Химические элементы. 
Химические знаки. 
Химические формулы и уравнения

Важнейшим понятием химии является «химический элемент».

Химическим элементом называют вид атомов и простых ионов, обладающих одинаковым числом протонов в ядре (одинаковым зарядом ядра).

В настоящее время известно 118 химических элементов. Атомы химических элементов могут образовывать простые вещества или входить в состав сложных веществ. Один и тот же химический элемент может образовывать несколько простых веществ. Это связано с явлением аллотропии.

Алготропия — способность химического элемента образовывать в свободном состоянии несколько простых веществ.

Лиотропными видоизменениями называют простые вещества, образованные одним химическим элементом. Например, 0₂ и 0₃ — аллотропные видоизменения кислорода; графит, алмаз, карбин — аллотропные видоизменения углерода и т. д.

Химия, как и другие науки, характеризуется специфическим химическим языком.

Химический язык — совокупность химических знаков, химических формул, химических уравнений, специфических терминов и понятий.

Рассмотрим сущность понятий «химический знак», «формула» и «уравнение», составляющих основу химического языка.

Химический знак — одна или две буквы латинского названия химического элемента.

Химический знак показывает: а) название элемента; б) взят один атом химического элемента; в) взято число массовых частей (мас.ч) химического элемента, равное Д. Например: «С» означает, что химический элемент называется углерод, взят один его атом и 12 мас.ч.

Химическая формула — условное описание состава и строения вещества при помощи химических знаков.

Различают эмпирические, структурные, графические и электронные формулы.

Эмпирическая химическая формула — описание состава вещества; различают простейшие и истинные (молекулярные) эмпирические формулы.

Простейшая эмпирическая формула показывает, сколько атомов других химических элементов приходится на один атом данного элемента, например: СН₂ — на один атом углерода С приходится два атома водорода Н. Очень часто простейшая формула имеет и более сложный вид, например: Са₃(Р0₄)₂, Fe₂(HP0₄)₃. Для веществ немолекулярного строения (например, солей) известны только простейшие формулы, так как для них опытным путем нельзя определить истинную молярную массу (эти вещества не могут перейти в раствор или в газ в виде молекул).

Истинная эмпирическая (молекулярная) формула показывает, сколько атомов каждого химического элемента содержится в молекуле. Например, С₂Н₆ показывает, что в молекуле этана содержится два атома углерода и шесть атомов водорода. Кроме указанного, эмпирическая формула показывает:

• 1. Качественный состав, т. е. из атомов каких элементов состоит вещество.
• 2. Количественный состав, т. е. в каких массовых отношениях взяты элементы в веществе; они могут выражаться в массовых частях (мае. ч), процентах (%) и граммах (г).
• 3. Взята одна молекула (условная молекула).
• 4. Взято число массовых частей, численно равное молярной массе.
• 5. По формуле можно назвать вещество, но далеко не всегда.

Так, запись СН₄ означает, что:

• 1. Качественный состав вещества С, Н.
• 2. Количественный состав 3:1.
• 3. Взята одна молекула.
• 4. Взято 16 мае. ч.
• 5. Название вещества — метан, другого вещества с такой формулой не существует. По формуле С₂Н₆0 нельзя назвать вещество, так как она соответствует двум различным химическим соединениям — этанолу и диметиловому эфиру.

Структурная и графическая формулы являются характеристикой вещества на новом уровне. Графическую формулу можно составить для вещества любой структуры — молекулярной и немолекулярной, а структурную — только для веществ молекулярной структуры.

Графическая формула показывает то же, что и эмпирическая простейшая, а также распределение химических связей между атомами в элементарной структуре, за которую принимают условную молекулу. Простейший пример: хлорид кальция С1—Са—С1.

Структурная формула показывает то же, что и эмпирическая, и порядок расположения атомов в реально существующих молекулах с указанием валентных углов; например, структурная формула углекислого газа 0=С—О; если в такой формуле не указаны валентные углы, то она считается графической.

Электронная формула записывается для веществ молекулярного строения с ковалентным типом связи. Она показывает то же, что и структурная, а также распределение электронов внешнего энергетического уровня атомов, входящих в состав молекулы, например Н: с): (: и—-обозначение общей электронной пары).

Химическое уравнение — условное описание химического процесса при помощи химических формул и знаков. Оно показывает качественную и количественную стороны процесса.

Качественная сторона процесса показывает, какие вещества (реагенты) вступили в реакцию и какие вещества получились (продукты реакции).

Количественная сторона реакции показывает, в каких количествах [моль, массовых частях (кг, г, т и т. д.), объемах (м³, лит. д.), число молекул, атомов] реагенты вступили в реакцию и получились продукты реакции.

Например, взаимодействие оксида кальция с соляной кислотой выражается уравнением.

Качественная сторона процесса: в реакцию вступили оксид кальция и вода, при этом получился хлорид кальция и вода.

Количественную сторону процесса можно охарактеризовать несколькими способами. Приведем некоторые из них.

• 1. Один моль оксида кальция прореагировал с 2 моль соляной кислоты, при этом образовался 1 моль хлорида кальция и 1 моль воды.
• 2. Оксид кальция массой 56 г (кг, т и т. д.) прореагировал с 73 г (кг и т. д.) соляной кислоты, при этом получилось 111 г (кг и т. д.) хлорида кальция и 18 г (кг и т. д.) воды.

Есть и другие способы характеристики количественной стороны процесса; их применяют при решении различных количественных задач.

• ? Задания для самостоятельной работы
• 1. Поясните сущность понятий «химический элемент» и «простое вещество», назовите их различия.
• 2. Поясните, чем’являются относительно друг друга графит, алмаз и Харбин.
• 3. Поясните суть термина «химический язык».
• 4. Поясните, что означает запись: Ва.
• 5. Назовите разновидности химических формул, исходя из того, как они характеризуют вещество.
• 6. Поясните, является ли формула СаС0₃ молекулярной (истинной) и почему.
• 7. Поясните, что означает запись: Н—С^С—Н.
• 8. Поясните сущность термина «химическое уравнение».
• 9. Поясните, что означает запись: Н₂ + С1₂ = 2НС1.