Как пишутся химические формулы

CharChem
^:

Система описания химических формул для WEB.

Химические формулы для «чайников» Научно-популярная статья о химических формулах. Обсуждаются структурные развёрнутые, упрощенные и скелетные формулы. А так же истинные и рациональные формулы. Изначально сайт был задуман, как ресурс для профессиональных химиков. Но в реальности из поисковых систем происходит очень много обращений от людей, только начинающих изучать химию. Специально для них создан этот раздел, чтобы в доступной форме рассказать о том, как составляются химические формулы. Содержание Структурные формулы — это просто! Я думаю, что знакомство с формулами лучше всего начать со структурных формул органических веществ. Считается, что они сложны для понимания, поэтому в школе их изучают в выпускных классах. Но я уверен, что через 10 минут вы разберетесь, как легко составлять структурные формулы. Перед нами структурная формула метана — самого простого органического вещества. H-C-H;H|#2|H Что мы видим? В центре латинская буква C, а от неё четыре палочки, на концах которых четыре латинских буквы H. C означает углерод, а H — водород. Это два самых важных элемента, которые входят в состав любых органических веществ. А что означают палочки? Это химические связи. В них кроется практически весь секрет органической химии. Фокус в том, что валентность углерода равна 4. Поэтому у каждой буквы C должно быть 4 палочки. А валентность водорода равна 1, поэтому у него палочка должна быть только одна. По-моему, палочки отлично демонстрируют такие «страшные» понятия, как химические связи и валентность. Структурные формулы могут слегка менять свой внешний вид. В них главное — количество элементов и наличие нужных связей. Например, формула метана может иметь и такой вид: H-C-H; H|#2|H = $slope(45)H/C/H;H#CH$slope() = HC/H; H/#CH = C<_(x-1.5,y1)H><_(x-.5,y1)H><_(x.5,y1)H>_(x1.5,y1)H Все эти картинки означают одно и то же. И считаются одинаковыми формулами. В общем, структурные формулы не являются какими-то жесткими конструкциями. Если вдруг Вам захотелось бы сделать модель молекулы из подручных материалов, то для этого лучше всего подошли бы шарики, соединённые пружинками или резинками. Под шариками я конечно подразумеваю атомы, а резинки — химические связи. Но в химии приняты не только структурные формулы. И здесь мы познакомимся с некоторыми из них. Достаточно распространены так называемые истинные формулы. Для метана истинная формула записывается так: CH4 Палочки исчезли, а вместо четырёх букв H осталась одна, но с маленькой цифрой 4, которая указывает количество атомов. Иногда такие формулы называют брутто-формулами. Мне почему-то такое название нравится больше, поэтому я буду чаще пользоваться именно таким термином. Обе формулы — структурная и истинная — означают одно и то же вещество. Структурная конечно более понятна, но брутто-формула проще записывается. Стоит упомянуть, что метан — это природный газ, который знаком всем, у кого есть газовая плита. Но не будем на нём долго задерживаться. Пора посмотреть, какие ещё бывают варианты органических структур. Углеводороды Прежде, чем мы начнём знакомство с многочисленными органическими соединениями, хочу напомнить — мы здесь изучаем химические формулы. А все упоминаемые вещества служат для иллюстрации. Вещество Развёрнутая структурная формула Упрощенная структурная формула Брутто-формула Этан H-C-C-H; H|#2|H; H|#3|H CH3-CH3 Пропан H-C-C-C-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H CH3-CH2-CH3 Бутан H-C-C-C-C-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H; H|#5|H CH3-CH2-CH2-CH3 Пентан H-C-C-C-C-C-H;H|#2|H;H|#3|H;H|#4|H;H|#5|H;H|#6|H CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 Гексан H-C-C-C-C-C-C-H;H|#2|H;H|#3|H;H|#4|H;H|#5|H;H|#6|H;H|#7|H CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 или то же самое, но короче: CH3-(CH2)4-CH3 C6H14 Здесь представлены органические вещества, называемые углеводородами. Название означает, что они состоят только из углерода и водорода. Эти вещества в различной мере входят в состав нефти. И это далеко не полный список. Но сначала смотрим ту колонку, которая называется Развёрнутая структурная формула. Мы видим уже знакомые буквы C и H, соединённые химическими связями — палочками. Главное правило по-прежнему в силе: у каждой буквы C четыре палочки, а у каждой H — одна. Что здесь нового? Появились химические связи между атомами углерода. И в результате оказалось, что молекулы органических веществ могут строиться при помощи таких цепочек, где звеньями являются атомы углерода с прилипшими к ними водородами. Теперь посмотрим на колонку, где представлены упрощённые структурные формулы. Несложно догадаться, что они призваны экономить время людей, которые постоянно пишут формулы. Особенно, если эти формулы достаточно большие. Правила здесь довольно простые — убираем палочки между углеродом и водородом и пишем число атомов водорода в виде числа. Таким образом, звенья цепочки становятся видны гораздо более отчётливо. По-научному они называются функциональные группы. Можно даже довольно быстро понять некоторые более хитрые закономерности. Например, группа на конце цепочки записывается CH3, а в середине цепочки — CH2. А для ещё большей экономии повторяющиеся группы можно объединить в скобочках, подписав количество повторов. Это показано в последней строке таблицы для формулы гексана: CH3-(CH2)4-CH3. Некоторые функциональные группы получают собственные названия и даже специальные обозначения. Например, группа CH3 называется метильная группа (от названия метана) и имеет собственное обозначение: Me. Если Вам попадётся, к примеру, такая формула: {Me}-CH2-{Me}, то ничего страшного тут нет. Это то же самое, что CH3-CH2-CH3, то есть — пропан. Двойные и тройные связи Итак, за короткое время мы уже разобрались, что такое структурные формулы и выяснили, что они бывают развёрнутые и упрощённые. Но пока что мы познакомились только с одинарными химическими связями. Но на самом деле существуют двойные и даже тройные связи. Посмотрим на следующую таблицу. Вещество Развёрнутая формула Упрощённая формула Брутто-фломула Этен (Этилен) $slope(55)HC<`/H>_(x1,N2)C<H>/H CH2=CH2 Пропен (Пропилен) $slope(45)HC-C/C/H; H#-3H;H/#2-#3H CH2=CH-CH3 Бутен (Бутилен) HC<`/H>=C<|H>-C<`|H><|H>-C-H; H|#-3|H CH2=CH-CH2-CH3 Этин (Ацетилен) H-C%C-H CH%CH Пропин (Метилацетилен) H-C%C-C-H; H|#-3|H CH%C-CH3 Бутин (Этилацетилен) H-C%C-C<`|H><|H>-C-H; H|#-3|H CH%C-CH2-CH3 Представленные здесь вещества тоже относятся к углеводородам. Если хорошенько присмотреться, то можно увидеть определённое сходство с веществами из первой таблицы. Названия формируются заменой буквы в конце названия: этан — этен — этин или пропан — пропен — пропин. Сходство не ограничивается названиями. Главное — одинаковое количество атомов углерода. А значит — одинаковое количество звеньев в цепи. Различие кроется в наличии двойных и тройных связей. Углеводороды в первой таблице называются предельными. Это означает, что к ним больше ничего нельзя добавить. А во второй таблице представлены непредельные углеводороды. То есть, при определённых условиях к ним можно добавить по парочке атомов водорода. Кроме того, появились дополнительные названия. Тут тоже нет ничего страшного. Верхние названия, которые без скобок — это научные названия. А в скобках даны традиционные названия, которые тоже довольно часто употребляются как в научной литературе, так и в быту. Циклические углеводороды Продолжим знакомство с формулами углеводородов. Они ещё не раскрыли нам всех своих секретов. Оказывается, что цепочки могут быть замкнутыми. То есть, атомы углерода соединяются друг с другом циклически. Вещество Развёрнутая формула Упрощённая формула Брутто-формула Циклопропан $slope(60)H`/C`/C:a`/H; H#CC:bH; H-#a-#b-H H2C_(x1.4)CH2_q3CH2_q3 Циклобутан H|C|C|H; H|C|C|H; H-#2-#6-H; H-#3-#7-H H2C-CH2`|CH2`-H2C_#1 Циклопентан C_(x1.1)C@:H2()<_(a24)H><_(a84)H>@()_qC@H2()_qC@H2()_qC@H2()_q@H2() H2C_(x1.4)CH2_qCH2_qCH2_qH2C_q Циклогексан CC@:H2()<_(a-30)H><_(a-90)H>@()|C@H2()`/C@H2()`C@H2()`|C@H2()/@H2() $L(1.3)CH2CH2|CH2`/CH2`H2C`|H2C/ Изомеры До сих пор мы не особенно обращали внимания на последнюю колонку, где выведены брутто-формулы. Но может возникнуть вполне законный вопрос: зачем вообще нужны структурные формулы? Ведь брутто-формулы гораздо проще записывать. Может быть, достаточно было бы пользоваться только ими? Но оказывается, что без структурных формул обойтись не получится. Например, если сравнить брутто-формулы из двух предыдущих таблиц, то мы увидим, что циклопропан имеет абсолютно тот же состав, что и пропен (C3H6). А брутто-формула циклобутана совпадает с бутеном (C4H8). Но это разные вещества! И разница заключается в структуре. То есть, имеет большое значение, в каком порядке элементы соединены друг с другом. А значит, именно структурные формулы позволяют точно описать нужное вещество. В химии существует такое понятие как изомеры. Так называют разные вещества, которые имеют одинаковый состав. Это не редкость. И в этом нет ничего странного. Ведь бывают же совершенно разные слова, состоящие из одинаковых букв. Классическими изомерами среди углеводородов можно назвать бутан и изобутан. Посмотрим на их формулы: Вещество Развёрнутая структурная формула Упрощенная структурная формула Брутто-формула Бутан H-C-C-C-C-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H; H|#5|H CH3-CH2-CH2-CH3 Метилпропан (Изобутан) HCC/C/H; H|#2`/H; H|#4H; H|#3|C|H; H/#-3H CH3-CH<|CH3>-CH3 Изобутан является изомером бутана. Обратите внимание, что брутто-формулы одинаковы. Но хотя они близки по свойствам, это разные вещества. Как видно, разнообразие углеводородов не перестаёт удивлять. Оказывается, они могут состоять не только из линейных цепочек, но могут образовывать разветвлённые структуры. И чем длиннее исходная цепочка, тем больше вариантов. Если у бутана возможны только два изомера, то у пентана их уже три: Вещество Упрощённая формула Брутто-формула Пентан CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 2-метилбутан (Изопентан) CH3-CH<`|CH3>-CH2-CH3 2,2-диметилпропан (Неопентан) CH3-C<`|CH3><|CH3>-CH3 А у вещества декан, имеющего формулу C10H22, существует 75 изомеров. Но мы не будем их здесь рассматривать. Обратите внимание, что научное название зависит от числа звеньев в прямой цепочке, а традиционное название просто учитывает количество атомов углерода в молекуле. Так получилось из-за того, что химики, которые только начинали исследовать углеводороды, первым делом научились определять состав веществ. То есть, сначала люди смогли получить лишь брутто-формулы. А из них невозможно понять, какова длина самой длинной цепочки. Поэтому названия учитывали общее число атомов углерода. Затем наука дошла до того, что люди смогли исследовать структуру молекул, придумали структурные формулы и переименовали уже известные вещества в соответствии с новыми знаниями. Но старые названия уже успели прижиться и существуют до сих пор. Бензол и скелетные формулы Думаю, что пора познакомиться ещё с одним весьма примечательным представителем углеводородов. Это вещество называется бензол. Вот его формулы: Развёрнутая формула Упрощённая формула Скелетная формула Брутто-формула H|CC|C<H>`//C<|H>`C<`/H>`||C<`H>//H H_(y.5)C\CH|CH`//C<_(y.5)H>`HC`||HC/ \|`//«||/ Чем же этот бензол так примечателен? Дело в том, что это шестиугольное колечко входит в состав огромного числа органических веществ. И вот на примере бензола предлагаю ознакомиться с ещё одним очень важным способом записи структурных формул — скелетными формулами. Как видно из таблицы, скелетная формула бензола представляет собой правильный шестиугольник без каких-либо букв, зато изображения химических связей выглядят одинаково. В общем, правила составления скелетных формул отличаются от уже знакомых нам развёрнутых всего двумя особенностями: Буквы C не пишутся. Предполагается, что каждый угол изображаемой геометрической фигуры содержит атом углерода. Буквы H тоже не пишутся. Если в углу сходятся меньше четырёх линий, то это означает, что все оставшиеся заняты водородом. Конечно, скелетные формулы не так просты, как развёрнутые, но зато их гораздо легче записывать. Поэтому в органической химии это самый популярный вид формул. И мне кажется, Вам тоже будет несложно к ним привыкнуть. Давайте посмотрим, как выглядят формулы других веществ, производных от бензола. Вещество Развёрнутая формула Скелетная формула Смешанный вариант Брутто-формула Нафталин C/C<`|H>\C</H>|C<H>`//C<|H>`C`|`\C<`|H>`/C<`H>||C<`/H>C/`/|H /\|`//«|`\`/||// C10H8 Толуол H|C|CC|C<H>`//C<|H>`C<`/H>`||C<`H>//H; H-#2-H |\|`//«||/ CH3|\|`//«||/ Кумол HCC/C/H; H|#2|H; H|#4|H; H|#3|CC|C<H>`//C<|H>`C<`/H>`||C<`H>//H </>|\|`//«||/ H3C</CH3>|\|`//«||/ Как видите, появился ещё и смешанный вариант. Опять какой-то новый вид формул? На этот раз уже нет. Просто иногда внутри одной формулы удобно сочетать различные способы. А вот скелетная формула углеводорода, который называется коронен. Причём, другие варианты здесь уже использовать нет смысла. |/`/|«/|`|«|/`/«||/\/\|||`/|`//«/`\`|/`/«||/ Впечатляет? Но это далеко не самая сложная структура для органического вещества. Так что теперь Вы понимаете, почему скелетные формулы так популярны…. Скелетные формулы существуют не только для циклических молекул. Понятно, что метан и этан имеют слишком мало узлов, поэтому для них не стоит пытаться использовать скелетные формулы. А вот какая-нибудь длинная молекула изображается довольно легко. Только не в виде прямой цепочки, а при помощи ломаной линии, ведь атомы углерода изображаются углами. Бутан Бутен Изобутан Гексан // /// |`|0/ /// Трехмерные изображения Иногда плоского изображения становится недостаточно. Поэтому для изображения трехмерных структурных формул используют особое изображение для химических связей: {A}<`wB><|wB>/wB Такая химическая связь означает, что А находится в плоскости листа, а В расположено ближе к наблюдателю. {A}<`dB><|dB>/dB а здесь В расположено от наблюдателя дальше, чем плоскость листа. То есть, А ближе, чем В В качестве примера посмотрим на формулы уже известных нам углеводородов: Метан Пропан Циклопропан Циклопентан H|C<`/H><_(A65,w+)H>_(A20,d+)H $slope(45)H|C<_(A170,d+)H><`/wH>C<`/wH><dH>/C<wH><_(A10,d+)H>`|H C_(x1.3)C_q3C_q3; H_(A-20,w-)#1_(A110,d+)H; H_(A-160,w-)#2_(A80,d+)H; H_(A65,w-)#3_(A-65,d+)H _(x1,y.5,W+)_(x1.5)_(x.5,y-1.5,W-)_(x-1.3,y1.1)_#1; $slope(60)H#1`/H; H#2`/H; H_(A140)#3H; H|#4-H; H#5_(y1.2)H Конечно, здесь потребуется включать воображение, чтобы представить трёхмерную структуру. Но зато теперь Вы не растеряетесь, увидев подобную запись. Формулы с окружностью Думаю, что стоит упомянуть ещё одну интересную конструкцию, которая нередко встречается при изображении циклических структур. Вот перед Вами несколько скелетных формул уже известного нам бензола: /\|`//«|| <-> /=`//`-`\ <-> //||`/`\`| <-> /|`/«|_o <-> H|</H>|<H>`/<|H>`<`/H>`|<`H>/_o Само собой, все они означают одно и то же. Но первые три отличаются только поворотом вокруг собственного центра. Тут нет ничего необычного, ведь молекулы не стоят на одном месте. А вот дальше мы видим кружок вместо трёх двойных связей. Причём, я намеренно изобразил все атомы водорода в последней формуле. Чтобы было хорошо видно, что каждый угол фактически лишился одной чёрточки. Их заменил кружок. Он как бы означает, что все двойные связи равномерно распределены внутри кольца. Формулы бензола, где используется чередование одинарных и двойных связей называются формулами Кекуле в честь немецкого учёного, который внёс значительный вклад в исследование структуры бензола. На самом деле, среди химиков нет единого мнения по поводу того, насколько правильно использование формул с кружком. Некоторые авторы категорически против. Но есть масса публикаций, где такая запись широко употребляется. Моя задача состоит в том, чтобы Вы узнали о существовании подобных формул и не удивлялись, увидев их. Вот пара примеров записи уже для уже знакомых нам веществ: Нафталин: /|`/«|_o«/|/_o Толуол: `/`-`/-_o-CH3 Знакомство с кислородом. Спирты До сих пор мы знакомились со структурными формулами углеводородов, которые состоят только из углерода и водорода. Думаю, пора познакомиться с новым элементом — кислородом. Он обозначается латинской буквой O. Его валентнсть равна 2. То есть, каждая буква O в структурных формулах должна снабжаться двумя палочками. Кислород — очень распространённый элемент на нашей планете. Он входит в состав большого количества органических и неорганических веществ. Но мы начнём знакомство с группы веществ, называемых спиртами: Вещество Развёрнутая структурная формула Упрощенная структурная формула Скелетная формула Брутто-формула Метанол (метиловый спирт) H-C-O-H; H|#C|H CH3-OH OH Этанол (этиловый спирт) H-C-C-O-H; H|#2|H; H|#3|H CH3-CH2-OH /OH 1-Пропанол (пропиловый спирт) H-C-C-C-O-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H CH3-CH2-CH2-OH //OH 2-Пропанол (изопропиловый спирт) H-C-C-C-H; H|#2|H; H|#3|O|H; H|#4|H CH3-CH<|OH>-CH3 <|OH>/ Не правда ли, что в этом есть что-то знакомое? Метан — метанол, этан — этанол, пропан — пропанол. Да, можно сказать, что спирт получается из углеводорода, если заменить один атом -H на группу -O-H (или -OH в упрощенных структурных формулах). Химики называют её: гидроксильная группа, по латинским названиям водорода и кислорода. А иногда она даже называется спиртовой группой. Все спирты можно описать в виде обобщённой формулы {R}-OH, где OH — гидроксильная группа, а R — остальная часть молекулы органического вещества. Конечно же стоит упомянуть, что этанол — это тот самый спирт, который входит в состав алкогольных напитков. Другие представленные здесь спирты по запаху, цвету и даже вкусу довольно похожи на этиловый спирт. Но они очень вредны для здоровья человка. Например, один глоток метанола может оставить человека слепым на всю жизнь. А если выпить больше, то это можеть оказаться фатальным для жизни. Ещё здесь из четырёх спиртов есть два изомера: 1-пропанол и 2-пропанол. У них одинаковые брутто-формулы, хотя вещества это разные. Их молекулы отличаются номером углеродного атома, к которому крепится группа OH. Возможно, Вы спросите, почему у 1-пропанола гидроксильная группа присоединена к третьему, а не к первому атому углерода? Тут следует вспомнить, что молекулы не находятся в одном положении. Они постоянно крутятся. И вполне могут развернуться как угодно: CH3-CH2-CH2-OH = $slope(45)CH3CH2CH2OH = CH3|CH2|CH2|OH = HO/CH2/CH2/CH3 = HO-CH2-CH2-CH3; @:Cx(n,t)#&n_(y.7,N0)$itemColor1(gray)»&t»@(2,1); @Cx(3,2); @Cx(4,3) Поэтому первый номер — тот, который ближе к гидроксильной группе. Все спирты, с которыми мы уже успели познакомиться, имеют в своём составе одну гидроксильную группу. Химики называют их одноатомные спирты. Но существуют вещества с различным количеством гидроксильных групп. Они соответственно называются двухатомные спирты, трёхатомные спирты и так далее… В качестве примера трёхатомного спирта можно привести достаточно известное вещество — глицерин: Развёрнутая формула Упрощённая формула Скелетная формула Брутто-формула H-C-C-C-H; $slope(45)H`/O|#2|H; H`/O|#3|H; H`/O|#4|H OH|CH2-CH<`|OH>-CH2`|OH HO/<`|OH>/OH Ну и чтобы завершить знакомство со спиртами, приведу ещё формулу другого известного вещества — холестерина. Далеко не все знают, что он является одноатомным спиртом! |`/`\`|<`|w>«/|<`/w$color(red)HO$color()>/`|0/`|/<`|w>|_q_q_q<-dH>:a_q|0<|dH>`/<`|wH>`|dH; #a_(A-72)<_(A-120,d+)>-/-/<->` Гидроксильную группу в нём я обозначил красным цветом. Карбоновые кислоты Любой винодел знает, что вино должно храниться без доступа воздуха. Иначе оно скиснет. Но химики знают причину — если к спирту присоединить ещё один атом кислорода, то получится кислота. Посмотрим на формулы кислот, которые получаются из уже знакомых нам спиртов: Вещество Развёрнутая структурная формула Упрощенная структурная формула Скелетная формула Брутто-формула Метановая кислота (муравьиная кислота) H/C`|O|OH HCOOH O//OH Этановая кислота (уксусная кислота) H-C-C<//O>O-H; H|#C|H CH3-COOH /`|O|OH Пропановая кислота (метилуксусная кислота) H-C-C-C<//O>O-H; H|#2|H; H|#3|H CH3-CH2-COOH /`|O|OH Бутановая кислота (масляная кислота) H-C-C-C-C<//O>O-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H CH3-CH2-CH2-COOH //`|O|OH Обобщённая формула {R}-C<//O>O-H {R}-COOH или {R}-CO2H {R}/`|O|OH Отличительной особенностью органических кислот является наличие карбоксильной группы (COOH), которая и придаёт таким веществам кислотные свойства. Все, кто пробовал уксус, знают что он весьма кислый. Причиной этого является наличие в нём уксусной кислоты. Обычно столовый уксус содержит от 3 до 15% уксусной кислоты, а остальное (по большей части) — вода. Употребление в пищу уксусной кислоты в неразбавленном виде представляет опасность для жизни. Карбоновые кислоты могут иметь несколько карбоксильных групп. В этом случае они называются: двухосновная, трёхосновная и т.