§ 10. Химические элементы

§ 10. Химические элементы

1. Что называют химическим элементом?

Согласно учебнику, химический элемент — это определенный вид атомов.

Согласно Википедии, химический элемент — это совокупность атомов, с одинаковым зарядом атомных ядер.

Объясню, почему в Википедии говорится именно о заряде ядра: практически у каждого химического элемента существуют или могут быть искусственно созданы изотопы. Например, для водорода это протий, дейтерий и тритий. Тем не менее это все тот же водород, хотя и с несколько иными свойствами. А отличаются между собой они по количеству нейтронов в ядре атома.

2. Как вы думаете, можно ли говорить о физических свойствах химического элемента? А о физических свойствах простого вещества?

Химический элемент — понятие абстрактное. Поэтому он не может кипеть, плавиться, проводить электрический ток и т.п.

А вот простое вещество состоит из атомов одного вида. Вещество — это то, что имеет физические свойства. Атомы в веществе взаимодействуют друг с другом, благодаря чему вещество имеет агрегатное состояние (твердое, жидкое, газообразное), показатель электропроводности, температуры кипения и плавления, и проч.

2. Составьте и напишите два предложения, в одном из которых речь шла бы о кислороде как о простом веществе, а в другом — как о химическом элементе.

В первом случае (простое вещество) достаточно упомянуть какое-либо из свойств кислорода, как простого вещества, а именно: поддержание горения, необходимость для дыхания, его свойства как газа.

Например, кислород: нужен нам для дыхания, плохо растворим в воде, поддерживает горение, поставляется в баллонах, имеет температуры плавления и кипения, сложно выделить из воздуха и т.п.

Во втором случае (химический элемент) можно упомянуть, в состав каких веществ он входит, перечислить характеристики атома.

Например, кислород: имеет порядковый номер 8, относительную атомную массу 16, заряд ядра атома +8, содержит в ядре атома 8 протонов и 8 нейтронов.

Или, кислород: входит в состав пищевой соды, воды, кварца, стекла, многих минералов и горных пород.

Тестовые задания

1. О водороде как о простом веществе речь идет в утверждении:
1) водород входит в состав воды
2) водород легче воздуха

В состав воды входят атомы водорода.

Ответ: 2. 

2. Установите соответствие между понятием и его определением:
1) химический элемент
2) простое вещество
3) сложное вещество
А. вещество, состоящее из атомов одного химического элемента
Б. определённый вид атомов
В. вещество, состоящее из атомов разных химических элементов

Ответы: 1 — Б, 2 — А, 3 — В.

§ 9. Простые и сложные вещества

§ 9. Простые и сложные вещества

1. Как можно доказать, что кислород, железо и водород — простые вещества, а вода и сульфид железа — сложные вещества? Каковы условия возникновения и течения реакции образования сульфида железа?

Способов доказательства два:

  1. Получение из сложного вещества простых веществ.
  2. Синтез из простых веществ, сложного вещества.

Разложить сульфид железа крайне сложно, зато легко его получить. В параграфе это подробно описано. Для возникновения и течения этой реакции необходимо соблюсти следующие условия:

  1. Соприкосновение веществ.
  2. Измельчение веществ (кусок железа и кусок серы при обычных условиях взаимодействовать не будут).
  3. Нагревание.

Доказать, что кислород и водород простые вещества, можно путем электролиза воды. При котором вода разлагается на простые, составляющие ее вещества — водород и кислород. Водород можно условно определить по тому, что он горит с образованием воды. А кислород поддерживает горение (поместить в емкость с кислородом тлеющую лучинку).

2. Чем отличаются по составу и свойствам смеси от химических соединений? Приведите примеры.

По составу: смесь представляет собой два или более разных химических веществ, а химическое соединение это одно вещество.

По свойствам: химические свойства смеси — это химические свойства веществ, ее составляющих. А химическое соединение обладает уникальными свойствами, отличными от свойств веществ, из которых оно образовано. Кроме того, смесь нередко можно разделить на компоненты физическими методами (фильтрование, центрифугирование, отстаивание, воздействие магнитом и проч.), а химическое соединение так разделить нельзя.

