§ 1. Основные химические понятия

Химия — естественная наука, которая изучает вещества и их превращения. Вещества могут состоять из молекул (вещества молекулярного строения) или из других частиц — атомов, ионов (вещества немолекулярного строения). Для веществ немолекулярного строения вместо термина «молекула» используют термин «формульная единица». В свою очередь, все молекулы и формульные единицы образуются из атомов.

♦ Атомы — мельчайшие химически неделимые частицы, состоящие из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Атомы разных видов различаются по массе, размеру, строению и заряду атомных ядер. Атомы одного вида одинаковы по размерам, имеют приблизительно одинаковую массу и сходное строение, но у них обязательно одинаковый заряд ядра.

Атомы определенного вида называют химическим элементом.

• Заряд ядра атома можно определить по месту химического элемента в Периодической системе: заряд ядра равен порядковому номеру элемента.

• Заряд электрона равен -1.

• Число электронов, образующих электронную оболочку атома, равно заряду его ядра. Благодаря этому атом является электронейтральной частицей.

♦ Вещества характеризуются физическими и химическими свойствами.

К физическим свойствам веществ относят цвет, запах, вкус, температуру плавления и кипения, плотность, способность проводить электрический ток и теплоту, растворимость в воде, пластичность и др.

Химические свойства — это способность веществ вступать в определенные химические реакции.

♦ В химических реакциях одни вещества превращаются в другие, т. е. изменяется химический состав веществ — это признак химических явлений.

Явления, происходящие без изменения химического состава веществ, называют физическими.

Химические явления можно отличить от физических по определенным признакам: при химических явлениях может меняться цвет, запах или вкус веществ, образовываться или растворяться осадок, выделяться или поглощаться газ и теплота.

♦ Состав химических веществ записывают химическими формулами, например: H 2 SO3, P 2 O5, Ba(OH)2. В этих записях цифры, записанные рядом с символами химических элементов,— индексы, обозначают число атомов данного элемента в молекуле (или формульной единице) вещества.

В 7 классе вы ознакомились с несколькими принципами классификации веществ: по чистоте (чистые вещества и смеси), по составу (простые и сложные) и т. п. Таким образом, известные вам группы веществ можно классифицировать в соответствии со схемой 1.

Схема 1. Классификация веществ

♦ Вещества могут состоять из атомов как одинаковых, так и разных химических элементов.

• Простые вещества образованы одним химическим элементом.

• Сложные вещества образованы атомами нескольких химических элементов. Сложные вещества также называют химическими соединениями.

• Простые вещества разделяют на металлы и неметаллы.

• Металлы отличаются от неметаллов характерным металлическим блеском и ковкостью, они хорошо проводят электрический ток и теплоту. При обычных условиях все металлы (за исключением ртути) находятся в твердом агрегатном состоянии.

• Неметаллы, в отличие от металлов, не имеют металлического блеска (за исключением йода и графита). Они хрупкие и разрушаются от удара, плохо проводят электрический ток и теплоту. Неметаллы могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

Металлы образованы металлическими химическими элементами, а неметаллы — неметаллическими. Если в длинном варианте Периодической системы провести условную диагональ от Алюминия до Полония, то над линией будут расположены неметаллические элементы, а под ней — металлические (рис. 1.1).

♦ Среди сложных веществ вам уже известны оксиды — бинарные соединения химических элементов с Оксигеном. Названия оксидов состоят из двух слов: названия химического элемента и слова «оксид», например: Na2O — натрий оксид, Al2O3 — алюминий оксид.

Если элемент проявляет переменную валентность, то в названии оксида ее указывают в скобках, например: Cu2O — купрум(1) оксид, CuO — купрум(П) оксид.

В зависимости от того, соответствует оксиду кислота или основание, оксиды разделяют на кислотные и основные.

Неметаллические элементы образуют преимущественно кислотные оксиды, а металлические — основные. Металлические элементы могут образовывать также кислотные оксиды, если проявляют в этих оксидах высокую валентность (IV и больше).

• Продукты присоединения воды к оксидам называют гидратами. Гидраты кислотных оксидов — это кислоты, а гидраты основных оксидов — основания.

• Кислоты состоят из атомов Гидрогена и кислотного остатка, например: H 2 SO4, H2CO3.

• Основания состоят из атомов металлического элемента и гидроксильной группы OH, например: KOH, Cu(OH)2.

Поскольку в составе оснований имеется группа ОН (гидроксильная группа), то основания еще называют гидроксидами.

Растворимые в воде основания называют щелочами.

Химические формулы и валентность

♦ Валентность — это число химических связей, которые данный атом может образовать с другими атомами. Зная валентность химических элементов, можно составлять формулы веществ.

Некоторые элементы проявляют постоянную валентность: во всех соединениях им присуще только одно определенное значение валентности. Другие элементы могут проявлять различную валентность в разных соединениях (табл. 1).

Таблица 1. Валентность некоторых химических элементов

Элементы с постоянной валентностью

Элементы с переменной валентностью

Одновалентные: H, K, Na, F, Li

Cl, Br, I — I, III, V, VII

Двухвалентные: O, Ba, Ca, Mg, Zn, Be

Трехвалентные: Al, В

♦ Для составления формул бинарных соединений по валентности элементов пользуются следующим алгоритмом:

1. Записываем символы элементов в нужном порядке и обозначаем их валентность

2. Вычисляем наименьшее общее кратное

(НОК) для значений валентностей элементов

3. Число атомов данного элемента равно отно-

шению НОК к валентности этого элемента

4. Записываем полученные индексы после

Закон сохранения массы

♦ Все химические превращения описывают при помощи уравнений реакций. В левой части уравнения записывают реагенты — вещества, взаимодействующие друг с другом, а в правой части — продукты. их взаимодействия.

♦ Уравнение химической реакции является отображением закона сохранения массы веществ в химических реакциях: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образованных в результате реакции.

Чтобы уравнение реакции отображало этот закон, число атомов каждого химического элемента в правой и левой частях уравнения должно быть одинаковым.

Для этого необходимо подобрать коэффициенты — цифры перед химическими формулами, указывающие число молекул (атомов или формульных единиц).

Подбирая коэффициенты в уравнении реакции, необходимо помнить следующие правила:

• коэффициент показывает число молекул, отдельных атомов или формульных единиц в уравнении реакции;

• коэффициент ставится только перед химической формулой вещества;

• коэффициент относится ко всем атомам, из которых состоит молекула или формульная единица, перед которой он стоит;

• коэффициент 1, как и индекс 1, не записывают.

1. Объясните классификацию известных вам групп веществ.

2. Чем отличаются атомы разных химических элементов?

3. Сколько электронов входит в состав атома, если заряд его ядра равен +10?

4. Что обозначает индекс в химической формуле?

5. В чем заключается разница между понятиями: а) «химический элемент» и «простое вещество»; б) «простое вещество» и «сложное вещество»; в) «сложное вещество» и «смесь веществ»?

6. Приведите примеры элементов, проявляющих: а) постоянную валентность; б) переменную валентность.

7. Какие оксиды называют кислотными, а какие — основными? Приведите примеры.

8. Какие вещества называют гидратами?

9. Как называют гидраты кислотных и основных оксидов? Сформулируйте их определения и приведите примеры.

Задания для усвоения материала

1. Составьте формулу уксусной кислоты, если ее молекула состоит из двух атомов Карбона, четырех атомов Гидрогена и двух атомов Оксигена.

2. Из данного перечня выпишите названия неметаллических элементов: Гидроген, Аурум, Йод, Плюмбум, Аргентум, Сульфур, Меркурий.

3. Составьте формулы соединений, образованных элементами: а) H и Al; б) C(IV) и S(II); в) Pb(IV) и O; г) Zn и Br(I); д) C(IV) и F; е) Fe(II) и O; ж) Cl(IV) и O; з) Cu(I) и O; и) Au(III) и Cl(I). В скобках указана валентность, которую проявляет элемент в данном соединении.

4. Составьте формулы оксидов: магний оксид, феррум(ІІ) оксид, фосфор^) оксид, плюмбум(^) оксид, купрум(!) оксид, хром(Ш) оксид, манган^И) оксид.

5. Определите валентности элементов в указанных оксидах, запишите их названия: K2O, CaO, P2O3, NO2, I2O5, SO3, Cl2O7.

6. Из приведенного перечня выпишите отдельно формулы: а) кислотных оксидов; б) основных оксидов; в) кислот; г) оснований.

7. Подберите коэффициенты:

8. В результате взаимодействия метана CH4 массой 8 г с кислородом массой 32 г образовался углекислый газ массой 22 г. Составьте уравнение данной реакции. Определите, какая масса воды образовалась в результате этой реакции.