§16. Химические элементы

Определения и обозначения

Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. У каждого элемента есть собственное название, например водород или кислород. Элемент объединяет все атомы одного вида, а не обозначает какую-то одну частицу. Это понятие помогает различать атомы по их строению.

Атом — мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства. Иными словами, отдельный атом принадлежит к определённому виду и является его частицей. Например, атом кислорода относится к химическому элементу кислороду. Так мы связываем понятие элемента со строением вещества.

Химический символ — условное буквенное обозначение элемента. Например, символ кислорода — O, а водорода — H. Первую букву пишут заглавной, а вторую, если она есть, — строчной. Символы нужны, чтобы кратко записывать названия элементов и состав веществ.

Химическое вещество — то, из чего состоят тела. Вещества образованы атомами одного или нескольких химических элементов. Например, вода содержит атомы водорода и кислорода. Различая вещество и элемент, мы можем описать и материал, и виды атомов в его составе.

Как это устроено

Вещества окружающего мира состоят из атомов, поэтому состав любого вещества можно объяснить через эти частицы. Атомы различаются строением ядра, и по этому признаку их относят к разным химическим элементам. Атомы с одинаковым зарядом ядра принадлежат одному элементу, даже если находятся в разных веществах. Так понятие элемента помогает упорядочить множество атомов и понять, какие частицы составляют окружающий мир.

У каждого элемента есть название и краткий символ, потому что полные названия неудобно постоянно писать в формулах и записях. Символы договорились использовать одинаково, чтобы обозначения были понятны людям в разных странах. Например, O означает кислород, независимо от того, на каком языке написано его название. Благодаря этому можно читать записи о составе веществ, не переводя каждое название.

Некоторые символы состоят из одной буквы, а другие — из двух. Часто первая буква связана с названием элемента, но у части элементов обозначения имеют историческое происхождение. Если символ двухбуквенный, первая буква заглавная, а вторая строчная: так, железо записывают Fe. Регистр, то есть различие между заглавной и строчной буквами, важен, потому что обозначения должны читаться однозначно.

Вещество может быть образовано атомами одного элемента или атомами нескольких элементов. Например, в простом веществе кислороде присутствуют атомы кислорода, а вода состоит из атомов водорода и кислорода. Поэтому число элементов в составе не всегда совпадает с числом атомов: в молекуле воды три атома, но только два разных элемента. Такие примеры показывают, почему при описании состава нужно отдельно считать виды атомов и сами частицы.

Химические элементы входят в состав тел живой и неживой природы, потому что все эти тела состоят из веществ, а вещества — из атомов. Однако набор элементов и их сочетания у разных тел не одинаковы. В живых организмах встречаются, например, углерод, водород и кислород, а в металлическом гвозде важную часть составляет железо. Сравнивая состав тел, можно увидеть, что одни и те же элементы могут входить в разные вещества и природные объекты.

Примеры химических элементов и их обозначений

Таблица помогает быстро связать название элемента с его символом. В третьем столбце приведены примеры веществ и тел, в составе которых встречается соответствующий элемент. Это не означает, что тело состоит только из него: например, вода содержит и водород, и кислород.

Разбор задач

Задача 1. Запишите химические символы водорода, кислорода и углерода.

Нужно найти обозначение каждого названного элемента, а не составить формулу вещества. Для этого сопоставим названия с принятыми химическими символами. Проверим, что заглавная и строчная буквы записаны правильно. В символах этих трёх элементов используется по одной букве.

1. Водороду соответствует символ H.
2. Кислороду соответствует символ O.
3. Углероду соответствует символ C.

Ответ: водород — H, кислород — O, углерод — C.

Задача 2. В записи H₂O найдите символы химических элементов и назовите эти элементы.

Запись H₂O — это формула вещества, а буквы в ней обозначают элементы. Нижняя цифра ₂ относится к символу H и показывает, сколько атомов водорода записано в формуле. Она не является отдельным символом элемента. Сначала найдём разные буквенные обозначения, а затем назовём соответствующие элементы.

1. В формуле есть символ H — это водород.
2. Также есть символ O — это кислород.
3. Цифра ₂ показывает два атома водорода; у O цифры нет, значит, записан один атом кислорода.

Ответ: в H₂O представлены водород (H) и кислород (O), всего два химических элемента.

Задача 3. Вещество состоит из атомов углерода и кислорода. Сколько разных химических элементов входит в его состав и каковы их символы?

Здесь уже названы два вида атомов. Нужно определить, сколько разных элементов они представляют, и записать обозначения этих элементов. Не требуется считать общее количество атомов: его условие не сообщает. Каждому виду атомов соответствует свой символ.

1. Углерод — отдельный химический элемент, его символ C.
2. Кислород — другой элемент, его символ O.
3. Считаем разные виды элементов, а не частицы каждого вида: названо два вида.

Ответ: два химических элемента — углерод (C) и кислород (O).

Типичные ошибки

Ошибка — считать химический элемент и простое вещество одним и тем же. Элемент обозначает вид атомов, а вещество — материал, состоящий из частиц; эти понятия связаны, но не равны. Путаница возникает, когда одно название используют в разговоре и об элементе, и о веществе. Проверь себя вопросом: речь идёт о виде атомов или о том, из чего состоит тело?

Ошибка — принимать элемент за отдельный атом. Элемент объединяет множество атомов одного вида, а атом — отдельная частица этого вида. Такое смешение возникает потому, что эти понятия тесно связаны. Чтобы проверить себя, замени слово элемент на «вид атомов», а слово атом — на «одна частица».

Ошибка — писать символ целиком строчными или заглавными буквами. Например, символ железа записывают Fe, а не FE и не fe. Регистр путают, если воспринимают буквы как обычное сокращение. Проверь каждую запись: первая буква должна быть заглавной, вторая — строчной, если она есть.

Ошибка — считать, что любое вещество состоит из атомов только одного элемента. На самом деле многие вещества содержат атомы нескольких видов, как вода, в которой есть водород и кислород. Путаница может возникнуть, если судить о веществе только по одному знакомому элементу в его составе. Проверь себя: перечисли все символы элементов, которые указаны в формуле или условии.

Связь с другими темами

Ранее ты узнал, что тела состоят из веществ, а вещества имеют состав и свойства. Понятие химического элемента позволяет уточнить этот состав: назвать, какие виды атомов образуют вещество. Это пригодится при изучении организмов, поскольку их тела тоже состоят из веществ. Позже элементы и их символы помогут разбирать химические соединения и пользоваться периодической таблицей.

Что запомнить

• Химический элемент — вид атомов.
• Атом — отдельная частица химического элемента.
• У каждого элемента есть название и химический символ.
• Первую букву символа пишут заглавной, вторую — строчной.
• Вещество может состоять из атомов одного или нескольких элементов.
• Химические элементы входят в состав тел живой и неживой природы.