д… В пищевых продуктах содержится немало других органических кислот. Вот только некоторые из них: Щавелевая кислота Молочная кислота Яблочная кислота Лимонная кислота HOOC-COOH H3C<|OH>/COOH HOOC/<`|OH>COOH HOOC/<`|COOH><|OH>/COOH двухосновная карбоновая кислота оксикарбоновая кислота Двухосновная оксикарбоновая кислота Трёхосновная оксикарбоновая кислота Название этих кислот соответствует тем пищевым продуктам, в которых они содержатся. Кстати, обратите внимание, что здесь встречаются кислоты, имеющие и гидроксильную группу, характерную для спиртов. Такие вещества называются оксикарбоновыми кислотами (или оксикислотами). Внизу под каждой из кислот подписано, уточняющее название той группы органических веществ, к которой она относится. Радикалы Радикалы — это ещё одно понятие, которое оказало влияние на химические формулы. Само слово наверняка всем известно, но в химии радикалы не имеют ничего общего с политиками, бунтовщиками и прочими гражданами с активной позицией. Здесь это всего лишь фрагменты молекул. И сейчас мы разберёмся, в чём их особенность и познакомимся с новым способом записи химических формул. Выше по тексту уже несколько раз упоминались обобщённые формулы: спирты — {R}-OH и карбоновые кислоты — {R}-COOH. Напомню, что -OH и -COOH — это функциональные группы. А вот R — это и есть радикал. Не зря он изображается в виде буквы R. Если выражаться более определённо, то одновалентным радикалом называется часть молекулы, лишённая одного атома водорода. Ну а если отнять два атома водорода, то получится двухвалентный радикал. Радикалы в химии получили собственные названия. Некоторые из них получили даже латинские обозначения, похожие на обозначения элементов. И кроме того, иногда в формулах радикалы могут быть указаны в сокращённом виде, больше напоминающем брутто-формулы. Всё это демонстрируется в следующей таблице. Название Структурная формула Обозначение Краткая формула Пример спирта Метил CH3-{} Me CH3 {Me}-OH CH3OH Этил CH3-CH2-{} Et C2H5 {Et}-OH C2H5OH Пропил CH3-CH2-CH2-{} Pr C3H7 {Pr}-OH C3H7OH Изопропил H3CCH(*`/H3C*)-{} i-Pr C3H7 {i-Pr}-OH (CH3)2CHOH Фенил `/`=`//-\-{} Ph C6H5 {Ph}-OH C6H5OH Думаю, что здесь всё понятно. Хочу только обратить внимание на колонку, где приводятся примеры спиртов. Некоторые радикалы записываются в виде, напоминающем брутто-формулу, но функциональная группа записывается отдельно. Например, CH3-CH2-OH превращается в C2H5OH. А для разветвлённых цепочек вроде изопропила применяются конструкции со скобочками. Существует ещё такое явление, как свободные радикалы. Это радикалы, которые по каким-то причинам отделились от функциональных групп. При этом нарушается одно из тех правил, с которых мы начали изучение формул: число химических связей уже не соответствует валентности одного из атомов. Ну или можно сказать, что одна из связей становится незакрытой с одного конца. Обычно свободные радикалы живут короткое время, ведь молекулы стремятся вернуться в стабильное состояние. Знакомство с азотом. Амины Предлагаю познакомиться с ещё одним элементом, который входит в состав многих органических соединений. Это азот. Он обозначается латинской буквой N и имеет валентность, равную трём. Посмотрим, какие вещества получаются, если к знакомым нам углеводородам присоединить азот: Вещество Развёрнутая структурная формула Упрощенная структурная формула Скелетная формула Брутто-формула Аминометан (метиламин) H-C-N</H>H;H|#C|H CH3-NH2 NH2 Аминоэтан (этиламин) H-C-C-N</H>H;H|#C|H;H|#3|H CH3-CH2-NH2 /NH2 Диметиламин H-C-N<`|H>-C-H; H|#-3|H; H|#2|H $L(1.3)H/N<_(A80,w+)CH3>dCH3 /N<_(y-.5)H> Аминобензол (Анилин) HN</H>|C\C</H>|C<H>`//C<|H>`C<`/H>`||C<`H>/ NH2|C\CH|CH`//C<_(y.5)H>`HC`||HC/ NH2||`/«|/_o Триэтиламин $slope(45)H-C-C/NC-C-H;H|#2|H; H|#3|H; H|#5|H;H|#6|H; #N`|C<`-H><-H>`|C<`-H><-H>`|H CH3-CH2-N<`|CH2-CH3>-CH2-CH3 /N<`|/>| Как Вы уже наверное догадались из названий, все эти вещества объединяются под общим названием амины. Функциональная группа {}-NH2 называется аминогруппой. Вот несколько обобщающих формул аминов: По числу замещённых атомов водорода По числу аминогрупп в молекуле Первичный амин {R}-NH2 Моноамин {R}-NH2 Вторичный амин {R1}-NH-{R2} Диамин H2N-{R}-NH2 Третичный амин {R1}-N<`|{R3}>-{R2} Триамин H2N-{R}(*`|NH2*)-NH2 В общем, никаких особых новшеств здесь нет. Если эти формулы Вам понятны, то можете смело заниматься дальнейшим изучением органической химии, используя какой-нибудь учебник или интернет. Но мне бы хотелось ещё рассказать о формулах в неорганической химии. Вы убедитесь, как их легко будет понять после изучения строения органических молекул. Рациональные формулы Не следует делать вывод о том, что неорганическая химия проще, чем органическая. Конечно, неорганические молекулы обычно выглядят гораздо проще, потому что они не склонны к образованию таких сложных структур, как углеводороды. Но зато приходится изучать более сотни элементов, входящих в состав таблицы Менделеева. А элементы эти имеют склонность объединяться по химическим свойствам, но с многочисленными исключениями. Так вот, ничего этого я рассказывать не буду. Тема моей статьи — химические формулы. А с ними как раз всё относительно просто. Наиболее часто в неорганической химии употребляются рациональные формулы. И мы сейчас разберёмся, чем же они отличаются от уже знакомых нам. Для начала, познакомимся с ещё одним элементом — кальцием. Это тоже весьма распространённый элемент. Обозначается он Ca и имеет валентность, равную двум. Посмотрим, какие соединения он образует с известными нам углеродом, кислородом и водородом. Вещество Структурная формула Рациональная формула Брутто-формула Оксид кальция Ca=O CaO Гидроксид кальция H-O-Ca-O-H Ca(OH)2 Карбонат кальция $slope(45)Ca`/OC|O`|/O`#1 CaCO3 Гидрокарбонат кальция HO/`|O|O/CaO/`|O|OH Ca(HCO3)2 Угольная кислота H|OC|O`|/O`|H H2CO3 При первом взгляде можно заметить, что рациональная формула является чем то средним между структурной и брутто-формулой. Но пока что не очень понятно, как они получаются. Чтобы понять смысл этих формул, нужно рассмотреть химические реакции, в которых участвуют вещества. Кальций в чистом виде — это мягкий белый металл. В природе он не встречается. Но его вполне возможно купить в магазине химреактивов. Он обычно хранится в специальных баночках без доступа воздуха. Потому что на воздухе он вступает в реакцию с кислородом. Собственно, поэтому он и не встречается в природе. Итак, реакция кальция с кислородом: 2Ca + O2 -> 2CaO Цифра 2 перед формулой вещества означает, что в реакции участвуют 2 молекулы. Из кальция и кислорода получается оксид кальция. Это вещество тоже не встречается в природе потому что он вступает в реакцию с водой: CaO + H2O -> Ca(OH2) Получается гидроксид кальция. Если присмотреться к его структурной формуле (в предыдущей таблице), то видно, что она образована одним атомом кальция и двумя гидроксильными группами, с которыми мы уже знакомы. Таковы законы химии: если гидроксильная группа присоединяется к органическому веществу, получается спирт, а если к металлу — то гидроксид. Но и гидроксид кальция не встречается в природе из-за наличия в воздухе углекислого газа. Думаю, что все слыхали про этот газ. Он образуется при дыхании людей и животных, сгорании угля и нефтепродуктов, при пожарах и извержениях вулканов. Поэтому он всегда присутствует в воздухе. Но ещё он довольно хорошо растворяется в воде, образуя угольную кислоту: CO2 + H2O <=> H2CO3 Знак <=> говорит о том, что реакция может проходить в обе стороны при одинаковых условиях. Таким образом, гидроксид кальция, растворённый в воде, вступает в реакцию с угольной кислотой и превращается в малорастворимый карбонат кальция: Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3″|v» + 2H2O Стрелка вниз означает, что в результате реакции вещество выпадает в осадок. При дальнейшем контакте карбоната кальция с углекислым газом в присутствии воды происходит обратимая реакция образования кислой соли — гидрокарбоната кальция, который хорошо растворим в воде CaCO3 + CO2 + H2O <=> Ca(HCO3)2 Этот процесс влияет на жесткость воды. При повышении температуры гидрокарбонат обратно превращается в карбонат. Поэтому в регионах с жесткой водой в чайниках образуется накипь. Из карбоната кальция в значительной степени состоят мел, известняк, мрамор, туф и многие другие минералы. Так же он входит в состав кораллов, раковин моллюсков, костей животных и т.