Хімія. Повторне видання. 7 клас. Лашевська

§ 16. Хімічні формули — складники хімічної мови й джерело інформації про речовини

Я ПРАГНУ

з’ясувати, що таке хімічні формули й для чого вони потрібні.

ВИЗНАЧАЮ ПРОБЛЕМУ

Мустафа. Сьогодні замислився над тим, що таке формула успіху. Як гадаєш, чи є формула успішного вивчення хімії?

Катерина. Думаю, що є — допитливість, цілеспрямованість, наполегливість.

Мустафа. Хіба це формула? Адже формула — це коротка форма символічного запису інформації, як у математиці.

Катерина. І не лише. Формулою також називають загальне коротке визначення якогось положення, відношення, закону. Формулу в цьому значенні можна застосувати до відповідного конкретного випадку. Мене, наприклад, цікавить формула кохання.

Мустафа. Отакої! Я чув, що кохання — це молекули дофаміну, окситоцину, серотоніну, адреналіну й ендорфінів. Суцільна хімія!

Катерина. Що приховано за такими чудернацькими назвами? Які атоми є в молекулах цих речовин? Скільки атомів того чи того хімічного елемента в кожній?

Мустафа. Сьогодні вивчатимемо хімічні формули, тож дізнаємося, яку інформацію про речовини можна здобути з них.

Катерина. Тоді до роботи!

НАВЧАЮСЯ ДОСЛІДЖУЮЧИ

Завдання 1

Змоделюйте, скориставшись ігровим конструктором, молекули чадного газу й кисню або виберіть на свій розсуд інші засоби моделювання. Спробуйте: а) якнайкоротше записати, з атомів яких хімічних елементів складаються ці молекули, скільки атомів кожного виду в молекулі; б) вимовити вголос ці записи. Запишіть відношення між кількостями атомів у молекулі чадного газу. Презентуйте результати виконання завдання.

Порівняйте: а) стратегії виконання завдання різними групами; б) компактність і зручність записів; в) зрозумілість записів іншим учням й ученицям. Підсумуйте, чия стратегія виконання виявилася найефективнішою, а записи — найкоротшими й найзрозумілішими.

ШУКАЮ ВІДПОВІДІ

Що таке хімічні формули?

Ти вже знаєш деякі буквені символи хімічних елементів — своєрідну хімічну абетку. Наступний етап опанування хімічної мови пов’язаний із хімічними формулами речовин.

Хімічну формулу води Н₂О вимовляємо аш-два-о. Цей запис позначає молекулу води — електронейтральну систему сполучених один з одним у певній послідовності атомів. Яких? Двох атомів Гідрогену (Н) й одного — Оксигену (О). У хімічній формулі води підрядковим індексом 2 праворуч від символу Гідрогену позначено два атоми Гідрогену, які є в молекулі. Біля хімічного символу Оксигену у формулі води індексу немає, бо в молекулі води лише один такий атом (мал. 16.1).

Мал. 16.1. Модель молекули води. 1. Матеріальна (масштабна). 2. Знакова — хімічна формула

Хімічну формулу міді Сu вимовляємо купрум (мал. 16.2, 1). Речовина мідь атомної будови, система багатьох атомів Купруму. Цей запис також означає атом Купруму.

У молекулі азоту, одного з основних складників повітря, два атоми Нітрогену. Хімічну формулу азоту Ν₂ вимовляють ен-два (мал. 16.2, 2).

Мал. 16.2. 1. Мідь — речовина атомної будови, з правильним періодичним розташуванням частинок у просторі. Хімічна формула міді — Сu. 2. Молекула азоту складається з двох атомів Нітрогену. Хімічна формула азоту Ν₂.

Окрім хімічних символів й індексів, у хімічних формулах використовують допоміжні знаки — дужки. Ними виокремлюють групи атомів, що повторюються. Дужки, наприклад, є в хімічних формулах складників засобів від печії — магній гідроксиду Mg(OH)₂ й алюміній гідроксиду Аl(OН)₃. Ці хімічні формули вимовляють так: магній-о-аш-двічі, алюміній-о-аш-тричі. Підрядкові індекси праворуч від дужок у таких формулах стосуються кожного хімічного елемента, символ якого записано в дужках. Тобто замість формул Mg(OH)₂ й Аl(OН)₃ можна було б записати MgO₂H₂ й АlО₃Н₃.

Якісний і кількісний склад речовин відображають, користуючись знаковими моделями — хімічними формулами.

