Файл: Министерство высшего и среднего специального образования республики узбекистан.docx
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 42
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Н2, Н20, Fe203, (NH4)2Cr207.
Каждая из этих формул указывает, какие атомы и в каком соотношении входят в состав вещества. Химические формулы используют как для молекулярных, так и для ионных соединений. Но есть некоторые особенности составления химических формул для разных групп соединений. Молекулярные соединения состоят из молекул. Молекула - это определенная группа атомов, которые имеют между собой химические связи. Обычно связи между атомами в молекуле носят ковалентный характер. Молекулы характерны для соединений неметаллов.
П р и м е р ы:
Н2, O2, Н20, РСI5.
Молекулярная формула указывает число атомов каждого из элементов, входящих в состав молекулы. Примеры: H2 02, Н202. Приведённые примеры показывают, что молекулы различаются составом, соотношением атомов разных элементов . Встречаются и простые вещества, в молекулах которых содержится разное число атомов одного и того же элемента . Таким образом, молекулярная формула - это не что иное, как химическая формула с точным указанием числа каждого (или данного) вида атомов в молекуле. Свойства молекул зависят не только от их состава, но и от структуры. Структурная формула - это химическая формула, которая показывает, как атомы связаны друг с другом в молекуле. Примеры: Н20 и Н202. Структурные формулы этих соединений: Н-О-Н, Н-О-О-Н. Такие формулы особенно важны в органической химии. Например, дана химическая формула С3Н60. Без структурной формулы нельзя идентифицировать соединение, а именно
н3с—с—сн3 н3с—сн2—с—н
(кетон) (альдегид)
Для понимания свойств молекул имеет значение также их геометрическое
строение. Ионные соединения состоят из катионов и анионов. Они образуются, когда соединяются атомы металлов и неметаллов. В ионных соединениях нет молекул. Их иногда называют макромолекулами. Химическая формула ионного соединения составляется так, чтобы наименьшими целыми числами в виде подстрочных индексов передавалось соотношение между атомами разных элементов, входящих в состав соединения. При этом заряды ионов опускаются, не указываются подстрочные индексы, равные единице. Примеры: NaCl, NaN03.
Ионные соединения не содержат молекул, и химические формулы отражают состав условных «частиц», которые принято называть формульными единицами вещества. Понятие формульной единицы иногда распространяют на реальные частицы вещества (молекулы, атомы, ионы, электроны и другие).
При проведении химического анализа устанавливают соотношение между атомами элементов в составе вещества, что позволяет составить эмпирическую формулу соединения. Эмпирическая формула (или простейшая формула) вещества есть химическая формула, которая записывается с минимальными целочисленными подстрочными индексами. Она не отражает состав молекул, но совпадает по смыслу с формульной единицей ионных соединений. Рассмотренные понятия обобщим на примере из области органической химии. Применим разные виды формул для характеристики этена и бутена-1. Химический анализ состоит в разложении вещества на образующие его элементы и затем в измерении относительного количества каждого полученного элемента, выраженного в граммах на 100 г исходного соединения либо в весовых (массовых) процентах. Один из способов проделать это, если соединение представляет собой углеводород (состоит только из углерода и водорода), заключается в сжигании известного количества вещества в кислороде, а затем измерении полученных количеств С02 (диоксид углерода) и Н20. Элементный анализ сам по себе еще не позволяет установить правильную молекулярную формулу соединения. Например, с результатами вычислений в примере 4 согласуется формула метана -СН4, но те же аналитические результаты могли бы согласоваться с молекулярными формулами С2Н8, если бы подобные молекулы существовали. Вещество в примере 5 может быть водой, Н20, но могло бы иметь формулу Н 402 или еще более сложную, но кратную Н20. Если вы заключили, что правильными формулами, имеющими химический смысл, являются только СН4 и Н20, как это и есть на самом деле, то это означает, что вы прибегли к дополнительной химической информации, которая еще не содержится в аналитических данных. Большинство химиков предположили бы, что вещество, рассматриваемое в примере 6, представляет собой бензол, С6Н6. Но это мог быть и ацетилен, С2Н2 (если не считаться с тем фактом, что ацетилен при комнатной температуре является газом, а о неизвестном углеводороде сказано, что это распространенный лабораторный растворитель, что исключает ацетилен из рассмотрения) или любой из пяти других, менее распространенных углеводородов. Химическая формула, указывающая относительные количества атомов каждого из элементов в соединении при помощи целых чисел, не имеющих общего кратного, называется эмпирической формулой соединения. Элементный анализ вещества
приводит именно к эмпирической формуле, а не к молекулярной формуле, которая может совпадать с эмпирической формулой, но может представлять собой ее целое кратное. Для метана и воды эмпирические формулы совпадают с молекулярными формулами СН4 и Н20; ацетилен и бензол имеют общую эмпирическую формулу СН, но первому из них отвечает молекулярная формула С2Н2, а второму-С 6Н6. Часто при помощи простых физических измерений можно получить грубую оценку молекулярной массы вещества. Это удается сделать по плотности газа по понижению температуры замерзания раствора или путем измерения его осмотического давления. При наличии такой приближенной оценки молекулярной массы ею можно воспользоваться, чтобы на основании имеющейся эмпирической формулы решить вопрос о подлинной молекулярной формуле вещества.
