Как пользоваться таблицей Менделеева: задачи и примеры

В условии задачи дана масса вещества, требуется определить количество электронов или составить формулу соединения — во всех этих случаях пригодится таблица Менделеева. Однако искать в ней нужно разные сведения. Ошибки часто возникают не из-за сложных вычислений, а потому, что школьник берёт подходящее на вид число, не разобравшись в его значении.

При самостоятельной работе и во время подготовки к ЦТ по химии полезно придерживаться одной последовательности: прочитать условие, выделить необходимые данные, выполнить расчёт и проверить полученный результат. Разберём этот подход на конкретных примерах — от работы с ячейкой химического элемента до вычисления массы вещества.

Сначала определите, что требуется найти

Прежде чем открывать справочник, выделите в условии искомую величину. Вопрос «сколько электронов содержит частица» требует одного набора данных, а вопрос «какова масса половины моля вещества» — другого. Если сразу выписать все числа из ячейки, легко перепутать их назначение.

Удобно разделять задания на три группы. Первая связана с составом атомов и ионов. Вторая — с расчётами по химическим формулам. Третья — с положением элемента и свойствами его соединений. Таблица помогает в каждом случае, но не заменяет сведения из условия и изученные закономерности.

Например, запись «ион алюминия Al³?» уже содержит важную подсказку: перед нами положительно заряженная частица. Если заметить только название элемента и проигнорировать заряд, ответ о числе электронов окажется неправильным.

Что можно узнать из одной ячейки

Найдём алюминий. Его обозначение — Al, порядковый номер — 13, относительная атомная масса — приблизительно 27. Символ позволяет кратко записывать элемент в формулах. Порядковый номер характеризует состав ядра, а атомная масса используется при вычислении масс веществ.

Не ориентируйтесь исключительно на положение числа сверху или снизу. Оформление справочных таблиц бывает разным. В незнакомом издании сначала посмотрите образец ячейки или пояснения: они показывают, где находится каждая характеристика и что означают дополнительные подписи.

Относительная атомная масса обозначается A? и не имеет единицы измерения. Нельзя писать, что A?(Al) = 27 граммов: это относительная величина. Масса конкретной порции алюминия и его относительная атомная масса отвечают на разные вопросы.

Обращайте внимание и на регистр букв. У двухбуквенного символа первая буква заглавная, вторая строчная. Записи Co и CO имеют разный смысл: первая обозначает кобальт, вторая — соединение углерода с кислородом. Небрежно переписанная формула меняет содержание задания.

Как перейти от номера элемента к составу частицы

Порядковый номер показывает, сколько протонов находится в ядре. У алюминия их 13. В нейтральном атоме положительный заряд ядра уравновешен электронами, поэтому электронов тоже 13. Но это равенство работает именно для незаряженного атома.

Ион Al³? образуется при потере трёх электронов. Следовательно, в нём остаётся 13 − 3 = 10 электронов. Ядро при таком превращении не меняется: протонов по-прежнему 13. Положительный заряд означает недостаток электронов, отрицательный — их избыток относительно нейтрального атома.

Для сравнения возьмём кислород с порядковым номером 8. В атоме восемь электронов, а в ионе O²? — десять: частица присоединила два электрона. Получается, что Al³? и O²? содержат одинаковое число электронов, хотя относятся к разным элементам.

Откуда взять число нейтронов

Здесь потребуется дополнительная характеристика — массовое число конкретного изотопа. Оно складывается из количества протонов и нейтронов. Если дан алюминий-27, из 27 вычитаем 13 и получаем 14 нейтронов.

Использовать округление табличной атомной массы как универсальный способ нельзя. Например, у меди относительная атомная масса составляет около 63,55, а для изотопов медь-63 и медь-65 получаются разные ответы: 34 и 36 нейтронов соответственно. Если изотоп не указан и дополнительных условий нет, точное число нейтронов определить невозможно.

Как учитывать индексы и скобки в расчётах

Для вычисления молярной массы нужно установить, сколько атомов каждого элемента представлено в формуле. Сначала разберите запись, а уже потом подставляйте значения из таблицы. Такой порядок особенно важен для веществ, в формулах которых есть скобки.

Рассмотрим сульфат алюминия Al?(SO?)?. Индекс 2 относится к алюминию. Тройка после скобок умножает количество каждого атома внутри: серы будет три, кислорода — двенадцать. Получаем следующий состав формульной единицы:

• алюминий — 2 атома;
• сера — 3 атома;
• кислород — 12 атомов.

Для учебного расчёта примем округлённые относительные атомные массы: алюминий — 27, сера — 32, кислород — 16. Тогда молярная масса сульфата алюминия:

M(Al?(SO?)?) = 2 × 27 + 3 × 32 + 12 × 16 = 342 г/моль.

Если требуется найти массу 0,1 моль этого вещества, умножаем количество вещества на молярную массу:

m = 0,1 моль × 342 г/моль = 34,2 г.

Коэффициент перед формулой не включают в молярную массу самого соединения. Например, запись 3CO? не делает молярную массу углекислого газа втрое больше: она остаётся приблизительно 44 г/моль. При этом масса трёх молей составит 132 г.

Округления выбирайте по требованиям задания. Если в условии или выданной таблице приведены определённые значения атомных масс, используйте их последовательно во всём решении.

Что подсказывают период и группа

Период — горизонтальный ряд, группа — вертикальный столбец. Для нейтральных атомов первых двадцати элементов в основном состоянии номер периода соответствует числу занятых электронных уровней. Например, натрий находится в третьем периоде, его распределение электронов по уровням — 2, 8, 1.

Группа помогает увидеть сходство строения и свойств элементов. Однако сначала нужно разобраться с нумерацией: современные таблицы содержат группы 1–18, а некоторые школьные варианты используют римские цифры и подгруппы. Смешивать правила для этих обозначений нельзя.

Почему группа не определяет любую формулу

Номер столбца не является универсальным значением валентности или степени окисления. У многих элементов эти характеристики различаются в разных соединениях. Поэтому для составления формулы понадобятся дополнительные знания либо указание в условии.

Допустим, известны заряды ионов кальция Ca²? и нитрид-иона N³?. Наименьший общий положительный и отрицательный заряд по модулю равен шести. Значит, нужны три иона кальция и два нитрид-иона: получаем Ca?N?. Проверяем суммарный заряд:

3 × (+2) + 2 × (−3) = +6 − 6 = 0.

Как самостоятельно обнаружить ошибку

Завершив вычисления, вернитесь к исходному вопросу. Проверьте, нашли ли вы именно нужную величину: количество вещества вместо массы, состав иона вместо атома или молярную массу вместо относительной. Правильная арифметика не исправляет неверно выбранный способ решения.

Затем оцените смысл результата. Число частиц в отдельном атоме должно быть целым. При образовании обычного одноатомного иона число протонов сохраняется. Индекс за скобками относится ко всей заключённой в них группе, а единицы измерения должны соответствовать найденной величине.

Для закрепления попробуйте без подсказок определить состав иона кислорода-16 O²?. Ответ: восемь протонов, восемь нейтронов и десять электронов. Если каждый результат вы можете объяснить отдельным действием, значит, используете таблицу осмысленно, а не просто выбираете из неё числа.