"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Вещества состоят из частиц, а их свойства и состав можно объяснить строением этих частиц. Атом — наименьшая электрически нейтральная частица элемента, молекула — связанная группа атомов, сохраняющая свойства вещества. Химический элемент обозначает вид атомов, а простое вещество образовано атомами одного элемента; соединение включает атомы разных элементов. Формула показывает состав вещества, а уравнение реакции — перегруппировку атомов. Понимание этих понятий помогает читать формулы, уравнивать реакции и выполнять расчёты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атом — наименьшая электрически нейтральная частица химического элемента, сохраняющая его свойства в химических превращениях. Он состоит из положительно заряженного ядра и электронов, но в целом не имеет заряда. Именно атомы участвуют в химических превращениях и образуют частицы веществ.
Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Элементу соответствует символ в периодической таблице: например, H обозначает водород, а O — кислород. Символ помогает кратко записывать состав веществ и не является названием отдельной молекулы.
Молекула — частица вещества, состоящая из связанных атомов и сохраняющая химические свойства этого вещества. Так, молекула воды включает атомы водорода и кислорода. Понятие молекулы помогает представить, какие атомы связаны между собой; однако не каждое вещество состоит из отдельных молекул.
Химическое соединение состоит из атомов разных химических элементов, соединённых в определённом соотношении. Вода — соединение водорода и кислорода, её формула H₂O показывает это соотношение. Отличие состава соединения от состава простого вещества важно для чтения формул и описания веществ.
Вещество можно представить как множество частиц, между которыми есть промежутки и взаимодействие. В одних веществах такими частицами служат молекулы, в других — атомы или ионы; ион — заряженная частица. Частица и вещество не одно и то же: одна молекула воды — частица, а вода как вещество состоит из огромного числа таких частиц. Модель частиц объясняет, почему вещества имеют состав, а при химическом превращении могут образовываться новые вещества.
Химический элемент — характеристика атомов, а простое вещество — вид вещества, состав которого образуют атомы одного элемента. Например, O обозначает элемент кислород, а O₂ — молекулу простого вещества кислорода. Один элемент может образовывать разные простые вещества: атомы углерода входят и в графит, и в алмаз. Поэтому символ элемента и формула вещества отвечают на разные вопросы: какие атомы рассматриваются и как устроено вещество.
Формула показывает, какие элементы входят в состав и сколько атомов каждого элемента приходится на частицу или формульную единицу. Символы читают по таблице, а маленькие цифры справа внизу от символа называют индексами. Например, H₂O содержит два атома водорода и один атом кислорода, потому что у O индекс не написан. Если перед формулой стоит коэффициент, он умножает число всех атомов в ней, а не только ближайший символ.
Во время химической реакции исходные частицы перестраиваются: связи между атомами разрываются и возникают новые. Атомы при этом не исчезают и не превращаются в атомы другого элемента, поскольку химические реакции не меняют заряд ядра. Поэтому каждый атом, который был в исходных веществах, должен оказаться среди продуктов реакции. Из этого следует закон сохранения числа атомов каждого элемента, на котором основано уравнивание уравнений.
Уравнение реакции записывает формулы исходных веществ слева от стрелки, а продуктов — справа. Чтобы число атомов каждого элемента совпало, перед формулами подбирают коэффициенты: они показывают, сколько частиц или формульных единиц участвует в реакции. Формулы при этом оставляют неизменными, иначе изменился бы состав веществ. Например, для реакции алюминия с кислородом подходит запись 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃: по обе стороны четыре атома Al и шесть атомов O.
| Объект | Из каких атомов состоит | Что обозначает | Пример |
|---|---|---|---|
| Атом | Одно ядро и электроны; ядро относится к одному элементу | Отдельную электрически нейтральную частицу элемента | Атом He |
| Молекула простого вещества | Из связанных атомов одного элемента | Частицу простого вещества | O₂ |
| Молекула химического соединения | Из связанных атомов разных элементов | Частицу соединения | H₂O |
| Химический элемент | Атомы с одинаковым зарядом ядра | Вид атомов, обозначаемый символом | O — кислород |
| Простое вещество | Из атомов одного элемента | Вещество, образованное одним химическим элементом | Железо Fe |
Сначала определите, описывает строка отдельную частицу, вид атомов или вещество целиком. Затем сравните, атомы каких элементов входят в состав: один элемент указывает на простое вещество, разные — на соединение. Помните, что не все вещества состоят из молекул: например, формула NaCl обозначает соотношение частиц в веществе ионного строения.