д… Но если карбонат кальция раскалить на очень сильном огне, то он превратится в оксид кальция и углекислый газ. Этот небольшой рассказ о круговороте кальция в природе должен пояснить, для чего нужны рациональные формулы. Так вот, рациональные формулы записываются так, чтобы были видны функциональные группы. В нашем случае это: OH Гидроксильная группа CO3 Карбонат — соль угольной кислоты HCO3 Гидрокарбонат — кислая соль угольной кислоты Кроме того, отдельные элементы — Ca, H, O(в оксидах) — тоже являются самостоятельными группами. Ионы Думаю, что пора знакомиться с ионами. Это слово наверняка всем знакомо. А после изучения функциональных групп, нам ничего не стоит разобраться, что же представляют собой эти ионы. В общем, природа химических связей обычно заключается в том, что одни элементы отдают электроны, а другие их получают. Электроны — это частицы с отрицательным зарядом. Элемент с полным набором электронов имеет нулевой заряд. Если он отдал электрон, то его заряд становится положительным, а если принял — то отрицатеньным. Например, водород имеет всего один электрон, который он достаточно легко отдаёт, превращаясь в положительный ион. Для этого существует специальная запись в химических формулах: H2O <=> H^+ + OH^- Здесь мы видим, что в результате электролитической диссоциации вода распадается на положительно заряженный ион водорода и отрицательно заряженную группу OH. Ион OH^- называется гидроксид-ион. Не следует его путать с гидроксильной группой, которая является не ионом, а частью какой-то молекулы. Знак + или — в верхнем правом углу демонстрирует заряд иона. А вот угольная кислота никогда не существует в виде самостоятельного вещества. Фактически, она является смесью ионов водорода и карбонат-ионов (или гидрокарбонат-ионов): H2CO3 = H^+ + HCO3^- <=> 2H^+ + CO3^2- Карбонат-ион имеет заряд 2-. Это означает, что к нему присоединились два электрона. Отрицательно заряженные ионы называются анионы. Обычно к ним относятся кислотные остатки. Положительно заряженные ионы — катионы. Чаще всего это водород и металлы. И вот здесь наверное можно полностью понять смысл рациональных формул. В них сначала записывается катион, а за ним — анион. Даже если формула не содержит никаких зарядов. Вы наверное уже догадываетесь, что ионы можно описывать не только рациональными формулами. Вот скелетная формула гидрокарбонат-аниона: O^-|O`|/OH Здесь заряд указан непосредственно возле атома кислорода, который получил лишний электрон, и поэтому лишился одной чёрточки. Проще говоря, каждый лишний электрон уменьшает количество химических связей, изображаемых в структурной формуле. С другой стороны, если у какого-то узла структурной формулы стоит знак +, то у него появляется дополнительная палочка. Как всегда, подобный факт нужно продемонстрировать на примере. Но среди знакомых нам веществ не встречается ни одного катиона, который состоял бы из нескольких атомов. А таким веществом является аммиак. Его водный раствор часто называется нашатырный спирт и входит в состав любой аптечки. Аммиак является соединением водорода и азота и имеет рациональную формулу NH3. Рассмотрим химическую реакцию, которая происходит при растворении аммиака в воде: NH3 + H2O <=> NH4^+ + OH^- То же самое, но с использованием структурных формул: H|N<`/H>H + H-O-H <=> H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H В правой части мы видим два иона. Они образовались в результате того, что один атом водорода переместился из молекулы воды в молекулу аммиака. Но этот атом переместился без своего электрона. Анион нам уже знаком — это гидроксид-ион. А катион называется аммоний. Он проявляет свойства, схожие с металлами. Например, он может объединиться с кислотным остатком. Вещество, образованное соединением аммония с карбонат-анионом называется карбонат аммония: (NH4)2CO3. Вот уравнение реакции взаимодействия аммония с карбонат-анионом, записанное в виде структурных формул: 2H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H + O^-C|O`|/O^- <=> H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H`|0O^-C|O`|/O^-|0H_(A-15,d-)N^+<_(A105,w+)H><H>`|H Но в таком виде уравнение реакции дано в демонстрационных целях. Обычно уравнения используют рациональные формулы: 2NH4^+ + CO3^2- <=> (NH4)2CO3 Система Хилла Итак, можно считать, что мы уже изучили структурные и рациональные формулы. Но есть ещё один вопрос, который стоит рассмотреть подробнее. Чем же всё-таки отличаются брутто-формулы от рациональных? Мы знаем почему рациональная формула угольной кислоты записывается H2CO3, а не как-то иначе. (Сначала идут два катиона водорода, а за ними карбонат-анион). Но почему брутто-формула записывается CH2O3 ? В принципе, рациональная формула угольной кислоты вполне может считаться истинной формулой, ведь в ней нет повторяющихся элементов. В отличие от NH4OH или Ca(OH)2. Но к брутто-формулам очень часто применяется дополнительное правило, определяющее порядок следования элементов. Правило довольно простое: сначала ставится углерод, затем водород, а дальше остальные элементы в алфавитном порядке. Вот и выходит CH2O3 — углерод, водород, кислород. Это называется системой Хилла. Она используется практически во всех химических справочниках. И в этой статье тоже. Вместо заключения мне хотелось бы рассказать о системе CharChem. Она разработана для того, чтобы все те формулы, которые мы тут обсуждали, можно было легко вставить в текст. Собственно, все формулы в этой статье нарисованы при помощи CharChem. Зачем вообще нужна какая-то система для вывода формул? Всё дело в том, что стандартный способ отображения информации в интернет-браузерах — это язык гипертекстовой разметки (HTML). Он ориентирован на обработку текстовой информации. Рациональные и брутто-формулы вполне можно изобразить при помощи текста. Даже некоторые упрощённые структурные формулы тоже могут быть записаны текстом, например спирт CH3-CH2-OH. Хотя для этого пришлось бы в HTML использовать такую запись: CH<sub>3</sub>-CH<sub>2</sub>-OH. Это конечно создаёт некоторые трудности, но с ними можно смириться. Но как изобразить структурную формулу? В принципе, можно использовать моноширинный шрифт: H H | | H-C-C-O-H | | H H Выглядит конечно не очень красиво, но тоже осуществимо. Настоящая проблема возникает при попытке изобразить бензольные кольца и при использовании скелетных формул. Здесь не остаётся иного пути, кроме подключения растрового изображения. Растры хранятся в отдельных файлах. Браузеры могут подключать изображения в формате gif, png или jpeg. Для создания таких файлов требуется графический редактор. Например, Фотошоп. Но я более 10 лет знаком с Фотошопом и могу сказать точно, что он очень плохо подходит для изображения химических формул. Гораздо лучше с этой задачей справляются молекулярные редакторы. Но при большом количестве формул, каждая из которых хранится в отдельном файле, довольно легко в них запутаться. Например, число формул в этой статье равно . Из них выведены виде графических изображений (остальные при помощи средств HTML). Система CharChem позволяет хранить все формулы прямо в HTML-документе в текстовом виде. По-моему, это очень удобно. Кроме того, брутто-формулы в этой статье вычисляются автоматически. Потому что CharChem работает в два этапа: сначала текстовое описание преобразуется в информационную структуру (граф), а затем с этой структурой можно выполнять различные действия. Среди них можно отметить следующие функции: вычисление молекулярной массы, преобразование в брутто-формулу, проверка на возможность вывода в виде текста, графическая и текстовая отрисовка. Таким образом, для подготовки этой статьи я пользовался только текстовым редактором. Причём, мне не пришлось думать, какая из формул будет графической, а какая — текстовой. Вот несколько примеров, раскрывающих секрет подготовки текста статьи: Текстовое описание CharChem Выводимый результат Сгенерированная брутто-формула (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 H-C-C-O-H; H|#2|H; H|#3|H H-C-C-O-H; H|#2|H; H|#3|H CH3|\|`//«||/ CH3|\|`//«||/ Описания из левого столбца автоматически превращаются в формулы во втором столбце. В первой строчке описание рациональной формулы очень похоже на отображаемый результат. Разница только в том, что числовые коэффициенты выводятся подстрочником. Во второй строке развёрнутая формула задана в виде трёх отдельных цепочек, разделённых символом ; Я думаю, нетрудно заметить, что текстовое описание во многом напоминает те действия, которые потребовались бы для изображения формулы карандашом на бумаге. В третьей строке демонстрируется использование наклонных линий при помощи символов и /. Значок ` (обратный апостроф) означает, что линия проводится справа налево (или снизу вверх). Здесь есть гораздо более подробная документация по использованию системы CharChem. На этом разрешите закончить статью и пожелать удачи в изучении химии. Краткий толковый словарь использованных в статье терминов Углеводороды Вещества, состоящие из углерода и водорода. Отличаются друг от друга структурой молекул. Структурные формулы схематические изображения молекул, где атомы обозначаются латинскими буквами, а химические связи — чёрточками. Структурные формулы бывают развёрнутыми, упрощёнными и скелетными. Развёрнутые структурные формулы — такие структурные формулы, где каждый атом представлен в виде отдельного узла. Упрощённые структурные формулы — такие структурные формулы, где атомы водорода записаны рядом с тем элементом, с которым они связаны. А если к одному атому крепится больше одного водорода, то количество записывается в виде числа. Так же можно сказать, что в качестве узлов в упрощённых формулах выступают группы. Скелетные формулы — структурные формулы, где атомы углерода изображаются в виде пустых узлов. Число атомов водорода, связанных с каждым атомом углерода равно 4 минус число связей, которые сходятся в узле. Для узлов, образованных не углеродом, применяются правила упрощённых формул. Брутто-формула (она же истинная формула) — список всех химических элементов, которые входят в состав молекулы, с указанием количества атомов в виде числа (если атом один, то единица не пишется) Система Хилла — правило, определяющее порядок следования атомов в брутто-формуле: первым ставится углерод, затем водород, а далее остальные элементы в алфавитном порядке. Это а система используется очень часто. И все брутто-формулы в этой статье записаны по системе Хилла. Функциональные группы Устойчивые сочетания атомов, которые сохраняются в процессе химических реакций. Часто функциональные группы имеют собственные названия, влияют на химические свойства и научное название вещества

