Vegyi anyag - Chemical substance

A gőz és a folyékony víz ugyanazon kémiai (tiszta) anyag két különböző formája: a víz.

A vegyi anyag egy formája a kérdés , állandó kémiai összetétele és jellemző tulajdonságok. Néhány referencia hozzá, hogy a vegyi anyag nem lehet elválasztani az őt alkotó elemek fizikai elválasztási módszerekkel, azaz, anélkül, hogy elszakadna kémiai kötések . A vegyi anyagok lehetnek egyszerű anyagok, vegyületek vagy ötvözetek . A kémiai elemek a szakértői állásponttól függően bekerülhetnek a definícióba, vagy nem.

A vegyi anyagokat gyakran „tiszta” -nak nevezik, hogy megkülönböztessék őket a keveréktől . A vegyi anyagok gyakori példája a tiszta víz ; ez ugyanolyan tulajdonságokkal rendelkezik, és az azonos aránya a hidrogén , hogy az oxigén -e izolálunk egy folyó vagy tett egy laboratóriumban . Egyéb vegyi anyagok, amelyek általában tiszta formában fordulnak elő, a gyémánt (szén), az arany , az asztali só ( nátrium -klorid ) és a finomított cukor ( szacharóz ). A gyakorlatban azonban egyetlen anyag sem teljesen tiszta, és a kémiai tisztaságot a vegyszer rendeltetésének megfelelően határozzák meg.

Vegyi anyagok léteznek szilárd , folyadékok , gázok , vagy plazma , és a között változhat ezen fázisok anyag változásaival hőmérséklet vagy nyomás és idő . A kémiai anyagok kombinálhatók vagy átalakíthatók kémiai reakciók útján .

Meghatározás

Egyetlen vegyi anyag színei ( nílusi vörös ) különböző oldószerekben, látható és UV fényben, bemutatva, hogy a vegyi anyag hogyan lép kölcsönhatásba az oldószerrel.

A kémiai anyagot egy általános kémiai bevezető könyvben „minden meghatározott kémiai összetételű anyagként ” definiálhatjuk . E definíció szerint a kémiai anyag lehet tiszta kémiai elem vagy tiszta kémiai vegyület. E meghatározás alól azonban vannak kivételek; a tiszta anyag meghatározható olyan anyagformaként is , amelyek határozott összetételűek és különböző tulajdonságokkal rendelkeznek. A CAS által közzétett vegyi anyag -index több bizonytalan összetételű ötvözetet is tartalmaz . A nem sztöchiometrikus vegyületek különleges esetek (a szervetlen kémiában ), amelyek megsértik az állandó összetétel törvényét, és számukra néha nehéz meghúzni a határt egy keverék és egy vegyület között, mint például a palládium-hidrid esetében . A vegyi anyagok vagy kémiai anyagok tágabb definíciói megtalálhatók, például: "a" vegyi anyag "kifejezés bármely szerves vagy szervetlen anyagot jelent, amelynek meghatározott molekuláris identitása van, beleértve - i. Az ilyen anyagok bármilyen kombinációját, amelyek részben vagy egészben előfordulnak kémiai reakció eredményeként vagy a természetben előforduló ".

A geológiában az egységes összetételű anyagokat ásványoknak nevezik , míg több ásvány (különböző anyagok) fizikai keverékeit ( aggregátumait ) kőzeteknek definiálják . Sok ásvány azonban kölcsönösen feloldódik szilárd oldatokban , így egyetlen kőzet egységes anyag, annak ellenére, hogy sztöchiometriai értelemben vett keverék. Földpátjai egy gyakori példa: anorthoclase egy alkáli-alumínium-szilikát, ahol az alkálifém a felcserélhetően vagy nátrium vagy kálium.

A törvény szerint a "vegyi anyagok" magukban foglalhatnak tiszta anyagokat és meghatározott összetételű vagy gyártási eljárással rendelkező keverékeket. Például az EU szabályozás REACH szerint a „összetevőből anyagok”, „többkomponensű anyagok”, illetve „anyagok ismeretlen szerkezetű vagy változó összetételű”. Az utóbbi kettő több vegyi anyagból áll; azonosságukat azonban közvetlen kémiai elemzéssel vagy egyetlen gyártási folyamatra való hivatkozással lehet megállapítani. Például a szén egy rendkívül összetett, részben polimer keverék, amely a gyártási folyamatával határozható meg. Ezért, bár a pontos kémiai azonosság ismeretlen, az azonosítás kellő pontossággal elvégezhető. A CAS index keverékeket is tartalmaz.