5.Виды химических формул
По химической формуле вещества можно определить его качественный и количественный состав.
Качественный состав показывает, атомы каких химических элементов содержатся в веществе. Количественный состав указывает, в каком количественном соотношении атомы химических элементов входят в состав вещества. Например, состав серной кислоты выражается формулой H2SO4 . Из формулы следует, что в состав серной кислоты входят химические элементы водород H, сера S и кислород O — это качественный состав серной кислоты. В молекуле серной кислоты на два атома водорода приходится один атом серы и четыре атома кислорода — это количественный состав серной кислоты.
Различают несколько видов химических формул.
Простейшие формулы показывают только качественный и количественный состав вещества и соотношение между атомами элементов, которые в него входят. Например, состав поваренной соли (хлорида натрия) выражается простейшей формулой NaCI. Качественный состав указывает на то, что поваренная соль состоит из химических элементов натрия и хлора. Количественный состав свидетельствует о том, что на каждый атом натрия в составе поваренной соли приходится один атом хлора. Простейшими формулами чаще всего пользуются при выводе молекулярной формулы органических веществ. Простейшей формуле может соответствовать несколько молекулярных формул. Например, простейшей формуле могут соответствовать молекулярные формулы CH2 , и др. Простейшие формулы веществ получают экспериментальным путём на основе результатов количественного химического анализа. Молекулярные формулы показывают число атомов химических элементов, входящих в состав одной молекулы вещества. Например, молекулярная формула углекислого газа показывает, что в составе его молекулы содержится один атом углерода и два атома кислорода. Молекулярная формула глюкозы C6 H12O6, что в одной молекуле глюкозы содержится 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. Простейшая формула глюкозы может быть получена из соотношения атомов углерода, водорода и кислорода в её молекуле:
n (C ) : n ( C ) : n ( O ) = 6 : 12 :6
При этом в простейшей формуле соотношение атомов должно быть минимальным. Сократим на 6 все индексы в молекуле глюкозы и получим простейшую формулы глюкозы:
n ( C ) : n ( H ) : n ( O ) = 1: 2: или CH2O
Обратите внимание: единицу в качестве индекса в химической формуле не пишут.
Для отображения структуры вещества, т. е. порядка связи атомов в его составе, используют структурные формулы. Структурная формула составляется из символов химических элементов и специальных знаков (чёрточек), обозначающих взаимосвязь элементов в соответствии с их валентностью.
Для отображения не только порядка связи атомов, но их расположения в пространстве относительно друг друга, используют пространственные формулы. Например, для метана с молекулярной формулой CH4 (для метана она же простейшая).
---Простейшая формула. Может быть получена опытным путем через определение соотношения химических элементов в веществе с применением значений атомной массы элементов. Так, простейшая формула воды будет H O, а простейшая формула бензол . Атомы в формулах обозначаются знаками химических элементов, а относительное их количество — числами в формате нижних индексов.
-- Эмпирическая формула. Разные авторы могут использовать этот термин для обозначения простейшей, истинной или рациональной формулы
---Истинная формула. Может быть получена, если известна молекулярная масса вещества. Истинная формула воды Н2О, что совпадает с простейшей. Истинная формула бензола С6Н6, что отличается от простейшей. Истинные формулы также называют брутто-формулами. Они отражают состав, но не структуру молекул вещества. Истинная формула показывает точное количество атомов каждого элемента в одной молекуле. Этому количеству отвечает индекс — маленькая цифра после символа соответствующего элемента. Если индекс равен 1, то есть в молекуле присутствует только один атом данного элемента, то такой индекс не указывают.
---Рациональная формула. В рациональных формулах выделяются группы атомов, характерные для классов химических соединений. Например, для спиртов выделяется группа -ОН. При записи рациональной формулы такие группы атомов заключаются в круглые скобки (ОН). Количество повторяющихся групп обозначаются числами в формате нижних индексов, которые ставятся сразу за закрывающей скобкой. Квадратные скобки применяются для отражения структуры комплексных соединений. Например, К4[Co(CN)6] — гексацианокобальтат калия. Рациональные формулы часто встречаются в полуразвернутом виде, когда часть одинаковых атомов показывается по отдельности для лучшего отражения строения молекулы вещества.