Атом, молекула і йон: частинки речовини
~15 хв · 8 розділів · 20 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії Підготовка до НМТ 2027: Хімія — повний курс.
Атоми, молекули та йони — це три форми існування речовини в хімії. Ти навчишся розпізнавати їх за хімічними формулами, відрізняти назву хімічного елемента від назви простої речовини та визначати заряд і склад частинок.
Усі хімічні речовини побудовані з дуже малих частинок — атомів. У цьому розділі ти дізнаєшся, що таке атом, чим один хімічний елемент відрізняється від іншого та як правильно вживати назви елементів і відповідних їм простих речовин.
Будова атома
Атом — це електронейтральна частинка, яка складається з позитивно зарядженого ядра й негативно зарядженої електронної оболонки. Ядро містить протони (p⁺, заряд +1) і нейтрони (n⁰, заряду не мають). Навколо ядра рухаються електрони (e⁻, заряд −1). Число протонів у ядрі дорівнює числу електронів в оболонці — тому атом загалом не має заряду.
Усі атоми одного хімічного елемента мають однакове число протонів. Наприклад, кожен атом Гідрогену (H) має 1 протон, атом Оксигену (O) — 8 протонів, атом Феруму (Fe) — 26 протонів. Саме число протонів, яке називають протонним числом або атомним номером, визначає, до якого елемента належить атом. Будову ядра й розрахунок числа електронів докладно розглянуто в уроці «Склад атома: протони, нейтрони й електрони».
Хімічний елемент і його символ
Хімічний елемент — це вид атомів з однаковим протонним числом. Кожен елемент позначають символом з однієї або двох літер: O — Оксиген, H — Гідроген, Fe — Ферум, C — Карбон, N — Нітроген. Символ елемента є міжнародним і не залежить від мови: Fe означає Ferrum латиною й Ферум українською.
Важливо розуміти: хімічний елемент входить до складу і простих, і складних речовин. Коли ми кажемо «Молекула води містить Оксиген», ми маємо на увазі елемент Оксиген. А коли йдеться про газ кисень, яким ми дихаємо, це проста речовина O₂.
Як не плутати елемент і просту речовину
Вислів про елемент | Вислів про просту речовину | Пояснення |
|---|---|---|
Оксиген входить до складу води H₂O | Кисень O₂ підтримує горіння | У воді атоми Оксигену зв'язані з Гідрогеном; горіння забезпечує молекулярний кисень |
Ферум є в гемоглобіні крові | Залізо використовують для виготовлення предметів | У гемоглобіні — Ферум(II), зв'язаний у складі гему; предмети роблять із металевого заліза Fe |
Нітроген міститься в білках | Азот N₂ заповнює шини | У білках — зв'язані атоми Нітрогену; азот у шинах — газ N₂ |
Запам'ятай просте правило: якщо йдеться про склад речовини (входить, міститься, є складником), то згадують хімічний елемент. Якщо описують властивість або застосування матеріалу (горить, плавиться, кують, проводять струм), то мають на увазі просту речовину.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Атоми рідко існують поодинці. Сполучаючись між собою, вони утворюють молекули — окремі електронейтральні частинки з кількох сполучених атомів. Однак є речовини, які не складаються з молекул, — їхня будова немолекулярна.
Що таке молекула
Молекула — це найменша частинка речовини, яка зберігає її хімічні властивості й складається з двох або більше атомів, сполучених хімічними зв'язками. Молекули завжди електронейтральні: сумарний заряд ядер дорівнює сумарному заряду електронів.
Приклади молекулярних речовин:
Водень H₂ — молекула з двох атомів Гідрогену.
Кисень O₂ — молекула з двох атомів Оксигену.
Вода H₂O — молекула з двох атомів Гідрогену й одного атома Оксигену (три атоми, два елементи).
Вуглекислий газ CO₂ — молекула з одного атома Карбону й двох атомів Оксигену (три атоми, два елементи).
Зверни увагу: у молекулі CO₂ три атоми двох елементів — одного Карбону і двох Оксигену. Кількість атомів кожного елемента показує індекс, записаний праворуч унизу від символу.
Немолекулярна будова
Не всі речовини складаються з молекул. Є два важливі випадки:
Аргон Ar — благородний газ, який існує у вигляді окремих атомів, а не молекул. Це одноатомна речовина.
Натрій хлорид NaCl — кухонна сіль. У кристалі NaCl немає окремих молекул NaCl. Кристал складається з упорядкованої ґратки йонів Na⁺ та Cl⁻, що чергуються. Співвідношення Na⁺ : Cl⁻ дорівнює 1 : 1.
Для речовин немолекулярної будови, таких як NaCl, використовують поняття «формульна одиниця». Формульна одиниця — це найпростіше співвідношення йонів або атомів у кристалі, яке показує хімічна формула. Вона не є окремою молекулою, а лише вказує склад.