A polimerek szinte mindig több móltömegű molekulák keverékeiként jelennek meg, amelyek mindegyike külön kémiai anyagnak tekinthető. A polimert azonban ismert prekurzor vagy reakció (k) és a moláris tömegeloszlás határozza meg . Például, a polietilén keveréke nagyon hosszú láncokat a -CH 2 - ismétlődő egységet, és általában értékesítik több molekulatömeg-eloszlása, LDPE , MDPE , HDPE és UHMWPE .

Történelem

A "kémiai anyag" fogalma a tizennyolcadik század végén határozottan megalapozódott, miután Joseph Proust vegyész dolgozott néhány tiszta kémiai vegyület, például bázikus réz -karbonát összetételén . Ebből arra a következtetésre jutott, hogy "Egy vegyület minden mintája azonos összetételű; vagyis minden minta tömegaránya megegyezik a vegyületben lévő elemekkel." Ezt ma az állandó összetétel törvényének nevezik . Később a kémiai szintézis módszereinek fejlődésével, különösen a szerves kémia területén ; sok új kémiai elem és új technika felfedezése az analitikus kémia területén, amelyet az elemek és vegyületek vegyszerektől való elkülönítésére és tisztítására használtak, ami a modern kémia létrehozásához vezetett , a fogalmat a legtöbb kémia tankönyvben leírtak szerint határozták meg. Van azonban némi vita ezzel a definícióval kapcsolatban, elsősorban azért, mert a kémiai szakirodalomban közölt nagyszámú vegyi anyagot indexálni kell.

Az izomerizmus sok megdöbbenést okozott a korai kutatóknak, mivel az izomerek összetétele pontosan azonos, de az atomok konfigurációja (elrendezése) eltér egymástól. Például sok találgatás volt a benzol kémiai azonosságával kapcsolatban , amíg Friedrich August Kekulé le nem írta a helyes szerkezetet . Hasonlóképpen, a sztereoizomerizmus gondolata- hogy az atomok merev háromdimenziós szerkezetűek, és így csak háromdimenziós elrendezésükben eltérő izomereket képezhetnek-egy másik döntő lépés volt a különböző kémiai anyagok fogalmának megértésében. Például a borkősavnak három különböző izomerje van, egy pár diasztereomer , egy diasztereomerrel két enantiomer .

Kémiai elemek

Natív kén kristályok. A kén természetesen elemi kénként, szulfid- és szulfátásványokban, valamint hidrogén -szulfidban fordul elő .

Az elem egy kémiai anyag, amely egy bizonyos típusú atomból áll, és ezért nem bontható le vagy alakítható át kémiai reakcióval más elemre, bár nukleáris reakció révén átalakítható egy másik elemmé . Ez azért van így, mert egy elem mintájának minden atomja azonos számú protonnal rendelkezik , bár lehetnek különböző izotópok , eltérő neutronszámmal .

2019 -ig 118 ismert elem van, amelyek közül körülbelül 80 stabil - vagyis nem változnak radioaktív bomlással más elemekké. Egyes elemek több kémiai anyagként is előfordulhatnak ( allotrópok ). Például az oxigén kétatomos oxigénként (O 2 ) és ózonként (O 3 ) is létezik . Az elemek többsége fémnek minősül . Ezek olyan jellegzetes fényű elemek, mint a vas , a réz és az arany . A fémek általában jól vezetik az elektromosságot és a hőt, képlékenyek és képlékenyek . Körülbelül egy tucat elem, például szén , nitrogén és oxigén minősül nemfémnek . A nemfémeknek hiányoznak a fentebb leírt fémes tulajdonságai, emellett nagy az elektronegativitásuk és hajlamosak a negatív ionok képződésére . Bizonyos elemek, mint például a szilícium, néha fémekre és néha nemfémekre hasonlítanak, és metalloidokként ismertek .

Kémiai vegyületek

A kálium -ferricianid kálium-, vas-, szén- és nitrogénvegyület; bár cianidanionokat tartalmaz, nem szabadítja fel őket és nem mérgező.

A kémiai vegyület olyan kémiai anyag, amely egy adott atom- vagy ionhalmazból áll . Két vagy több elem kombinációja egyetlen anyag révén kémiai reakció alkotnak kémiai vegyület . Minden vegyület anyag, de nem minden anyag vegyület.

A kémiai vegyületek lehetnek atomok , amelyek molekulákba vannak kötve , vagy kristályok , amelyekben az atomok, molekulák vagy ionok kristályrácsot alkotnak . Az elsősorban szén- és hidrogénatomokon alapuló vegyületeket szerves vegyületeknek , a többit pedig szervetlen vegyületeknek nevezzük . A szén és a fém közötti kötéseket tartalmazó vegyületeket fémorganikus vegyületeknek nevezzük .

Azokat a vegyületeket, amelyekben a komponensek elektronokat osztanak, kovalens vegyületeknek nevezzük . Vegyületek, amelyek ellentétes töltésű ionok ismert ionos vegyületek, vagy sóik .

