3. Химический элемент

Развитие в науке представлений о
простом и сложном веществе.
Химические элементы. Символы
химических элементов.
1. Результаты опытов по разложению вещества
Вам уже знакомо имя английского исследователя Р. Бойля. Именно он предложил опыты по
определению состава веществ. Рассмотрим суть таких опытов.
Чтобы установить состав вещества (проанализировать вещество) часто используют реакцию
разложения, в результате которой из одного исходного вещества получается несколько продуктов
реакции.
ОПЫТ 1. Разложение сахара при нагревании.
Поместим в пробирку несколько крупинок сахара и нагреем ее в пламени спиртовки. В результате
прокаливания на стенках пробирки появляются капельки прозрачной жидкости, а на месте крупинок
сахара образуется вещество черного цвета (Рис. 1). Если продолжать нагревание и дальше, то с черным
веществом ничего не происходит. Это вещество – сажа (уголь). Его нельзя разложить ни при каких
условиях.
Прозрачная жидкость на стенках пробирки - это вода. Воду можно разложить на два вещества с
помощью электрического тока.
Рис. 1. Разложение сахара при нагревании
2. Простые и сложные вещества
ОПЫТ 2. Разложение воды.
Заполним водой электролизер. На электроды надеваем пробирки, заполненные водой. При
пропускании электрического тока через воду на электродах начнут выделяться газы, которые вытеснят
воду из пробирок. Газы получатся чистыми, потому что воздуха в пробирках, заполненных водой, нет.
Рис. 2. Разложение воды под действием электрического тока
Итак, при разложении сахара образуется два вещества – вода и сажа (или уголь). Сажа не подвергается
дальнейшему разложению. Вода же разлагается на водород и кислород. Водород и кислород дальше не
разлагаются.
Рис. 3. Результаты опытов по разложению сахара и воды
За многие годы исследований ученые обнаружили немало веществ, которые не подвергаются
разложению ни при каких условиях. Это сажа, железо, сера, медь, кислород, водород и другие.
Вещества, которые не удавалось разложить, стали называть простыми веществами. Если вещество
удавалось разложить, его считали сложным веществом.
Долгое время к простым веществам относили и воду, потому что не могли подобрать условия ее
разложения. Ошибочно также простыми считали кварц и корунд. В состав минерала кварца входят
атомы кремния и кислорода. А корунд, отличающийся большой твердостью, содержит атомы
алюминия и кислорода.
По мнению Р. Бойля, простое вещество оттого нельзя разложить, что оно состоит из отличного от
других элемента. Что же такое химический элемент?
3. Химический элемент
Химический элемент – это разновидность атомов.
Тогда сформулируем определения простого и сложного веществ.
Простое вещество состоит из одного химического элемента (из атомов одного вида).
Сложное вещество состоит из различных химических элементов (из атомов разных видов).
Важно отметить, что из одного простого вещества нельзя в ходе химической реакции получить
вещество, образованное другим химическим элементом, т.к. в ходе химических реакций атомы не
изменяются.
Проиллюстрируем данные определения. Молекула водорода состоит из двух атомов одного
химического элемента, тоже называемого водородом. Молекула кислорода тоже состоит из двух
атомов одного химического элемента, называемого кислородом. Сажа состоит только из атомов
углерода. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, т.е. включает в
себя два различных химических элемента.
Рис. 4. Модели строения некоторых веществ
Названия многих химических элементов не отличаются от названий простых веществ, образованных
этими элементами. Например, простое вещество водород состоит из химического элемента водорода.
Простое вещество кислород состоит из химического элемента кислорода. Простое вещество железо
состоит из атомов железа. Поэтому очень важно научиться различать понятия «простое вещество» и
«химический элемент».
Приведем примеры двух высказываний о кислороде, в одном из которых речь идет о химическом
элементе, а в другом – о простом веществе.
Первое: «Рыбы дышат кислородом, растворенным в воде.» Второе: «В состав молекулы воды входит
кислород.» Говоря о кислороде, который растворен в воде, мы имеем в виду вещество, для которого
характерны определенные свойства – например, растворимость в воде.Кислород, входящий в состав
молекулы воды, - это химический элемент. Т.е мы можем сказать, что атом кислорода входит в состав
молекулы воды.
Есть химические элементы, которые образуют несколько различных простых веществ. Например,
химический элемент углерод образует графит (тоже, что и сажа, уголь) и алмаз. Графит – нетвердое
вещество серого цвета с металлическим блеском. Из него делают стержни простых карандашей.
Алмаз - минерал, имеющий самую большую твердость. Ограненный алмаз называют бриллиантом.
Несмотря на то, что эти простые вещества состоят только из атомов углерода, они очень различаются
по свойствам.
4. Аллотропия
Свойство химического элемента, образовывать несколько простых веществ, называют аллотропией. А
простые вещества, образованные одним химическим элементом, называют аллотропическими
модификациями.
Химические элементы. Символы
химических элементов
1. История развития языка химии
Еще в Средневековье, во времена алхимии использовались различные знаки для обозначения веществ,
в основном металлов. Ведь основной целью алхимиков было получение из различных металлов золота.
Поэтому каждый из них использовал свою систему обозначений.
В 19 в. появилась необходимость использования понятной для всех ученых символики. И одним из
первых такую символику предложил Джон Дальтон. Но его обозначениями было неудобно
пользоваться.
Рис. 1. Джон Дальтон и его система обозначения химических элементов
2. Система обозначения химических элементов Й.Я. Берцелиуса
Современную систему химических знаков предложил в начале XIX в. шведский химик Йёнс Якоб
Берцелиус. Ученый предложил обозначать химические элементы первой буквой их латинского
названия. В те времена все научные статьи печатала на латинском языке, он был общепринятым и
понятным для всех ученых.
Например, химический элемент кислород (по-латински Oxygenium) получил обозначение О.
А химический элемент водород (Hydrogenium) – Н. Если названия нескольких элементов начинались
на одну и ту же букву, то в символе элемента указывали вторую или одну из последующих букв
названия. Например, ртуть (Hydrargyrum) обозначается Hg.
Обратите внимание, что первая буква знака химического элемента всегда заглавная, если есть вторая
буква – то она строчная. Необходимо запоминать не только названия элементов и их символы, но и
произношение, т.е. как эти символы читаются.
Определенных правил произношения знаков химических элементов нет. Их надо учить наизусть. Знаки
некоторых химических элементов произносятся так же, как и соответствующая буква: кислород – «о»,
сера – «эс», фосфор – «пэ», азот – «эн», углерод – «цэ».
Знаки других элементов произносятся так же, как и называются сами элементы: «натрий», «калий»,
«хлор», «фтор».
Произношение некоторых знаков соответствует их латинскому названию: кремний – «силициум»,
ртуть – «гидраргирум», медь – «купрум», железо – «феррум».
Рис. 2. Символы и названия некоторых химических элементов
3. Значение знаков химических элементов
Знак химического элемента имеет несколько значений. Во-первых, им обозначают все атомы данного
элемента. Во-вторых, знаком химического элемента можно обозначить один или несколько атомов
данного элемента. Например, запись O может означать: «химический элемент кислород» или «один
атом кислорода».
Чтобы обозначить несколько атомов данного химического элемента, нужно перед его знаком поставить
число, соответствующее количеству атомов. Например, запись 3N означает «три атома азота».
Цифра, стоящая перед знаком химического элемента, называется коэффициентом.