Хімічний елемент і речовина — це не одне й те саме. З’ясовуємо, чим вид атомів відрізняється від речовини, чому Оксиген може утворювати кисень та озон і як однакові атоми Карбону перетворюються на алмаз або графіт.
Уявіть, що перед нами лежать залізний цвях і шматочок мідного дроту. Цвях зроблений із заліза, а дріт — із міді. Але що таке залізо й мідь з погляду хімії: хімічні елементи чи речовини?
Правильна відповідь може здатися дивною: залежно від змісту одна й та сама назва іноді позначає і хімічний елемент, і просту речовину. Через це на початку вивчення хімії ці поняття дуже легко переплутати.
Атом і його будова
Почнемо з атома. Кожен атом має ядро, у якому містяться протони. Саме кількість протонів визначає, атом якого хімічного елемента перед нами. Якщо в ядрі один протон — це атом Гідрогену. Шість протонів — атом Карбону. Вісім — атом Оксигену. А якщо протонів двадцять шість — перед нами атом Феруму.
Отже, хімічний елемент — це вид атомів з однаковою кількістю протонів у ядрах.
Атоми одного елемента можуть мати різну кількість нейтронів. Такі різновиди називають ізотопами. Але кількість протонів у них залишається однаковою, тому це атоми того самого хімічного елемента. Саме кількість протонів, або заряд ядра, є головною «паспортною ознакою» елемента.
Кожен хімічний елемент має назву, символ і порядковий номер. Наприклад, символ Оксигену — O, Карбону — C, Феруму — Fe, а Купруму — Cu. Порядковий номер у періодичній таблиці показує кількість протонів у ядрі атома. Як правильно читати періодичну таблицю, ми вже докладно розглядали в окремому матеріалі.
А що ж тоді називають речовиною?
Речовина
Речовина — це вид матерії з певним складом, будовою та характерними властивостями. Саме з речовин або їхніх сумішей складаються фізичні тіла й матеріали навколо нас.
Наприклад, мідний дріт — це фізичне тіло, а мідь, із якої його виготовили, — речовина. Крапля води — фізичне тіло, а вода — речовина. Речовини можуть бути твердими, рідкими або газоподібними, мати певний колір, запах, густину, температуру плавлення, електропровідність та інші властивості.
Отже, хімічний елемент визначається видом атомів, а речовина — складом, будовою та способом сполучення її частинок.
Алотропія
Розглянемо Оксиген. Це хімічний елемент із порядковим номером 8. У ядрах усіх його атомів міститься по вісім протонів. Але атоми Оксигену можуть поєднуватися між собою по-різному.
У молекулі кисню O₂ сполучені два атоми Оксигену. Речовина, що складається з таких молекул, називається киснем. Це безбарвний газ, яким ми дихаємо і який підтримує горіння.
У молекулі озону O₃ сполучені вже три атоми Оксигену. Речовина з таких молекул називається озоном. Він має характерний запах, значно активніший за кисень, а у великих концентраціях токсичний.
Хімічний елемент в обох випадках той самий — Оксиген. Але речовини різні: кисень O₂ та озон O₃. Вони складаються лише з атомів одного елемента, проте мають різну будову, а тому й різні властивості. Здатність одного хімічного елемента утворювати кілька простих речовин називають алотропією.
Існує й інша ситуація: атоми різних хімічних елементів можуть поєднуватися й утворювати одну речовину. Наприклад, вода H₂O містить атоми двох елементів — Гідрогену та Оксигену. Вуглекислий газ CO₂ — Карбону та Оксигену. А кухонна сіль NaCl містить частинки, утворені з атомів Натрію та Хлору.
Речовина і її властивості
Властивості утвореної речовини можуть зовсім не нагадувати властивості простих речовин, із яких її можна отримати. Наприклад, натрій як проста речовина — дуже активний метал, що бурхливо реагує з водою. Хлор як проста речовина — отруйний газ. Але під час їхньої взаємодії утворюється натрій хлорид — кухонна сіль, яку ми використовуємо в їжі.
Отже, не можна визначати властивості речовини лише за переліком хімічних елементів у її складі. Важливо також знати, у якому співвідношенні перебувають її частинки, як вони з’єднані та яку структуру утворюють.
В українській хімічній термінології розрізняти елемент і просту речовину іноді допомагають різні назви. Оксиген — хімічний елемент, а кисень — проста речовина O₂. Гідроген — елемент, а водень — речовина H₂. Ферум — елемент, а залізо — відповідна проста речовина. Карбон — елемент, а вуглець — загальна назва простих речовин, утворених його атомами.
Однак таке розділення існує не для всіх назв і не завжди послідовно використовується в повсякденному мовленні.
Якщо ми говоримо, що в ядрі атома Феруму міститься 26 протонів або що Ферум входить до складу Fe₂O₃, то маємо на увазі хімічний елемент. Якщо ж кажемо, що залізо проводить електричний струм, плавиться за певної температури або що з нього виготовили деталь, то йдеться про речовину.
Хімічний елемент сам по собі не є шматком матерії, який можна взяти до рук або налити у склянку. Це поняття, що об’єднує атоми з однаковим зарядом ядра. А конкретний зразок речовини можна зважити й дослідити: визначити його густину, температуру плавлення, електропровідність та інші властивості.
Отже, запам’ятаймо головне: хімічний елемент — це певний вид атомів, а речовина — форма, у якій ці атоми існують разом. Один хімічний елемент може утворювати кілька різних простих речовин, а одна складна речовина може містити атоми кількох хімічних елементів.
Додаткову інформацію дивись на сторінці “Шкільна хімія“.