Примеры:

Смесь железа и серы: можно разделить магнитом (железо обладает магнитными свойствами) или водой (сера не смачивается и всплывает на поверхность). Температура плавления серы 112° C, железа 1 539° C.

Сульфид железа: не обладает магнитными свойствами, нерастворим в воде (и оказывается на дне). Температура плавления 1 194° C.

Водород и кислород: оба — бесцветные газы, не обладающие запахом. Водород горюч и взрывоопасен. Кислород поддерживает горение. Сама смесь водорода и кислорода взрывоопасна, взрывается с громким хлопком, отчего получила название «гремучая смесь». Температура кипения водорода -253° C, кислорода — 183° C.

Вода — бесцветная жидкость, без вкуса и запаха. Температура плавления 0° C, кипения 100° C.

3. При помощи каких способов из смесей можно выделить вещества, входящие в их состав? Приведите примеры.

См. вопрос №1 в § 4. Чистые вещества и смеси.

Тестовые задания

1. На рисунках условно изображены простые и сложные вещества. Простое вещество изображено на рисунке:

Чтобы ответить, нужно вспомнить, что простое вещество образовано одним химическим элементом, а сложное — несколькими. Таким образом, на картинке нужно найти вещество, состоящее из одинаковых частиц. 

Ответ: 4

2. На рисунках условно изображены простые и сложные вещества. Сложное вещество изображено на рисунке:

Этот вопрос с подвохом, т.к. на рисунках есть смеси простых и сложных веществ. 1- простое вещество (одинаковые частицы соединены попарно), 2 — сложное вещество (разные размеры частиц), 3 и 4 — смеси простых (одинаковые частицы соединены попарно) и сложных (частицы разного размера соединены между собой) веществ.

Ответ: 2

3. На рисунках условно изображены химические соединения и смеси. Смеси показаны на рисунках:

В этом случае наша задача — найти разные типы молекул, частиц. На рисунках 1 и 2 молекулы одинаковые. А вот на рисунках 3 и 4 видно, что молекулы образованы разными частицами.

Ответ: 3 и 4.

§ 8. Вещества молекулярного и немолекулярного строения

§ 8. Вещества молекулярного и немолекулярного строения

1. Приведите примеры веществ с молекулярным и немолекулярным строением. Как эти вещества различаются по свойствам?

Вещества с молекулярным строением: кислород, азот, йод, вода, спирт, уксусная кислота, сахар, сера…

Молекулярное строение обеспечивает низкие температуры плавления и кипения. Часто такие вещества находятся в газообразном или жидком агрегатном состоянии. Это связано с тем, что молекулы удерживаются рядом друг с другом водородными связями и/или слабыми Ван-дер-Ваальсовыми силами.

Вещества с немолекулярным (атомным, ионным) строением: алмаз, графит, поваренная соль, кварц…

В таких веществах взаимодействие между частицами (атомами, ионами) гораздо сильнее. Поэтому, как правило, они имеют высокие температуры плавления и кипения, нелетучи, находятся в твердом агрегатном состоянии.

2. Обсудите с соседом по парте вопрос, можно ли по физическим свойствам вещества определить, какое строение оно имеет — молекулярное или немолекулярное.

Признаки молекулярного строения: низкие температуры плавления и кипения, газообразное или жидкое состояние. Иногда имеют запах.

Признаки немолекулярного строения: высокие температуры плавления и кипения, твердое агрегатное состояние.

3. Какие типы кристаллических решеток вам известны? Приведите примеры веществ, имеющих соответствующие кристаллические решетки. Составьте схему «Типы кристаллических решеток».

Кристаллические решетки
Атомные Ионные Молекулярные
Алмаз, графит, сажа. Большинство неорганических солей.
Например, поваренная соль.
Йод, сахар, лед (вода).

4. Углекислый газ при нормальном давлении переходит в твердое состояние при температуре около -70° C, а речной песок (кремнезём) плавится при температуре около 1 700° C. Какие выводы о строении этих веществ в твердом состоянии можно сделать.