Содержание:

Составление химических формул по валентности:

Пользуясь знаками представленных химических элементов, запишите химические формулы воды, поваренной соли, углекислого газа, серной кислоты. На чём основывается запись химических формул веществ?

Химические формулы веществ можно вывести на основе различных химических опытов. Рассмотрим формулы водородных соединений некоторых элементов (таблица 1).

Из таблицы становится ясно, что атом хлора присоединяется с 1, атом кислорода — с 2, атом азота — с 3, а атом углерода — с 4 атомами водорода. Следовательно, химические элементы обладают разной способностью присоединять к себе атомы водорода. Для объяснения этого пользуются понятием «валентности». Свойство атомов химических элементов присоединять к себе определенное число атомов других химических элементов называют валентностью. Понятие валентности впервые было введено в 1852 году английским ученым Э.Франклендом.

Английский химик. В 1852 г. им было введено в науку понятие о соединительной силе атомов друг к другу. Данное свойство атомов впоследствии было названо валентностью.

Кислород в угарном газе в ионе гидроксония является  I I I — валентным. А углерод бывает  I I I — валентным только в угарном газе

Валентность выражают римскими цифрами. Валентность водорода принята за единицу, и поэтому валентности других элементов берутся в сопоставлении с ним.

Валентность некоторых химических элементов остается неизменной во всех их химических соединениях, т.е. всегда обозначается одной и той же цифрой. Это элементы с постоянной валентностью (таблица 2).

Однако другая группа элементов в различных химических соединениях имеет различную валентность. Их называют элементами с переменной валентностью (таблица 3).

Зная валентность химических элементов, можно легко составить формулу бинарного (двухэлементного) соединения, образованного ими. Для этого следует записать химические знаки элементов, проставив над ними их валентность. Далее, определив наименьшее общее кратное чисел, выражающих валентность этих элементов, его делят на валентность каждого из них и находят их индексы. Например:

1)    Определим валентность атома алюминия по кислороду в химическом соединении (оксид алюминия).

2)    Составим химическую формулу соединения VII-валентного элемента марганца с кислородом:

3)    Если при составлении формулы по валентности полученные индексы сократить до минимальных целых чисел, в таком случае можно, проведя эту операцию, получить простую формулу вещества (поделив VI и II на самый большой делитель — 2, можно получить формулу).

Химическая формула

Заполните таблицу. Как произносится химическая формула вещества?

Все вещества имеют химическую формулу. Условное обозначение состава вещества при помощи химических знаков и индексов называют химической формулой. Химическая формула вещества выражает его количественный и качественный состав. Качественный состав вещества показывает, из атомов каких элементов оно состоит, а его количественный состав — число атомов элемента, содержащихся в его составе, т.е. в одной молекуле. Число, расположенное справа внизу у знака элемента и показывающее количество атомов, называется индексом (схема 1).

Число, стоящее перед химическими формулами и химическими знаками, называется коэффициентом.

На основе представленных в таблице 1 моделей молекул и химических формул водорода, кислорода, воды и углекислого газа можно определить число атомов в их составе (таблица 2).

Пользуясь краткими названиями химических элементов, можно прочитать формулы:
 

Выясним, какие сведения о веществе можно получить по его химической формуле (таблица 3).
 

Состав веществ определяют разными физико-химическими способами, методом анализа результатов химических опытов. Так, например, в результате разложения воды под воздействием постоянного электрического тока наблюдается превышение в два разаТ.е. при распаде 9 г воды будут получены 1 г водорода и 8 г кислорода. При сопоставлении данных чисел с относительными атомными массами элементов можно прийти к выводу, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Состав воды и других химических соединений, независимо от способа их получения и места нахождения, всегда остается постоянным. Основываясь на этом, в 1799 году французским химиком Ж.Л.Прустом был открыт «Закон постоянства состава веществ». В настоящее время закон постоянства состава веществ выражается следующим образом: Независимо от способа получения, состав и свойства химических соединений молекулярного строения всегда постоянны.

Французский химик. В период с 1799 по 1806 гг. исследовал составы различных оксидов, сульфидов и других веществ. В итоге им был открыт закон постоянства состава химических соединений.

Данный закон о постоянстве и неизменности состава и свойств веществ с молекулярным строением является одним из основных законов химии. Для большинства химических соединений немолекулярного строения закон постоянства состава не подходит.

Как известно, не все вещества имеют молекулярное строение. Целая группа веществ имеет немолекулярное строение. Как же составляются химические формулы этих веществ? Химические формулы веществ с немолекулярным строением составляются на основе количественного соотношения частиц элементов (атомов или ионов) в соединениях. Для определения этого соотношения выясняется, сколько частиц другого элемента окружает (соединяется) частицу элемента в кристалле вещества немолекулярного строения. Исследования физическими методами строения кристаллов вещества позволяют получить такие сведения. В результате таких исследований стало известно, что в кварце количественное соотношение между атомами кремния (Si) и кислорода (О) составляет 1:2. Значит, его формулу можно представить в виде: В хлориде алюминия же соотношение между ионами алюминия и хлора Следовательно, его формула —

Начальные химические понятия и законы

Для овладения всесторонними знаниями о величинах атомов, а также их относительных и абсолютных массах требуется усвоить следующие важнейшие понятия.

Атом — это мельчайшая химически неделимая частица вещества.

Слово «атом» в переводе с древнегреческого языка означает ~ «неделимый».

В настоящее время доказано, что атом состоит из ряда более мелких частиц.

Химический элемент — это вид определенных атомов. Например, атомы кислорода означают элемент кислород (табл. 1).

Каждый химический элемент обозначается символом — первой буквой своего латинского названия или при необходимости первой и следующей за ней буквами. Например, Н (аш) — химический символ водорода, от латинского слова Hydrogenium («образующий воду»).

Будучи мельчайшими частицами, атомы обладают определенной массой. Так, абсолютная масса атома водорода составляет 0,00000000000000000000001674 г или 1,674• г. Абсолютная масса атома углерода — 19,993•  г.

Относительная масса атома — это число, указывающее, во сколько раз масса атома химического элемента больше массы атома — изотопа массы атома — изотопа равна 1,66057•  — 1 а.е.м.

Относительная масса атома обозначается буквой Аг, где г — относительность (relative).

Количество вещества — величина, численно равная относительной атомной массе элемента, — выражается в г-молях (или молях).

В 1 моле любого вещества содержится 6,02• частиц (атомов, молекул, ионов). Число 6,02• называется постоянной Авогадро.

Таблица 1

Показатели некоторых химических элементов

Химический элемент	Символ	Абсолютная масса атома, г	Абсолютная масса атома,	Число атомов в 1 моле
Водород	Н	1,674•	1,008	6,02•
Кислород	О	26,567•	15,999	6,02•
Углерод	С	19,993•	12,011	6,02•

Пример №1

Абсолютная масса атома кислорода равна 2,667• г. Определите его относительную атомную массу.

Решение. Единица массы 1 атома равна 1,66057• г.

Ответ: =16.

Пример №2

Какой будет масса (г) 0,301 • атомов кислорода?

Решение. 6,02 • атомов кислорода составляют 1 моль и равны 16 г.

Тогда, если 6,02 • атомов кислорода —16 г, то 0,301• атомов кислорода — х.

Ответ: 0,8 г.

Определение химической формулы

• Химическая формула — это выражение состава молекулы вещества посредством химических символов и (при необходимости) индексов.
• По химической формуле можно определить качественный и количественный состав вещества.

Например: — серная кислота. Химическая формула  показывает, что это — одна молекула серной кислоты, в которой содержатся 2 атома водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода, или 1 моль вещества.

Точно так же можно найти абсолютную и относительную массы молекулы. Для нахождения абсолютной массы производится сложение абсолютных масс 2 атомов водорода, 1 атома серы и 4 атомов кислорода. Выполнение действий с такими малыми числами вызывает трудности, поэтому рассчитывают относительную массу молекулы () и количество молей вещества:

1 моль — значение, выраженное в граммах и численно равное относительной молекулярной массе вещества.

1 моль — количество вещества, содержащего столько структурных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов), сколько атомов в 12 г изотопа углерода ().

В 12 г углерода содержится 6,02• атомов.

Количество вещества обозначается буквой n и его значение выражается в молях.

Молярная масса вещества обозначается буквой М и выражается в г/молях (табл. 2).
Таблица 2

Показатели некоторых химических веществ

Вещество	Химическая формула	Молярная масса,  г/моль	Количество вещества,    моль	Число молекул
Вода		18	1	6,02•
Углекислый газ		44	1	6,02•
Серная кислота		98	1	6,02•

Валентность

1. Нахождение валентности элементов, входящих в состав вещества, по данным химическим формулам.

Свойство атомов элемента присоединять определенное число атомов другого элемента называется валентностью.

В качестве единицы измерения валентности принята валентность водорода.

Валентность атома водорода равна единице. Атом кислорода всегда двухвалентен.

Неизвестная валентность элемента определяется по водородным или кислородным соединениям, а также соединениям с каким-нибудь другим элементом, валентность которого известна.

Пример №3

Перепишите в тетрадь формулы следующих соединений и определите их валентность:

Решение.

1) — валентность кислорода равна двум. Число атомов кислорода — пять, валентность каждого — два, общая валентность атомов кислорода (2•5=10) равна 10. Общая валентность мышьяка также должна быть равна десяти. Число атомов мышьяка в соединении — два: 10: 2 = 5. Следовательно, каждому атому мышьяка соответствуют 5 единиц. Валентность мышьяка в соединении — 5;

2)    — 21•2, 2:2=1. Медь одновалентна;

3)   — 2•3 = 6, 6:1=6. Теллур шестивалентен;

4)     — 1•2 = 2, 2:1 = 2. Селен двухвалентен;

5)     — 2 • 7 = 14, 14 : 2 = 7. Хлор семивалентен;

6)    КН — 1•1 = 1, 1 : 1 =1. Калий одновалентен.

2. Составление формулы вещества, состоящего из двух элементов, валентности которых известны.

Пример №4

Составьте формулу оксида фосфора (V), зная, что фосфор пятивалентен, кислород двухвалентен.

Решение:

1) запишем символы фосфора и кислорода — РО;

2)    запишем валентности элементов римскими цифрами над их символами — ;

3)    определим самое малое общее делимое чисел, выражающих валентности, то есть пяти и двух. Оно равно десяти;

4)    чтобы найти число атомов элементов в формуле, разделим общее делимое на валентности элементов: фосфор — 10 : 5 = 2; кислород — 10:2 = 5. Следовательно, в соединении фосфор представлен двумя, а кислород — пятью атомами.

