1. Почему простых веществ гораздо больше, чем химических элементов? Ответ обоснуйте примерами. 2. В бинарных водородных соединениях определите валентность химических элементов: O₂, CaCO₃, HNO₃,...

Я отвечу как на школьный вопрос: сначала объясню разницу между химическим элементом и простым веществом, затем разберу валентности в приведённых формулах и отмечу, где формулировка задания неточная.

1. Простых веществ больше, чем химических элементов, потому что один и тот же химический элемент может образовывать несколько простых веществ.

Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Например, химический элемент кислород — это все атомы с зарядом ядра +8.

Простое вещество — это вещество, состоящее из атомов одного химического элемента. Но атомы одного и того же элемента могут соединяться между собой по-разному: образовывать разные молекулы или разные кристаллические решётки. Поэтому одному элементу может соответствовать не одно, а несколько простых веществ.

Это явление называется аллотропией.

Примеры:

Кислород образует два простых вещества:

• O₂ — кислород, которым мы дышим;

• O₃ — озон.

Оба вещества состоят только из атомов кислорода, но свойства у них разные. Кислород O₂ необходим для дыхания, а озон O₃ имеет резкий запах и является более химически активным веществом.

Углерод образует несколько простых веществ:

• алмаз;

• графит;

• фуллерен;

• графен.

Все они состоят только из атомов углерода, но имеют разные строение и свойства. Алмаз очень твёрдый и прозрачный, графит мягкий и проводит электрический ток.

Фосфор тоже имеет несколько простых веществ:

• белый фосфор;

• красный фосфор;

• чёрный фосфор.

Они состоят из одного и того же химического элемента — фосфора, но отличаются строением и свойствами.

Поэтому химических элементов ограниченное число, а простых веществ больше: многие элементы существуют в нескольких формах.

2. Определение валентности химических элементов

Валентность показывает, сколько химических связей может образовать атом элемента.

Нужно отличать валентность от степени окисления. Например, в простом веществе O₂ степень окисления кислорода равна 0, но валентность кислорода в молекуле O₂ обычно считают равной II, потому что атомы кислорода соединены двойной связью: O=O.

Разберём данные формулы.

O₂

Это простое вещество — кислород.

Структурно молекулу можно записать так:

O=O

Каждый атом кислорода образует две связи, значит:

O — валентность II.

Но степень окисления кислорода в O₂ равна 0, потому что это простое вещество.

CaCO₃

Это карбонат кальция.

В этом соединении:

Ca — валентность II, потому что кальций обычно двухвалентен.

O — валентность II, потому что кислород в большинстве соединений двухвалентен.

C — валентность IV, потому что в карбонатной группе CO₃ углерод проявляет валентность IV.

Итак:

CaCO₃: Ca(II), C(IV), O(II).

HNO₃

Это азотная кислота.

В этом соединении:

H — валентность I, потому что водород почти всегда одновалентен.

O — валентность II, потому что кислород обычно двухвалентен.

N — валентность V, потому что в азотной кислоте азот проявляет валентность V.

Итак:

HNO₃: H(I), N(V), O(II).

Важно: выражение «бинарные водородные соединения» означает соединения, состоящие только из двух элементов, один из которых водород. Например: HCl, H₂S, NH₃, CH₄. Но формулы O₂, CaCO₃, HNO₃ к бинарным водородным соединениям не относятся: O₂ — простое вещество, CaCO₃ вообще не содержит водорода, а HNO₃ состоит из трёх элементов.