Можно спокойно сделать вывод о том, что в твердом агрегатном состоянии углекислый газ имеет молекулярную кристаллическую решетку, а кремнезём — атомную или ионную. См. ответ на вопрос №2.

Тестовые задания

1. Для углекислого газа характерна кристаллическая решетка:
1) молекулярная
2) атомная
3) ионная

Ответ: 1) молекулярная. См. вопрос №4.

2. Установите соответствие между типом кристаллической решетки вещества и его свойствами.
1) молекулярная
2) ионная
3) атомная
А. твёрдое, тугоплавкое, не растворяется в воде
Б. хрупкое, легкоплавкое, не проводит электрический ток
В. твёрдое, тугоплавкое, хорошо растворяется в воде

Ответы: 1) — Б, 2) — В, 3) — А.

§ 7. Атомы, молекулы и ионы

§ 7. Атомы, молекулы и ионы

2. Какие опыты, известные вам из курсов физики и химии, подтверждают следующие положения: а) вещества состоят из молекул; б) молекулы образованы атомами?

а) Явление диффузии: если распылить аэрозоль в одном конце комнаты, то постепенно его запах дойдет до другого конца. Более показательный пример: если взять чистую воду и прилить к окрашенному раствору (марганцовки, сиропа, сока), то постепенно цвет двух жидкостей будет выравниваться.

б) Электролиз воды: при пропускании электрического тока через воду (с добавлением щелочи или кислоты) на одном электроде будет выделяться кислород, а на другом водород.

3. Чем различаются понятия «атом» и «молекула»?

Молекула — мельчайшая частица вещества, характеризующая его химические свойства.

Атом — мельчайшая, химически неделимая частица вещества.

4. Объясните физические явления исходя из представлений об атомно-молекулярном строении вещества. Приведите примеры.

Физические явления бывают разные, автор не дает конкретных примеров. Приведем их сами.

Диффузия в газе: молекулы газа не связаны друг с другом, между ними имеются промежутки. Благодаря этому атомы газа способны перемещаться в разных средах.

Примеры. В газовой среде это распространение запахов в воздухе. В жидкой среде это выражается в растворимости газов. В твердой среде это может быть растрескивание стали при хранении сжатого водорода.

Как пример можно привести сжимаемость газов: при повышении давления объем газа уменьшается за счет того, что расстояние между молекулами сокращается.

5. Объясните с позиций атомно-молекулярного учения: а) испарение воды; б) разложение воды под действием постоянного электрического тока.

Испарение воды это пример диффузии. Молекулы воды связаны между собой водородными связями, благодаря чему вода — жидкость. Но эта связь не очень прочная и отдельные молекулы способны оторваться от поверхности. При нагревании мы увеличиваем энергию молекул воды, благодаря чему, число молекул с избыточной энергией увеличивается, и процесс испарения происходит быстрее.

Молекула воды состоит из отрицательно заряженного иона кислорода и двух положительно заряженных ионов водорода. Пропуская электрический ток через воду мы превращаем ионы в атомы.

6. Какие элементарные частицы входят в состав ядра атома?

Ядра атомов образованы нуклонами (от лат. nucleus — ядро) — общее название для протонов и нейтронов. Однако, атом водорода не имеет в своем составе нейтрона, а только протон. 

Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу. Но, в отличие от нейтрона, протон имеет положительный заряд, равный по величине заряду электрона.

Количество нейтронов в ядре можно вычислить так: ОАМ — N

Где, ОАМ — относительная атомная масса (округленная до ближайшего целого числа).

N — порядковый номер элемента.

Комментарии: относительная атомная масса складывается из числа протонов и нейтронов. Число протонов соответствует порядковому номеру элемента. Таким образом, чтобы узнать количество нейтронов в ядре, достаточно вычесть из атомной массы число протонов, которое равно порядковому номеру элемента.

7. В каком случае атом электронейтрален?

