Підручник з Хімії. 7 клас. Григорович - Нова програма

§ 9. Хімічні формули речовин

Відтоді, як хімічні знання зображувалися у вигляді міфічних сюжетів на гравюрах (мал. 11, с. 15), минуло кілька століть. За цей час хімічна мова дуже змінилася. Ви вже ознайомилися з «буквами» хімічної мови — символами хімічних елементів. Ці «букви» можуть складатися у «слова» — хімічні формули.

Хімічна формула — це умовний запис складу речовини за допомогою символів хімічних елементів та індексів.

За допомогою хімічних формул записують склад речовин. Запишемо хімічну формулу води. Молекула води складається з двох атомів Гідрогену Н й одного атома Оксигену О (мал. 58). За допомогою хімічної формули склад води записується так: Н₂О.

Мал. 58. Молекула води складається з одного атома Оксигену і двох атомів Гідрогену, що приєднані до нього

Цифра 2 у цій формулі називається індексом і показує число атомів Гідрогену в молекулі води. Індекс записується маленькою цифрою праворуч від символу елемента, до якого він належить. У складі молекули води є також один атом Оксигену, але індекс 1 зазвичай не пишуть. Тому якщо праворуч від символу елемента індексу немає, то мається на увазі, що у складі молекули є тільки один атом цього елемента.

Джон Дальтон (1766-1844)

Видатний англійський хімік. Син бідного ткача з Кемберленда. Самостійно опанував хімію, фізику і математику. Усе життя працював простим шкільним учителем, не маючи спеціальної освіти. Вивчав процеси в атмосфері, розробив атомну теорію. Увів символи хімічних елементів. При цьому атоми різних елементів він зображував по-різному: простим кружечком позначав атом Оксигену, кружечком із точкою посередині — атом Гідрогену. Оскільки придумувати різні типи кружечків ставало дедалі важче, Дальтон почав використовувати початкові літери англійських назв елементів. Він відкрив дефект зору, що полягає в нездатності розрізняти деякі кольори, який назвали дальтонізмом.

Згідно із цими правилами складемо формулу сахарози — основного компонента цукру. Відомо, що в молекулі сахарози міститься дванадцять атомів Карбону, двадцять два атоми Гідрогену й одинадцять атомів Оксигену. Запишемо символи перелічених елементів і поставимо відповідні індекси:

С₁₂Н₂₂О₁₁

Для того щоб правильно читати хімічні формули, необхідно запам’ятати вимову символів елементів (табл. 1, с. 61). З урахуванням цього, формули слід читати в такий спосіб:

Н₂О — аш два о;

СО₂ — це о два;

NaHCО₃ — натрій аш це о три;

H₂SО₄ — аш два ес о чотири;

FeCl₂ — ферум хлор два.

Часто у складі речовин містяться групи атомів, що повторюються кілька разів. Для зручності в хімічних формулах ці групи записують у дужках, а число груп указують індексом за дужками. Наприклад, формула сечовини, що складається з одного атома Карбону, одного атома Оксигену й двох груп NH₂, записується так:

CO(NH₂)₂

Індекс за дужками стосується всіх атомів, узятих у дужки, тобто окрім одного атома Карбону й одного атома Оксигену в молекулі сечовини містяться два атоми Нітрогену та чотири атоми Гідрогену.

Йєнс-Якоб Берцеліус (1770-1848)

Видатний шведський учений, професор. Починав учитися на лікаря, але своє життя присвятив хімії. У 29 років був обраний членом Шведської академії наук, а пізніше — її президентом.

Берцеліус першим увів поняття й визначив атомні маси відомих на той момент елементів. Запропонував замість символів Дальтона використовувати початкові літери латинських назв елементів, систему запису хімічних формул з використанням індексів. Тож Берцеліуса можна назвати творцем сучасної хімічної мови. Автор основних відкриттів у галузі неорганічної, аналітичної та фізичної хімії, видатний систематик хімічної науки. Відкрив хімічні елементи Силіцій, Церій, Селен, Торій.

Такі формули читаються із зазначенням числа груп, наприклад:

CO(NH₂)₂ — це о ен аш два двічі;

(NH₄)₂SО₄ — ен аш чотири двічі ес о чотири;

Fe(NО₃)₃ — ферум ен о три тричі;

Са₃(РО₄)₂ — кальцій три пе о чотири двічі;

NaAl(OH)₄— натрій алюміній о аш чотири рази.

Дізнайтеся більше

За допомогою хімічних формул записується склад не тільки молекул. У речовинах атомної та йонної будови молекул не існує (див. § 6). Але в цих речовинах можна виділити окремий фрагмент, що повторюється. Хімічними формулами в таких речовинах записують склад найменшого фрагмента, що повторюється багато разів, — структурної (формульної) одиниці. Наприклад, залізо, як і інші метали, складається з атомів (мал. 59), тому структурна одиниця цієї речовини — атом Феруму. Отже, формула заліза — Fe. Алмаз складається з атомів Карбону (мал. 53, с. 57), отже, його формула — С. Кварц складається з хімічно зв'язаних атомів Силіцію й Оксигену, причому на один атом Силіцію припадає два атоми Оксигену (мал. 60а). Формула кварцу — SiО₂. Кухонна сіль складається з позитивно заряджених йонів Натрію Na⁺ і негативно заряджених йонів Хлору Сl^-. У складі солі на один йон Натрію припадає один йон Хлору (мал. 60б), отже, формула кухонної солі — NaCl.

