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单质

单质是由同种元素组成的纯净物。

元素在单质中存在时称为元素的游离态。

一般来说,单质的性质与其元素的性质密切相关。比如,很多金属的金属性都很明显,那么它们的单质还原性就很强。不同种类元素的单质,其性质差异在结构上反映得最为突出。

与单质相对,由多种元素组成的纯净物叫做化合物。

由于“单质”和“元素”在英语是同一个字“Element”,不少以英语学习的化学科学生会把这两个概念混淆。

单质必须是由一种元素组成的纯净物,因此混合物不可能是单质。元素在单质中存在时称为元素的游离态。一般来说,单质的性质与其元素的性质密切相关。比如,很多金属的性质都很明显,那么它们的单质还原性就很强。不同种类元素的单质,其性质差异在结构上反映得最为突出。

与单质相对,由两种或两种以上元素组成的纯净物叫做化合物。自然界中的物质大多数为化合物。一种元素组成的纯净物,叫做单质。由一种元素的原子组成的以游离形式较稳定存在的物质。例如氧气(O2)、氯气(Cl2)、硫磺(S)、铁(Fe)等。单质和元素是两个不同的概念。元素是具有相同核电荷数(质子数)的原子的统称。一种元素可能有几种单质,例如氧元素有氧气(O2)、臭氧(O3)、四聚氧(O4,意大利的一位科学家合成的一种新型的氧分子)、红氧(O8)四种单质。尽管这些物质的任一种都是单质,因为他们是同种元素组成的纯净物,但是氧与臭氧俩在一起却不是纯净物,他们是同种元素组成的混合物。

例:

金属:铝(Al)、铁(Fe)、钙(Ca)、钾(K)、汞(Hg)

非金属:氧(O)、硫(S)、硅(Si)、磷(P)、碘(I)、氢(H)、氮(N)

稀有气体:氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)

正确表达:单质是同种元素构成的纯净物

首先,单质(Element)一定是纯净物,纯净物是由一种物质构成的,例如硫酸、氯化钠、氧气、氩气、溴素、碘粒、金块、银片、铜丝和铁锭等;

其次,单质分为单原子分子、双原子分子、多原子分子。单质是由一种元素组成的,铜和铁是单质,但碳酸钙(CaCO3)不是,因为碳酸钙由C、Ca、O三种元素构成,所以它不是单质,它是化合物,化合物亦是纯净物。

再次,同一种元素可以有不同种结合方式(即同素异形体)。如C,它可以构成是石墨,金刚石等,如果把他们混在一起,不能说是纯净物,只能是同一种元素构成的混合物

所以说,单质是同种元素构成的纯净物


  

错误表达:同种元素构成的是单质/纯净物是单质/只有一种元素的是纯净物

*单质的化合价永远为零

固态金属以金属键结合成金属晶体。为了保证晶体的稳定,原子采取密堆积形式。由于晶体内部有游离电子,所以金属都导电,而且比较容易失去电子。

非金属单质一般以共价键结合成分子。常温下,很多非金属单质都以双原子分子形式存在,如氢气、氧气等。一些元素还可形成多原子的分子,如臭氧(O3)、足球烯(C60)等。能形成原子晶体的单质在常温下都是固态,而且较硬,如钻石等。

稀有气体的价电子层是满的, 所以它们不需要结合成分子以使自己更稳定,因此它们在常温常压下都是单原子分子的气体。

上述物质中都没有可自由移动的电子,因此它们都是电的不良导体。例外的是石墨,它具有特殊的层状结构,质地松软,且可以导电。

由于构成物质的原子(或分子)的排列不同,或原子的成键、排列方式不同,使得同一种元素产生多种单质。他们,具有不同的物理性质,化学性质相似。

像这样由同一种元素组成的性质不同的单质叫做同素异形体。他们由同种化学元素构成,但性质却不相同的单质。

同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上,化学性质上也有着活性的差异。例如磷的两种同素异形体,红磷和白磷,它们的着火点分别是240和40摄氏度,充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷;白磷(P4)有剧毒,可溶于二硫化碳,红磷(Pn)无毒,却不溶于二硫化碳。同素异形体之间在一定条件下可以相互转化,这种转化是一种化学变化。

物理分离法适用于分离提纯那些以单质状态存在,与其杂质在某些物理性质(如密度、沸点等)上有显著差异的元素 。例如,淘洗黄金是利用金密度大的性质将金提取出来;又如,氧气、氮气则是根据液氧、液氮沸点的不同将将液态空气分馏而制得。

热稳定性差的某些金属化合物直接加热即可分解为金属单质。

使用还原剂制取单质的方法称为还原法。一般根据生产规模、实验要求、环境保护、安全因素、原料来源及价格等选用合适的还原剂。

活泼金属和非金属单质的制备,可采用电解法。例如,电解饱和NaCl水溶液制取氢气和氯气;电解金属熔融盐制备Li、Na、Mg、Al等金属:

使用氧化剂制取单质的方法称为氧化法。例如,用空气氧化法从黄铁矿中提取硫,冷却硫蒸气可得到粉末状的硫。也可以从天然气中制取硫。 [1]

对于不活泼的金属、非金属以及稀有气体来说,通常在实验室用玻璃器皿;在工业上用金属器皿、塑料器皿或液压钢瓶保存元素单质。但是对于某些活泼的元素(如氟)则需要选用特定的物质盛放,否则会造成与容器反应或泄露的危险。

单质和化合物都属于纯净物。判断物质是单质还是化合物, 首先看物质是不是纯净物,只有属于纯净物才有可能属于单质或化合物。不能认为由同种元素组成的物质一定就是单质,也不能认为由不同种元素组成的物质一定是化合物。例如白磷和红磷,虽然都由磷元素组成,但它们不属于一种物质,混合后属于混合物,不属于纯净物。又如空气由多种元素组成,包括氧元素、氢元素、碳元素、氮元素、稀有气体元素等,它属于混合物,不属于纯净物,更不是化合物。

从概念上看,单质是由一种元素组成的纯净物,而化合物是由两种或两种以上的元素组成的纯净物;从微观范围看,单质由同种原子构成,化合物由不同种原子构成;从性质上看,单质不能发生分解反应,化合物可以发生分解反应。

单质和化合物虽然组成元素的种数不同,但它们可以相互转化。单质可以和单质反应生成化合物,也可以和 化合物反应生成另一种化合物。如镁条在空气中燃烧生成氧化镁,其中镁、氧气属于单质,氧化镁属于化合物;一氧化碳燃烧生成二氧化碳,其中一氧化碳和二氧化碳属于化合物,氧气属于单质。化合物也可以通过分解反应生成单质,如过氧化氢分解,放出氧气,同时生成水。过氧化氢属于化合物,氧气属于单质。

在热力学中,以每种元素最稳定的单质的标准生成焓和标准生成自由能为0,以此推算其他物质的热力学量。由于组成物质的元素只有一种,一般单质的标准熵比化合物低。

单质的氧化数视作0。

到了21stC的今天,收集、储藏化学元素单质变为了人们的一种业余爱好。著名化学家、元素收藏家西奥多格雷(Theodore gray)便是其中的一名佼佼者,他从2002自始收藏元素单质,多年来费尽心血收集的2000多件与元素有关的标本和物品,可以和任何一个专业的博物馆媲美,并在其后整理出版了风靡全球的《视觉之旅:神奇的化学元素》以及《疯狂科学》等图书。自此往后,越来越多的化学爱好者以收藏元素单质表明自己对化学的热爱。 [2]

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