"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Химическая формула показывает, какие элементы входят в вещество и сколько атомов каждого элемента содержит его частица. Индексы помогают прочитать состав, а относительные атомная и молекулярная массы — сравнить массы атомов и молекул без указания единиц измерения. Чтобы найти Mr, складывают значения Ar всех атомов в формуле, предварительно учитывая индексы и скобки. Эти умения нужны для расчётов состава веществ и химических реакций.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химическая формула — условная запись состава вещества с помощью химических символов элементов и индексов. Символы позволяют узнать, какие элементы входят в состав, а индексы — сколько их атомов содержится в частице. Поэтому формула нужна не только для обозначения вещества, но и для расчётов его состава.
Индекс — число в химической формуле, показывающее количество атомов данного элемента в частице вещества. Его записывают справа внизу от символа, например в H₂O цифра 2 относится к водороду. По индексам можно определить соотношение атомов и правильно вычислить относительную молекулярную массу.
Относительная атомная масса Ar — отношение массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода-12. Она показывает, во сколько раз атом данного элемента тяжелее выбранной доли массы атома углерода. Это значение помогает сравнивать атомы и используется при расчётах массы частиц вещества.
Относительная молекулярная масса Mr — отношение массы молекулы к 1/12 массы атома углерода-12. Для вещества её находят как сумму относительных атомных масс всех атомов, входящих в молекулу. Поэтому для расчёта нужны и Ar элементов, и число атомов, заданное формулой.
Символы в формуле отвечают на вопрос, какие элементы входят в состав, — это качественный состав вещества. Например, в CO₂ есть углерод C и кислород O, значит, вещество состоит из атомов двух элементов. Число индексов раскрывает количественный состав, поэтому одна формула сообщает сразу два вида сведений.
Индекс относится только к символу, который стоит непосредственно перед ним, потому что он записывает число именно таких атомов. В H₂O двойка увеличивает количество атомов H, но не меняет количество кислорода. Если числа после символа нет, подразумевают один атом: запись H₁O₁ обычно сокращают до HО.
Формулу читают по символам и индексам по порядку, а затем записывают соотношение атомов. В H₂O на один атом кислорода приходятся два атома водорода, поэтому соотношение H:O равно 2:1. Для веществ без отдельных молекул формула также показывает состав формульной единицы — условной группы атомов, отражающей состав вещества.
Ar является безразмерной величиной, потому что это отношение одной массы к другой: единицы измерения при делении сокращаются. Значения Ar не требуется заново измерять при каждой задаче — их берут из периодической таблицы. Таблица использует единую шкалу, связанную с атомом углерода-12, поэтому величины разных элементов можно сравнивать и складывать.
Чтобы вычислить Mr, нужно учесть вклад каждого атома: умножить Ar элемента на число его атомов, а полученные значения сложить. В простой формуле число атомов задаётся индексом или отсутствием индекса, а в сложной сначала раскрывают скобки. Индекс за скобками умножает число атомов каждого элемента внутри группы: например, в (OH)₂ есть два O и два H.
В таблице собраны признаки, по которым можно отличить запись состава вещества от величин, используемых для расчётов. Сначала найдите понятие, затем посмотрите, что оно показывает и как его определить. Примеры помогают проверить, правильно ли вы применяете правило к конкретной формуле.
| Понятие | Обозначение | Что показывает | Как определить или вычислить | Пример |
|---|---|---|---|---|
| Химическая формула | Запись символами | Качественный и количественный состав | Символы указывают элементы, индексы — число атомов | H₂O: H и O |
| Индекс | Число справа внизу | Число атомов элемента | Считать у ближайшего символа; без индекса — один атом | H₂ — два атома H |
| Относительная атомная масса | Ar | Относительную массу атома элемента | Взять из периодической таблицы | Ar(O) = 16 |
| Относительная молекулярная масса | Mr | Относительную массу молекулы | Сложить Ar всех атомов с учётом индексов | Mr(H₂O) = 18 |
Задача 1. Для воды H₂O определите число атомов каждого элемента и вычислите Mr, если Ar(H) = 1, Ar(O) = 16. Сначала читаем индексы: двойка относится к водороду, а у кислорода индекс не написан. Затем складываем вклад всех атомов, не забывая, что водородных атомов два.
