單質

單質

單質是由同種元素組成的純凈物。

元素在單質中存在時稱為元素的遊離態。

一般來說,單質的性質與其元素的性質密切相關。比如,很多金屬的金屬性都很明顯,那麽它們的單質還原性就很強。不同種類元素的單質,其性質差異在結構上反映得最為突出。

與單質相對,由多種元素組成的純凈物叫做化合物。

由于"單質"和"元素"在英語是同一個字"Element",不少以英語學習的化學科學生會把這兩個概念混淆。

  • 中文名稱
    單質
  • 外文名稱
    Elemental
  • 舉例
    銅、鐵等
  • 性質
    一定是純凈物

釋義

單質必須是由一種元素組成的純凈物,混合物不可能是單質。元素在單質中存在時稱為元素的遊離態。一般來說,單質的性質與其元素的性質密切相關。比如,很多金屬的性質都很明顯,那麽它們的單質還原性就很強。不同種類元素的單質,其性質差異在結構上反映得最為突出。

氫 · 氫氣放電管;@a冥靈 製作氫 · 氫氣放電管;@a冥靈 製作

與單質相對,由兩種或兩種以上元素組成的純凈物叫做化合物。自然界中的物質大多數為化合物。一種元素組成的純凈物,叫做單質。由一種元素的原子組成的以遊離形式較穩定存在的物質。例如氧氣(O2)、氯氣(Cl2)、硫磺(S)、鐵(Fe)等。單質和元素是兩個不同的概念。元素是具有相同核電荷數(質子數)的原子的統稱。一種元素可能有幾種單質,例如氧元素有氧(O2)、臭氧(O3)、四聚氧(O4,義大利的一位科學家合成的一種新型的氧分子)、紅氧(O8)四種單質。盡管這些物質的任一種都是單質,因為他們是同種元素組成的純凈物,但是氧與臭氧倆在一起卻不是純凈物,他們是同種元素組成的混合物。

氦·氦氣放電管;@a冥靈 製作氦·氦氣放電管;@a冥靈 製作

例:

金屬:鋁(Al)、鐵(Fe)、鈣(Ca)、鉀(K)、汞(Hg)

非金屬:氧(O)、硫(S)、矽(Si)、磷(P)、碘(I)、氫(H)、氮(N)

稀有氣體:氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)

表達

正確表達:單質是同種元素構成的純凈物

鋰·鋰塊鋰·鋰塊

首先,單質(Element)一定是純凈物,純凈物是由一種物質構成的,例如硫酸、氯化鈉、氧氣、氬氣、溴素、碘粒、金塊、銀片、銅絲和鐵錠等;

其次,單質分為單原子分子、雙原子分子、多原子分子。單質是由一種元素組成的,銅和鐵是單質,但碳酸鈣(CaCO3)不是,因為碳酸鈣由C、Ca、O三種元素構成,所以它不是單質,它是化合物,化合物亦是純凈物。

再次,同一種元素可以有不同種結合方式(即同素異形體)。如C,它可以構成是石墨,金剛石等,如果把他們混在一起,不能說是純凈物,隻能是同一種元素構成的混合物

鈹·鈹塊鈹·鈹塊

所以說,單質是同種元素構成的純凈物


錯誤表達:同種元素構成的是單質/純凈物是單質/隻有一種元素的是純凈物

*單質的化合價永遠為零

分類

金屬

固態金屬以金屬鍵結合成金屬晶體。為了保證晶體的穩定,原子採取密堆積形式。由于晶體內部有遊離電子,所以金屬都導電,而且比較容易失去電子。

非金屬稀有氣體

非金屬單質一般以共價鍵結合成分子。常溫下,很多非金屬單質都以雙原子分子形式存在,如氫氣、氧氣等。一些元素還可形成多原子的分子,如臭氧(O3)、足球烯(C60)等。能形成原子晶體的單質在常溫下都是固態,而且較硬,如鑽石等。

硼·還原硼晶體硼·還原硼晶體

稀有氣體的價電子層是滿的, 所以它們不需要結合成分子以使自己更穩定,因此它們在常溫常壓下都是單原子分子的氣體。

碳

上述物質中都沒有可自由移動的電子,因此它們都是電的不良導體。例外的是石墨,它具有特殊的層狀結構,質地松軟,且可以導電。

同素異形體

由于構成物質的原子(或分子)的排列不同,或原子的成鍵、排列方式不同,使得同一種元素產生多種單質。他們,具有不同的物理性質,化學性質相似。

氮·氧·氬/氣放電管;@a冥靈 製作氮·氧·氬/氣放電管;@a冥靈 製作

像這樣由同一種元素組成的性質不同的單質叫做同素異形體。他們由同種化學元素構成,但性質卻不相同的單質

氟·氟氣氟·氟氣

同素異形體之間的性質差異主要表現在物理性質上,化學性質上也有著活性的差異。例如磷的兩種同素異形體,紅磷和白磷,它們的著火點分別是240和40攝氏度,充分燃燒之後的產物都是五氧化二磷;白磷(P4)有劇毒,可溶于二硫化碳,紅磷(Pn)無毒,卻不溶于二硫化碳。同素異形體之間在一定條件下可以相互轉化,這種轉化是一種化學變化。

