Substancje złożone – związki chemiczne

Substancja złożona jest zbiorem jednakowych cząsteczek, w skład których wchodzą atomy różnych pierwiastków. Substancją złożoną jest woda H2O (lub H-O-H), ponieważ każda cząsteczka wody składa się z jednego atomu tlenu oraz dwóch atomów wodoru (zob. planszę „Wartościowości atomów w cząsteczkach”). Indeks dolny [2] przy symbolu pierwiastka wodoru H wskazuje, że w skład cząsteczki wody wchodzą dwa atomu wodoru. Przy symbolu pierwiastka tlenu należałoby napisać indeks [1 ], ale dla ułatwienia sobie życia będziemy go opuszczać przyjmując umownie, że jedynka ta tam jest.
Wdychamy powietrze i zawarty w powietrzu tlen. Wydychamy powietrze zawierające dwutlenek węgla CO2 (lub O=C=O), którego cząsteczki zbudowane są z dwóch atomów tlenu oraz jednego atomu węgla. Dwutlenek węgla jest też substancją złożona, ponieważ jego cząsteczki zbudowane są z atomów różnych pierwiastków – z atomów węgla i tlenu. Natomiast złoto i diament – chociaż są tak bardzo kosztowne i pożądane – są substancjami prostymi, ponieważ składają się z jednego tylko rodzaju atomów, odpowiednio z atomów złota i z atomów węgla.
Mogłoby się wydawać, że cząsteczki wody H2O są bardzo podobne do cząsteczek CO2 – ale tak wcale nie jest. Zauważ przede wszystkim, że pomiędzy aromami wodoru i tlenu w cząsteczce wody została napisana tylko jedna kreseczka, a między atomami tlenu i węgla w cząsteczce dwutlenku węgla dwie kreseczki. Każda kreseczka reprezentuje sobą jedno wiązanie pomiędzy odpowiednimi atomami. Mówimy, że wodór – a dokładnie – atomy wodoru są jednowartościowe, ponieważ tworzą pojedyncze wiązania z atomem tlenu w cząsteczce wody. Natomiast atom tlenu jest dwuwartościowy, ponieważ tworzy dwa pojedyncze wiązania z dwoma atomami wodoru. W cząsteczce dwutlenku węgla każdy z atomów tlenu tworzy dwa pojedyncze wiązania – ale można też powiedzieć jedno podwójne wiązanie – z atomem węgla. Atom węgla łączy się z dwoma atomami tlenu za pomocą dwóch podwójnych wiązań (a w sumie za pomocą czterech pojedynczych wiązań). A zaten – jak słusznie przypuszczasz – atomy węgla są czterowartościowe! Czterowartościowy atom węgla powinien zatem tworzyć cztery pojedyncze wiązania z czterema jednowartościowymi atomami wodoru. I tak jest istotnie!. Z cząsteczek metanu CH4 składa się kolejna bardzo dobrze znana Ci substancja złożona. Metan CH4 jest bowiem głównym składnikiem gazu naturalbego nazywanego też gazem ziemnym i to właśnie metan spala się do dwutlenku węgla i pary wodnej. O tej i podobnych reakcjach porozmawiamy jeszcze później.
Porównując wzory strukturalne cząsteczki wody H-O-H oraz cząsteczki dwutlenku węgla O=C=O można byłoby twierdzić, że cząsteczki te są liniowe, to znaczy że atomy w tych cząsteczkach są ułożone na tej samej linii. I tak istotnie jest w cząsteczkach dwutlenku węgla O=C=O, ale nie w cząsteczkach wody, które mają kształt trójkąta równoramiennego z atomem tlenu w jego wierzchołku. Dlaczego cząsteczki wody mają taki dziwny – i wydawałoby się nielogiczny – kształt? Długo trzeba byłoby to wyjaśniać. Cząsteczka dwutlenku węgla O=C=O ma budowę liniową, natomiast podobnie napisany wzór strukturalny dla cząsteczki wody H-O-H jest w istocie rzeczy niepoprawny, ponieważ cząsteczka wody ma kształt trójkąta. Nie wszystko można łatwo przedstawić na kartce papieru. Będziemy więc w dalszym ciągi korzystać ze wzorów strukturalnych nie tylko wody, ale i innych związków chemicznych, ponieważ całkiem dobrze wyjaśniają, jakie atomy i jakimi wiązaniami – pojedynczymi, podwójnymi czy też potrójnymi – są połączone ze sobą w cząsteczkach związków chemicznych.
Kolejnym związkiem chemicznym jest dobrze Ci znany alkohol etylowy albo etanol o wzorze sumarycznym C2H6O. Alkohol etylowy jest najważniejszym składnikiem różnego rodzaju wódek. win i piwa – i to on powoduje tak zwane odurzenie alkoholowe. Wino pozostawione w otwartej butelce kwaśniej, ponieważ alkohol etylowy w nim zawarty utlenia się do kwasu octowego C2H6O2 nazywanego zwyczajnie octem. Czasami na etykietkach z octem bezbarwnym znajduje się napis ocet spirytusowy lub spożywczy, ponieważ otrzymany został ze spirytusu. Ocet winny otrzymany z wina ma kolor charakterystyczny dla wina.
Istnieje bardzo dużo związków chemicznych nazywanych alkoholami, a między nimi jest też alkohol metylowy CH4O. Metanol albo alkohol metylowy (obie nazwy są poprawne) pod względem swojego zapachu i smaku praktycznie nie różni się od alkoholu etylowego – a jest bardzo mocną trucizną.
Bardzo silną trucizną jest również tlenek węgla CO lub C=O nazywany też czadem. Jest bezbarwnym i bezwonnym silnie trującym gazem, który powstaje w czasie spalania węgla, koksu lub gazu przy niedostatecznej ilości powietrza, a ściśle mówiąc zawartego w powietrzu tlenu. Tlenek węgla jest jedynym związkiem węgla, w którym węgiel jest dwuwartościowy; we wszystkich innych związkach węgla – a można powiedzieć, że jest ich nieskończenie wiele – węgiel jest zawsze czterowartościowy.
Do najprzyjemniejszych kuchennych substancji złożonych należy niewątpliwie sacharozaC12H22O11 czyli zwykły cukier stołowy. Cząsteczka sacharozy jest zbudowana zatem z 12 atomów węgla, 22 atomów wodoru i 11 atomów tlenu. Możesz bardzo łatwo wykazać, że w skład cząsteczek słodkiej w smaku sacharozy wchodzą atomy węgla!

