§ 28. Химический элемент. Простые и сложные вещества

Определения и обозначения

Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Например, все атомы кислорода относятся к одному элементу. Элемент обозначает не кусочек вещества, а то, какие атомы входят в его состав. Это понятие помогает сравнивать состав разных веществ.

Химический знак — условное обозначение элемента одной или двумя латинскими буквами. Например, O — кислород, а Ca — кальций. Первая буква всегда заглавная, а вторая, если она есть, строчная. Знаки позволяют коротко и одинаково для всех записывать состав вещества.

Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента. Примеры: железо, состоящее из атомов железа, и кислород O₂, состоящий из атомов кислорода. Простое вещество имеет определённые свойства, по которым его можно отличать от других веществ. Его состав удобно записывать знаком элемента или формулой.

Сложное вещество — вещество, состоящее из атомов разных химических элементов. Вода содержит водород и кислород, а углекислый газ — углерод и кислород. Сложное вещество нельзя назвать одним из входящих в него элементов: это отдельное вещество со своим составом и свойствами. Формула показывает, какие элементы в него входят.

Как это устроено

Химический элемент и простое вещество нельзя считать одним и тем же, потому что они отвечают на разные вопросы. Элемент сообщает, какие атомы перед нами, а вещество — что именно образовано из атомов и какими свойствами оно обладает. Один элемент может входить и в простые, и в сложные вещества. Например, атомы кислорода входят в состав газа O₂ и воды H₂O, но это разные вещества.

Химический знак помогает распознавать элемент в записи. Например, символ O означает кислород, а H — водород; эти буквы взяты из латинских названий элементов. Если знак состоит из двух букв, заглавная первая и строчная вторая вместе образуют один символ: Ca — это кальций, а не отдельные C и A. Поэтому при чтении важно замечать регистр букв.

Когда атомы одного элемента соединяются и образуют вещество, оно называется простым. В молекуле кислорода O₂ есть два атома, но оба относятся к одному элементу — кислороду. Если в составе вещества есть атомы разных элементов, оно сложное: в H₂O соединены водород и кислород. Значит, для определения группы нужно сравнить именно элементы, а не общее число атомов.

Химическая формула показывает качественный состав вещества — какие элементы в него входят, — и количественный состав: сколько атомов каждого элемента указано. В O₂ нижний индекс 2 показывает два атома кислорода, а в H₂O индекс 2 относится к водороду; у кислорода индекса нет, значит, его атом один. Индекс ставят справа внизу от знака элемента. Если в формуле несколько разных знаков, каждый описывает свой элемент.

Если меняется набор элементов, меняется состав вещества, а вместе с ним обычно меняются и свойства. Вода H₂O и водород H₂ содержат атомы водорода, но в воде есть ещё кислород, поэтому вода не является водородом и ведёт себя иначе. Химический состав связан с тем, как вещество выглядит и где применяется. Поэтому формулы важны для понимания веществ и химических превращений.

Химический элемент, простое и сложное вещества

Сначала найдите в таблице, что именно обозначает понятие: вид атомов или вещество. Затем сравните состав и запись примеров. Это поможет не путать химический элемент с простым веществом.

Разбор задач

Задача 1. Распределите названия железо, кислород, вода и углекислый газ по группам: простые и сложные вещества. Чтобы решить задачу, нужно выяснить, атомы скольких элементов входят в каждое вещество. Название вещества само по себе не всегда подсказывает ответ, поэтому проверяем его состав.

1. Железо состоит из атомов одного элемента — железа. Значит, это простое вещество.
2. Кислород как газ O₂ состоит из атомов одного элемента — кислорода. Это тоже простое вещество.
3. Вода H₂O содержит водород и кислород, а углекислый газ CO₂ — углерод и кислород. В каждом из них два разных элемента.

Ответ: простые вещества — железо и кислород; сложные — вода и углекислый газ. Проверка состоит в подсчёте разных элементов, а не отдельных атомов. Например, два атома кислорода в O₂ всё равно принадлежат одному элементу.

Задача 2. Рассмотрите формулы O₂, H₂O и CO₂. Назовите элементы, входящие в состав каждого вещества, и укажите число атомов каждого элемента. Сначала читаем знаки, затем ищем нижние индексы. Если индекс не написан, считаем один атом.

1. В O₂ есть знак O — кислород; индекс 2 означает два атома кислорода.
2. В H₂O есть H — водород, и O — кислород. Индекс 2 относится к H, а отсутствие индекса у O означает один атом кислорода.
3. В CO₂ есть C — углерод, и O — кислород. Углерода один атом, кислорода два.

Ответ: O₂ — два атома кислорода; H₂O — два атома водорода и один кислорода; CO₂ — один атом углерода и два кислорода. В H₂O индекс стоит после H, поэтому он не относится к O. Такой порядок чтения формулы помогает не перепутать состав.

Задача 3. Объясните, чем отличаются утверждения «кислород — химический элемент» и «кислород — простое вещество». В первом случае нужно определить, о каком виде атомов говорится. Во втором — выяснить, какое вещество образовано из этих атомов.

1. Слова «химический элемент» означают вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Значит, в первом утверждении кислород — это название вида атомов.
2. Слова «простое вещество» означают вещество из атомов одного элемента. Во втором утверждении речь идёт о веществе, образованном атомами кислорода, например газе O₂.
3. Сравним смысл: первый ответ — о частицах, второй — о веществе и его составе.

Ответ: в первом утверждении кислород назван химическим элементом, во втором — простым веществом. Слова «элемент» и «вещество» показывают, к какому понятию относится высказывание. Это различие важно даже тогда, когда название одно и то же.

Типичные ошибки

Ошибка: считать химический элемент и простое вещество одним понятием. Так думают, потому что названия элемента и вещества часто совпадают, например «кислород». Проверка: спросите себя, говорится ли о виде атомов или о веществе с составом и свойствами. Если о веществе, у него можно указать формулу, например O₂.

Ошибка: называть воду или углекислый газ простыми веществами. Иногда ученик видит знакомое вещество и не проверяет его состав. Проверьте формулу: в H₂O есть знаки H и O, а в CO₂ — C и O. Два разных элемента означают, что вещество сложное.

Ошибка: неверно читать нижний индекс и относить его не к тому знаку. Индекс справа внизу относится к ближайшему перед ним знаку элемента: в H₂O число 2 относится к H. Прочитайте каждый знак вместе с его индексом, а отсутствие индекса считайте как один атом. После этого проверьте, что общее описание формулы согласуется с её записью.

Ошибка: писать химические знаки с неправильной заглавной или строчной буквой. Можно принять две буквы за два разных символа или записать их одинаковым регистром. Помните правило: первая буква заглавная, вторая — строчная, например Ca. Сверьте знак с названием элемента и прочитайте его как единое обозначение.

Связь с другими темами

Для этой темы нужно знать, что такое атом и вещество, а также различать физические и химические явления. Тогда легче понять, из каких частиц состоит вещество и когда образуется новое. Дальше химические знаки и формулы пригодятся при изучении состава веществ, химических реакций и периодической системы элементов. В естествознании состав помогает объяснять свойства веществ и их применение: разные вещества используют по-разному именно из-за различий в составе и свойствах.

Что запомнить

• Химический элемент — это вид атомов.
• Химический знак — краткая запись названия элемента.
• Простое вещество состоит из атомов одного элемента.
• Сложное вещество состоит из атомов разных элементов.
• Химическая формула показывает состав вещества.
• Нижний индекс показывает число атомов соответствующего элемента.
• Элемент и простое вещество — не одно и то же понятие.