Підручник з Хімії. 7 клас. Григорович - Нова програма

§ 11. Масова частка елемента в речовині

Хімічна формула речовини містить певну інформацію про речовину. Вона не тільки відображає якісний склад речовини (тобто інформацію про хімічні елементи, з яких вона складається), але й її кількісний склад.

Наприклад, у молекулі води на два атоми Гідрогену припадає один атом Оксигену. Сумарна відносна атомна маса атомів Гідрогену дорівнює 2 (2 · А_r(Н) = 2 · 1 = 2), а відносна атомна маса атома Оксигену дорівнює 16 (А_r(О) = 16). Отже, на 2 масові частини Гідрогену у воді припадає 16 масових частин Оксигену.

Щоб описати кількісний склад речовин, використовують масову частку елемента у сполуці, яку можна обчислити за хімічною формулою. Масова частка елемента показує, яка частина маси речовини припадає на атоми даного елемента. Її обчислюють як відношення атомної маси даного елемента з урахуванням числа його атомів у молекулі до відносної молекулярної маси речовини:

де w(Е) — масова частка хімічного елемента Е, виражена в частках одиниці;

n — число атомів елемента Е, позначене індексом у формулі сполуки;

А_r — відносна атомна маса елемента Е;

М_r — відносна молекулярна маса речовини.

Фізичний зміст масової частки полягає в тому, що вона показує масу атомів даного елемента в 100 г речовини. Масова частка може виражатися в частках одиниці або відсотках. Щоб перевести частки одиниці у відсотки, слід одержані за формулою значення помножити на 100 %. Сума масових часток усіх елементів, що містяться у складі сполуки, має дорівнювати 1 або 100 %.

Приклад 1. Обчисліть масові частки хімічних елементів у вуглекислому газі СO₂.

Розв’язання:

Обчислимо відносну молекулярну масу вуглекислого газу:

Обчислимо масові частки Карбону й Оксигену:

Зверніть увагу на те, що сума масових часток Карбону й Оксигену дорівнює 1. Масову частку Оксигену можна також визначити, віднімаючи від одиниці масову частку Карбону:

Відповідь: w(С) = 27,3 %, w(О) = 72,7 %

Приклад 2. Обчисліть масу атомів Оксигену, що містяться у воді масою 1 кг.

Розв’язання:

Обчислимо масову частку Оксигену у воді:

Масова частка елемента показує частину маси речовини, що припадає на цей елемент. Обчислимо масу атомів Оксигену у воді масою 1 кг:

Відповідь: m(О) = 889 г.

Закони Пруста і Дальтона

До початку XIX століття вимірюванням мас речовин не надавали особливого значення і в науці існувала думка, що склад речовини може змінюватися залежно від способу її добування.

Жозеф Луї Пруст (1754-1826)

Видатний французький хімік, син аптекаря. Із 11 років вивчав аптекарське мистецтво. У лабораторії свого батька на самоті дуже любив змішувати реактиви, у результаті чого мало не отруївся отруйним газом. Із 14 років вивчав хімію в Парижі. Був керівником кафедри хімії в університеті Мадрида.

Пруст проводив дослідження в різних галузях хімії — мінералогії, фармації, аналітичній хімії, вивчав порохові суміші. Він винайшов ліки від цинги та деякі харчові добавки, розробив технологію виділення цукру з винограду та буряку. Відкрив закон сталості складу речовин.

І справді, чому сполука завжди має містити, скажімо, 4 г елемента X і 1 г елемента Y? Чому вона не може містити 4,1 або 3,9 г X? Але якщо матерія складається з атомів, то сполука утворюється в результаті з’єднання одного атома X з одним атомом Y в одну молекулу, і ніяк інакше. У цьому випадку співвідношення мас атомів X і Y мають бути сталими й не залежати ні від чого.

Виконавши численні досліди, французький хімік Ж. Л. Пруст довів сталість співвідношення мас елементів у різних речовинах. На підставі своїх експериментів він сформулював закон сталості складу речовини, який стверджує, що будь-яка речовина має сталий склад незалежно від способу її добування. Наприклад, кисень можна добути розкладанням різних речовин, але його формула завжди буде однакова — O₂.

Пізніше Дж. Дальтон визначив, що атоми різних елементів можуть сполучатися в різних співвідношеннях, але ці співвідношення завжди кратні відносним атомним масам елементів. Наприклад, атоми Карбону й Оксигену можуть утворювати молекули СО (чадний газ) і СO₂ (вуглекислий газ). Але у цьому випадку утворюються різні речовини, для кожної з яких характерна сталість складу. Ці дослідження Дальтона згодом оформилися в закон кратних співвідношень.

Висновки:

1. Хімічна формула містить інформацію про кількісний склад речовини. За хімічною формулою можна визначити співвідношення мас атомів різних хімічних елементів у речовині.

2. За хімічною формулою обчислюють масову частку елемента в речовині як відношення маси атомів певного елемента до відносної молекулярної маси речовини. Масова частка елемента показує, яка частина маси речовини припадає на певний хімічний елемент.

Контрольні запитання

1. У який спосіб можна визначити кількісний склад речовин?

2. Як обчислюється масова частка елемента в речовині? Наведіть формулу для її обчислення.

3. Який фізичний зміст має масова частка елемента в речовині?

4. Виберіть правильні твердження: а) за хімічною формулою можна дізнатися, які хімічні елементи містяться у складі речовини; б) за хімічною формулою можна дізнатися співвідношення атомів різних елементів у речовині; в) за хімічною формулою можна дізнатися, скільки атомів кожного елемента міститься у складі молекули речовини; г) за хімічною формулою можна дізнатися форму молекули речовини.

5. Виберіть правильну відповідь. Масова частка елемента в речовині показує; а) у скільки разів маса одного атома більша за масу молекули; б) масу атомів даного хімічного елемента в 100 г речовини; в) відношення маси атомів даного хімічного елемента до молекулярної маси; г) скільки атомів кожного елемента міститься у складі молекули.

Завдання для засвоєння матеріалу

1. Обчисліть масові частки всіх елементів у сполуках із такими хімічними формулами; a) NО₂; б) РbСl₂; в) Nа₂СO₃; г) H₂SO₄; д) Ва₃(РO₄)₂.

2. Формула глюкози С₆Н₁₂O₆, формула сахарози С₁₂Н₂₂О11 У якій речовині масова частка Оксигену більша?

3. Обчисліть масу атомів Гідрогену, що містяться в амоніаку NH₃ масою 10 г.

4. Маса води на Землі оцінюється такою, що приблизно дорівнює 1,45 · 10¹⁸ тонн. Обчисліть, яка маса атомів Гідрогену й Оксигену міститься в цій масі води.

Цікаво, що...

За співвідношенням мас атомів у XIX столітті були визначені хімічні формули майже всіх відомих на той час речовин. Можливість вираження складу речовини простими співвідношеннями стала одним із доказів існування атомів.