§ 10. Химические элементы

Определения и обозначения

Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Сам элемент не является отдельной частицей: он объединяет множество атомов с общим признаком. Это понятие нужно, чтобы различать, к какому виду относятся атомы вещества.

Химический символ — условное обозначение элемента одной или двумя латинскими буквами. Первая буква всегда заглавная, а вторая, если она есть, — строчная. Символ нужен для краткой и понятной записи состава веществ в формулах.

Относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса атома больше 1/12 массы атома углерода-12. Её обозначают Ar. С помощью этого показателя можно сравнивать массы атомов разных элементов, не записывая их чрезвычайно малые значения в граммах.

Название элемента и его символ — разные способы обозначить один и тот же химический элемент. Например, «кислород» — название, а O — символ. Название удобно в речи и тексте, символ — в формулах и химических записях, поэтому важно узнавать оба обозначения.

Как это устроено

Атомы относят к одному элементу не по их размеру или массе, а по заряду ядра. Заряд ядра зависит от числа протонов, поэтому у всех атомов одного элемента число протонов одинаково. Если число протонов другое, это уже атом другого элемента. Именно поэтому заряд ядра служит признаком, который определяет принадлежность атома к элементу.

Символы химических элементов используются во всём мире, поэтому для них выбрали единый способ записи. Многие обозначения возникли от латинских названий элементов, а не от современных русских слов. Например, символ железа Fe связан с латинским названием ferrum, а натрия Na — с natrium. Заглавная и строчная буквы — часть обозначения: их нельзя произвольно менять, иначе запись может получить другой смысл.

Один и тот же символ встречается в разных записях, и его смысл зависит от того, где он стоит. Отдельная буква O может обозначать химический элемент кислород или один атом кислорода. В формуле вещества символ показывает, атомы какого элемента входят в состав вещества; цифры рядом с ним, если они есть, уточняют их количество. Поэтому при чтении записи нужно учитывать всю формулу, а не только отдельную букву.

Для сравнения атомов нужна удобная единица, потому что масса одного атома очень мала. За основу приняли 1/12 массы атома углерода-12, а массу атома каждого элемента сравнивают с этой величиной. Полученное отношение обозначают Ar. Поскольку сравниваются две массы в одинаковых единицах, единицы сокращаются, и Ar не измеряется ни в граммах, ни в других единицах.

Значение Ar для элемента можно найти в периодической таблице. У многих элементов оно не целое, потому что природный образец может содержать атомы-изотопы: у них одинаковый заряд ядра, но разное число нейтронов и, следовательно, разная масса. Табличное значение учитывает распространённость этих изотопов в природе. Поэтому Ar хлора указывают примерно как 35,5, а не как массу какого-то одного отдельного атома.

Названия, символы и относительные атомные массы некоторых элементов

Чтобы прочитать таблицу, найдите название элемента и посмотрите в той же строке его символ и Ar. Значения округлены и подходят для примерных сравнений и расчётов. Запомните написание символов точно, включая регистр букв.

Разбор задач

1. Символы водорода, кислорода и натрия

Условие. По периодической таблице запишите символы водорода, кислорода и натрия. Нужно сопоставить каждое название с обозначением и сохранить правильный регистр букв.

1. Найдём в таблице водород и прочитаем его символ: H.
2. Напротив кислорода указан символ O.
3. У натрия символ состоит из двух букв: N заглавная, a строчная, то есть Na.

Ответ: водород — H, кислород — O, натрий — Na. У натрия нельзя писать обе буквы заглавными: Na — единый символ одного элемента.

2. Названия элементов Mg, Fe и S

Условие. Назовите элементы, обозначенные символами Mg, Fe и S. Некоторые символы связаны с латинскими названиями, поэтому их нельзя надёжно угадывать только по русской первой букве.

1. Найдём Mg в периодической таблице: это магний.
2. Сопоставим Fe с названием элемента железо; обозначение связано с латинским ferrum.
3. Символ S соответствует сере.

Ответ: Mg — магний, Fe — железо, S — сера. При сомнении следует проверить символ в периодической таблице, а не заменять его первой буквой русского названия.

3. Сравнение атомов магния и серы

Условие. Определите, атом какого элемента — магния или серы — имеет большую относительную атомную массу и во сколько примерно раз. Массы нужно сравнить по значениям Ar, а не по размеру символов или названию элемента.

1. По периодической таблице найдём округлённые значения: Ar(Mg) ≈ 24, Ar(S) ≈ 32.
2. Сравним числа: 32 больше 24, следовательно, большая относительная атомная масса у серы.
3. Найдём отношение большей величины к меньшей: 32 ÷ 24 ≈ 1,3.
4. Проверим смысл результата: речь идёт о сравнении масс атомов серы и магния, а не о том, что атом серы тяжелее на 1,3 грамма.

Ответ: относительная атомная масса серы больше; масса её атома примерно в 1,3 раза больше массы атома магния.

Типичные ошибки

Ошибка — считать химический элемент и атом одним и тем же. Так думают, потому что название «кислород» может относиться и к элементу, и к веществу в обычной речи. Но элемент — это вид атомов, а атом — отдельная частица этого вида. Проверьте себя вопросом: говорите ли вы о целом виде атомов или об одной частице?

Ошибка — записывать обе буквы символа заглавными или строчными. Регистр легко упустить, если воспринимать символ как обычное сокращение. Однако Co обозначает кобальт, а запись CO может означать формулу вещества из углерода и кислорода. Сверяйте символ с периодической таблицей и проверяйте каждую букву.

Ошибка — считать символ простой копией первой буквы русского названия. Это кажется естественным, но многие символы происходят от латинских названий, поэтому, например, железо обозначается Fe. Чтобы проверить себя, не пытайтесь восстановить символ по русскому слову: найдите его в таблице и запомните соответствие.

Ошибка — приписывать Ar единицы измерения или считать её массой одного атома в граммах. Путаница возникает потому, что слово «масса» обычно связано с граммами. Но Ar — отношение массы атома к выбранной сравнительной массе, поэтому единицы сокращаются. Если в ответе стоит «г» после Ar, проверьте, не перепутали ли вы относительную величину с массой отдельного атома.

Связь с другими темами

Чтобы разбираться в химических элементах, полезно различать атомы и молекулы и знать, что вещества состоят из частиц. Символы элементов позволяют читать химические формулы, а значения Ar нужны для вычисления относительной молекулярной массы. Периодическая таблица помогает находить сведения об элементах и связывает их обозначения с изучением строения и свойств. Поэтому умение пользоваться таблицей станет опорой для следующих тем химии.

Что запомнить

• Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра.
• У каждого химического элемента есть название и условный символ.
• Символ состоит из одной или двух латинских букв.
• Первая буква символа заглавная, вторая — строчная.
• Относительную атомную массу обозначают Ar.
• Ar — безразмерная величина; её значение находят в периодической таблице.