"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Водород — химический элемент с символом H и порядковым номером 1, а водород как простое вещество состоит из молекул H₂. В ядре любого атома водорода есть один протон, но число нейтронов может различаться: так возникают изотопы протий, дейтерий и тритий. Различие между H и H₂ помогает правильно читать формулы и описывать химические реакции. Знание строения атома также позволяет находить число частиц и относительную массу молекулы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Водород как химический элемент — вид атомов с символом H и порядковым номером 1. Это положение в Периодической системе показывает, что заряд ядра атома водорода равен +1. Обозначение H помогает говорить об элементе и записывать его в формулах.
Изотопы водорода — разновидности атомов одного элемента: протий ¹₁H, дейтерий ²₁H и тритий ³₁H. В их ядрах по одному протону, но соответственно ноль, один и два нейтрона. Это обозначение нужно, чтобы показать, какой именно атом рассматривается и какова его масса.
Водород как простое вещество — вещество, состоящее из молекул H₂. Индекс 2 в формуле указывает, что в каждой молекуле два атома водорода. Поэтому формула простого вещества не совпадает с символом химического элемента.
Относительная атомная масса водорода обозначается Aᵣ(H), а относительная молекулярная масса его молекулы — Mᵣ(H₂). Для школьных расчётов Aᵣ(H) принимают равной 1, тогда Mᵣ(H₂) = 2. Эти обозначения помогают не смешивать массу одного атома с массой всей молекулы.
Положение водорода в Периодической системе связано с устройством его атома. Порядковый номер элемента показывает заряд ядра, а заряд создают протоны: у водорода он равен +1. Атом в целом нейтрален, поэтому положительный заряд одного протона уравновешивает один электрон. Так связь между таблицей и строением атома позволяет определить число частиц без дополнительной информации.
Протий, дейтерий и тритий относятся к одному элементу, потому что у каждого ядра один протон. Число нейтронов на заряд ядра не влияет, зато влияет на массу атома. Массовое число складывается из числа протонов и нейтронов, поэтому для протия оно равно 1, для дейтерия — 2, а для трития — 3. Значит, изотопы различаются массой, но сохраняют принадлежность к водороду.
У атома водорода есть один электрон, и он находится на внешнем электронном слое. Этот электрон неспаренный, то есть у него нет второго электрона в той же паре. Когда сближаются два атома, каждый предоставляет по одному электрону для общей пары. Общая электронная пара удерживает атомы вместе; такую связь называют ковалентной, а образовавшаяся частица — молекулой H₂.
Запись H и запись H₂ отвечают на разные вопросы. H указывает на химический элемент или отдельный атом, а H₂ — на молекулу простого вещества, в которой атомов два. Нижний индекс относится к числу атомов в частице и не меняет символ элемента. Это различие необходимо, чтобы правильно читать формулы и понимать, какие частицы участвуют в химических процессах.
Относительная атомная масса элемента зависит от того, какие изотопы и в каких количествах входят в образец: у изотопов разное число нейтронов и разная масса. В школьных задачах для водорода обычно берут Aᵣ(H) = 1. Относительная молекулярная масса H₂ определяется составом конкретной молекулы: в ней два атома водорода, поэтому складываются две относительные атомные массы. Получается Mᵣ(H₂) = 1 + 1 = 2.
| Признак | Водород как химический элемент | Водород как простое вещество |
|---|---|---|
| Обозначение | H | H₂ |
| Что обозначает | Вид атомов с зарядом ядра +1 | Вещество из молекул водорода |
| Строение | Атомы с одним протоном в ядре | Молекулы из двух связанных атомов |
| Число атомов в частице | Один в отдельно взятом атоме | Два в молекуле |
| Относительная масса | Aᵣ(H) = 1 | Mᵣ(H₂) = 2 |
Сначала определите, о чём говорится: о виде атомов или о веществе, затем проверьте символ и индекс. Если нужно сравнить массы, учитывайте, что Aᵣ относится к атому, а Mᵣ — к молекуле. Таблица показывает, почему H и H₂ связаны, но не взаимозаменяемы.
Нижний индекс 1 — порядковый номер, верхний индекс 1 — массовое число. Сначала по порядковому номеру находим число протонов, затем учитываем нейтральность атома. Чтобы получить число нейтронов, из массового числа вычитаем число протонов.
Ответ: один протон, один электрон и ни одного нейтрона.
Нижний индекс у обеих записей равен 1, значит, в каждом ядре по одному протону. Верхние индексы — массовые числа: у протия 1, у дейтерия 2. Вычтем число протонов из массового числа, чтобы найти число нейтронов.
Ответ: ядро протия содержит 1 протон и 0 нейтронов, ядро дейтерия — 1 протон и 1 нейтрон.
Сначала читаем формулу: индекс 2 показывает, что в молекуле два атома водорода. Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс всех атомов в молекуле. Поэтому умножаем значение для одного атома на два, а не используем его только один раз.
Ответ: относительная молекулярная масса водорода H₂ равна 2.
Считать H и H₂ одним и тем же — значит смешивать обозначение элемента с формулой молекулы. Так ошибаются, когда не замечают нижний индекс. Проверьте себя: H обозначает один атом или элемент, а у H₂ в каждой молекуле два атома.
Порядковый номер не равен массовому числу. Первый показывает число протонов, а второе учитывает и протоны, и нейтроны; путаница возникает из-за похожих чисел в записи изотопа. Проверка простая: число нейтронов получают как массовое число минус порядковый номер.
Изотопы водорода не различаются числом протонов: иначе это были бы атомы разных элементов. Ошибка возникает, если считать, что вся разница в массе связана с зарядом ядра. Убедитесь, что нижний индекс у изотопов водорода одинаков, а меняется число нейтронов.
Нельзя считать, что Mᵣ(H₂) равна 1: это значение относится к одному атому водорода в принятом школьном приближении. Индекс 2 показывает, что в молекуле два атома, и нужно сложить обе массы. Чтобы проверить вычисление, перечислите атомы по формуле и учтите каждый из них.
Для понимания водорода нужны знания о строении атома, порядковом и массовом числах, а также умение находить элемент в Периодической системе. Эти понятия помогают определить число протонов, электронов и нейтронов. Различие между химическим элементом, простым веществом и молекулой пригодится при чтении формул и изучении химических связей. Позже оно поможет описывать реакции водорода и состав веществ.
Почему водород записывают как H₂, если в Периодической системе его символ — H?
Символ H обозначает химический элемент водород или один его атом. Простое вещество водород состоит из молекул, в каждой из которых соединены два атома, поэтому его формула — H₂.
Чем химический элемент отличается от простого вещества?
Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра, то есть с одинаковым числом протонов. Простое вещество состоит из атомов одного элемента; например, молекула водорода H₂ содержит два атома элемента водорода.
Почему протий, дейтерий и тритий относятся к одному химическому элементу?
У ядер всех трёх изотопов водорода одинаковое число протонов — один. Число нейтронов у них различается, поэтому различается и масса, но заряд ядра остаётся одинаковым.
Сколько протонов, электронов и нейтронов у атома протия?
У протия ¹₁H один протон, поскольку его порядковый номер равен 1. В нейтральном атоме также один электрон, а нейтронов нет: массовое число 1 уже равно числу протонов.
Почему относительная молекулярная масса H₂ вдвое больше относительной атомной массы водорода?
Молекула H₂ состоит из двух атомов водорода. Поэтому её относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс этих атомов: 1 + 1 = 2.
§ 52. Водород — химический элемент и простое вещество