A szerves kémiában több kémiai vegyület is lehet, amelyek összetétele és molekulatömege azonos. Általában ezeket izomereknek nevezik . Az izomerek általában lényegesen eltérő kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, és gyakran izolálhatók anélkül, hogy spontán átalakulnának. Gyakori példa a glükóz és a fruktóz . Előbbi aldehid , utóbbi keton . Ezek átalakítása enzimatikus vagy sav-bázis katalízist igényel .

A tautomerek azonban kivételt képeznek: az izomerizáció hétköznapi körülmények között spontán megy végbe, így egy tiszta anyagot nem lehet izolálni a tautomerjeibe, még akkor sem, ha ezeket spektroszkóposan azonosítani lehet, vagy különleges körülmények között el lehet különíteni. Gyakori példa a glükóz , amelynek nyílt láncú és gyűrűs formái vannak. Nem lehet tiszta nyílt láncú glükózt előállítani, mert a glükóz spontán hemiacetális formává válik.

Anyagok a keverékekkel szemben

Az áfonyaüveg, bár homogénnek tűnik, egy keverék, amely körülbelül 40 nm átmérőjű üvegből és arany kolloid részecskékből áll  , és vörös színt kölcsönöz neki.

Minden anyag különböző elemekből és kémiai vegyületekből áll, de ezeket gyakran alaposan összekeverik. A keverékek egynél több kémiai anyagot tartalmaznak, és nem tartalmaznak fix összetételt. Elvileg tisztán mechanikai eljárásokkal választhatók szét az összetevőkre . A vaj , a talaj és a fa a keverékek gyakori példái.

A szürke vasfém és a sárga kén egyaránt kémiai elemek, és bármilyen arányban összekeverhetők sárga-szürke keverékké. Nem fordul elő kémiai folyamat, és az anyagot keverékként lehet azonosítani azzal a ténnyel, hogy a kén és a vas mechanikai eljárással választható el, például mágnes segítségével vonzzák el a vasat a kénből.

Ezzel szemben, ha a vasat és a kénet bizonyos arányban felhevítik (1 atom vas minden kénatomhoz, vagy tömege szerint 56 gramm (1 mol ) vas és 32 gramm (1 mol) kén), A reakció lezajlik, és új anyag keletkezik, a Fe (S) kémiai képletű vas (II) -szulfid vegyület. A kapott vegyület kémiai anyag összes tulajdonságával rendelkezik, és nem keverék. A vas (II) -szulfidnak megvannak a maga sajátos tulajdonságai, például az olvadáspont és az oldhatóság , és a két elem nem választható el normál mechanikai eljárásokkal; a mágnes nem tudja visszanyerni a vasat, mivel a vegyületben nincs fémes vas.

Vegyszerek a kémiai anyagokkal szemben

Vegyszerek mérőhengerekben és főzőpohárban.

Míg a kémiai anyag kifejezés pontos technikai kifejezés, amely a vegyészek szinonimája a vegyészek számára, a kémiai szót az angol nyelvű világban általánosan használják mind a (tiszta) kémiai anyagokra, mind a keverékekre (gyakran vegyületeknek ), és különösen amikor laboratóriumban vagy ipari eljárásban állítják elő vagy tisztítják. Más szavakkal, azokat a kémiai anyagokat, amelyekből például a gyümölcsök és zöldségek természetes módon állnak, még vadon termesztéskor sem, általános használatban nem nevezik vegyszereknek. Azokban az országokban, amelyek megkövetelik a termékek összetevőinek listáját, a felsorolt ​​"vegyi anyagok" iparilag előállított "vegyi anyagok". A "vegyszer" szót gyakran használják az addiktív, kábító vagy tudatmódosító szerekre is.

A vegyiparban a gyártott "vegyi anyagok" olyan vegyi anyagok, amelyek termelési volumenük szerint csoportosíthatók ömlesztett vegyi anyagokra, finom vegyszerekre és a kutatásban talált vegyi anyagokra:

  • Ömlesztett vegyi anyagokat nagyon nagy mennyiségben állítanak elő, általában rendkívül optimalizált folyamatos folyamatokkal és viszonylag alacsony áron.
  • Finom vegyi anyagokat magas költségek mellett, kis mennyiségben állítanak elő kis, kis térfogatú alkalmazásokhoz, például biocidokhoz, gyógyszerekhez és speciális vegyi anyagokhoz műszaki alkalmazásokhoz.
  • A kutatási vegyi anyagokat egyedileg állítják elő a kutatásokhoz, például amikor szintetikus útvonalakat keresnek vagy anyagokat szűrnek a gyógyszerészeti tevékenységre. Valójában grammonkénti ára nagyon magas, bár nem értékesítik őket.