製取

物理分離法

物理分離法適用于分離提純那些以單質狀態存在,與其雜質在某些物理性質(如密度、沸點等)上有顯著差異的元素 。例如,淘洗黃金是利用金密度大的性質將金提取出來;又如,氧氣、氮氣則是根據液氧、液氮沸點的不同將將液態空氣分餾而製得。

鈉·鈉塊鈉·鈉塊 鋁 鎂

熱分解法

熱穩定性差的某些金屬化合物直接加熱即可分解為金屬單質。

還原法

使用還原劑製取單質的方法稱為還原法。一般根據生產規模、實驗要求、環境保護、安全因素、原料來源及價格等選用合適的還原劑。

電解法

活潑金屬和非金屬單質的製備,可採用電解法。例如,電解飽和NaCl水溶液製取氫氣和氯氣;電解金屬熔融鹽製備Li、Na、Mg、Al等金屬:

氧化法

使用氧化劑製取單質的方法稱為氧化法。例如,用空氣氧化法從黃鐵礦中提取硫,冷卻硫蒸氣可得到粉末狀的硫。也可以從天然氣中製取硫。

儲存

對于不活潑的金屬、非金屬以及稀有氣體來說,通常在實驗室用玻璃器皿;在工業上用金屬器皿、塑膠器皿或液壓鋼瓶儲存元素單質。但是對于某些活潑的元素(如氟)則需要選用特定的物質盛放,否則會造成與容器反應或泄露的危險。

矽

單質與化合物

共同點

單質和化合物都屬于純凈物。判斷物質是單質還是化合物, 首先看物質是不是純凈物,隻有屬于純凈物才有可能屬于單質或化合物。不能認為由同種元素組成的物質一定就是單質,也不能認為由不同種元素組成的物質一定是化合物。例如白磷和紅磷,雖然都由磷元素組成,但它們不屬于一種物質,混合後屬于混合物,不屬于純凈物。又如空氣由多種元素組成,包括氧元素、氫元素、碳元素、氮元素、稀有氣體元素等,它屬于混合物,不屬于純凈物,更不是化合物。

磷

區別

從概念上看,單質是由一種元素組成的純凈物,而化合物是由兩種或兩種以上的元素組成的純凈物;從微觀範圍看,單質由同種原子構成,化合物由不同種原子構成;從性質上看,單質不能發生分解反應,化合物可以發生分解反應。

硫

​聯系

單質和化合物雖然組成元素的種數不同,但它們可以相互轉化。單質可以和單質反應生成化合物,也可以和 化合物反應生成另一種化合物。如鎂條在空氣中燃燒生成氧化鎂,其中鎂、氧氣屬于單質,氧化鎂屬于化合物;一氧化碳燃燒生成二氧化碳,其中一氧化碳和二氧化碳屬于化合物,氧氣屬于單質。化合物也可以通過分解反應生成單質,如過氧化氫分解,放出氧氣,同時生成水。過氧化氫屬于化合物,氧氣屬于單質。

氯

參照意義

在熱力學中,以每種元素最穩定的單質的標準生成焓和標準生成自由能為0,以此推算其他物質的熱力學量。由于組成物質的元素隻有一種,一般單質的標準熵比化合物低。

氬·氬氣放電管;@a冥靈 製作氬·氬氣放電管;@a冥靈 製作 鉀·鉀塊鉀·鉀塊

單質的氧化數視作0。

元素收藏

到了21C的今天,收集、儲藏化學元素單質變為了人們的一種業餘愛好。著名化學家、元素收藏家西奧多·格雷(Theodore gray)便是其中的一名佼佼者,他從2002自始收藏元素單質,多年來費盡心血收集的2000多件與元素有關的標本和物品,可以和任何一個專業的博物館媲美,並在其後整理出版了風靡全球的《視覺之旅:神奇的化學元素》以及《瘋狂科學》等圖書。自此往後,越來越多的化學愛好者以收藏元素單質表面自己對化學的熱愛。

西奧多·格雷與朋友交談于他的元素木桌上西奧多·格雷與朋友交談于他的元素木桌上

圖集

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