Как понять что говорится о химическом элементе
Чем химический элемент отличается от вещества?
Кратко:
– химический элемент это вид атомов с одинаковым зарядом ядра;
– простое вещество образовано атомами одного химического элемента.
Химический элемент – это условная запись в периодической таблице. Простое вещество – то, с чем мы имеем дело на практике.
Химический элемент – это атомы с одинаковым зарядом ядра.
Можно сказать, что химический элемент это условная выборка атомов по заряду ядра. Химические элементы представлены в периодической таблице Менделеева, но на практике мы всегда имеем дело с простыми веществами.
Обратите внимание: в определении химического элемента указан заряд ядра, но не масса ядра или атома. Почему?
Всё дело в том, что у многих (большинства) химических элементов в природе встречаются изотопы.
Изотопы (греч. isos – одинаковый + topos – место) – это разновидности одного и того же химического элемента, имеющих одинаковый заряд ядра (число протонов), но разное число нейтронов.
А масса атома, прежде всего складывается из числа протонов и нейтронов. Именно поэтому в определении химического элемента используют понятие заряда ядра. Этим, кстати, объясняются дробные значения у большинства химических элементов в периодической таблице (но не у всех).
Примеры изотопов есть на сайте – изотопы водорода.
Известно, что примерно 75% содержащегося в природе хлора представлено изотопами хлора с атомной массой 35. Тогда как примерно 25 % хлора в природе имеет атомную массу равную 37.
Рассчитаем примерное среднее значение относительной атомной массы хлора:
Ar (Cl) = (35/100% * 75%) + (37/100 % * 25%) = 35,5
Относительная атомная масса — значение массы атома, выраженное как отношение массы атома данного элемента к 1⁄12 массе атома изотопа углерода 12 C.
Можно спросить, а как быть с элементами, у которых нет изотопов? Почему у них дробная масса?
Всё дело в так называемом дефекте массы. Опытным путём было доказано, что масса ядра оказывается меньше, чем масса протонов и нейтронов, из которых состоит ядро. Но почему?
Ответ даёт уравнение Эйнштейна: E = mc 2
Нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре атома удерживаются силами ядерного взаимодействия, которое выражается формулой выше. Эта величина называется энергией связи ядра. Именно энергия связи порождает дефект массы и создает дробные значения относительной атомной массы у химических элементов без изотопов.
Простое вещество – это вещество, образованное атомами одного химического элемента.
На сегодняшний день известно более 400 простых веществ, но химических элементов в таблице Менделеева около 120. Откуда же еще 300 веществ? Один и тот же химический элемент может образовывать сразу несколько простых веществ.
Аллотро́пия — существование двух и более простых веществ одного и того же химического элемента. Явление аллотропии обусловлено либо различным состоянием молекул простого вещества (аллотропия состава), либо способом размещения атомов или молекул в кристаллической решётке (аллотропия формы).
Безусловным рекордсменом по числу аллотропных модификаций является углерод. Наиболее известные: алмаз, графит, графены, фуллерены, нанотрубки, нановолокна, карбин и графин.
Известные примеры других веществ: кислород и озон, красный и белый фосфор.
Итак, если химический элемент это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра, то простое вещество образовано из этих атомов.
В этом и заключается разница. Химический элемент – это условный вид атомов, вещество – это то, с чем мы имеем дело в жизни.
Путаница может возникнуть ввиду того, что зачастую названия простого вещества и элемента совпадают (кислород, азот, водород, углерод и т.д.).
Как понять когда речь идёт о химическом элементе, а когда – о простом веществе?
Химический элемент не обладает химическими свойствами и физическими характеристиками (температуры плавления и кипения, электрическая проводимость, растворимость, запах, цвет и т.п. – см. подробнее).
Вот пример из учебника 7-го класса.
В каком случае речь идёт о водороде как о простом веществе:
а) водород присутствует в организме человека;
б) водород малорастворим в воде;
в) массовая доля водорода в воде равна 11%;
г) при обычных условиях водород находится в газообразном агрегатном состоянии;
д) в атмосфере водорода живые организмы погибают;
е) в состав оксидов водород не входит?
а) Водород входит в состав большинства органических молекул поэтому речь идёт о химическом элементе.
б) У химического элемента нет такой характеристики как растворимость.
в) В состав воды входят атомы водорода, а не водород как простое вещество.
г) Агрегатное состояние – характеристика простого вещества.
д) Речь идет об атмосфере, т.е. газе. Агрегатное состояние характеристика простого вещества.
е) Простое вещество не может входит в состав вещества сложного (см. определения), а вот атомы – могут.
А что такое сложное вещество?
Сложное вещество – это вещество, образованное атомами разных химических элементов.
Во Вселенной преобладают простые вещества: водород и гелий. Но в окружающем нас мире (на Земле) преобладают сложные вещества. Какое из них самое распространенное? Наверное вода? А вот и нет!
Основная масса Земли сосредоточена в мантии (
30%). Ядро Земли состоит преимущественно из железа и никеля; а мантия – из оксидов кремния, магния и железа в виде различных минералов.
Как видите, масса поверхности Земли ничтожно мала. Да, в мантии тоже присутствует вода и, по оценкам учёных, по объему её содержание сопоставимо со всем мировым океаном. Но даже этого количества ничтожно мало.
Таким образом, самым распространенным (по массе) сложным веществом на Земле является оксид кремния, на втором месте – оксид магния, и на третьем месте – оксиды железа.
А вот если говорить о поверхности Земли, то первое место займет… самый обычный песок! Вода – на втором месте.