Nasyp nieco cukru na patelnię i pod nadzorem mamy podgrzewaj go mieszając łyżką, aż otrzymasz szklisty karmel. Doświadczenie jest bardzo łatwe więc koniecznie powinieneś go przeprowadzić!

Cukier w czasie ogrzewania najpierw zaczyna się topić. Roztopiona masa stopniowo żółknie, brązowieje i staje się coraz ciemniejszą. Mama powinna zadecydować, kiedy zakończyć to doświadczenie. Podczas ogrzewania cząsteczki cukru rozkładają się na węgiel i wodę. To właśnie rozproszone mikroskopijne agregaty atomów węgla nadają masie cukru początkowo żółty, a potem brązowy kolor. Im więcej cząsteczek cukru ulegnie rozkładowi, tym więcej pojawia się atomów węgla i tym bardziej brunatną staje się masa karmelu.
Co by się stało, gdybyś nie przerwał tego doświadczenia? Cały cukier uległby rozpadowi, a wydzielony węgiel przywarłby do patelni, narażając Cię na uciążliwe szorowanie. Zniszczenia patelni nie można też wykluczyć.

Związki chemiczne, czyli substancje złożone, można zawsze rozłożyć na pierwiastki, czyli substancje proste, z których są one utworzone. Pierwiastki, czyli substancje proste, nie podlegają już rozkładowi.

Pierwiastków nie można rozłożyć na prostsze substancje, ponieważ składają się tylko z jednego rodzaju atomów. Natomiast substancje złożone, czyli związki chemiczne, na przykład sacharoza, składają się z jednakowych cząsteczek, a każda cząsteczka składają się z atomów różnych pierwiastków. Dlatego substancje złożone można rozłożyć na te pierwiastki, których atomy wchodzą w skład cząsteczek związku chemicznego.

Każdy pierwiastek i każdy związek chemiczny jest inną substancją. Każda substancja ma charakterystyczne dla siebie własności fizyczne, na przykład gęstość, temperaturę topnienie, wrzenia itp., oraz odmienne własności chemiczne, czyli zdolność do reagowania z innymi substancjami.

W kuchni bardzo często używa się nie tylko słodkiej sacharozy, ale i słonego chlorku sodu NaCl. Tak chemicy nazywają sól kuchenną. Chlorek sodu jest utworzony z atomów (a ściśle z jonów) sodu i chloru, ma też całkowicie inne własności – i nie tylko smakowe. Aby go stopić trzeba go podgrzać to temperatury o kilkaset stopni wyższej od temperatury topnienia sacharozy.
W kuchni używano też często sody oczyszczonej czyli wodorowęglanu sodu NaHCO3. Sodę oczyszczona można jeszcze kupić w niektórych sklepach spożywczych i w aptekach.

Rozpuść płaską łyżeczkę od herbaty sody oczyszczonej w pół szklanki wody. Następnie dodawaj do tego wodnego roztworu sody oczyszczonej kilka kropel octu. Uważaj, aby nie dać za dużo octu, ponieważ gwałtownie wydzielający się dwutlenek węgla może wyrzucać roztwór ze szklani. Można też szklankę włożyć do głębokiego talerza. Nadzór mamy lub taty byłby pożądany, bo reakcja wygląda groźnie, chociaż taką wcale nie jest

Dodaj komentarz

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

WordPress.com Logo

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Twitter picture

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s