Sustancias simples : sustancias químicas que consisten exclusivamente en átomos de un elemento químico , en contraste con las sustancias complejas . Son una forma de existencia de los elementos químicos en forma libre [1] [2] ; o, dicho de otro modo, los elementos químicos que no están relacionados químicamente con ningún otro elemento forman sustancias simples [2] . Se conocen más de 400 variedades de sustancias simples [3] .
Según el tipo de enlace químico entre los átomos, las sustancias simples pueden ser metales ( Na , Mg , Al , Bi , etc.) y no metales ( H 2 , N 2 , Br 2 , Si , etc.) [3] .
Ejemplos de sustancias simples: gases moleculares ( O 2 , O 3 , H 2 , Cl 2 ) y atómicos (He, Ar) ; diversas formas de carbono , yodo (I 2 ), metales (no en forma de aleaciones ).
Un mismo elemento químico a menudo puede formar varios tipos de sustancias simples ( alotropía ), llamadas modificaciones alotrópicas . El fenómeno de la alotropía puede deberse a la diferente composición de las moléculas de un elemento dado ( alotropía de composición ), o a la diferente estructura de las moléculas y la forma en que las moléculas (átomos) se organizan en cristales ( alotropía de forma ). La capacidad de un elemento para formar las modificaciones alotrópicas correspondientes se debe a la estructura del átomo, que determina el tipo de enlace químico, la estructura de las moléculas y los cristales [3] .
Varias modificaciones alotrópicas pueden pasar entre sí. Para un elemento químico dado, sus modificaciones alotrópicas siempre difieren en propiedades físicas y actividad química (por ejemplo, el ozono es más activo que el oxígeno, el punto de fusión del diamante es más alto que el del fullereno ) [4] .
En condiciones normales, las sustancias simples correspondientes para 11 elementos son gases ( H , He , N , O , F , Ne , Cl , Ar , Kr , Xe , Rn ), para 2 - líquidos ( Br , Hg ), para el resto elementos - cuerpos sólidos .
A temperatura ambiente (o cerca de ella), 5 metales se encuentran en estado líquido o semilíquido, ya que su punto de fusión es cercano a la temperatura ambiente:
Los conceptos de " átomo ", " elemento químico " y "sustancia simple" no deben confundirse. "Átomo" es un concepto concreto, ya que los átomos realmente existen. "Elemento químico" es un concepto colectivo y abstracto ; en la naturaleza, un elemento químico existe en forma de átomos libres o unidos químicamente, es decir, sustancias simples y complejas.
También es necesario distinguir entre las propiedades (características) de una sustancia simple (un conjunto de partículas) y las propiedades (características) de un elemento químico (un átomo aislado de cierto tipo), véase la siguiente tabla [4] :
| Características de un elemento químico | Características de una sustancia simple. |
|---|---|
| número atómico masa atómica relativa composición isotópica abundancia en la naturaleza posición en el sistema periódico estructura atómica ionización energía afinidad electrónica estado de oxidación electronegatividad valencia modificaciones alotrópicas signo químico ... |
color olor conductividad eléctrica conductividad térmica solubilidad dureza punto de ebullición punto de fusión viscosidad masa molar propiedades ópticas propiedades magnéticas fórmula química ... |
Los nombres de los elementos químicos y las sustancias simples correspondientes coinciden en la mayoría de los casos. Sin embargo, hay excepciones. Por ejemplo, los nombres de las modificaciones alotrópicas del oxígeno son oxígeno ( dioxígeno O 2 ) y ozono ; carbono - diamante , grafito , carabina , fullereno .
Cada elemento químico tiene su propio símbolo: un signo químico (símbolo). En algunos casos, un signo químico también puede expresar la composición de una sustancia simple ( Zn , B , C , Ar ). Sin embargo, por ejemplo, el símbolo O denota solo un elemento químico, la sustancia simple "oxígeno" tiene la fórmula O 2 .