Атом, элемент, молекула
Сравни четыре записи. Цвет обозначает элемент, линия — связь между атомами.
Схематическая модель: размеры частиц и расстояния условны.
Атомы — частицы вещества
Вещества построены из мельчайших частиц. Атом — частица химического элемента; атомы могут соединяться друг с другом или входить в протяжённые структуры. Их нельзя рассмотреть невооружённым глазом, поэтому для объяснений используют условные модели.
В обычной химической реакции атомы не исчезают и не превращаются в атомы другого элемента. Меняются связи и сочетания атомов, вследствие чего образуются новые вещества. На рисунках цвет и размер шариков условны: они помогают различать элементы, а не передают их настоящий вид. Атомы могут образовывать отдельные молекулы, как в O₂ и H₂O, или протяжённые структуры, как в металлах и алмазе.
До реакции
Атомы входят в исходные вещества
Перегруппировка
Одни связи меняются, возникают другие
После реакции
Те же атомы образуют продукты
В химических реакциях атомы перегруппировываются. Их принадлежность к химическому элементу сохраняется.
Что делает вещество простым
Простое вещество образовано атомами одного химического элемента. В молекуле H₂ два атома, но вид атомов один, поэтому водород — простое вещество. Железо Fe также простое, хотя отдельные молекулы Fe в металлическом куске не выделяют.
Число атомов и число элементов — разные характеристики. Кислород O₂ и озон O₃ относятся к простым веществам; вода H₂O — к сложным, потому что содержит два элемента. Для классификации сначала определяют, сколько разных символов элементов присутствует в формуле.
Один химический элемент
Простое вещество: H₂, O₂, Fe
Два и более элементов
Сложное вещество: H₂O, CO₂
Несколько веществ вместе
Смесь: воздух, раствор соли
Простое вещество содержит один химический элемент. Количество атомов в молекуле не меняет этого определения.
Алмаз, графит и их структуры
Образцы и схемы строения двух простых веществ углерода: алмаза и графита. Состав одинаков, пространственные связи различны.
Itub; составная иллюстрация из работ, указанных на странице файла · Wikimedia Commons · CC BY-SA 3.0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Качественный и количественный состав
Качественный состав отвечает на вопрос «какие элементы?», количественный — «сколько атомов или в каком отношении?». Для H₂O качественный состав — H и O; количественный — два атома H на один атом O. Оба описания нужны одновременно.
У воды H₂O и пероксида водорода H₂O₂ одинаковый набор элементов, но разное соотношение атомов и разные свойства. В немолекулярных соединениях, например NaCl, формула показывает простейшее соотношение частиц элементов в структуре, а не отдельную молекулу. В формулах кислот сначала записывают H, в формулах оснований — металл и группы OH, в формулах солей — металл и кислотный остаток.
| Формула | Какие элементы | Соотношение атомов |
|---|---|---|
| H₂O | H и O | 2 : 1 |
| H₂O₂ | H и O | 2 : 2 в молекуле |
| CO₂ | C и O | 1 : 2 |
| NaCl | Na и Cl | 1 : 1 в кристаллической структуре |
Качественный состав называет элементы, количественный — их соотношение. Изменение соотношения может означать другое вещество.
Составляем формулу по валентностям
Для Al(III) и O(II) нужно подобрать наименьшие целые количества атомов, уравнивающие обе стороны. Наименьшее общее кратное 3 и 2 равно 6. Поэтому индекс Al равен 6 : 3 = 2, а индекс O — 6 : 2 = 3.
Получается Al₂O₃; проверка: 2 · III = 3 · II. Если валентности одинаковы, индексы сокращают до отношения 1 : 1: для Ca(II) и O(II) формула CaO, а не Ca₂O₂. Индекс 1 не записывают.
Запиши валентности
Al — III; O — II
Найди общее число
НОК(3, 2) = 6
Получи индексы
Al: 6/3 = 2; O: 6/2 = 3
Проверь
Al₂O₃: 6 = 6
Индексы находят через наименьшее общее кратное валентностей. Формулу проверяют равенством сумм с обеих сторон.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 8 класс», § 1. Материал переработан для объяснения; источник: 8 класс. Химия — § 01. Атом, химический элемент, молекула.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах