Хімія. Повторне видання. 7 клас. Лашевська

Тема 3. Досліджуємо й класифікуємо речовини

§ 15. Про атоми й хімічні елементи: хімічна абетка

Я ПРАГНУ

з’ясувати, що таке атоми й хімічні елементи, як називають і позначають атоми різних видів.

ВИЗНАЧАЮ ПРОБЛЕМУ

Шерон. Ми досить часто вживали слово атом, розуміючи, що йдеться про дуже малі частинки — складники речовин.

Андрій. Так, початкові уявлення про атоми вже маємо.

Шерон. І це попри те, що побачити їх не можемо.

Андрій. Авжеж не можемо, але в пригоді нам стали моделі.

Шерон. Згодна, завдяки моделям ми змогли уявити, скільки і яких атомів є в молекулах води, вуглекислого й чадного газів.

Андрій. Маєш рацію! Моделюванням скористалися й тоді, коли порівнювали фізичні властивості та взаємне розташування атомів у графіті й алмазі.

Шерон. Так, тоді ми дійшли висновку, що фізичні властивості цих речовин різні попри те, що утворені вони однаковими атомами.

Андрій. Отже, властивості речовин залежать від того, скільки і яких атомів є їхніми складниками, як вони розташовані.

Шерон. Цікаво. Думаю, що час глибше зазирнути всередину речовини й з’ясувати будову атома.

Андрій. Нумо дізнаватися!

ШУКАЮ ВІДПОВІДІ

Учення про атоми: витоки й сьогодення

Атомістичні уявлення зародилися в другій половині першого тисячоліття до нашої ери. Вони розвивалися в наукових школах Стародавнього світу.

Атомістичні ідеї давнини дійшли до нас переважно через поему «Про природу речей», автором якої є римський поет і філософ Тіт Лукрецій Кар. Ось уривок із цього твору:

Зараз, хоча й пояснив я, що жодна річ із нічого

Не постає і в свій час у ніщо обернутись не може,

Та боячись, що мені через те лиш не йнятимеш віри,

Що найдрібніших начатків речей наше око не бачить,

Думку таку ще додам: у речах — це вже визнати мусиш —

Містяться тільця, котрі, хоч існують, усе ж непомітні.

Які частинки речовини відповідають цьому описові? Чи можна їх побачити?

Сучасні технології дають змогу не лише побачити зображення окремих атомів на поверхні речовин, а й пересувати їх. Ба більше! Американська багатонаціональна компанія з інформаційних технологій IBM Research 2013 року випустила анімаційний фільм «Хлопчик і його атом».

Для створення й анімування зображень використали молекули чадного газу. Молекули переміщували за допомогою наконечника спеціального пристрою — сканувального тунельного мікроскопа. Цей мікроскоп дає змогу отримати збільшені в 100 мільйонів разів зображення атомів (мал. 15.1). Ти зможеш самотужки знайти й подивитися цей фільм в інтернеті.

Мал. 15.1. 1. Кадр анімаційного фільму «Хлопчик і його атом». 2. Створене ШІ зображення «Хлопчик і його атом»

Що відомо про склад атома? Чи заряджений атом?

Згідно із сучасними уявленнями, атом є системою з ядра й електронної оболонки. У природі найменший електричний заряд — в електрона. Тому розмір заряду електрона вибрали одиницею зарядів об’єктів мікросвіту. Експериментально доведено, що атом електронейтральний. Чому? Це легко зрозуміти, розглянувши малюнок 15.2.

Мал. 15.2. Схематичні зображення ядер й електронних оболонок атомів. 1. В атомі Гідрогену заряд ядра дорівнює +1, а в електронній оболонці один електрон із зарядом -1. 2. В атомі Карбону заряд ядра становить +6, в електронній оболонці шість електронів із сумарним зарядом -6

Отже, атоми Гідрогену й Карбону різняться розмірами зарядів ядер і кількостями електронів в електронних оболонках. Це атоми різних видів. Види атомів назвали хімічними елементами. Зараз відомо 118 хімічних елементів. У всіх атомів хімічного елемента однакові числові значення зарядів ядер і кількості електронів в електронних оболонках.

Символи й назви хімічних елементів

У Давньому Єгипті для позначення речовин застосовували символічні зображення. У середні віки кількість алхімічних символів сягнула кількох тисяч (мал. 15.3).

Мал. 15.3. Для одної речовини існували десятки різних знаків

У другій половині XVIII ст. було зроблено спроби впорядкувати хімічні знаки. Позначати кожну речовину окремим символом не вдавалося через відкриття багатьох нових речовин. Згодом стародавню алхімічну символіку було замінено хімічними знаками (мал. 15.4).

Мал. 15.4. Знаки хімічних елементів (друга половина XVIII ст.)

Проте ці знаки було незручно друкувати. Тому 1814 року запровадили буквену систему хімічних символів. Символи хімічних елементів складали або з першої букви їхніх латинських назв, або з першої та наступної букв (табл. 15.1). У такий спосіб було досягнуто максимально можливого зближення символу хімічного елемента з його назвою.

У наш час кожному хімічному елементу дали власну назву, яку пишуть із великої букви. Деякі назви ти вже знаєш: Гідроген, Оксиген, Карбон, Кальцій тощо. Не можна в усному мовленні замінювати назву хімічного елемента вимовою його символу. Не потрібно також замінювати назву елемента символом у рукописах або друкованих текстах.

Гідроген (від лат. гідрогеніум) — «той, що народжує воду»; Оксиген (від лат. оксигеніум) — «той, що народжує кислоту»; Карбон (від лат. карбоніум) — «вугілля».

Походження назв хімічних елементів різне й дуже цікаве. Докладніше про це зможеш дізнатися з додаткових джерел інформації.

Таблиця 15.1. Назви й символи деяких хімічних елементів

Хімічний елемент
Символ	Вимова	Назва
Символ	Вимова	Латинська назва	Сучасна українська
H	Аш	Hydrogenium	Гідроген
С	Це	Carboneum	Карбон
F	Фтор	Fluorum	Флуор
І	Йод	lodum	Йод
К	Калій	Kalium	Калій
N	Ен	Nitrogenium	Нітроген
О	О	Oxygenium	Оксиген
Р	Пе	Phoshorus	Фосфор
S	Ес	Sulfur	Сульфур
Ag	Аргентум	Argentum	Аргентум
АІ	Алюміній	Aluminium	Алюміній
Au	Аурум	Aurum	Аурум
Са	Кальцій	Calcium	Кальцій
Сl	Хлор	Chlorum	Хлор
Сu	Купрум	Cuprum	Купрум
Fe	Ферум	Ferrum	Ферум
Нg	Гідраргірум	Hydrargyrum	Меркурій
Мg	Магній	Magnesium	Магній
Na	Натрій	Natrium	Натрій
Pb	Плюмбум	Plumbum	Плюмбум
Si	Силіцій	Silicium	Силіцій
Sn	Станум	Stannum	Станум
Zn	Цинк	Zinkum	Цинк

Що таке періодична система хімічних елементів?

Це природна класифікація хімічних елементів, яка ґрунтується на їхніх властивостях і відбиває зв’язки між ними. Періодична система хімічних елементів — важливе джерело інформації про них. Хімічні елементи в періодичній системі розташовано послідовно, за зростанням числових значень зарядів ядер атомів.

Порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі дорівнює числовому значенню заряду ядра його атома й, відповідно, кількості електронів в електронній оболонці.

Мал. 15.5. Комірка 26 періодичної таблиці

Найпоширенішим сучасним варіантом періодичної системи хімічних елементів є двовимірна таблиця. У кожній її комірці зазначено порядковий номер, назву й символ хімічного елемента. Розгляньмо комірку 26 періодичної таблиці (мал. 15.5). Хімічний символ Феруму — Fe. Величина заряду ядра атома Феруму +26. В електронній оболонці атома Феруму 26 електронів, сумарний заряд яких дорівнює -26.

НАВЧАЮСЯ ДОСЛІДЖУЮЧИ

Завдання 1

Прочитайте опис одного з досліджень, здійснених у позаминулому столітті. Порівняйте модель атома, запропоновану за результатами цього дослідження, із сучасною.

Що було відомо на той час?

1. Атоми — дуже малі електронейтральні частинки речовини.
2. Протилежно заряджені частинки притягуються, а однойменно заряджені — відштовхуються.
3. У речовинах є електрони — дуже малі негативно заряджені частинки.
4. Деякі речовини самочинно випромінюють дуже маленькі (сумірні з атомами й електронами) позитивно заряджені частинки. Ці частинки вдалося виявити, бо вони засвічують фоточутливу речовину, потрапляючи на неї.

У чому проблема? Треба було пояснити, як будова атома забезпечує його електричну нейтральність.

Що припустили? Атом є однорідною позитивно зарядженою сферою, у якій рівномірно, наче родзинки в кексі, розподілені електрони (мал. 15.6).

Як перевіряли? Спрямували потік маленьких позитивно заряджених частинок на дуже тонку золоту фольгу (мал. 15.7).

Мал. 15.7. Схема пристрою для перевірки правильності моделі будови атома, зображеної на малюнку 15.6

Що прогнозували? У разі правильності моделі будови атома (мал. 15.6) позитивно заряджені частинки мали б пройти крізь золоту фольгу, не відхиляючись (мал. 15.8).

Мал. 15.8. Очікувані результати дослідження в разі правильності моделі атома, зображеної на малюнку 15.6

Що виявили? Невелика кількість позитивно заряджених частинок відхилилася в різних напрямках, зокрема просто біля джерела, яке їх випромінювало.

Якого висновку дійшли? Модель будови атома (мал. 15.6) суперечить спостереженням.

Як пояснили спостереження? Припустили, що позитивний заряд в атомі зосереджений у дуже малій центральній частині — ядрі. Тобто запропонували нову модель (мал. 15.9).

Мал. 15.9. Модель атома, яка не суперечить результатам дослідження

У чому її суть? Масивне позитивно заряджене ядро в центрі атома відбиває маленькі позитивно заряджені частинки. Або ж унаслідок зіткнення з ним вони дещо відхиляються від початкового напрямку руху. В атомі багато вільного простору, тому більшість позитивно заряджених частинок безперешкодно проходять крізь нього. Тобто напрямок їхнього руху не змінюється.

Ця модель атома, по суті, така сама, як і сучасна. Адже йдеться про позитивно заряджене ядро й електрони в просторі навколо нього. Щоправда, згодом з’ясували: електрони нерівномірно розподілені в об’ємі атома. Як саме? Яким закономірностям підпорядковано цей розподіл? Про це дізнаєтеся в старших класах.

ЗАСТОСОВУЮ

Створення сучасної моделі будови атома є важливим для розуміння властивостей атомів, причин подібності й відмінності атомів того самого й різних хімічних елементів. Розуміння будови атома дає змогу пояснити їхню взаємодію з іншими атомами, прогнозувати здатність атомів сполучатися, перегруповуватися, випромінювати й поглинати енергію. На основі сучасних уявлень про атоми пояснили радіоактивність, магнетизм, оптичні явища тощо. Це все важливо для створення нових матеріалів, ліків і технологій. Сучасна модель атома є основою для розвитку нових галузей науки, нано- і квантових технологій, фотоелектроніки тощо (мал. 15.10).

Мал. 15.10. Сучасні наука й технології ґрунтуються на уявленнях про будову атома

ТЕСТУЮ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

• Пояснюю • Застосовую • Аргументую • Творю

1. Дай відповіді на запитання.

1) Чи можна побачити атом? Чому?
2) Що є головними складниками атома?
3) Чому заряд електрона використовують як одиницю заряду об’єктів мікросвіту?
4) Чому атом — електронейтральна частинка?
5) Що таке хімічний елемент?
6) Чому виникла потреба у створенні простої та зрозумілої системи хімічних символів?
7) Чим буквена символіка хімічних елементів краща за попередні хімічні знаки?
8) Чому символи одних хімічних елементів однобуквені, а інших — двобуквені?
9) Чому походження назв деяких хімічних елементів ще й досі не з’ясовано?

2. Пригадай кроки наукового методу й виокрем їх у дослідженні, описаному в параграфі.

3. Схарактеризуй склад атомів Оксигену, Сульфуру, Натрію, Хлору.

4. Визнач:

1) числове значення заряду ядра атомів Ауруму (Au) — складників золотої фольги;
2) кількість електронів в атомі Магнію;
3) числове значення заряду ядра атома хімічного елемента, якщо в його електронній оболонці 16 електронів.

5. Запиши й вимов хімічний символ елемента:

1) числове значення заряду ядра атома якого +15;
2) в атомі якого 13 електронів.

6. Порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі — 20. Запишіть його назву, символ, укажіть величину заряду ядра атома, зазначте кількість електронів в електронній оболонці атома цього елемента?

7. Запиши назви й зазнач числові значення зарядів ядер атомів хімічних елементів, у символах яких є велика або мала латинська буква s.

8. Розташуй символи хімічних елементів Фосфору, Натрію, Карбону, Алюмінію за зростанням кількості електронів у їхніх атомах.

9. Склади узагальнювальну схему, у якій зазнач ознаки класифікації, наведи кілька прикладів назв і символів хімічних елементів. Скористайся запропонованим прикладом або на свій розсуд зменш чи збільш кількість ознак класифікації та прикладів назв хімічних елементів. Підготуй довідку про щорічну міжнародну премію, започатковану науковцем, на честь якого названо хімічний елемент, в атомі якого 102 електрони. Упиши назву цього хімічного елемента у відповідну комірку схеми.

10. Долучися до дискусії та обґрунтуй свою думку.

Андрій. Будова атома відома, тож не варто досліджувати її далі.

Лейла. Розуміння будови атомів важливе для розв’язання сучасних проблем, наприклад, створення нових екологічно чистих джерел енергії. Тому дослідження будови атома тривають.

11. Створи: а) сценарій руханки, яка моделює будову атома (мал. 15.2, с. 143), і разом з однокласниками й однокласницями втіль її в життя; б) лепбук за опрацьованою темою.

12. Підготуй повідомлення «Нові імена в періодичній системі хімічних елементів».

13. Запропонуй створити хімічне товариство у твоєму закладі освіти й організуй конкурс на кращу емблему для нього.

14. Дізнайся, скориставшись додатковими джерелами інформації:

а) що означають алхімічні символи на гербі Королівського хімічного товариства (Royal Society of Chemistry) Великої Британії;
б) хто така Сара Ленг (Sarah A. Lang) і до чого тут філософський камінь;
в) чи трапляються алхімічні символи й хімічні знаки на гербах, монетах, банкнотах, поштових марках країн, зокрема України.

Поділися здобутою інформацією в класі.

15. Перетвори послідовність чисел (мал. 15.11) на послідовність символів хімічних елементів і напиши українською мовою відповідь на вітання-гасло, що утворилося. Склади для однокласників й однокласниць таке саме або інше (на твій розсуд — ребус, кросворд тощо) завдання.

Мал. 15.11

Підсумуй

Чого корисного вдалося навчитися, опрацювавши матеріал і виконавши завдання? Долучи здобуток, оформивши його на власний розсуд, до особистого портфоліо досягнень.

Зміст