26.1. Характеристика элемента и простого вещества

Определения и обозначения

Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Его обозначают химическим символом, например Mg или O. По символу и положению элемента в периодической системе описывают не отдельное вещество, а общий вид атомов и его положение среди других элементов.

Простое вещество — вещество, образованное атомами одного химического элемента. Например, кислород O₂ и магний Mg — простые вещества, но их формулы описывают конкретные вещества, а не виды атомов. Это различие нужно, чтобы не переносить свойства вещества непосредственно на атом.

Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ. Например, углерод образует алмаз и графит. Понятие помогает объяснить, почему один и тот же элемент может быть представлен веществами с неодинаковыми свойствами.

Аллотропные модификации — простые вещества одного элемента, возникающие при аллотропии. Их частицы могут быть соединены по-разному или занимать разное положение в пространстве, поэтому отличаются твёрдостью, электропроводностью, цветом и другими свойствами. Так, алмаз и графит состоят из углерода, но имеют разное строение.

Как это устроено

Положение элемента в периодической системе начинается с его порядкового номера. Он равен заряду ядра атома и числу протонов, поэтому позволяет однозначно установить, о каком элементе идёт речь. Номер клетки также показывает место элемента в периоде и группе, а положение в таблице помогает отнести его к металлам или неметаллам.

Период указывает число занятых электронных слоёв в атоме, а номер группы связан с числом электронов на внешнем слое у элементов главных подгрупп. Поэтому по клетке можно предположить строение внешнего электронного слоя. Именно внешние электроны участвуют в образовании химических связей и во многом определяют типичные свойства элемента.

Название и символ элемента относятся к определённому виду атомов, независимо от того, входят ли они в состав простого или сложного вещества. Название простого вещества обозначает уже конкретный материал с определённым составом и строением. Поэтому слово кислород в химическом контексте может указывать на вещество O₂, а символ O — на химический элемент.

Один элемент не всегда образует только одно простое вещество. Если его атомы соединяются в молекулы разного состава, образуют разные кристаллические структуры или по-разному располагаются, возникают аллотропные модификации. Различия в строении меняют прочность связей, подвижность электронов и другие характеристики, поэтому меняются и свойства веществ.

Характеристику составляют последовательно: сначала называют элемент и сведения о его положении, затем описывают строение его атома и типичные свойства. После этого указывают простое вещество, его формулу, агрегатное состояние и характерные свойства, если они известны. При наличии аллотропии перечисляют соответствующие модификации и объясняют различия их строения.

Чем характеризуются химический элемент и простое вещество

Сначала определите, что именно дано: символ элемента или формула вещества. Затем выбирайте сведения из соответствующего столбца, не смешивая характеристики атома с характеристиками вещества.

Если у элемента есть несколько простых веществ, для каждого из них отдельно указывают формулу, строение и свойства.

Разбор задач

Задача 1. Характеристика магния

Условие: по символу Mg укажите, что он обозначает, и назовите данные, которые можно определить по положению магния в периодической системе.

1. Запись Mg является символом, поэтому в условии дан химический элемент, а не формула конкретного вещества.
2. В периодической системе находим магний: его порядковый номер равен 12. Это означает, что ядро атома содержит 12 протонов, а нейтральный атом — 12 электронов.
3. Магний расположен в 3-м периоде и 2-й группе. Следовательно, у его атома три занятых электронных слоя, а на внешнем слое два электрона.
4. По положению в левой части периодической системы магний относят к металлам. Это позволяет ожидать для простого вещества металлические свойства, но не следует приписывать их отдельному атому.

Ответ: Mg обозначает химический элемент магний. Его порядковый номер — 12, период — 3, группа — 2; магний является металлом.

Задача 2. Записи O и O₂

Условие: сравните записи O и O₂ и объясните, почему их нельзя считать взаимозаменяемыми.

1. O — символ химического элемента кислорода, то есть обозначение вида атомов с определённым зарядом ядра.
2. O₂ — формула простого вещества кислорода. Нижний индекс 2 показывает, что молекула состоит из двух атомов кислорода.
3. Сравниваем смысл записей: первая характеризует элемент, вторая — частицы и состав вещества. Поэтому замена одной записи другой изменит содержание утверждения.

Ответ: O — химический элемент, а O₂ — простое вещество, состоящее из двухатомных молекул. Записи связаны, но не взаимозаменяемы.

Задача 3. Алмаз и графит

Условие: сопоставьте алмаз и графит, определите их элемент и объясните различия свойств.

1. Оба вещества образованы атомами углерода, поэтому относятся к одному химическому элементу C.
2. Алмаз и графит имеют разное расположение и соединение атомов углерода в кристаллических структурах. Значит, это не одно вещество, а две аллотропные модификации.
3. В алмазе образуется прочная пространственная структура, а в графите атомы расположены слоями. Поэтому алмаз очень твёрдый, а графит мягкий и способен проводить электрический ток.

Ответ: алмаз и графит — разные простые вещества элемента углерода. Их различия вызваны строением, поэтому они являются аллотропными модификациями.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать элемент и простое вещество одним и тем же. Так происходит, потому что оба понятия связаны с одинаковыми атомами. Проверьте себя вопросом: обозначается вид атомов или конкретный материал?

Ошибка 2. Приравнивать символ к формуле вещества, например считать O и O₂ одинаковыми записями. Причина ошибки — игнорирование нижнего индекса. Уточните, описывает ли запись элемент или состав частицы.

Ошибка 3. Полагать, что каждому элементу соответствует только одно простое вещество. Это неверно из-за аллотропии. Проверьте, не известны ли для данного элемента разные формы строения.

Ошибка 4. Переносить свойства вещества на отдельный атом или элемент. Свойства твёрдости, электропроводности и агрегатного состояния возникают у совокупности частиц и зависят от их строения. Разделяйте характеристику атома и характеристику вещества.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении атома и о смысле порядкового номера в периодической системе. Заряд ядра связывает атом с конкретным химическим элементом.

Понятие простого вещества опирается на различение атомов, химических элементов, простых и сложных веществ. Это помогает правильно читать символы и химические формулы.

Тема пригодится при изучении периодического изменения свойств элементов, химической связи и строения веществ. Аллотропия показывает, как строение влияет на свойства.

Что запомнить

• Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра.
• Простое вещество состоит из атомов одного химического элемента.
• Химический элемент и простое вещество обозначают разные понятия.
• Положение элемента в периодической системе помогает охарактеризовать его атом и типичные свойства.
• Один элемент может образовывать несколько простых веществ.
• Разные аллотропные модификации одного элемента могут иметь разные свойства.