Індекси та коефіцієнти
У хімічних записах важливо розрізняти індекс і коефіцієнт:
Позначення | Значення | Приклад | Тлумачення |
|---|---|---|---|
Індекс | Число праворуч унизу від символу; показує кількість атомів цього елемента в одній частинці | O₂ | два атоми Оксигену в одній молекулі |
Коефіцієнт | Число перед формулою; показує кількість частинок (молекул, атомів, йонів або формульних одиниць) | 3O₂ | три молекули кисню, загалом шість атомів Оксигену |
Пам'ятай: індекс стосується лише попереднього символу, а коефіцієнт — усієї частинки. У записі 3H₂O коефіцієнт 3 означає три молекули води, а індекс ₂ — два атоми Гідрогену в кожній молекулі.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Не всі частинки є нейтральними. Коли атом або група атомів набуває електричного заряду, утворюється йон. Йони відіграють ключову роль у розчинах, кристалах і хімічних реакціях.
Що таке йон. Катіони й аніони
Йон — це заряджена частинка, яка утворюється, коли атом або група атомів втрачає чи приєднує електрони. Якщо частинка має додатний заряд, її називають катіоном. Якщо від'ємний — аніоном.
Приклади простих (одноатомних) йонів:
Формула | Назва | Тип | Пояснення |
|---|---|---|---|
Na⁺ | катіон Натрію | катіон | атом Натрію втратив 1 електрон, заряд +1 |
Mg²⁺ | катіон Магнію | катіон | атом Магнію втратив 2 електрони, заряд +2 |
Cl⁻ | хлорид-аніон | аніон | атом Хлору приєднав 1 електрон, заряд -1 |
O²⁻ | оксид-аніон | аніон | атом Оксигену приєднав 2 електрони, заряд -2 |
Прості та складні йони
Прості йони складаються з одного атома: Na⁺, Mg²⁺, Cl⁻, O²⁻. Складні йони містять кілька атомів, сполучених зв'язками, але несуть загальний заряд як єдина частинка. Найпоширеніші приклади:
NH₄⁺ — катіон амонію. Містить 1 атом Нітрогену й 4 атоми Гідрогену. Загальний заряд +1. П'ять атомів, один з яких — Нітроген.
SO₄²⁻ — сульфат-аніон. Містить 1 атом Сульфуру й 4 атоми Оксигену. Загальний заряд -2. П'ять атомів, заряд -2.
NO₃⁻ — нітрат-аніон. Містить 1 атом Нітрогену й 3 атоми Оксигену. Загальний заряд -1. Чотири атоми.
Зверни увагу на різницю між записами: O₂ — це молекула кисню (два атоми, заряд 0), а O²⁻ — це одноатомний аніон Оксигену (один атом, заряд -2). Індекс пишуть унизу, заряд — угорі.
Чому молекула нейтральна, навіть якщо має полярні зв'язки
У молекулі води H₂O зв'язки полярні: атом Оксигену частково відтягує електрони від атомів Гідрогену, тому на атомі Оксигену виникає частковий негативний заряд (δ−), а на Гідрогені — частковий позитивний (δ+). Однак ці часткові заряди є нерівномірним розподілом електронної густини, а не справжнім зарядом. Загальне число електронів у молекулі дорівнює загальному числу протонів, тому молекула залишається електронейтральною. На відміну від неї, йон має цілковитий надлишок або нестачу електронів.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Розгляньмо три типові завдання НМТ з теми «Атом, молекула і йон: частинки речовини». Кожен приклад супроводжується покроковим аналізом.
Приклад 1. Частинка з трьома атомами й зарядом -1
Завдання. Яка з наведених частинок містить три атоми й має заряд -1?
CO₂
O₂
NO₂⁻
SO₄²⁻
Розв'язання. Проаналізуймо кожну частинку:
CO₂ — молекула вуглекислого газу. Складається з трьох атомів (один Карбон, два Оксигени), але є нейтральною, без заряду. Не підходить, бо потрібен заряд -1.
O₂ — молекула кисню. Містить лише два атоми й не має заряду. Не підходить.
NO₂⁻ — нітрит-аніон. Містить один атом Нітрогену й два атоми Оксигену — разом три атоми. Загальний заряд -1. Підходить.
SO₄²⁻ — сульфат-аніон. Містить п'ять атомів (один Сульфур, чотири Оксигени) і має заряд -2. Не підходить.
Відповідь: NO₂⁻.
Чому неправильні інші варіанти? CO₂ — нейтральна молекула, O₂ — лише два атоми, SO₄²⁻ — п'ять атомів і заряд -2. Тільки NO₂⁻ одночасно має три атоми й заряд -1.