Атом не обладает электрическим зарядом в случае, когда число электронов, которыми он обладает, равно числу протонов в ядре атома.

8. Как образуются положительно и отрицательно заряженные ионы?

Положительно заряженные ионы образуются в случае потери атомом одного и более электронов (с электронами уходит отрицательный заряд).

Отрицательно заряженные ионы образуются при присоединении атомом электронов, которые увеличивают отрицательный заряд.

Тестовые задания

1. Верны ли следующие суждения о молекулах?
А. Молекулы являются химически делимыми частицами.
Б. Молекулы состоят из атомов.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны

Атомы — мельчайшие, химические неделимые частицы вещества, из которых состоят, в том числе, и молекулы.

Ответ: 3) верны оба суждения.

2. Установите соответствие между названием элементарной частицы и ее зарядом.
1. Протон.
2. Нейтрон.
3. Электрон.
А. -1
Б. +1
В. 0

Протон имеет заряд +1, электрон -1, а нейтрон заряда не имеет.

Ответ: 1 — Б, 2 — В, 3 — А.

§ 6. Физические и химические явления. Химические реакции

§ 6. Физические и химические явления. Химические реакции

1. Сравните физические и химические явления. Ответ проиллюстрируйте конкретными примерами.

Физические явления зачастую связаны с изменением агрегатного состояния вещества без изменения его состава. Например: плавление свинца и железа, плавление стекла, замерзание и испарение воды, «горение» электрической лампочки.

Химические явления сопровождаются изменением состава вещества. Нередко химические явления сопровождаются характерными признаками: выделением тепла и света, выпадением осадка, изменением цвета, выделением газа, изменением или появлением запаха. Примеры химических явлений: ржавление железа, горение свечи/лучинки, гашение пищевой соды уксусом, скисание молока.

2. Заполните таблицу, используя ваш жизненный опыт. Результат обсудите с соседом по парте.

Примеры явлений Значение этих явлений в жизни и деятельности челдовека
Физические:
1) испарение воды;
2) замерзание воды;
3) плавление металлов
Круговорот воды в природе.
Ледовые переправы.
Металлургия.
Химические:
1) горение;
2) брожение;
3) фотосинтез
Производство электричества и тепла, транспорт.
Пищевая промышленность — спирт, молочные продукты.
Кислород воздуха синтезирован водорослями и растениями.

3. Каковы условия возникновения и течения химических реакций? Пользуясь знаниями из курсов физики и географии и на основе своего жизненного опыта приведите 3-4 примера химических явлений и опишите признаки их протекания.

Обязательным условием для всех химических реакций (но не явлений*) является соприкосновение веществ.

Лучинка не станет гореть в вакууме, железо не будет ржаветь под слоем парафина или масла, углекислый газ не станет выделяться пока не смешать соду и уксус.

Нередко для протекания химических реакций нужны дополнительные условия: измельчение, перемешивание, нагревание.

Примеры химических явлений в природе: образование озона во время грозы (молния — электрический разряд, благодаря которому, возможен этот процесс), ржавление железа (нужен доступ воздуха), окисление меди и бронзы (зеленеют), горение (нужны нагревание и доступ воздуха), фотосинтез (нужны вода, углекислый газ и солнечный свет).

* Химические явления, в отличие от химических реакций, возможны без соприкосновения веществ. Пример такого явления — приготовление пищи. Это процесс термического разложения органических веществ. Он может протекать в горячей воде (варка), на сковороде или огне (жарка) или вовсе в микроволновой печи.

Тестовые задания

1. К физическим явлениям не относится:

1) замерзание воды
2) плавление алюминия
3) горение бензина
4) испарение воды

Ответ: 3 — горение бензина. Это химический процесс окисления углеводородов кислородом.

2. К химическим явлениям не относится:

1) ржавление железа
2) подгорание пищи
3) горение бензина
4) испарение воды

Ответ: 4 — испарение воды. Вода не изменяет свой химический состав (как вещество, а не смесь) при испарении. А вот подгорание пищи — процесс химический — см. выше про химические явления.