refberry.ru

Химическая формула –графическое изображение состава и (или) строения вещества с помощью символов химических элементов и математических знаков (цифр, скобок, штрихов, точек).

Различают несколько типов химических формул.

Стехиометрические формулы отражают качественный и количественный состав веществ с помощью символов химических элементов, цифр, скобок и точек, например: C6H12O6, (NH4)2CO3, CuSO4∙5H2O. Различают простейшие и молекулярные стехиометрические формулы, например, СH2O и С6Н12О6.

Структурные формулы (формулы строения) отображают порядок (последовательность) соединения атомов в молекулах или в атомных кристаллах с помощью символов элементов, штрихов и цифр. Различают сокращённые и развёрнутые структурные (графические) формулы (Рис.1 а, б).


а б

Формульная единица вещества (ФЕ) –реальная или условная частица вещества, состав которой определяет его химическую формулу.

К реальным формульным единицам относятся молекулы (в случае веществ молекулярного строения) и атомы (в случае простых веществ атомного строения). Например, формульной единицей воды является её молекула - H2O, формульной единицей кремния – его атом - Si.

К условным формульным единицам относят группы атомов или ионов, входящих в состав сложных веществ немолекулярного строения. Например, формульной единицей сульфата калия K2SO4 является условная частица, состоящая из двух катионов калия и одного сульфат-аниона, т.е. группа ионов состава «K2SO4». Формульной единицей оксида кремния(IV) SiO2 является условная частица, состоящая из одного атома кремния и двух атомов кислорода, т.е. группа атомов состава «SiO2».

Химическое количество вещества (n) –физическая величина, пропорциональная числу его формульных единиц. Единица химического количества вещества – моль.

Установлено, что любое вещество химическим количеством 1 моль всегда содержит 6,02∙1023 его ФЕ. Число 6,02∙1023 называется числом Авогадро. Это число, отнесённое к количеству вещества, равному 1 моль, называется постоянной Авогадро и обозначают символом NA:

Химическое количество вещества n(X) – величина, равная отношению числа ФЕ данного вещества к постоянной Авогадро:

Физический смысл количества вещества: числовое значение n показывает, во сколько раз число ФЕ вещества в данной его порции больше числа Авогадро.

Обратите внимание на различие понятий «моль» и «1 моль». Моль – единица химического количества вещества, но 1 моль – порция вещества, содержащая 6,02∙1023 его формульных единиц.

Важнейшей количественной характеристикой любого сложного вещества является его количественный состав, который отображает массовое либо молярное соотношение атомов элементов, входящих в его состав.

Массовое соотношение элементов в веществе выражается через их массовые доли. Массовая доля элемента в веществе (w) – величина, показывающая, какую часть от общей массы всего вещества составляет масса атомов данного элемента.



Мольное соотношение атомов определяет простейшую химическую формулу данного вещества. Это соотношение получают исходя из значений массовых долей атомов разных элементов, образующих вещество. Например, массовые доли водорода, серы и кислорода в серной кислоте равны, соответственно, 2,0554%, 32,6939% и 65,2507%. В порции кислоты массой 100 г массы указанных элементов будут составлять 2,0555 г, 32,6901 г и 65,2554 г. Соответствующие количества атомов равны:

n(H) = моль; n(S) = моль;

n(O) = моль.

Числовое соотношение количеств (мольное соотношение) атомов водорода, серы и кислорода равно: n(H) : n(S) : n(O) = 2,0392 моль : 1,0196 моль : 4,0783 моль = 2 моль : 1 моль : 4 моль. Эти количества указываются в формуле вещества в виде индексов (цифра справа внизу химического символа элемента). Таким образом получается химическая формула серной кислоты - H2SO4.

Молярная масса вещества (М) –физическая величина, численно равная отношению массы данного вещества к соответствующему химическому количеству вещества:

Единицы молярной массы – г/моль, кг/моль.

Физический смысл молярной массы: она численно равна массе вещества, взятого в количестве 1 моль.

Числовые значения молярных масс всех сложных веществ и простых веществ молекулярного строения совпадают с соответствующими числовыми значениями относительных молекулярных масс, например: Мr(Н2О) = 18,015 и М(Н2О) = 18,015 г/моль; Mr(CuSO4∙5H2O) = 249,681 и M(CuSO4∙5H2O) = 249,681 г/моль.

Значения молярных масс простых веществ немолекулярного строения численно равны соответствующим значениям относительных атомных масс, например: Ar(Si) = 28,085 и М(Si) = 28,085 г/моль.

Молярный объём вещества (Vm) –физическая величина, численно равная отношению объёма данного вещества к соответствующему химическому количеству вещества:

Единицы молярного объёма – см3/моль; дм3/моль; м3/моль. Например, Vm(CO2)(н.у.) = 22,392 дм3/моль; Vm(Fe) = 7,086 см3/моль.