Мал. 59. Метали складаються з атомів, тому їхні формули записують, указуючи символ цього елемента

Мал. 60. Склад: кварцу — речовини атомної будови (а) та кухонної солі — речовини йонної будови (б)

Хімічна формула речовини відображає її якісний і кількісний склад, тобто показує, атоми яких елементів і в якій кількості містяться у складі речовини. Кожна речовина має свою, властиву тільки їй, формулу. Вона незмінна незалежно від того, яким способом ця речовина добута. Іншими словами, вуглекислий газ, що виділяється внаслідок спалювання вугілля або в результаті дихання живих організмів, має один і той самий склад, одну й ту саму хімічну формулу СО₂.

Висновки:

1. Склад хімічних речовин записується за допомогою хімічних формул. Хімічні формули записують за допомогою символів хімічних елементів та індексів. Індекс — це цифра, яку записують унизу і праворуч від символу елемента, він показує число атомів елемента, поряд з яким він записаний.

2. Хімічна формула відображає якісний та кількісний склад речовини. Якщо речовина складається з молекул, то її формула відображає склад молекули. Для інших речовин — співвідношення числа атомів.

Контрольні запитання

1. Який запис називають хімічною формулою? Для чого потрібні хімічні формули?

2. Що означає індекс у хімічній формулі?

3. Яку інформацію про молекулу містить хімічна формула?

4. Яку інформацію про якісний та кількісний склад речовин відображає хімічна формула?

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Яка речовина позначається хімічною формулою СО₂? Виберіть правильну відповідь: а) вода; б) чадний газ; в) вуглекислий газ; г) кварц.

2. Прочитайте формули таких речовин; О₂ (кисень), Н₂ (водень), Fe (залізо), СаСО₃ (крейда, мармур), NaNО₃ (натрієва селітра), Na₂CО₃ (сода), Н₂О₂ (перекис водню), H₂SО₄ (сульфатна кислота), CaSО₄ (гіпс), Н₂С₂О₄ (щавлева кислота), С₆Н₁₂О₆ (глюкоза), КМnO₄ (марганцівка), К₂СO₃ (поташ), Са(ОН)₂ (гашене вапно).

3. Запишіть хімічні формули; а) азоту, якщо відомо, що його молекула складається з двох атомів Нітрогену; б) сірки, якщо відомо, що її молекула складається з восьми атомів Сульфуру; в) природного газу, якщо відомо, що його молекула складається з одного атома Карбону та чотирьох атомів Гідрогену, г) питної соди, якщо відомо, що в її складі на один атом Натрію припадає один атом Гідрогену, один атом Карбону та три атоми Оксигену.

4. Запишіть хімічну формулу речовини, з якої складається канцелярський (силікатний) клей, якщо відомо, що в цій речовині на один атом Силіцію припадає два атоми Натрію і три атоми Оксигену.

5. Напишіть формули речовин, які вимовляються таким чином: а) аш два ес о чотири; б) купрум о; в) плюмбум це о три; г) купрум о аш двічі; д) аргентум два о; е) алюміній два ес о чотири тричі.

6. Знайдіть у тексті підручника та випишіть формули таких речовин: води, сахарози, сечовини, кухонної солі, кварцу, вуглекислого газу.

7. Опишіть якісний і кількісний склад наведених речовин: a) H₂S; б) КСlO₃; в) Н₃РO₄; г) Аl₂O₃; д) CuSO₄; є) Fe(OH)₃.

8. Скільки атомів кожного елемента записано у формулах таких речовин: a) Fe₃O₄; б) Са₃(РO₄)₂; в) Аl(ОН)₃; г) Fe₂(SO₄)₃; д) CaSO₄; е) NH₄NO₃? Скільки всього атомів міститься в складі структурної одиниці кожної з речовин?

9. Яка інформація про якісний і кількісний склад глюкози міститься в її формулі С₆Н₁₂O₆? Скільки атомів Гідрогену й Оксигену припадає на один атом Карбону?

10. Запишіть формулу структурної одиниці хлористого кальцію (кальцій хлориду) — речовини, розчин якої використовують як протиалергійний засіб, якщо відомо, що в цій речовині на кожні 125 атомів Кальцію припадає 250 атомів Хлору.

11. У скількох молекулах чадного газу СО міститься така сама кількість атомів, як і в чотирьох структурних одиницях Fe₂O₃?

12^*. Знайдіть у додатковій літературі відомості про склад молекул озону, гліцеролу, оцтової кислоти і запишіть формули цих речовин. Дізнайтесь, які фізичні властивості мають ці речовини та для чого вони використовуються.