Задача 1. Определить, какие элементы и сколько атомов каждого элемента указаны в формулах H₂O и CO₂. Нужно прочитать символы и обратить внимание на индексы. Если индекс не указан, атом этого элемента считается один.
Ответ: H₂O содержит два атома водорода и один атом кислорода; CO₂ — один атом углерода и два атома кислорода. Индекс относится только к символу непосредственно перед ним. Поэтому индекс у O не меняет число атомов C в CO₂.
Задача 2. Классифицировать O₂, Fe и H₂O как простые вещества или химические соединения. Сравним не число атомов в формуле, а число разных химических элементов. Простое вещество образовано атомами одного элемента, соединение — атомами разных элементов.
Ответ: O₂ и Fe — простые вещества, H₂O — химическое соединение. Количество атомов не определяет классификацию само по себе: решает число разных элементов в составе. Например, O₂ содержит больше одного атома, но остаётся простым веществом.
Задача 3. Расставить коэффициенты в уравнении Al + O₂ → Al₂O₃ и проверить результат. Индексы 2 и 3 в формулах задают состав веществ, поэтому их менять нельзя. Подбираем числа перед формулами так, чтобы совпало число атомов каждого элемента.
Ответ: 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃. Число атомов обоих элементов слева и справа совпадает, значит, коэффициенты расставлены правильно. Формулы веществ остались прежними.
Считать химический элемент и простое вещество одним и тем же — значит путать вид атомов с веществом, состоящим из них. Это часто происходит потому, что в названиях они совпадают, например «кислород». Проверьте себя: элемент обозначают символом O, а простое вещество может иметь формулу O₂.
Принимать индекс за число молекул неверно: индекс показывает число атомов элемента в одной частице или формульной единице. Путаница возникает из-за того, что цифра стоит рядом с символом, но она относится к составу формулы. Чтобы проверить чтение, отдельно назовите число атомов каждого элемента в одной формульной записи.
Менять индексы ради уравнивания реакции нельзя, потому что так меняется состав вещества. Ошибку допускают, когда пытаются сразу сделать числа атомов слева и справа одинаковыми. Сверьте формулы исходных веществ и продуктов с условием, а для баланса изменяйте только числа перед ними.
Считать, что атомы при реакции исчезают или превращаются в атомы другого элемента, — значит неверно представлять химическое превращение. Обычно это предположение возникает, если продукты реакции рассматривают без подсчёта частиц. Проверьте уравнение: для каждого элемента число атомов должно совпадать по обе стороны стрелки, поскольку атомы лишь перегруппировываются.
Для работы с темой нужно знать названия и символы химических элементов и уметь находить их в периодической таблице. Это позволяет верно читать обозначения в формулах и определять, какие атомы входят в состав вещества. Если символы перепутаны, ошибочным станет и вывод о составе.
Понимание атомов, элементов и формул необходимо, чтобы записывать и уравнивать уравнения химических реакций. Оно также помогает выполнять расчёты по формулам и уравнениям: сначала нужно правильно определить состав веществ и количество атомов. Так теоретические понятия становятся основой для практических задач по химии.
Чем химический элемент отличается от простого вещества?
Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра, например кислород. Простое вещество — материал, состоящий из атомов одного элемента; кислород образует молекулы O₂. Поэтому название элемента говорит о виде атомов, а название простого вещества — о веществе.
Что показывает индекс в химической формуле?
Индекс показывает число атомов данного элемента в одной молекуле или формульной единице. Например, в H₂O есть два атома водорода и один атом кислорода. Если индекса нет, атом этого элемента один.
Почему в формуле O₂ стоит индекс 2, а в NaCl индексов нет?
В молекуле O₂ связаны два атома кислорода, поэтому после символа O ставят индекс 2. В NaCl на одну формульную единицу приходятся один атом натрия и один атом хлора, а единицы не записывают. NaCl — формула вещества с ионным строением, а не отдельной молекулы.
Почему при уравнивании реакции нельзя менять индексы?
Индекс задаёт состав частицы или формульной единицы, поэтому его изменение означает уже другое вещество. Например, O₂ и O₃ — разные вещества. Для уравнивания изменяют коэффициенты перед формулами: они показывают количество частиц, не меняя их состав.
Как проверить, правильно ли расставлены коэффициенты?
Подсчитай атомы каждого элемента отдельно слева и справа от стрелки, учитывая и индексы, и коэффициенты. Если числа совпадают для всех элементов, уравнение уравнено. Затем проверь, что коэффициенты записаны перед формулами, а сами формулы не изменены.
Раздел 1. Теоретические основы химии