5)    запишем найденные числа атомов в индексе химических символов — .

Пример №5

Определите валентность углерода в оксиде углерода (IV). Решение. Валентность кислорода в соединении равна двум, углерода — m. Если известны формула соединения и валентность (n) одного из элементов, валентность (m) второго можно определить по формуле

Например, валентность углерода в , равна ;  валентность кислорода —n = 2, число атомов кислорода — у = 2, число атомов углерода — х = 1.

Количество вещества

Определение количества вещества, если известна его масса, или нахождение его массы, если известно количество вещества.

Пример №6

Вычислите количество вещества в 49 г серной кислоты.

Решение.

1) = 98 г/моль;

2) вычислим количество вещества n по формуле

Ответ: 0,5 моля.

Пример №7

Сколько граммов составляют 5 молей оксида меди(||)?

Решение.

1) М (СuО) = 64+ 16- 80 г/моль;

2) найдем массу вещества по формуле

Ответ: 5 молей СuО равны 400 г. 

Закон Авогадро

В равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул (закон Авогадро). 1 моль вещества в газообразном или парообразном состоянии при н.у. занимает объем 22,4 л, который называется молярным объемом (табл. 3).
Таблица 3

Молярные объемы некоторых газообразных веществ

Вещество		Молярная масса, г/моль	Молярный    объем, л	Число молекул
	2	2	22,4	6,02•
	44	44	22,4	6,02•
	71	71	22,4	6,02•

Плотность газа определятся по формуле , а относительная плотность газа — по формуле .

1. Определение объема газов.

Пример №8

Какой объем (л, ну) займут 22 г углекислого газа?

Решение:

1) — 44 г/моль;

2) вычислим объем 22 г с помощью пропорции: 44 г занимают объем 22,4 л, 22 г — займут х л объема,

Ответ: 22 г занимают объем 11,2 л. 

Определив количество вещества в 22 г углекислого газа, зная, что 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л (н.у.), найдем

моля.

Если 1 моль газа занимает объем 22,4 л, то 0,5 моля — 11,2 л.

Пример №9

Каким будет объем 90 г воды, переведенной в газообразное (пар) состояние при 20°С ?

Решение. Жидкие и твердые вещества при переходе в газообразное состояние подчиняются тем же законам, что и газы. Поэтому:

1) М() = 18 г/моль;

2) рассчитаем объем 90 г воды в газообразном состоянии с помощью пропорции:

18 г  (пар) занимают объем 22,4 л,

90г (пар) — х л объема,

Ответ: объем 90 г водяного пара — 112 л.

Пример №10

Определите массу 7,84 м3 смеси, содержащей 71,45% метана и 28,55% оксида углерода (II).

Решение:

1) сколько метана и оксида углерода (II) содержится в 7,84 м3 смеси?

3)найдем массу 5,6 м3 СН4 с помощью пропорции: 22,4 м3 СН4 — 16 кг,

4) найдем массу 2,24 м3 СО с помощью пропорции: 22,4 м3 СО — 28 кг,

5)  общая масса смеси газов: 4 кг + 2,8 кг = 6,8 кг.

Ответ: общая масса смеси газов — 6,8 кг.

Пример №11

Рассчитайте количество вещества и число молекул в 1 л воды при 20°С .

Решение:

1) найдем массу 1 л воды. Плотность воды — 1 г/см3. Отсюда т{) = 1000 см3 • 1 г/см3 = 1000 г;

2)  вычислим количество вещества в 1000 г воды:

моль.

3)  определим число молекул в 1 л (в 1000 г, или 55,56 моля) воды с помощью пропорции: в 1 моле воды — 6,02• молекул, в 55,56 молях воды — х молекул, 

Ответ: в 1 л воды содержится 55,56 моля, 334,4 • или 3,344 •  молекул.

Пример №12

Какой объем (л,н.у.) займут 16 г оксида серы (IV)?

Решение:

1)    найдем количество вещества в 16 г :

.

2)    вычислим, какой объем займут 16 г (или 0,25 моля) с помощью пропорции:

Ответ: 16 г займут 5,6 л объема.

Вычисление плотности газов

Плотность газов определяется путем деления их молярной массы на молярный объем:

Пример №13

Рассчитайте плотность углекислого газа.

Решение:

Ответ: плотность углекислого газа — 1,96 г/л.

Пример 2. Рассчитайте молярную массу газа с плотностью р = 2,86 г/л.

Решение.

Из формулы

Ответ: молярная масса газа с плотностью 2,86 г/л —64 г.

Вычисление относительной плотности газов

Пример №14

Вычислите плотность метана относительно водорода.

Решение:

1) рассчитаем молекулярные массы метана и водорода:

2) определим плотность метана относительно водорода:

Ответ: плотность метана относительно водорода равна 8, или метан тяжелее водорода в 8 раз.

Пример №15

Определите относительную плотность газовой смеси, содержащей 40% угарного газа и 60 % углекислого газа.

Решение:

1) найдем среднюю молекулярную массу газовой смеси.

2) вычислим плотность газовой смеси относительно водорода:

Ответ: плотность газовой смеси относительно водорода равна 18,8. Пример 3. В процессе производства азотного удобрения на Ферганском производственном объединении «Азот» в качестве промежуточного вещества образуется оксид азота (IV). Найдите плотность оксида азота (IV) относительно воздуха.

Решение:

1) молекулярная масса оксида азота (IV)

M() = 46 г/моль.

Средняя молекулярная масса воздуха — 29 г/моль;

2) вычислим плотность оксида азота (IV) относительно воздуха:

Ответ: плотность оксида азота (IV) относительно воздуха равна 1,59.

Пример №16

Плотность пара белого фосфора относительно гелия равна 31. Рассчитайте молекулярную массу белого фосфора.

Решение.

Из формулы

следует, что М(белый фосфор) = • М (Не) = 31•4 = 124 г/моль.

Ответ: молекулярная масса белого фосфора равна 124.

Закон эквивалентности

Химические элементы присоединяются друг к другу или замещаются в весовых количествах, пропорциональных своим эквивалентам (закон эквивалентности).

Эквивалентностью элемента называется количество этого элемента, присоединяющего или замещающего 1 моль или 1 г атомов водорода.

Отношение относительной атомной массы элемента к его валентноcти есть эквивалентность этого элемента:

Эквивалентность оксида выражается формулой:  где — молекулярная масса оксида; V — валентность элемента, образующего оксид; n — число атомов элемента, образующего данный оксид.

Эквивалентность оснований выражается формулой:
где — молекулярная масса основания; n(ОН) — число гидроксильных групп в основании.

Эквивалентность кислот выражается формулой:  где — молекулярная масса кислоты;

n(H) — число атомов водорода, замещаемых металлом, содержащимся в кислоте.

Эквивалентность солей выражается формулой:  где — молекулярная масса соли; V — валентность металла, образующего соль; n — число атомов металла, образующего соль.

Пример №17

Определите эквивалентность железа в двух- и трехвалентных соединениях.

Решение:

1) найдем эквивалентность железа в двухвалентных соединениях:

2) найдем эквивалентность железа в трехвалентных соединениях:

Ответ: эквивалентность железа в двухвалентных соединениях равна 28, в трехвалентных соединениях — 18,67 г/моль.

Пример №18

47,26 г меди, соединяясь с 52,74 г хлора, образуют соль хлорид меди (II). Рассчитайте эквивалентность меди, зная, что эквивалентность хлора равна 35,45 г/моль.

Решение:

1) уточним условия задачи:

2) определим эквивалентность меди, пользуясь формулой

Ответ: эквивалентность меди равна 31,8 г/моль.

Энергетические явления в химических реакциях

Во всех химических реакциях происходит выделение или поглощение энергии.

Реакции, сопровождающиеся выделением теплоты, называются экзотермическими.

Реакции, сопровождающиеся поглощением теплоты, называются эндотермическими.

Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при образовании из простых веществ 1 моля сложного вещества, называется теплотой образования вещества. Теплота разложения любого сложного вещества на простые вещества равна его теплоте образования и выражается противоположным знаком (закон Лавуазье и Лапласа).

Например: Тепловой эффект реакций обусловлен природой исходных веществ и образовавшихся продуктов и не имеет отношения к промежуточным этапам реакции (закон Гесса).

Пример №19

Для приготовления пищи в школьной столовой израсходовано 100 л метана (метан — основной компонент природного газа). Сколько тепла выделилось при сгорании 100 л метана? Тепловой эффект реакции горения метана равен + 880 кДж/моль.

Решение.

При полном сгорании 1 моля метана (22,4 л) выделяется 880 кДж тепла. Сколько тепла выделится при сгорании 100 л метана?

Ответ: при сгорании 100 л метана выделяется 3928 кДж.

Пример №20

Рассчитайте тепловой эффект реакции горения аммиака. Известно, что теплота испарения воды 241,88 кДж/моль, теплота образования — 46,2 кДж/моль.

Решение.

Запишем реакцию горения аммиака:

Найдем тепловой эффект реакции горения аммиака на основе закона Гесса. Для этого из суммы теплоты образования продуктов реакции вычтем сумму теплоты образования веществ, взятых в реакцию (примем, что теплота образования простых веществ равна нулю).

Ответ: 633,24 кДж.

Atoms are tiny smallest particles of matter which can not be further divided is called an atom, which means that an atom is the smallest building block of matter. examples are Carbon (C), Hydrogen (H), Sodium (Na), etc. Atoms are combined using some set of rules the process of combination of two or more elements (Reactants) to form new compounds (product) is governed by certain laws called laws of chemical combination. 

A chemical formula is a set of chemical symbols that are used to indicate the components contained in a compound as well as their proportions. Before we get into the details of constructing a chemical formula, we must first learn the fundamentals of chemical formulas. Let us proceed further!

Molecular Formula 

A molecular formula is a molecule representation that utilises chemical symbols to identify the types of atoms in the molecule, followed by subscripts to specify the number of atoms of each type in the molecule. (A subscript is used only when there are several atoms of the same kind present.) Molecular formulae are also used as abbreviations for compound names.

A compound’s structural formula contains the same information as its molecular formula (the kinds and quantities of atoms in the molecule), but it also indicates how the atoms are linked in the molecule. Methane’s structural formula includes symbols for one C atom and four H atoms, denoting the number of atoms in the molecule.

The lines indicate the bonds that connect the atoms. (A chemical bond is an attraction that holds atoms or ions together in a molecule or crystal.) Later, we’ll go into chemical bonding and how to anticipate the arrangement of atoms in a molecule. For the time being, only know that the lines show how the atoms in a molecule are linked. A ball-and-stick model depicts the geometric arrangement of the atoms with non-scale atomic sizes, whereas a space-filling model depicts the relative sizes of the atoms.