Приклад 2. Вислів про хімічний елемент
Завдання. Який з наведених висловів стосується саме хімічного елемента, а не простої речовини?
Гідроген горить з утворенням води.
Гідроген входить до складу амоніаку NH₃.
Кисень кипить за температури -183 °C.
Мідь має характерний металевий блиск.
Розв'язання. Згадай правило: якщо йдеться про склад речовини (входить, міститься), то згадують хімічний елемент. Якщо описують властивість (горить, кипить, блищить), то мають на увазі просту речовину.
«Гідроген горить» — тут описано хімічну властивість простої речовини водню H₂. Не підходить.
«Гідроген входить до складу амоніаку» — вказано, що елемент Гідроген є складником сполуки NH₃. Це про елемент.
«Кисень кипить» — описано фізичну властивість простої речовини O₂. Не підходить.
«Мідь має блиск» — описано фізичну властивість простої речовини міді Cu. Не підходить.
Відповідь: «Гідроген входить до складу амоніаку NH₃».
Чому дистрактори неправильні? Усі три описують властивості простих речовин — горіння водню, кипіння кисню, блиск міді. Лише склад амоніаку відсилає до хімічного елемента як складника.
Приклад 3. Ряд лише катіонів
Завдання. У якому рядку всі частинки є катіонами?
K⁺, Cl⁻, Ca²⁺
K⁺, Ca²⁺, NH₄⁺
Na⁺, Ne, Mg²⁺
H₂, Na⁺, Fe³⁺
Розв'язання. Нагадаємо: катіони — це додатно заряджені йони (знак +). Аніони мають знак -, а нейтральні частинки (атоми, молекули) не мають заряду.
K⁺, Cl⁻, Ca²⁺ — містить Cl⁻ (аніон). Не підходить.
K⁺, Ca²⁺, NH₄⁺ — усі три мають додатний заряд. K⁺ — катіон Калію, Ca²⁺ — катіон Кальцію, NH₄⁺ — катіон амонію. Підходить.
Na⁺, Ne, Mg²⁺ — Ne (неон) є нейтральним атомом, не має заряду. Не підходить.
H₂, Na⁺, Fe³⁺ — H₂ є нейтральною молекулою. Не підходить.
Відповідь: K⁺, Ca²⁺, NH₄⁺.
Чому інші рядки неправильні? Перший містить аніон Cl⁻, третій — нейтральний атом Ne, четвертий — нейтральну молекулу H₂. Лише другий рядок складається винятково з катіонів.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
На НМТ учні часто припускаються одних і тих самих помилок у темі «Атом, молекула і йон». Ось чотири найпоширеніші пастки та способи їх уникнути.
Називати киснем атоми Оксигену у воді. Помилка: кажуть «молекула води містить кисень». Насправді вода містить елемент Оксиген у зв'язаному стані, а не просту речовину кисень O₂. Правильно: «До складу води входить Оксиген» або «атоми Оксигену входять до складу молекули води».
Плутати індекс O₂ із зарядом O²⁻. Помилка: запис O₂ читають як «двозарядний аніон», а O²⁻ — як «молекула кисню». Індекс (число знизу) показує кількість атомів у частинці. Заряд (число зверху) показує електричний стан. O₂ — молекула з двох атомів без заряду. O²⁻ — один атом Оксигену із зарядом -2.
Вважати SO₄²⁻ молекулою через наявність кількох атомів. Помилка: сульфат-аніон має заряд -2, тому це складний йон, а не молекула. Молекули завжди електронейтральні. Якщо частинка має заряд, це йон, навіть якщо в ній багато атомів.
Називати формульну одиницю кристала NaCl окремою молекулою. Помилка: у кристалі натрій хлориду немає ізольованих молекул NaCl. Кристал — це тривимірна ґратка з чергуванням йонів Na⁺ і Cl⁻. Формула NaCl показує лише співвідношення 1 : 1, а не склад окремої молекули.
Загальна порада: щоразу, коли бачиш хімічний запис, спочатку визнач, чи є заряд (верхній правий індекс зі знаком). Якщо є — це йон. Якщо немає — це атом або молекула. Потім порахуй атоми за нижніми індексами.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тема 1.1 програми НМТ з хімії вимагає розрізняти атоми, молекули, йони, хімічні елементи й прості речовини. У демонстраційному варіанті 2026 року завдання № 1 перевіряє саме склад молекули: треба порахувати атоми за індексами у формулі. Це найпростіший тип завдання, але саме на ньому втрачають бали через неуважність.
Стратегія розв'язування
Спочатку перевір заряд. Подивись, чи є праворуч угорі знак + або −. Якщо є — перед тобою йон (катіон або аніон). Якщо немає — атом або молекула.