Химический эквивалент вещества Х – -реальная или условная частица вещества, которая в кислотно-основной реакции химически эквивалентна (соответствует) одному катиону водорода, а в окислительно-восстановительной реакции – одному электрону.



Число -число эквивалентности, равное числу ионов водорода (в кислотно-основной реакции) или числу электронов (в окислительно-восстановительной реакции), которое соответствует одной формульной единице данного вещества.

Число - фактор эквивалентности. Оно показывает, какая часть формульной единицы вещества (половина, треть, четверть и т.д.) соответствует одному катиону Н+ в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.

Необходимо помнить, что состав эквивалента одного и того же вещества может быть различным в зависимости от характера реакций. Рассмотрим это на примере серной кислоты. В случае реакции обмена состав эквивалента кислоты определяется числом ионов Н+, замещающихся в её молекуле на металл. Например, при образовании средней соли:

H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O

в каждой молекуле кислоты на металл замещаются 2 иона Н+, поэтому в данном случае эквивалентом серной кислоты является половина её молекулы, т.е. . В то же время при образовании кислой соли:

H2SO4 + KOH = KHSO4 + H2O

в каждой молекуле кислоты замещается только один ион водорода, и её эквивалентом является целая молекула H2SO4. В окислительно-восстановительных реакциях, в которых Н2SO4 играет роль только окислителя, состав эквивалента кислоты определяется числом электронов, принятых одной её молекулой. Например, при взаимодействии концентрированной серной кислоты с иодоводородом:

8HI + H2S+6O4 = H2S-2 + 4I2 + 4H2O

каждая её молекула принимает по 8 электронов, поэтому в данной реакции эквивалентом кислоты является одна восьмая часть молекулы, т.е.

Химическое количество эквивалентов вещества Х – -физическая величина, пропорциональная числу эквивалентов данного вещества:

Единица химического количества эквивалента – моль.

Химическое количество вещества X и соответствующее ему химическое количество эквивалента связаны соотношением:

Физический смысл химического количества эквивалентов: оно показывает, во сколько раз число эквивалентов вещества в данной его порции больше (или меньше) числа Авогадро.

Молярная масса эквивалентов вещества Х - -физическая величина, численно равная отношению массы данного вещества к соответствующему химическому количеству его эквивалентов:

Единицы молярной массы эквивалентов – г/моль, кг/моль.

Молярная масса эквивалентов и молярная масса вещества Х связаны соотношением:

Физический смысл молярной массы эквивалентов: она численно равна массе вещества, которой соответствует химическое количество эквивалентов, равное 1 моль.

Основные законы химии. Закон сохранения массы веществ. Закон постоянства состава веществ. Закон кратных отношений. Закон эквивалентов. Газовые законы. Закон объёмных отношений Гей-Люссака. Закон Авогадро.

1. с. 9-14; 2. с. 20-24; 3. с. 34-42; 5. с. 17-22; 6. с. 12-15; 8. с. 11-14.

Закон сохранения массы веществ:«Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся веществ с учётом изменения массы, соответствующего тепловому эффекту данной реакции».

В общем виде математическое выражение этого закона для химической реакции

aA + bB → cC + dD

имеет вид:

[m(A) + m(B)] = [m(C) + m(D)] ,

где m – изменение массы за счёт выделения или поглощения теплоты (энергии), происходящее в соответствии с уравнением А.Эйнштейна: , где - изменение энергии (в данном случае – тепловой эффект реакции), - изменение массы, с – скорость света в вакууме, равная 3∙108 м∙с-1. Поскольку тепловые эффекты химических реакций ( ) чрезвычайно малы по сравнению с величиной с2, то соответствующими значениями (10-9 – 10-11 г) можно пренебрегать из-за невозможности практического определения такого изменения массы.

Закон постоянства состава веществ: «Количественный и качественный состав любого сложного вещества молекулярного строения не зависит от способов получения данного вещества».

Из определения следует, что данный закон применим только для веществ молекулярного строения. Например, количественный состав воды, независимо от способов её получения, всегда один и тот же: w(H) = 11,1899%, w(O) = 88,8101%. Поэтому молекулярная формула воды, выведенная исходя из указанных значений массовых долей элементов всегда одна и та же – Н2,000О1,000, или просто H2O.

Экспериментально доказано, что количественный состав веществ немолекулярного строения часто зависит от способов их получения. Так, например, в образцах оксида меди(II), полученных разными способами, значения массовых долей меди могут изменяться от 74,6 % до 80,7 %. Поэтому количественный состав оксида меди(II) выражается формулами от Cu0,739O до СuO1,053. Однако часто формулу этого вещества записывают упрощённо в виде CuO, округляя соответствующие индексы до целых чисел.



001502863.html

001502873.html