How to Write Molecular Formulae of Chemical Compounds

A binary compound is composed of two different elements only. Formulae of binary compounds can be written with the help of valencies of elements since both types of atoms forming the compound must lose, gain or share the same number of electrons.

Point be considered to write the molecular formula

• Determine the valency of the elements present in the compound.
• Write the chemical formula such that the sums of the valencies of the two elements are equal. Do this by determining the lowest common multiple of the two valencies.
• Always place metals first in the formula.

For example:

• Aluminium Oxide

The elements presents in Aluminium Oxide are Aluminium and Oxygen. Then, 

Symbol	Aluminium, Al (13)	Oxygen, O (8)
Valency	3	2

The lowest common multiple of valencies is 6. Therefore,

Al = 2 × 3 = 6

O = 3 × 2 = 6

This implies that, the chemical formula is Al₂O₃

• Methane

The elements presents in Aluminium Oxide are Carbon and Hydrogen. Then, 

Symbol	Carbon, C (6)	Hydrogen, H (1)
Valency	4	1

The lowest common multiple of valencies is 4. Therefore,

C = 1 × 4

H = 4 × 1

This implies that, the chemical formula is CH₄

• Calcium Oxide

The elements presents in Calcium Oxide are Calcium and Oxygen. Then,

Symbol	Calcium, Ca (20)	Oxygen, O (8)
Valency	2	2

The lowest common multiple of valencies is 2. Therefore.

Ca = 1 × 2

O = 1 × 2

This implies that, the chemical formula is CaO. 

Sample Questions

Question 1: Calculate the number of electrons in Mg²⁺.

Answer:

The Atomic number of Mg is 12.

 2+ means loss of two electrons.

So, The atomic number of Mg²⁺ is 12 – 2 = 10

Hence, the number of electrons in Mg²⁺ is 10. 

Question 2: Why do atoms form ions?

Answer:

To achieve stability i.e. to complete its octet and attain stable electronic configuration near its noble gas atoms by losing or gaining electrons and thus acquire noble gas configuration.

Question 3: Give the difference between N₂ and 2N.

Answer: 

In 2N, it means two molecules of a Nitrogen atom (N+N). N₂ (two-atom of N) means one molecule of nitrogen gas. 

2N does not show any bond, it just shows numbers of nitrogen whereas N₂ shows that two nitrogen are bonded with a covalent bond, and it becomes nitrogen gas.

Question 4: Calculate the valency of (a) Mg (b) Ca (c)  Na and (d) Cl.

Answer:

(a) Mg (Atomic number = 12) = distribution of electron in the orbits as (2, 8, 2)

Mg atom can lose two electrons to attain stability, so the valency of Mg is 2.

(b) Ca (Atomic number = 20) = distribution of electron in the orbits as (2, 8, 8, 2)

Ca atom can lose two electrons to attain stability, so the valency of Ca is 2.

(c) Na (Atomic number = 11) = distribution of electron in the orbits as (2, 8, 1)

Na atom can lose one electron to attain stability, so the valency of Na is 1.

(d) Cl (Atomic number = 17) = distribution of electron in the orbits as (2, 8, 7)

Cl atom can gain one electron to attain stability, so the valency of Cl is 1.

Question 5: Give the electronic configuration of the following:

(a) Al atom and its ion and

(b) O atom and its ion.

Answer:

(a) The atomic number of Aluminium (Al) = 13.

Now, by losing three electrons it become Aluminium ion i.e, Al³⁺.

Therefore, the electronic configuration is given by:

	Atomic Number	K	L	M	N
Al atom	13	2	8	3	0
Al3+ ion	10	2	8	0	0

(b) The atomic number of Oxygen (O) = 8. 

Now, by gaining two electrons it become Oxygen ion i.e, O^2-.

Therefore, the electronic configuration is given by:

	Atomic Number	K	L	M	N
O atom	8	2	6	0	0
O2- ion	10	2	8	0	0

Atoms are tiny smallest particles of matter which can not be further divided is called an atom, which means that an atom is the smallest building block of matter. examples are Carbon (C), Hydrogen (H), Sodium (Na), etc. Atoms are combined using some set of rules the process of combination of two or more elements (Reactants) to form new compounds (product) is governed by certain laws called laws of chemical combination. 

A chemical formula is a set of chemical symbols that are used to indicate the components contained in a compound as well as their proportions. Before we get into the details of constructing a chemical formula, we must first learn the fundamentals of chemical formulas. Let us proceed further!

Molecular Formula 

A molecular formula is a molecule representation that utilises chemical symbols to identify the types of atoms in the molecule, followed by subscripts to specify the number of atoms of each type in the molecule. (A subscript is used only when there are several atoms of the same kind present.) Molecular formulae are also used as abbreviations for compound names.

A compound’s structural formula contains the same information as its molecular formula (the kinds and quantities of atoms in the molecule), but it also indicates how the atoms are linked in the molecule. Methane’s structural formula includes symbols for one C atom and four H atoms, denoting the number of atoms in the molecule.

The lines indicate the bonds that connect the atoms. (A chemical bond is an attraction that holds atoms or ions together in a molecule or crystal.) Later, we’ll go into chemical bonding and how to anticipate the arrangement of atoms in a molecule. For the time being, only know that the lines show how the atoms in a molecule are linked. A ball-and-stick model depicts the geometric arrangement of the atoms with non-scale atomic sizes, whereas a space-filling model depicts the relative sizes of the atoms.

How to Write Molecular Formulae of Chemical Compounds

A binary compound is composed of two different elements only. Formulae of binary compounds can be written with the help of valencies of elements since both types of atoms forming the compound must lose, gain or share the same number of electrons.

Point be considered to write the molecular formula

• Determine the valency of the elements present in the compound.
• Write the chemical formula such that the sums of the valencies of the two elements are equal. Do this by determining the lowest common multiple of the two valencies.
• Always place metals first in the formula.

For example:

• Aluminium Oxide

The elements presents in Aluminium Oxide are Aluminium and Oxygen. Then, 

Symbol	Aluminium, Al (13)	Oxygen, O (8)
Valency	3	2

The lowest common multiple of valencies is 6. Therefore,

Al = 2 × 3 = 6

O = 3 × 2 = 6

This implies that, the chemical formula is Al₂O₃

• Methane

The elements presents in Aluminium Oxide are Carbon and Hydrogen. Then, 

Symbol	Carbon, C (6)	Hydrogen, H (1)
Valency	4	1

The lowest common multiple of valencies is 4. Therefore,

C = 1 × 4

H = 4 × 1

This implies that, the chemical formula is CH₄

• Calcium Oxide

The elements presents in Calcium Oxide are Calcium and Oxygen. Then,

Symbol	Calcium, Ca (20)	Oxygen, O (8)
Valency	2	2

The lowest common multiple of valencies is 2. Therefore.

Ca = 1 × 2

O = 1 × 2

This implies that, the chemical formula is CaO. 

Sample Questions

Question 1: Calculate the number of electrons in Mg²⁺.

Answer:

The Atomic number of Mg is 12.

 2+ means loss of two electrons.

So, The atomic number of Mg²⁺ is 12 – 2 = 10

Hence, the number of electrons in Mg²⁺ is 10. 

Question 2: Why do atoms form ions?

Answer:

To achieve stability i.e. to complete its octet and attain stable electronic configuration near its noble gas atoms by losing or gaining electrons and thus acquire noble gas configuration.

Question 3: Give the difference between N₂ and 2N.

Answer: 

In 2N, it means two molecules of a Nitrogen atom (N+N). N₂ (two-atom of N) means one molecule of nitrogen gas. 

2N does not show any bond, it just shows numbers of nitrogen whereas N₂ shows that two nitrogen are bonded with a covalent bond, and it becomes nitrogen gas.

Question 4: Calculate the valency of (a) Mg (b) Ca (c)  Na and (d) Cl.

Answer:

(a) Mg (Atomic number = 12) = distribution of electron in the orbits as (2, 8, 2)

Mg atom can lose two electrons to attain stability, so the valency of Mg is 2.

(b) Ca (Atomic number = 20) = distribution of electron in the orbits as (2, 8, 8, 2)

Ca atom can lose two electrons to attain stability, so the valency of Ca is 2.

(c) Na (Atomic number = 11) = distribution of electron in the orbits as (2, 8, 1)

Na atom can lose one electron to attain stability, so the valency of Na is 1.

(d) Cl (Atomic number = 17) = distribution of electron in the orbits as (2, 8, 7)

Cl atom can gain one electron to attain stability, so the valency of Cl is 1.

Question 5: Give the electronic configuration of the following:

(a) Al atom and its ion and

(b) O atom and its ion.

Answer:

(a) The atomic number of Aluminium (Al) = 13.

Now, by losing three electrons it become Aluminium ion i.e, Al³⁺.

Therefore, the electronic configuration is given by:

	Atomic Number	K	L	M	N
Al atom	13	2	8	3	0
Al3+ ion	10	2	8	0	0

(b) The atomic number of Oxygen (O) = 8. 

Now, by gaining two electrons it become Oxygen ion i.e, O^2-.

Therefore, the electronic configuration is given by:

	Atomic Number	K	L	M	N
O atom	8	2	6	0	0
O2- ion	10	2	8	0	0

Химические формула – это изображение качественного и количественного состава вещества с помощью символов химических элементов.

---

Знаки химических элементов

Химический знак или химический символ элемента – это первая или две первые буквы от латинского названия этого элемента.

Например: Ferrum – Fe, Cuprum – Cu,  Oxygenium – O и т.д.

Таблица 1: Информация, которую дает химический знак

Сведения	На примере Cl
Название элемента	Хлор
Принадлежность элемента к данному классу химических элементов	Неметалл, галоген
Один атом элемента	1 атом хлора
Относительная атомная масса (Ar) данного элемента	Ar(Cl) = 35,5
Абсолютная атомная масса химического элемента m = Ar · 1,66·10-24г = Ar · 1,66 · 10-27кг	M(Cl) = 35,5 · 1,66 · 10-24 = 58,9 · 10-24г

Название химического знака в большинстве случаев читается как название химического элемента. Например, К – калий, Са – кальций, Mg – магний, Mn – марганец.