Ответ: два атома водорода и один атом кислорода; Mr(H₂O) = 18. Проверка: в сумме учтены все три атома, а не только два разных элемента.
Задача 2. Вычислите Mr вещества Al₂(SO₄)₃, если Ar(Al) = 27, Ar(S) = 32, Ar(O) = 16. Здесь индекс 3 стоит за скобками, значит, он относится ко всей группе SO₄. Поэтому сначала определяем количество атомов каждого элемента, а затем записываем сумму вкладов.
Ответ: Mr(Al₂(SO₄)₃) = 342. Проверка состава: скобочная группа повторена трижды, поэтому и серы, и кислорода больше, чем в одной группе SO₄.
Задача 3. Проверьте расчёт Mr(Ca(OH)₂) при Ar(Ca) = 40, Ar(O) = 16, Ar(H) = 1. Чтобы не потерять атомы, отдельно учитываем кальций и группу OH. Индекс 2 после скобок означает, что таких групп две.
Ответ: Mr(Ca(OH)₂) = 74. Число 2 умножает и O, и H, но не затрагивает Ca, расположенный перед скобками.
Индекс иногда ошибочно относят ко всему выражению слева от него. Так происходит, если забыть, что индекс относится к ближайшему символу, а действие на группу обозначают скобками. Проверьте себя: в H₂O два H и один O, а в (OH)₂ — по два атома O и H.
При работе со сложной формулой можно не учесть индекс за скобками и посчитать атомы только в одной группе. Причина — привычка читать скобки как пояснение, хотя здесь они объединяют повторяющуюся группу атомов. Для проверки умножьте количество каждого атома внутри скобок на внешний индекс.
Другая ошибка — сложить Ar элементов, не умножая их на индексы. Так считают, будто каждого атома в формуле ровно по одному, и получают неверный результат для веществ вроде H₂O. Перед сложением выпишите количество атомов каждого элемента и умножьте на него соответствующее Ar.
Не следует приписывать Mr единицы массы или считать её массой одной молекулы в граммах. Mr — отношение масс, а не масса отдельной частицы в выбранных единицах, поэтому она безразмерна. Проверьте запись: ответ для Mr — число без г, кг или других единиц.
Для чтения формул нужны знания химических символов элементов, строения периодической таблицы, а также понятий атома и молекулы. Подсчёт индексов и групп в скобках опирается на умение выполнять умножение и сложение. Позже формулы помогут составлять уравнения химических реакций и вычислять массовые доли элементов в веществах. Эти же навыки лежат в основе многих химических расчётов.
Почему у элемента без индекса считают один атом?
По принятому правилу отсутствие индекса означает, что атом этого элемента в частице один. Если поставить индекс 1, запись будет избыточной, поэтому его не пишут.
Чем химическая формула отличается от названия вещества?
Название позволяет назвать вещество, но обычно не показывает точное количество атомов каждого элемента. Формула передаёт состав с помощью символов элементов и индексов, поэтому по ней можно посчитать атомы.
Почему при вычислении Mr нужно умножать Ar на индекс?
Индекс показывает, сколько атомов данного элемента входит в частицу. Значит, вклад этого элемента в общую относительную массу равен его Ar, умноженной на число атомов.
Как считать атомы, если в формуле есть скобки?
Сначала считают атомы внутри скобок, затем умножают количество каждого из них на индекс после скобок. Например, в Ca(OH)₂ есть один атом Ca, два атома O и два атома H.
Почему у относительной молекулярной массы нет единиц измерения?
Mr — это отношение массы молекулы к выбранной доле массы атома углерода-12. При делении одной массы на другую единицы сокращаются, поэтому Mr — безразмерная величина.
§ 6. Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы
