Zuivere stoffen: elementen vs. verbindingen

Een element is een zuivere stof die slechts uit één soort atoom bestaat en niet met behulp van chemische middelen in eenvoudiger stoffen kan worden opgesplitst, terwijl een verbinding een zuivere stof is die is gemaakt van twee of meer elementen die chemisch in een vaste verhouding worden gecombineerd. In het kort: zuurstof (O₂) en ijzer (Fe) zijn elementen, water (H₂O) en tafelzout (NaCl) zijn verbindingen, en een verbinding heeft eigenschappen die verschillen van die van de elementen die het bevat.

Alle zuivere stoffen vallen in deze twee groepen. Elementen zijn de basis bouwstenen die in het periodiek systeem worden opgesomd, en verbindingen worden gevormd wanneer atomen van verschillende elementen zich aan elkaar binden. Dit artikel legt de twee soorten uit, laat zien hoe ze uit elkaar te houden, somt voorbeelden op in tabellen, werkt door de wet van bepaalde verhoudingen met getallen en geeft de geschiedenis van hoe chemici elementen identificeerde.

Wat is een element?

Een element bestaat uit atomen die allemaal hetzelfde aantal protonen hebben, dat is het atoomgetal. Chemici hebben 118 elementen geïdentificeerd, waarvan ongeveer 90 van nature op Aarde voorkomen in aanzienlijke hoeveelheden. De rest werd kunstmatig gemaakt in laboratoria. Elk element heeft een één- of twee-lettersymbool, zoals H voor waterstof, C voor koolstof en Fe voor ijzer.

Sommige elementen bestaan als losse atomen, zoals het edele gashelium. Andere vormen moleculen die uit dezelfde atomen bestaan. Zuurstof wordt gevonden als O₂, ozon als O₃, stikstof als N₂ en zwavel als S₈. Een molecuul zuurstof bevat twee atomen, maar zuurstof is nog steeds een element omdat beide atomen van dezelfde soort zijn.

Wat is een verbinding?

Een verbinding bevat atomen van twee of meer verschillende elementen die door chemische bindingen in een vaste verhouding worden samengevoegd. De formule toont de verhouding: H₂O heeft twee waterstofatomen voor elk zuurstofatoom, en CO₂ heeft één koolstofatoom voor elke twee zuurstofatomen. Verbindingen kunnen alleen door chemische reacties in elementen worden gescheiden, bijvoorbeeld door elektrolyse of door verwarming.

De eigenschappen van een verbinding verschillen van die van de elementen. Natrium is een zacht, reactief metaal en chloor is een giftig groen gas, maar natriumchloride is een onschuldig wit kristal dat we eten op voedsel.

Vergelijken elementen en verbindingen

Wat is de wet van bepaalde proporties?

Joseph Proust toonde rond 1800 dat een bepaalde samenstelling altijd dezelfde elementen in dezelfde massaverhoudingen bevat, ongeacht de bron. Zuiver water heeft altijd ongeveer 1 deel waterstof tot 8 delen zuurstof in massa. De wet onderscheidt verbindingen van mengsels, waarvan de samenstelling kan variëren.

Bewerkt voorbeeld: massasamenstelling

1. Water. De atoommassa’s zijn H = 1.008 en O = 16.00. In H₂O bedraagt de waterstofmassa 2 × 1.008 = 2.016 en zuurstof 16.00. De verhouding H : O = 2.016 : 16.00 = 1 : 7.94, of over 1 : 8.
2. Percentage zuurstof in water. De molaire massa is 18.016 g/mol, Dus zuurstof is 16.00 ÷ 18.016 × 100% = 88.8%.
3. Massa van een monster. In 36.0 g water is de waterstofmassa 36.0 × 2.016 ÷ 18.016 = 4.03 g, en de zuurstofmassa 36.0 − 4.03 = 31.97 g, of ongeveer 32.0 g.
4. Kooldioxide. De molaire massa bedraagt 12.01 + 2 × 16.00 = 44.01 g/mol. Koolstof is 12.01 ÷ 44.01 × 100% = 27.3% per massa, en zuurstof is 72.7%.

Als een analyse van een onbekend monster 11.2% waterstof en 88.8% zuurstof toont, komt het overeen met water. Elke andere verhouding zou een andere verbinding of een mengsel aangeven.

Hoe kun je een element onderscheiden van een verbinding?

• Chemische test: als een zuivere stof kan worden ontleed tot eenvoudigere stoffen, is het een verbinding. Een elektrische stroom door water geven waterstof en zuurstof.
• Formule: een enkel symbool of een molecuul van identieke atomen, zoals N₂, is een element. Verschillende symbolen in de formule, zoals NH₃,, tonen een verbinding.
• Periodieke tabel: elk element verschijnt daar. Een stof die niet in de periodieke tabel als geheel is een verbinding of een mengsel.

Hoe werden de elementen geïdentificeerd?

Oude denkers stelden voor dat alles gemaakt is van een paar elementen zoals aarde, water, lucht en vuur. In 1661 definieert Robert Boyle een element als een stof die niet in eenvoudigere kan worden opgedeeld, in zijn boek The Sceptical Chymist . Antoine Lavoisier publiceerde een lijst van 33 stoffen die hij beschouwde als elementen in 1789, hoewel sommige ervan, zoals kalk, later als verbindingen werden aangetroffen. Mendeleev’s periodieke tabel van 1869 organiseerde de bekende elementen, en elementen werden gestaag ontdekt daarna.

Welke fouten zijn er vaak?

Fouten 1: Denken dat O₂ een verbinding is

Het bevat slechts één soort atoom, dus het is een element.

Fout 2: Een mengsel van gassen een verbinding noemen

Lucht bevat verschillende elementen en verbindingen die niet chemisch gebonden zijn, dus het is een mengsel.

Fout 3: Verwacht dat een verbinding eruit ziet als de elementen

Verbindingen hebben nieuwe eigenschappen. Water lijkt niet op waterstof of zuurstof.

Fouten 4: Een molecuul van een element schrijven als verbinding

De woorden “molecule” en “compound” zijn anders. Alle verbindingen met moleculen bestaan uit moleculen, maar niet alle moleculen zijn verbindingen.