме производства - сложность молекулярной структуры химического вещества. Массовые химикаты обычно намного менее сложны. Хотя тонкие химические вещества могут быть более сложными, многие из них достаточно просты для продажи в качестве «строительных блоков» для синтеза более сложных молекул, предназначенных для одноразового использования, как указано выше. В производство химического вещества включает не только его синтез, но и его очистку от побочных продуктов и примесей, участвующих в синтезе. Последним этапом производства должен быть анализ партий химикатов с целью выявления и количественной оценки процентного содержания примесей для покупателя химикатов. Требуемая чистота и анализ зависят от области применения, но обычно ожидается более высокая устойчивость к примесям при производстве сыпучих химикатов. Таким образом, пользователь химического вещества в США может выбирать между оптовым или «техническим сортом» с более высоким содержанием примесей или более чистым «фармацевтическим сортом» (обозначенным «USP», Фармакопея США ). «Химические вещества» в коммерческом и юридическом смысле могут также включать смеси сильно изменяющегося состава, поскольку они представляют собой продукты, изготовленные в соответствии с техническими условиями, а не определенные химические вещества. Например, бензин не является одним химическим соединением или даже конкретной смесью: разные бензины могут иметь очень разные химические составы, поскольку «бензин» в первую очередь определяется по источнику, свойствам и октановое число.

Именование и индексация

Каждое химическое вещество имеет один или несколько систематические названия, обычно именуются в соответствии с Правила ИЮПАК для наименования. Альтернативная система используется Химическая служба рефератов (CAS).

Многие соединения также известны под их более распространенными и простыми названиями, многие из которых предшествуют систематическому названию. Например, давно известный сахар глюкоза теперь систематически называется 6- (гидроксиметил) оксан-2,3,4,5-тетрол. Натуральные продукты и фармацевтические препараты также даны более простые названия, например, легкое болеутоляющее Напроксен - более распространенное название химического соединения (S) -6-метокси-α-метил-2-нафталинуксусной кислоты.

Химики часто ссылаются на химические соединения с помощью химические формулы или же молекулярная структура соединения. Произошел феноменальный рост числа синтезируемых (или выделенных) химических соединений, о которых затем сообщается в научная литература профессиональными химиками со всего мира.[17] Огромное количество химических соединений возможно благодаря химическому сочетанию известных химических элементов. По состоянию на май 2011 года известно около шестидесяти миллионов химических соединений.[18] Названия многих из этих соединений часто нетривиальны, и, следовательно, их нелегко запомнить или точно процитировать. Также сложно отследить их в литературе. Несколько международных организаций, таких как ИЮПАК и CAS предприняли шаги для облегчения таких задач. CAS предоставляет услуги реферирования химической литературы и предоставляет числовой идентификатор, известный как Регистрационный номер CAS к каждому химическому веществу, описанному в химической литературе (например, химические журналы и патенты ). Эта информация собрана в виде база данных и широко известен как индекс химических веществ. Другие удобные для компьютера системы, которые были разработаны для информации о веществах: Улыбки и Международный химический идентификатор или ИнЧИ.

Идентификация типичного химического вещества
Распространенное имяСистематическое названиеХимическая формулаХимическая структураРегистрационный номер CASИнЧИ
Алкоголь или
этиловый спирт		Этиловый спиртC2ЧАС5ОЙ
Этанол-2D-скелет.png
[64-17-5]1 / C2H6O / c1-2-3 / h3H, 2H2,1H3

Выделение, очистка, характеристика и идентификация

Часто чистое вещество необходимо изолировать от смесь, например из природный источник (если образец часто содержит большое количество химических веществ) или после химическая реакция (которые часто дают смеси химических веществ).

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Хейл, Боб (19.09.2013). Необходимые существа: очерк онтологии, модальности и отношений между ними. ОУП Оксфорд. ISBN  9780191648342. В архиве из оригинала от 13.01.2018.
  2. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "Химическая субстанция ". Дои:10.1351 / goldbook.C01039
  3. ^ Хантер, Лоуренс Э. (13 января 2012 г.). Процессы жизни: введение в молекулярную биологию. MIT Press. ISBN  9780262299947. В архиве из оригинала от 13.01.2018.
  4. ^ а б Шерри, Эрик (2005). «Простые и сложные соединения». www.iupac.org. Получено 15 мая 2018.
  5. ^ Hill, J. W .; Петруччи, Р. Х .; McCreary, T. W .; Перри, С.С. Общая химия, 4-е изд., Стр. 5, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, Нью-Джерси, 2005 г.
  6. ^ «Чистое вещество - Наука и инженерная энциклопедия ДиракДельта». Diracdelta.co.uk. Архивировано из оригинал на 2013-05-11. Получено 2013-06-06.
  7. ^ Приложение IV: Названия индексов химических веществ В архиве 2007-12-03 на Wayback Machine
  8. ^ "Что такое Реестр химических веществ TSCA?". Агентство по охране окружающей среды США. В архиве из оригинала от 05.06.2009. Получено 2009-10-19.
  9. ^ Hill, J. W .; Петруччи, Р. Х .; McCreary, T. W .; Перри, С.С. Общая химия, 4-е изд., Стр. 37, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 2005.
  10. ^ Закон определенных пропорций В архиве 18 ноября 2007 г. Wayback Machine
  11. ^ Hill, J. W .; Петруччи, Р. Х .; McCreary, T. W .; Перри, С.С. Общая химия, 4-е изд., Стр. 45–46, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 2005.
  12. ^ Граница между металлоидами и неметаллами неточная, как объяснялось в предыдущей ссылке.
  13. ^ сложный В архиве 2017-11-07 в Wayback Machine в онлайн-словарях Оксфорда
  14. ^ а б химический В архиве 2017-11-07 в Wayback Machine в онлайн-словарях Оксфорда
  15. ^ а б Полный словарь Random House В архиве 2017-11-07 в Wayback Machine, 1997
  16. ^ "Что такое химическое вещество". Nicnas.gov.au. 2005-06-01. Архивировано из оригинал на 2013-06-16. Получено 2013-06-06.
  17. ^ Иоахим Шуммер. «Как справиться с ростом химических знаний: проблемы для документации по химии, образования и рабочих химиков». Rz.uni-karlsruhe.de. Архивировано из оригинал на 2013-09-17. Получено 2013-06-06.
  18. ^ «Химический реферат, количество веществ». Cas.org. Архивировано из оригинал на 2012-05-11. Получено 2013-06-06.

внешняя ссылка