Хімічна формула — це умовний запис складу речовини за допомогою хімічних символів, індексів і допоміжних знаків — дужок.

Порівняймо якісний і кількісний склад води й гідроген пероксиду — перекису водню (мал. 16.3, с. 154).

Молекули обох речовин утворені атомами Гідрогену й Оксигену. Отже, якісний склад води й гідроген пероксиду однаковий. За підрядковими індексами в хімічних формулах можна схарактеризувати кількісний склад речовин. Кількість атомів у речовині позначають буквою N. Відношення між кількостями атомів Гідрогену й Оксигену в молекулі води таке:

N(Н) : N(О) = 2 : 1.

У молекулі гідроген пероксиду два атоми Гідрогену й два атоми Оксигену. Тож відношення між атомами Гідрогену й Оксигену в молекулі гідроген пероксиду інше ніж у молекулі води:

N(Н) : N(O) = 2 : 2 або N(H) : N(O) = 1 : 1.

На прикладі хімічних формул речовин ви ще раз пересвідчилися: система символів, якими позначають об’єкти хімії, якісно та кількісно характеризують їх, є простою і зручною.

Мал. 16.3. 1. Якісний і кількісний склад води. 2. Гідроген пероксиду — перекису водню

Коефіцієнти — це числа перед хімічними формулами. Запис 2Fe означає два атоми Феруму (вимовляємо два ферум). Запис 5Н₂О (вимовляємо п’ять аш-два-o) означає п’ять молекул води. У п’яти молекулах води — 10 атомів Гідрогену і 5 атомів Оксигену (мал. 16.4). Так само як у математиці, коефіцієнт 1 перед формулами речовин не записують, однак беруть до уваги.

Мал. 16.4. 5Н₂О. У п’яти молекулах води 10 атомів Гідрогену й 5 атомів Оксигену

ЗАСТОСОВУЮ

Хімічні формули — це складники хімічної мови, яка допомагає розуміти світ речовин та відкривати нові можливості для наукових досліджень і технологічного розвитку. Хімічні формули може витлумачити будь-яка людина, яка опанувала ази хімії. Хімічні формули речовин зазначають на товарних етикетках (мал. 16.5). Пересвідчися в цьому, завітавши до крамниці, аптеки тощо.

Мал. 16.5. Формули повсюдно!

ТЕСТУЮ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

• Пояснюю • Застосовую • Аргументую • Творю

1. Дай відповіді на запитання.

• 1) Що таке хімічна формула і як її витлумачити?
• 2) Що в хімічній формулі характеризує якісний склад речовини? Кількісний склад?
• 3) Що означають коефіцієнти перед хімічними формулами?
• 4) Для чого використовують хімічні формули?
• 5) Чи можна змінювати індекси в хімічних формулах?
• 6) Що означають записи 10Н₂О, 3СО₂, 5Н₂О₂, 4S, 7Аl?

2. Доповни схему (мал. 16.6) словами: один, склад, Гідрогену, Оксигену, якісний.

Мал. 16.6. Опис якісного і кількісного складу води за її знаковою моделлю — хімічною формулою

3. Запиши й вимов хімічні формули речовин, моделі яких зображено на малюнку 16.7. Зваж на те, що на малюнку білим кольором позначено моделі атомів Гідрогену, червоним — Оксигену, чорним — Карбону, синім — Нітрогену, зеленим — Хлору, жовтим — Сульфуру. Схарактеризуй якісний і кількісний склад речовин, зазнач відношення кількостей атомів у молекулах. Згрупуй речовини за якомога більшою кількістю ознак. Подай результати групування як таблицю чи в інший спосіб.

Мал. 16.7. Моделі молекул. 1. Метану. 2. Амоніаку. 3. Гідроген хлориду. 4. Гідроген сульфіду. 5. Чадного газу. 6. Сірчистого газу. 7. Етанолу. 8. Сульфітної кислоти. 9. Сульфатної кислоти. 10. Формальдегіду. 11. Сульфур триоксиду або сірчаного ангідриду¹

¹ Назви речовин подано для ознайомлення, а не запам'ятовування.

4. Проаналізуй зображені на малюнку 16.8 знакові й матеріальні моделі молекул речовин. Поясни, які з них дають більше інформації про хімічний склад і будову молекул речовин. Порівняй якісний і кількісний склад дофаміну, адреналіну, серотоніну й окситоцину, зазнач відношення між кількостями атомів хімічних елементів у них.

Мал. 16.8. Знакові та матеріальні моделі молекул речовин

5. Проаналізуй і порівняй якісний та кількісний склад речовин, хімічні формули яких: O₂ і O₃; ΗΝΟ₃ і НСlO₃; С₂Н₂ і С₆Н₆; С₁₂Н₂₂О₁₁ і С₆Н₁₂О₆; H₂SO₃ і Н₂СО₃.

6. Запиши:

• хімічні формули, які вимовляють так: купрум-хлор-два, аш-три-пе-о-чотири, це-два-аш-п’ять-о-аш, алюміній-два-о-три, кальцій-це-о-три, купрум-о-аш-двічі, кальцій-три-пе-о-чотири-двічі;

• хімічні формули речовин, молекули яких складаються з:

• а) двох атомів Гідрогену й атома Сульфуру;
• б) двох атомів Нітрогену і трьох атомів Оксигену;
• в) двох атомів Гідрогену, атома Карбону й трьох атомів Оксигену;
• г) восьми атомів Сульфуру;
• д) атома Гідрогену, атома Хлору й чотирьох атомів Оксигену.

7. Укажи всі правильні твердження щодо молекули води:

• а) триатомна;
• б) складається з атомів трьох хімічних елементів;
• в) містить стільки само атомів Оксигену, як і молекула вуглекислого газу;
• г) кількість атомів Гідрогену вдвічі більша за кількість атомів Оксигену;
• д) якісний склад такий самий, яку молекули гідроген пероксиду;
• е) кількісний склад такий самий, як у молекули гідроген пероксиду.

8. Поясни, що, на твою думку, сталося б, якби зникла хімічна мова.

9. Перевір, що є фактом, а що — міфом у рекламній статті, оціни ризики використання гідроген пероксиду в самолікуванні.

Як подолати хворобу за п’ять днів

У сучасній доказовій медицині широко використовують гідроген пероксид у лікуванні цукрового діабету, недокрів’я, грипу, коронавірусного захворювання (COVID-19) тощо. Якісний склад цієї речовини такий самий, яку води. Гідроген пероксид абсолютно безпечний і (ти не повіриш!!!) — удвічі корисніший за воду. Адже кількість атомів Оксигену в молекулі гідроген пероксиду вдвічі більша ніж у молекулі води. Саме цим зумовлений потужний терапевтичний ефект цього чудодійного засобу! Удвічі більше Оксигену — подвійна користь!

10. Долучися до дискусій та обґрунтуй свою думку.

Андрій. Хімічні формули потрібно вміти тлумачити хімікам і хімікиням. Не розумію, навіщо це пересічній людині.

Валентина. Не можу з тобою погодитися, бо...

Петро. Я вважаю, що запис 3H₂SO₄ означає, що в трьох молекулах речовини містяться 6 атомів Гідрогену, атом Сульфуру й чотири атоми Оксигену.

Катерина. Я вважаю, що запис 3H₂SO₄ означає, що в трьох молекулах речовини містяться 6 атомів Гідрогену, 3 атоми Сульфуру й 12 атомів Оксигену.

Григір. Ні кохання, ні любові не існує. Це — «хімія мозку», дія гормонів й інших хімічних речовин, ефект яких швидко зникає.

Шерон. Сказати, що кохання це лише «хімія мозку», те саме, що стверджувати: «Ромео і Джульєтта — це лише імена».

11. Створи лепбук за опрацьованою темою.

12. Розроби дизайн і запропонуй технологію виготовлення карток, якими могли б скористатися незрячі, щоб практикуватися в аналізуванні, вимовлянні, тлумаченні хімічних формул.

13. Уяви, що ваша команда виграла конкурс молодих дослідників і вирушила на Марс (чи іншу планету). Поділися спостереженнями і враженнями в блозі, використай у дописах хімічні формули замість назв речовин. Зорганізуй у класі конкурс для твоїх підписників і підписниць: вони мають схарактеризувати за хімічними формулами склад і зазначити назви речовин.

Вітання, друзі! Це Петро й Марі, і ми пишемо вам із Марса! Фантастично красиві крижані шапки червоної планети — це замерзлі Н₂О і СО₂!

Підсумуй

Чого корисного вдалося навчитися, опрацювавши матеріал і виконавши завдання? Долучи здобуток, оформивши його на власний розсуд, до особистого портфоліо досягнень.