A termelési térfogat különbségének oka a vegyi anyag molekuláris szerkezetének összetettsége. Az ömlesztett vegyi anyagok általában sokkal kevésbé bonyolultak. Bár a finom vegyszerek összetettebbek lehetnek, sok közülük elég egyszerű ahhoz, hogy "építőkövekként" értékesítsék a bonyolultabb, egyszer használatos molekulák szintézisében, amint azt fent említettük. A termelés egy kémiai nemcsak annak szintézisét, hanem a tisztítást, hogy megszüntesse a melléktermékek és szennyezések részt vesz a szintézis. A gyártás utolsó lépése a kötegelt vegyi anyagok elemzése kell, hogy legyen, hogy meghatározzák és számszerűsítsék a szennyeződések százalékos arányát a vegyi anyag vásárlója számára. A szükséges tisztaság és elemzés az alkalmazástól függ, de a szennyeződések nagyobb toleranciája általában elvárható ömlesztett vegyi anyagok gyártásakor. Így a vegyi anyag felhasználója az Egyesült Államokban választhat a nagyobb mennyiségű szennyeződést tartalmazó ömlesztett vagy "technikai minőségű" vagy sokkal tisztább "gyógyszerészeti minőségű" ("USP", Egyesült Államok Pharmacopeia ) címke közül . A kereskedelmi és jogi értelemben vett "vegyi anyagok" magukban foglalhatják az igen változó összetételű keverékeket is, mivel ezek bizonyos vegyi anyagok helyett műszaki előírásoknak megfelelő termékek. Például a benzin nem egyetlen kémiai vegyület vagy akár egy bizonyos keverék: a különböző benzinek nagyon eltérő kémiai összetételűek lehetnek, mivel a "benzint" elsősorban a forrás, a tulajdonságok és az oktánszám alapján határozzák meg .

Elnevezés és indexelés

Minden vegyi anyagnak egy vagy több szisztematikus neve van , általában az IUPAC elnevezési szabályai szerint . A Chemical Abstracts Service (CAS) alternatív rendszert használ .

Sok vegyület ismert a gyakoribb, egyszerűbb nevükön is, amelyek közül sok megelőzi a szisztematikus nevet. Például, a hosszú ideje ismert cukrot glükóz mostantól szisztematikusan elemzi 6- (hidroxi-metil) oxán-2,3,4,5-tetrol. A természetes termékeknek és gyógyszereknek egyszerűbb neveket is adnak, például az enyhe fájdalomcsillapító Naproxen az (S) -6-metoxi-a-metil-2-naftalin-ecetsav kémiai vegyület gyakoribb elnevezése.

A vegyészek gyakran hivatkoznak kémiai vegyületek alkalmazásával kémiai képletek vagy molekuláris szerkezete a vegyület. Fenomenális növekedés tapasztalható a szintetizált (vagy izolált) kémiai vegyületek számában, majd a tudományos szakirodalomban professzionális kémikusok szerte a világon. Az ismert kémiai elemek kémiai kombinációjával óriási számú kémiai vegyület jöhet létre. 2021. Sok ilyen vegyület neve gyakran nem triviális, ezért nem könnyű megjegyezni vagy pontosan idézni. Ezenkívül nehéz nyomon követni őket az irodalomban. Számos nemzetközi szervezet, például az IUPAC és a CAS kezdeményezett lépéseket az ilyen feladatok megkönnyítése érdekében. A CAS a kémiai szakirodalom kivonási szolgáltatásait nyújtja, és a kémiai szakirodalomban (például kémiai folyóiratokban és szabadalmakban ) közölt minden vegyi anyaghoz megad egy numerikus azonosítót, amelyet CAS nyilvántartási számnak neveznek . Ezeket az információkat adatbázisként állítják össze, és közismert nevén a vegyi anyagok indexe. Az anyaginformációkra kifejlesztett egyéb számítógépbarát rendszerek a következők: SMILES és a Nemzetközi Vegyiazonosító vagy az InChI.

Egy tipikus vegyi anyag azonosítása
Gyakori név Szisztematikus név Kémiai formula Kémiai szerkezet CAS nyilvántartási szám InChI
Alkohol, vagy
etil -alkohol
Etanol C 2 H 5 OH
Ethanol-2D-skeletal.png
[64-17-5] 1/C2H6O/c1-2-3/h3H, 2H2,1H3

Elkülönítés, tisztítás, jellemzés és azonosítás

Gyakran tiszta anyagot kell elkülöníteni egy keverékből , például természetes forrásból (ahol a minta gyakran számos kémiai anyagot tartalmaz) vagy kémiai reakció után (amely gyakran vegyi anyagok keverékeit adja).

Lásd még

Jegyzetek és hivatkozások

Külső linkek