§ 7. Атомы. Химические элементы

Определения и обозначения

Атом — мельчайшая частица химического элемента. Атомы настолько малы, что увидеть их невооружённым глазом нельзя, а масса отдельного атома очень мала. Это понятие нужно, чтобы описывать, из каких частиц состоят вещества.

Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Иными словами, все атомы одного элемента относятся к одному виду, даже если речь идёт о разных отдельных атомах. Понятие элемента помогает объединять атомы по важному признаку и отличать их от атомов других элементов.

Химический символ — условное обозначение элемента, обычно состоящее из одной или двух латинских букв. Первую букву всегда пишут заглавной, а вторую, если она есть, — строчной: например, Na. Символ нужен для краткой записи названия элемента и обозначения его атома.

Относительная атомная масса — величина, показывающая, во сколько раз масса атома больше 1/12 массы атома углерода-12. Её обозначают Ar и находят в периодической таблице; например, для кислорода Ar ≈ 16. Это число сравнения, а не масса атома в граммах, поэтому единицы измерения у него нет.

Как это устроено

В химии приходится часто называть элементы и описывать состав веществ, поэтому длинные названия неудобны для формул и расчётов. Краткие символы позволяют записывать эту информацию компактно и единообразно. Благодаря общим правилам химики понимают записи независимо от того, на каком языке написано название элемента. Символ при этом указывает на элемент и может обозначать его атом.

Название элемента и его символ связаны, но это не одно и то же: название — слово, а символ — установленный условный знак. H обозначает водород, O — кислород, а Na — натрий. По таблице можно проверить, какому элементу принадлежит знак, даже если он не похож на русское название. Такая система особенно удобна, когда в одной формуле нужно показать несколько разных элементов.

Атомы одного элемента относят к одному виду не из-за того, что они обязательно выглядят или ведут себя как отдельные предметы, а по признаку заряда ядра. Именно заряд ядра отличает один химический элемент от другого. Поэтому атомы с одинаковым зарядом ядра относятся к одному элементу, а с разным — к разным. Этот признак позволяет однозначно определить, какой элемент перед нами.

Чтобы сравнивать массы крошечных атомов, используют не граммы, а относительную атомную массу. В качестве эталона выбрана 1/12 массы атома углерода-12, а Ar показывает, во сколько раз масса рассматриваемого атома больше этого эталона. Найдите символ элемента в периодической таблице и прочитайте значение Ar рядом с ним. Например, Ar водорода примерно равно 1, а Ar кислорода — примерно 16; эти значения безразмерны.

Символы показывают, атомы каких элементов входят в состав вещества, а значения Ar позволяют сравнить их массы. Например, запись 2H означает два атома водорода, а не особый элемент с символом 2H. Если нужно сопоставить массу атомов водорода и кислорода, достаточно разделить Ar кислорода на Ar водорода. Так символы и относительные атомные массы становятся основой для чтения формул и простейших химических расчётов.

Атом, химический элемент и его обозначение

Пользуйтесь таблицей, чтобы различать сам атом, вид атомов и условный знак элемента. Если нужно узнать массу атома относительно эталона, найдите значение Ar в периодической таблице. Перед символом отдельно учитывайте число атомов, если оно указано.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какие элементы обозначены символами C, Mg и Cl, и укажите, где в каждом символе заглавная и строчная буквы.

1. Найдём каждый символ в периодической таблице: C соответствует углероду, Mg — магнию, Cl — хлору.
2. Проверим регистр букв: в C есть только одна заглавная буква.
3. В Mg и Cl первые буквы M и C заглавные, а вторые g и l — строчные.

Ответ: C — углерод, одна заглавная буква; Mg — магний, M заглавная и g строчная; Cl — хлор, C заглавная и l строчная.

Задача 2. Объясните, что обозначает запись 3O и чем она отличается от символа O.

1. Определим символ: O — химический символ кислорода, которым обозначают один атом кислорода.
2. Посмотрим на число перед символом: 3 показывает, сколько атомов имеется в виду.
3. Значит, запись 3O обозначает три атома кислорода, а новый химический символ не образуется.

Ответ: O обозначает один атом кислорода, а 3O — три атома кислорода. Число перед символом показывает их количество.

Задача 3. По периодической таблице найдите относительные атомные массы водорода и кислорода и определите, во сколько примерно раз атом кислорода тяжелее атома водорода.

1. Находим значения в таблице: Ar(H) ≈ 1, Ar(O) ≈ 16.
2. Сопоставить массы можно делением относительной массы кислорода на относительную массу водорода: 16 : 1 = 16.
3. Полученное отношение показывает, во сколько раз масса атома кислорода больше массы атома водорода; значения берутся приближённые.

Ответ: атом кислорода примерно в 16 раз тяжелее атома водорода.

Типичные ошибки

Иногда символ элемента принимают за его название. Это разные вещи: «кислород» — название, а O — условное обозначение элемента и его атома. Путаница возникает потому, что символ часто используют вместо слова в формулах. Проверьте себя: можете ли вы отдельно назвать элемент и показать его знак в таблице?

Распространённая ошибка — писать обе буквы заглавными, например NA вместо Na. Вторая буква может казаться частью заглавного сокращения, но регистр входит в установленное обозначение. Правильная запись натрия — Na: N заглавная, a строчная. Сверяйте символ с периодической таблицей, особенно если он состоит из двух букв.

Число перед символом иногда ошибочно считают частью обозначения элемента. Например, 3O — это не новый символ, а три атома кислорода: цифра указывает их количество. Ошибка возникает, когда запись читают как единое слово. Чтобы проверить себя, отделите число от символа и сначала назовите элемент, а затем посчитайте атомы.

Относительную атомную массу могут принять за массу атома в граммах. Однако Ar — это отношение к 1/12 массы атома углерода-12, а не измерение в единицах массы. Такое заблуждение появляется потому, что в названии есть слово «масса». Проверка проста: значение Ar в таблице безразмерно и позволяет сравнивать атомы, но не сообщает их массу в граммах.

Связь с другими темами

Перед изучением атомов полезно различать простые и сложные вещества и понимать, что вещества состоят из частиц. Это помогает перейти от свойств вещества к частицам, из которых оно образовано. Символы и относительные атомные массы находят в периодической таблице химических элементов. Поэтому умение ориентироваться в таблице нужно и для чтения обозначений, и для работы с Ar.

Дальше символы пригодятся при чтении химических формул и составлении уравнений реакций: по ним устанавливают, какие элементы участвуют в записи. Относительные атомные массы используют в расчётах по формулам веществ. Значит, понимание символов и Ar связывает сведения об отдельных атомах с составом и превращениями веществ.

Что запомнить

• Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра.
• У каждого элемента есть собственный химический символ.
• Первую букву символа пишут заглавной, вторую — строчной.
• Число перед символом показывает количество атомов.
• Относительную атомную массу обозначают Ar и находят в периодической таблице.
• Относительная атомная масса не является массой атома в граммах.