Хімія. 7 клас. Мідак

§ 12. Хімічні формули

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

що таке хімічна формула;
як вона відображає якісний і кількісний склад речовини;
як правильно читати та вимовляти формули хімічних сполук.

От недарма кажуть: «Поспішиш — людей насмішиш». Так і я. Спішила допомогти моїм науковцям і науковицям скласти таблицю і переплутала всі їхні записи. Тепер маю багато папірців із позначеннями.

Сr₂О₃, К₂О, О₃, I₂, FeO, Fe, As₂O₅, Cl₂O₇, Ag, S₈, Li₂О, Сu, N₂, HgO, C, SiO₂, P₂O₅, Al, Pb, PbO₂.

Позначення начебто знайомі, де-не-де я впізнаю хімічні символи, але ці символи якось поєднані. І що означають ці маленькі цифри?

• Як позначати речовини за допомогою хімічних символів?

Опрацьовуємо інформацію

Хімічні формули

Умовне позначення атома, молекули чи речовини за допомогою хімічних символів та індексів називають хімічною формулою.

Хімічною формулою атома є символ хімічного елемента. Наприклад, Fe — позначення атома Феруму, Р — атома Фосфору і т.д.

Хімічна формула молекули простої речовини містить символ відповідного хімічного елемента та індекс (цифру, записану внизу праворуч від символа), який вказує, зі скількох атомів складається молекула. Наприклад, О₂ — формула молекули кисню, утворена з двох атомів Оксиґену, О₃ — формула молекули озону, яка складається з трьох атомів Оксиґену.

Прості речовини атомної будови позначають символом відповідного хімічного елемента. Наприклад, Fe — формула простої речовини заліза, С — формула простої речовини вуглецю.

Молекула води утворена двома атомами Гідроґену та одним атомом Оксиґену (мал. 12.1).

Мал. 12.1. Модель молекули води

• Як записати формулу молекули води: ННО, НОН чи ОНН?

Насправді жоден із вказаних вище варіантів написання не є правильним. Коректний запис формули молекули води — Н₂О, що означає, що молекула складається з двох атомів Гідроґену (Н) та одного атома Оксиґену (О).

Розгляньте мал. 12.2. На ньому зображено модель молекули амоніаку, яка містить один атом Нітроґену (Ν) і три атоми Гідроґену (Н). Молекулярна формула такої сполуки матиме вигляд: ΝΗ₃.

Мал. 12.2. Модель молекули амоніаку

Молекулярна формула — хімічна формула молекул простих і складних речовин, що містить символи хімічних елементів та індекси.

Для запису формул складних речовин немолекулярної будови використовують формульні одиниці — найпростіші формули, які показують співвідношення атомів. Наприклад, запис SiO₂ вказує, що співвідношення атомів Силіцію та Оксиґену становить 1 : 2 відповідно.

Якісний і кількісний склад речовини

Кожна речовина є унікальною за своїми властивостями. Ця унікальність визначена її складом. Хімічна формула відображає якісний і кількісний склад речовини.

Описати склад молекули чи речовини можна двома способами:

якісно (Відповідаємо на запитання «З атомів яких елементів вона складається?»);
кількісно (Відповідаємо на запитання «Зі скількох атомів складається молекула?» або «Яке співвідношення атомів у речовині?»).

Робота в парі

Розгляньте молекули (мал. 12.3). Чи однакові вони? Запишіть молекулярні формули цих речовин. Спробуйте описати їх якісний і кількісний склад, відповівши на запитання.

Мал. 12.3. Моделі молекул сполук Сульфуру

1. Атомами яких елементів утворені обидві молекули?
2. Це прості чи складні речовини?
3. Опишіть якісний склад молекул SO₂ та SO₃. Чи однаковий він?
4. Опишіть кількісний склад молекули SO₂. Скільки атомів утворюють молекулу?
5. Опишіть кількісний склад молекули SO₃. Скільки атомів утворюють молекулу?
6. Чи однаковий кількісний склад молекул SO₂ і SO₃?

• Чи можна знайти між деякими складними речовинами схожі ознаки з огляду на їх хімічні формули?

Після аналізу якісного та кількісного складу молекул SO₂ та SO₃можна стверджувати, що це молекули різних речовин, які мають різні властивості. Дійсно, SO₂ — молекула сульфур(ІV) оксиду (газ без кольору, із різким запахом, важчий за повітря), a SO₃ — молекула сульфур(VІ) оксиду (безбарвна рідина, яка за температури нижче ніж 17 °С кристалізується).

А молекули H₂S і СО₂(мал. 12.4) складаються з трьох атомів кожна, тобто мають однаковий кількісний склад, але перша є молекулою гідроґен сульфіду — газу з неприємним запахом, а друга — молекулою вуглекислого газу, який міститься в атмосфері й утворюється в організмах під час дихання. Отже, для того, щоб розуміти властивості речовини, важливо знати і якісний, і кількісний склад молекули.

Мал. 12.4. Моделі молекул гідроґен сульфіду (H₂S) і карбон(IV) оксиду (СО₂)

Робота в парі

Укажіть якісний і кількісний склад молекул сульфатної та нітратної кислот, зображених на мал. 12.5. Для цього проаналізуйте моделі молекул, наведені в цьому параграфі, визначте атоми, з яких складаються молекули цих кислот і спробуйте записати їхні молекулярні формули.

Мал. 12.5. Моделі молекул сульфатної та нітратної кислот

• Як виглядатиме запис, якщо потрібно вказати не одну молекулу, а кілька?

Для позначення кількості молекул використовують коефіцієнт, який записують перед формулою сполуки.

Наприклад, розгляньмо молекулу ортофосфатної кислоти Н₃РО₄(мал. 12.6). Одна така молекула містить три атоми Гідроґену, один атом Фосфору та чотири атоми Оксиґену. Якщо будемо мати дві таких молекули, то кількість атомів збільшиться вдвічі: 6 атомів Гідроґену, два атоми Фосфору та 8 атомів Оксиґену. Але запис Н₆Р₂О₈ не буде коректним, адже ці атоми містяться в різних молекулах, які між собою не зв’язані. Правильно буде записати 2Н₃PО₄.

Мал. 12.6. Модель молекули ортофосфатної кислоти

У даному випадку 2 — це коефіцієнт, який показує кількість молекул ортофосфатної кислоти.

Спробуймо обчислити кількість атомів кожного хімічного елемента в записі 5Мn₂О₇ (мал. 12.7).

Мал. 12.7. Модель молекули манґан (VII) оксиду

Сполука утворена двома елементами — Манґаном та Оксиґеном.

Молекула містить 2 атоми Манґану та 7 атомів Оксиґену.

Коефіцієнт 5 вказує на те, що маємо 5 молекул. Тому під час розрахунків кількість атомів у молекулі множити будемо на кількість молекул.

Тоді в даному випадку маємо:

2 • 5 = 10 атомів Манґану та

7 • 5 = 35 атомів Оксиґену.

Загальна кількість атомів — 45.

Робота в групах

Використовуючи хімічний конструктор, пластилін чи інші матеріали, змоделюйте молекули запропонованих сполук:

Ν₂Ο, СН₂Сl₂, НСООН, H₂SiO₃.

Яка інформація потрібна, щоби створити «правильну» модель молекули? За потреби використайте додаткові джерела інформації.

Обговоріть у групі, що спільного й відмінного є між моделлю молекули та її молекулярною формулою.

Поміркуйте, чи існують варіанти створення кількох різних моделей молекули з однією формулою?

Спробуйте виконати це завдання з формулою С₂Н₆О.

Якісний і кількісний склад для речовин атомної та йонної будови розраховують так само, як і для речовин із молекулярною будовою.

У записах формул складних речовин іноді є круглі дужки, після яких вказаний індекс. Такий запис показує, що група атомів, записана в дужках, повторюється декілька разів (на що вказує індекс). Наприклад, формула Ва(ОН)₂ вказує на те, що група ОН повторюється два рази.

У випадку, якщо маємо повторення групи атомів, для розрахунку кількості атомів, що записані в дужках, їх кількість у дужці множимо і на кількість дужок, і на коефіцієнт (за його наявності).

Наприклад, у записі 2CO(NH₂)₂:

кількість атомів Карбону (С) — 1 • 2 = 2;
кількість атомів Оксиґену (О) — 1 • 2 = 2;
кількість атомів Нітроґену (N) — 1 • 2 • 2 = 4;
кількість атомів Гідроґену (Н) — 2 • 2 • 2 = 8;
загальна кількість атомів — 16.

Як читати формули речовин?

• Пригадайте, як треба читати символи хімічних елементів:

Н, S, О, N, Р, С.

Назви цих елементів скорочують під час читання. Проте більшість хімічних елементів не мають скороченої назви (Купрум, Цинк, Хлор ...).

Коли читають формулу хімічної сполуки, спочатку вказують назву елемента, а потім його кількість (індекс) у називному відмінку.

Наприклад,

Формула	Вимова	Формула	Вимова
Са	кальцій	H₂SO₄	аш-два-ес-о-чотири
H₂	аш-два	FeCl₃	ферум-хлор-три
N₂O	ен-два-о	Na₂CO₃	натрій-два-це-о-три
CO₂	це-о-два	CuSO₄	купрум-ес-о-чотири

Робота в групах

Прочитайте вголос формули:

H₂Se, НСl, Н₂СО₃, С₆Н₁₂О₆, H₂SiO₃, CaSO₄, ВаСl₂, Na₃PO₄, KOH, AgNO₃.

Обговоріть у групі помилки, які виникають під час читання.

Індекси після дужок, які показують повторення групи атомів у формулі, вимовляють «двічі», «тричі».

Робота в групах

Розгляньте таблицю з прикладами формул і їх вимови.

Формула	Вимова	Формула	Вимова
Са(ОН)₂	кальцій-о-аш-двічі	Mg(NO₃)₂	маґній-ен-о-три-двічі
Аl(OН)₃	алюміній-о-аш-тричі	Fe₂(SO₄)₃	ферум-два-ес-о-чотири-тричі

Спробуйте в парі прочитати формули речовин, написані нижче.

Ва(ОН)₂, Zn(NO₃)₂, Al₂(SO₄)₃, Са₃(РО₄)₂.

Досліджуємо

Використовуючи додаткові джерела інформації, заповніть таблицю «Склад речовин молекулярної будови» за зразком:

Склад речовин молекулярної будови

Речовина	Склад молекули (види атомів)	Кількість атомів кожного виду	Формула
Вуглекислий газ	атоми Карбону атоми Оксиґену	1 2
Метан
Гідроґен пероксид
Силікатна кислота
Сульфур(VІ) оксид
Етанова кислота
Глюкоза

Робота в групах

Змоделюйте молекули у віртуальній лабораторії. Перейдіть на сайт за QR-кодом або за покликанням https://cutt.ly/PwOaOGVz і побудуйте молекули простих (водню, кисню, азоту) і складних (води, гідроґен пероксиду, чадного газу, вуглекислого газу, амоніаку) речовин.

Пояснюємо, творимо, використовуємо в житті

1. Закінчіть речення:

• Для позначення атомів, молекул чи речовин використовують ...

• Формули містять ...

• Якісний склад молекули вказує на ...

• Кількісний склад молекули вказує на ...

2. Дайте відповіді на запитання:

• Що таке індекс?

• Для чого використовують коефіцієнт?

• Що означає описати якісний склад молекули речовини?

• Що означає описати кількісний склад молекули речовини?

3. Визначте, які з цих речовин є простими, а які складними: Si, AgCl, Cl₂, Cr₂O₃, HNO₃, АlСl₃, Н₂, MgBr₂, Na₂O, Р.

4. З переліку С₁₇Н₃₅СООН, СНСl₃, НСООН, СН₃ОСН₃, HNO₃, Н₂СО₃, С₂Н₅ОН знайдіть речовини з однаковим:

а) якісним складом;
б) кількісним складом;
в) якісним і кількісним складом.

5. Укажіть якісний і кількісний склад у таких записах:

а) 4N₂O₅
б) 2НСlО₄
в) 6Н₃ВО₃
г) 4Сl₂О₇
ґ) 5С₆Н₁₂О₆
д) 3H₂SiO₃.

6. Випишіть із таблиці окремо формули простих і складних речовин та прочитайте їх уголос.

H₂SO₄	P₄	NO₂	CO
N₂O	H₂S₂O₃	Fe	S₈
O₂	SO₃	N₂	P₂O₅

7. Прочитайте формули складних речовин. Укажіть співвідношення атомів у записах:

а) Са₃(РО₄)₂
б) Al(NO₃)₃
в) Na₂SiO₃.

8. Розжовуючи м’ятні цукерки, усі ми, мабуть, відчували холод. Причиною цього відчуття є речовина ментол (м’ятна камфора), складова багатьох ефірних олій. Молекула ментолу утворена трьома хімічними елементами з порядковими номерами 1, 6 і 8. Кількість атомів кожного елемента в молекулі ментолу 20, 10 та 1 відповідно.

1) Відшукайте в Періодичній таблиці системи елементи, про які йдеться.

2) Запишіть формулу молекули ментолу.

3) Обчисліть кількість атомів кожного елемента та загальну їх кількість у 8 молекулах ментолу.

4) Використовуючи додаткові джерела інформації, дізнайтеся про використання ментолу в харчовій і косметичній промисловості, медицині та фармації.

9. Змоделюйте молекули за формулою С₆Н₁₂О₆. За потреби скористайтеся додатковими джерелами інформації. Обговоріть з однокласниками/однокласницями, які труднощі у вас виникли під час створення моделей і чому. Як ви їх подолали?

Перевірте себе

1. Перейдіть на сайт за QR-кодом або за покликанням https://learningapps.org/watch?v=pezq3ux4a23 і виконайте завдання.

2. Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є в даних твердженнях:

1) Хімічною формулою атома є символ хімічного елемента та індекс.

2) Хімічна формула відображає якісний склад молекули.

3) Для позначення кількості молекул використовують коефіцієнт, який записують перед формулою сполуки.

Недарма я вже колись казала, що в хіміків є своя мова. Вона мені дуже подобається. Тепер я зрозуміла, яке завдання маю виконати. Мені потрібно всі формули розмістити в таблиці. Знаю, що ви мені допоможете швидко та правильно це зробити. Можете об’єднатися в групи.

Розмістіть усі наведені формули в таблицю:

Сr₂О₃, К₂О, О₃, I₂, FeO, Fe, As₂O₅, Сl₂О₇, Ag, S₈, Li₂O, Cu, N₂, HgO, C, SiO₂, P₂O₅, Al, Pb, PbO₂.

Прості речовини		Складні речовини
Метали	Неметали	Складні речовини

Також запишіть нові терміни англійською:

chemical formula — хімічна формула;

coefficient — коефіцієнт.

Чи все вам сьогодні вдалося? Внесіть інформацію про ваші досягнення в карту успіху.

А чи знаєте ви...

Природа нашого щастя хімічна. Щастя — це психоемоційний стан цілковитого задоволення життям, відчуття глибокого вдоволення та безмежної радості. Це відчуття є наслідком складних біохімічних процесів, якими керують особливі речовини — «гормони щастя», які виробляються в головному мозку. Гормонами щастя вважають три види гормонів: дофамін, серотонін і ендорфіни.

Мал. 12.8. Молекула гормону щастя — дофаміну

Мал. 12.9. Молекула гормону щастя — серотоніну

Мал. 12.10. Фрагмент молекули ендорфіну

Навчальний мініпроєкт. Підготуйте один із проєктів (на вибір).

1) 3D-моделювання молекул простих і складних речовин.

Використовуючи додаткові джерела, відшукайте інформацію про склад повітря.

Перейдіть на сайт за QR-кодом або за покликанням https://cutt.ly/VwOaPTtO і побудуйте 2D- і 3D-моделі молекул газів, які містяться в повітрі. Презентуйте моделі молекул у класі та обговоріть склад повітря та будову молекул з однокласниками/однокласницями.

2) Молекули відчуттів.

Використовуючи додаткові джерела інформації, підготуйте проєкт про хімічну природу відчуттів людини (щастя, кохання, страх, біль тощо). Відшукайте інформацію про молекули, які зумовлюють відчуття людини (на ваш вибір), і створіть їх моделі. Презентуйте в класі моделі молекул, їх формули та коротку інформацію про процеси, у яких вони беруть участь.

Зміст