Случаи, когда название химического знака читается иначе, приведены в таблице 2:

Название химического элемента	Химический знак	Название химического знака (произношение)
Азот	N	Эн
Водород	H	Аш
Железо	Fe	Феррум
Золото	Au	Аурум
Кислород	O	О
Кремний	Si	Силициум
Медь	Cu	Купрум
Олово	Sn	Станум
Ртуть	Hg	Гидраргиум
Свинец	Pb	Плюмбум
Сера	S	Эс
Серебро	Ag	Аргентум
Углерод	C	Цэ
Фосфор	P	Пэ

Химические формулы простых веществ

Химическими формулами большинства простых веществ (всех металлов и многих неметаллов) являются знаки соответствующих химических элементов.

Так вещество железо и химический элемент железо обозначаются одинаково – Fe.

Если простое вещество имеет молекулярную структуру (существует в виде молекул, то его формулой является химический знак элемента с индексом внизу справа, указывающим число атомов в молекуле: H₂, O₂, O₃, N₂, F₂, Cl₂, Br₂, P₄, S₈.

Таблица 3: Информация, которую дает химический знак

Сведения	На примере C
Название вещества	Углерод (алмаз, графит, графен, карбин)
Принадлежность элемента к данному классу химических элементов	Неметалл
Один атом элемента	1 атом углерода
Относительная атомная масса (Ar) элемента, образующего вещество	Ar(C) = 12
Абсолютная атомная масса	M(C) = 12 · 1,66 · 10-24 = 19,93 · 10-24г
Один моль вещества	1 моль углерода, т.е. 6,02 · 1023 атомов углерода
Молярная масса вещества	M(C) = Ar(C) = 12 г/моль

Химические формулы сложных веществ

Формулу сложного вещества составляют путем записи знаков химических элементов, из которых это вещество состоит, с указанием числа атомов каждого элемента в молекуле. При этом, как правило, химические элементы записывают в порядке увеличения их электроотрицательности в соответствии со следующим практическим рядом:

Me, Si, B, Te, H, P, As, I, Se, C, S, Br, Cl, N, O, F

Например, H₂O, CaSO₄, Al₂O₃, CS₂, OF₂, NaH.

Исключение составляют:

• некоторые соединения азота с водородом (например, аммиак NH₃, гидразин N₂H₄);
• соли органических кислот (например, формиат натрия HCOONa, ацетат кальция (CH₃COO)₂Ca);
• углеводороды (CH₄, C₂H₄, C₂H₂).

Химические формулы веществ, существующих в виде димеров (NO₂, P₂O₃, P2O5, соли одновалентной ртути, например: HgCl, HgNO₃ и др.), записывают в виде N₂O₄, P₄O₆, P₄O₁₀, Hg₂Cl₂, Hg₂(NO₃)₂.

Число атомов химического элемента в молекуле и сложном ионе определяется на основании понятия валентности или степени окисления и записывается индексом внизу справа от знака каждого элемента (индекс 1 опускается). При этом исходят из правила:

алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле должна быть равной нулю (молекулы электронейтральны), а в сложном ионе – заряду иона.

Например:

2Al₃+ +3SO₄^2- =Al₂(SO₄)₃

Этим же правилом пользуются при определении степени окисления химического элемента по формуле вещества или сложного иона. Обычно это элемент, имеющий несколько степеней окисления. Степени окисления остальных элементов, образующих молекулу или ион должны быть известны.

Заряд сложного иона – это алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, образующих ион. Поэтому при определении степени окисления химического элемента в сложном ионе сам ион заключается в скобки, а его заряд выносится за скобки.

При составлении формул по валентности вещество представляют, как соединение, состоящее из двух частиц различного типа, валентности которых известны. Далее пользуются правилом:

в молекуле произведение валентности на число частиц одного типа должно быть равным произведению валентности на число частиц другого типа.

Например:

Цифра, стоящая перед формулой в уравнении реакции, называется коэффициентом. Она указывает либо число молекул, либо число молей вещества.

Коэффициент, стоящий перед химическим знаком, указывает число атомов данного химического элемента, а в случае, когда знак является формулой простого вещества, коэффициент указывает либо число атомов, либо число молей этого вещества.

Например:

• 3Fe – три атома железа, 3 моль атомов железа,
• 2H – два атома водорода, 2 моль атомов водорода,
• H₂ – одна молекула водорода, 1 моль водорода.

Химические формулы многих веществ были определены опытным путем, поэтому их называют «эмпирическими».

Таблица 4: Информация, которую дает химическая формула сложного вещества

Сведения	На примере CaCO3
Название вещества	Карбонат кальция
Принадлежность элемента к определенному классу веществ	Средняя (нормальная) соль
Одна молекула вещества	1 молекула карбоната кальция
Один моль вещества	6,02 · 1023 молекул CaCO3
Относительная молекулярная масса вещества (Мr)	Мr(CaCO3) = Ar(Ca)+Ar(C) +3Ar(O)=100
Молярная масса вещества (M)	М(CaCO3) = 100 г/моль
Абсолютная молекулярная масса вещества (m)	M(CaCO3) = Mr(CaCO3) · 1,66 · 10-24г = 1,66 · 10-22 г
Качественный состав (какие химические элементы образуют вещество)	кальций, углерод, кислород
Количественный состав вещества:
Число атомов каждого элемента в одной молекуле вещества:	молекула карбоната кальция состоит из 1 атома кальция, 1 атома углерода и 3 атомов кислорода.
Число молей каждого элемента в 1 моле вещества:	В 1 моль СаСО3 (6,02 ·1023 молекулах) содержится 1 моль (6,02 ·1023 атомов) кальция, 1 моль (6,02 ·1023 атомов) углерода и 3 моль (3·6,02·1023 атомов) химического элемента кислорода)
Массовый состав вещества:
Масса каждого элемента в 1 моле вещества:	1 моль карбоната кальция (100г) содержит химических элементов: 40г кальция, 12г углерода, 48г кислорода.
Массовые доли химических элементов в веществе (состав вещества в процентах по массе):	Состав карбоната кальция по массе: W(Ca) = (n(Ca)·Ar(Ca))/Mr(CaCO3) = (1·40)/100= 0,4 (40%) W(C) = (n(Ca) ·Ar(Ca))/Mr(CaCO3) = (1·12)/100= 0,12 (12%) W(О) = (n(Ca) ·Ar(Ca))/Mr(CaCO3) = (3·16)/100= 0,48 (48%)
Для вещества с ионной структурой (соли, кислоты, основания) – формула вещества дает информацию  о числе ионов каждого вида в молекуле, их количестве и массе ионов в 1 моль вещества:	Молекула СаСО3  состоит  из иона Са2+ и иона СО32-  1 моль (6,02·1023 молекул) СаСО3 содержит 1 моль ионов Са2+и 1 моль ионов СО32-; 1 моль (100г) карбоната кальция содержит 40г ионов Са2+ и 60г ионов СО32-
Молярный объем вещества при нормальных условиях (только для газов)

Графические формулы

Для получения более полной информации о веществе пользуются графическими формулами, которые указывают порядок соединения атомов в молекуле и валентность каждого элемента.

Графические формулы веществ, состоящих из молекул, иногда, в той или иной степени, отражают и строение (структуру) этих молекул, в этих случаях их можно назвать структурными.

Для составления графической (структурной) формулы вещества необходимо:

• Определить валентность всех химических элементов, образующих вещество.
• Записать знаки всех химических элементов, образующих вещество, каждый в количестве, равном числу атомов данного элемента в молекуле.
• Соединить знаки химических элементов черточками. Каждая черточка обозначает электронную пару, осуществляющую связь между химическими элементами и поэтому одинаково принадлежит обоим элементам.
• Число черточек, окружающих знак химического элемента, должно соответствовать валентности этого химического элемента.
• При составлении формул кислородсодержащих кислот и их солей атомы водорода и атомы металлов связываются с кислотообразующим элементом через атом кислорода.
• Атомы кислорода соединяют друг с другом только при составлении формул пероксидов.

Примеры графических формул:

---

Как составлять химические формулы

«Знание шрифтов – одно из самых элементарных требований, предъявляемых к сыщику!», — так наставлял когда-то великий Шерлок Холмс своего друга и летописца доктора Ватсона. Аналогично этому, можно смело сказать: «Знание того, как составляются химические формулы – одно из самых элементарных требований, предъявляемых к химику!» В самом деле, как можно рассуждать о превращениях веществ, не умея составлять их формулы?

Вам понадобится

• — таблица Менделеева.

Инструкция

Тут вам надо опираться на такое понятие, как «валентность», то есть способность атома одного вещества присоединять к себе определенное количество атомов другого вещества. Валентность любого элемента можно узнать, заглянув в таблицу Менделеева и помня некоторые общие правила.

Валентность металла, находящегося в «главной» подгруппе, равна номеру группы. Например, щелочные металлы литий, натрий, калий и т.д. – одновалентные, щелочноземельные кальций, стронций, барий и т.д. – двухвалентные.

Неметаллы имеют две валентности – высшую (которая равна номеру группы) и низшую (которую определяют, вычитая из 8 номер группы). В соединениях с металлами неметаллы имеют низшую валентность!

Если два неметалла соединяются между собой, то низшую валентность проявляет тот неметалл, который находится в Таблице Менделеева правее и выше. Фтор является исключением из этих правил, и всегда проявляет валентность, равную 1.

Необходимо также помнить, что в соединениях, состоящих из двух элементов, общее число валентностей одного элемента всегда должно быть равно общему количеству валентностей другого элемента!

Запомнив эти весьма несложные положения, вы сможете легко составлять химические формулы. Например, какова будет формула фосфорного ангидрида, то есть оксида фосфора? Во-первых, сразу возьмите на заметку: и фосфор, и кислород – неметаллы. Во-вторых, смотрите в таблицу Менделеева. Фосфор располагается в пятой группе, кислород – в шестой. Следовательно, низшую валентность в этом соединении проявит кислород, и она будет равна 2 (8 – 6 = 2). Валентность фосфора, соответственно, будет равна 5.

Какие же коэффициенты надо подставить и к фосфору, и к кислороду, чтобы соблюсти правило: сумма валентностей одного элемента должна равняться сумме валентностей второго? Легко можно увидеть, что для цифр 2 и 5 наименьшее общее кратное — 10. Следовательно, искомая формула фосфорного ангидрида такова: Р2О5.

Ну, а какова будет формула азида лития, то есть, вещества, образованного неметаллом азотом и щелочным металлом литием? Литий имеет валентность, равную 1. Азот, располагаясь в 5 группе, может иметь высшую валентность, равную 5, и низшую, равную 3. А поскольку в соединениях с металлами неметаллы имеют низшую валентность, легко вывести формулу этого соединения: Li3N.

Источники:

• как составлять химические элементов