Потім порахуй число атомів. Сумуй індекси всередині однієї частинки: у CO₂ це 1 + 2 = 3 атоми, у SO₄²⁻ — 1 + 4 = 5 атомів.
Коефіцієнт застосовуй до частинки цілком. Запис 3O₂ означає три молекули, а не три атоми: атомів Оксигену всього 3 · 2 = 6.
Зістав результат з умовою: чи потрібен заряд, чи певне число атомів, чи лише катіони. Відкидай варіанти, які не задовольняють хоча б одну вимогу.
Формат завдання
Завдання з теми «Атом, молекула і йон» належать до частини з вибором однієї відповіді з чотирьох (А–Г). Це завдання 1–18 тесту: за правильну відповідь нараховують 1 бал, за неправильну або відсутню — 0 балів. Тому навіть якщо сумніваєшся, варто обрати найімовірніший варіант — шанс отримати бал є, а штрафу за помилку немає.
Запам'ятай порядок дій: заряд → число атомів → тип частинки. Ця послідовність захищає від обох головних пасток теми — плутанини індексу із зарядом та плутанини йона з молекулою.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чому кисень і Оксиген — не взаємозамінні назви?
Оксиген — це назва хімічного елемента (вид атомів з 8 протонами). Кисень — це назва простої речовини O₂, яка складається з молекул, що містять два атоми Оксигену. Коли кажуть «вода містить кисень», це неправильно, бо вода містить атоми Оксигену, зв'язані з Гідрогеном, а не газ кисень. Правильно казати «вода містить Оксиген» або «до складу води входить елемент Оксиген». А «кисень підтримує горіння» — правильно, бо йдеться про просту речовину O₂.
Чим O₂ відрізняється від O²⁻?
O₂ — це молекула кисню, що складається з двох атомів Оксигену, сполучених хімічним зв'язком. Вона не має заряду (електронейтральна). O²⁻ — це оксид-аніон, одноатомний йон Оксигену із зарядом -2. Він утворюється, коли атом Оксигену приєднує два зайві електрони. Отже, різниця в трьох ознаках: число атомів (2 проти 1), наявність зв'язку (є проти немає), заряд (0 проти -2). Індекс пишуть унизу, заряд — угорі.
Чи може йон містити кілька атомів?
Так, такі йони називають складними. Вони складаються з кількох атомів, сполучених ковалентними зв'язками, але несуть загальний електричний заряд. Наприклад, NH₄⁺ (катіон амонію) містить 5 атомів і має заряд +1, SO₄²⁻ (сульфат-аніон) містить 5 атомів і має заряд -2, NO₃⁻ (нітрат-аніон) містить 4 атоми і має заряд -1. Головна відмінність від молекули: молекула завжди нейтральна, а складний йон має заряд.
Чому NaCl не називають молекулою в кристалі?
У кристалі натрій хлориду немає окремих ізольованих молекул NaCl. Кристал — це тривимірна йонна ґратка, де кожен йон Na⁺ оточений йонами Cl⁻ і навпаки. Формула NaCl показує лише співвідношення йонів 1 : 1, а не склад окремої молекули. Тому для NaCl використовують термін «формульна одиниця», а не «молекула». Молекули існують лише в речовинах молекулярної будови (вода, кисень, вуглекислий газ).
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Хімічний елемент — це вид атомів з однаковим протонним числом (числом протонів у ядрі). Кожен елемент має унікальний символ.
Атом — електронейтральна частинка, у якій число електронів дорівнює числу протонів. Атоми одного елемента мають однакове число протонів.
Молекула — електронейтральна частинка з двох або більше сполучених атомів. H₂, O₂, H₂O, CO₂ — приклади молекул.
Не всі речовини мають молекулярну будову. Аргон Ar існує у вигляді окремих атомів, а кристал NaCl — це йонна ґратка без окремих молекул; формула NaCl є формульною одиницею.
Йон — це заряджена частинка. Катіон має знак + (додатний заряд), аніон — знак − (від'ємний заряд).
Прості йони складаються з одного атома (Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, O²⁻). Складні йони — з кількох атомів (NH₄⁺, SO₄²⁻, NO₃⁻).
Індекс (число праворуч унизу) показує кількість атомів у частинці. Заряд (число праворуч угорі) показує електричний стан частинки.
Назви хімічних елементів (Оксиген, Ферум, Нітроген) слід відрізняти від назв простих речовин (кисень, залізо, азот). Про склад говорять про елемент, про властивості — про просту речовину.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. У якому рядку всі частинки є катіонами?
2. У якому рядку наведено простий катіон, простий аніон і складний катіон саме в такому порядку?
3. Який електричний заряд має частинка Cl⁻?
4. Яка з наведених частинок містить три атоми й має заряд −1?
5. Яка речовина не складається з окремих молекул?
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 20 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест