Составление химических формул
Алгоритмы составления химических формул
Составлениехимических формул для соединений двуххимических элементов в тех случаях,когда для каждого элемента существуеттолько одна стехиометрическая валентность.
Алгоритм действия | Составление химической формулы оксида алюминия | |
Установление (по названию соединения) химических символов элементов | Аl | О |
Определение валентности атомов элементов | АIII | ОII |
Вычисление наименьшего общего кратного | 6 | |
Определение дополнительных множителей | 2 | 3 |
Указание числового отношения атомов в соединении | 2 : 3 | |
Указание стехиометрических индексов | Аl2 | О3 |
Составление формулы | Аl2О3 |
Составлениехимических формул для соединений,которые существуют в водном растворев виде ионов.
Алгоритм действия | Составление химической формулы сульфата алюминия | |
Установление (по названию соединения) химических формул ионов | Аl3+ | SО42– |
Определение числа зарядов ионов | 3 | 2 |
Вычисление наименьшего общего кратного | 6 | |
Определение дополнительных множителей | 2 | 3 |
Указание числового отношения ионов | 2 : 3 | |
Указание стехиометрических индексов | Аl2 | (SО4)3 |
Составление формулы | Аl2(SО4)3 |
Написание химических формул
Дляуказания в химических формулахстехиометрических индексов и зарядовионов существуют следующие правила.
1. Еслистехиометрический индекс относится кгруппе атомов, обозначающие эту группухимические символы ставятся в скобки:
С3Н5(ОН)3– в молекуле глицерина содержатся 3гидроксигруппы;
Ca(NО3)2– в формульной единице нитрата кальциясодержатся ионы кальция и нитрат-ионыв соотношении 1 : 2.
2.Данные о заряде сложного многоатомногоиона в химической формуле относятся ковсему иону:SО42– – сульфат-ион – имеет двухкратныйотрицательный заряд;
NН4+ – ион аммония – имеет одинарныйположительный заряд.
3.Химическая формула комплексного ионаставится в квадратные скобки, за которымиуказывается его заряд; она состоит из:
– химическогосимвола центрального атома;
– химической формулы лиганда в круглых скобках;
– нижнегоиндекса, указывающего число лигандов.
[Fe(CN)6]4–– гексацианоферрат(II)-ион; в имеющемчетыре отрицательных заряда ионе шестьлигандов СN–(цианид-ион) связаны с центральным атомомFеII(катион железа Fe2+). [Cu(NH3)4]2+–ион тетраамминмеди (II); в имеющем дваположи-тельных заряда ионе четырелиганда NH3(молекула аммиака) связаны с центральныматомом меди (ион Сu2+).4.Химическая формула воды в гидратах икристаллогидратах отделяется точкойот химической формулы основноговещества.
CuSO4· 5H2O– пентагидрат сульфата меди (II)(медный купорос).
Классификация неорганических веществ и их свойства
Всенеорганические вещества делятся напростые и сложные.
Простыевещества подразделяются на металлы,неметаллы и инертные газы.
Важнейшимиклассами сложных неорганических веществявляются: оксиды,основания, кислоты, амфотерные гидрооксиды,соли.
Оксиды—это соединения двух элементов, один изкоторых кислород. Общая формулаоксидов:
ЭmOn
где m–числоатомов элемента Э;
n– число атомов кислорода.
Примерыоксидов: К2О,CaO,SO2,P2O5
Основания– это сложные вещества, молекулы которыхсостоят из атома металла и одной илинескольких гидроксидных групп – ОН.Общая формула оснований:
Me(ОН)y
где у– числогидроксидных групп, равное валентностиметалла (Me).
Примерыоснований: NaOH,Ca(OH)2,Со(ОН)3
Кислоты—это сложные вещества, содержащие атомыводорода, которые могут замещатьсяатомами металла.
Общаяформула кислот
НхАсу
где Ас – кислотный остаток (от англ., acid– кислота);
х– числоатомов водорода, равное валентностикислотного остатка.
Примерыкислот: НС1, HNO3,H2SO4,H3PO4
Амфотерныегидроксиды– это сложные вещества, которые имеютсвойства кислот и свойства оснований.Поэтому формулы амфотерных гидроксидовможно записывать в форме основанийи в форме кислот. Примеры амфотерныхгидроксидов:
Zn(OH)2= H2ZnO2
Al(OH)3= H3AlO3
форма форма
оснований кислот
Соли– это сложные вещества, которые являютсяпродуктами замещения атомов водородав молекулах кислот атомами металла илипродуктами замещения гидроксидныхгрупп в молекулах оснований кислотнымиостатками. Например:
НСl кислота | NаСl соль |
Са(ОН)2 основание | Са(NО3)2 соль |
Составнормальных солей выражается общейформулой:
Мех(Ас)у
где х— числоатомов металла; у—число кислотных остатков.
Примерысолей: K3PO4;MgSO4;Al2(SO)3;FeCl3.
Оксиды
Название оксида | = | «Оксид» | + | Название элемента (в род, пад.) | + | Валентность элемента (римскими цифрами) |
Например:СО – оксид углерода (II)– (читается: «оксид углерода два»);СО2– оксид углерода (IV);Fe2O3– оксид железа (III).
Еслиэлемент имеет постоянную валентность,ее в названии оксида не указывают.Например: Nа2О– оксид натрия; Аl2О3– оксид алюминия.
Классификация
Всеоксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие (или индифферентные).
Несолеобразующие(индифферентные) оксиды— это оксиды, которые не образуютсолей при взаимодействии с кислотамии основаниями. Их немного. Запомнитечетыре несолеобразующих оксида: СО,SiO,N2O,NO.
Солеобразующиеоксиды— это оксиды, которые образуют солипри взаимодействии с кислотами илиоснованиями. Например:
Na2O+ 2НС1 = 2NaCl+ Н 2О
оксид кислота соль
SO3 | + | 2NaOH | = | Na2SO4 | + | Н2О |
оксид | основание | соль |
Многиесолеобразующие оксиды взаимодействуютс водой. Продукты взаимодействия оксидовс водой называются гидратами оксидов(или гидроксидами). Например:
Na2O | = | H2O | + | 2NaOH |
оксид | гидроксид |
Некоторыеоксиды с водой не взаимодействуют, ноим соответствуют гидроксиды, которыеможно получить косвенным (непрямым)путем. В зависимости от характерасоответствующих гидроксидов всесолеобразующие оксиды делятся на тритипа: основные, кислотные, амфотерные.
Основныеоксиды— это оксиды, гидраты которых являютсяоснованиями. Например:
Основные оксиды | Основания |
Всеосновные оксиды являются оксидамиметаллов.
Кислотныеоксиды— это оксиды, гидраты которых являютсякислотами. Например:
Кислотные оксиды | Кислоты |
Большинствокислотных оксидов являются оксидаминеметаллов. Кислотными оксидамиявляются также оксиды некоторых металловс высокой валентностью. Например: ,
Амфотерныеоксиды— это оксиды, которым соответствуютамфотерные гидроксиды.
Всеамфотерные оксиды являются оксидамиметаллов.
Следовательно,неметаллыобразуют только кислотныеоксиды;металлыобразуютвсе основные,все амфотерныеи некоторые кислотныеоксиды.
Всеоксиды одновалентныхметаллов (Na2O,K2O,Cu2Oи др.) являются основными. Большинствооксидов двухвалентныхметаллов (CaO,BaO,FeOи др.) также являются основными.
Исключения:BeO,ZnO,PbO,SnO,которые являются амфотерными. Большинствооксидов трех-ичетырехвалентныхметаллов являютсяамфотерными: ,,,,и др. Оксиды металлов свалентностью V, VI, VII.являются кислотными: ,,идр.
Металлыс переменной валентностью могутобразовывать оксиды всех трех типов.
Например:СrО – основный оксид, Сr2О3– амфотерный оксид, СrО3– кислотный оксид.
Графическиеформулы
Вмолекуле оксида атом металла непосредственносоединяется с атомами кислорода.
Химические формулы веществ
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, аммиакNH3, гидразинN2H4);
- соли органических кислот (например, формиат натрияHCOONa, 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+ +3SO42- =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:
Метельский А.В.
Дата в источнике: 1999 год