"Химия", Габриелян О.С.
Бинарные соединения состоят из атомов двух химических элементов. К ним относятся оксиды, в состав которых входит кислород, и летучие водородные соединения, содержащие водород и другой элемент. Эти вещества встречаются в природе и широко применяются в быту, промышленности и живых организмах. Чтобы узнавать их среди других веществ, нужно уметь читать состав формулы, определять валентность элементов и правильно называть соединение.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Бинарные соединения — вещества, состоящие из атомов двух химических элементов. Слово «бинарные» означает «двойные», то есть в формуле такого вещества присутствуют символы только двух элементов. Это понятие помогает отличать такие вещества от соединений, в которых элементов три или больше.
Оксиды — бинарные соединения, одним из элементов которых является кислород. В обычных оксидах кислород связан с атомами другого элемента, например в CaO и CO₂. По формуле можно определить состав вещества и отличить оксид от соединения, в котором кислород входит вместе с другими элементами.
Летучие водородные соединения — соединения водорода с некоторыми неметаллами, способные переходить в газообразное состояние. К ним относятся, например, хлороводород HCl, сероводород H₂S, аммиак NH₃ и метан CH₄. Такие формулы важно распознавать, потому что соединения водорода с разными элементами имеют разный состав и свойства.
Индекс — маленькая цифра справа внизу от символа элемента; она показывает число его атомов в формульной единице. В H₂S два атома водорода и один атом серы, а отсутствие индекса означает число 1. Индекс нужен для точного чтения формулы и расчёта соотношения атомов.
Валентность — число, которое показывает, сколько связей атом элемента может образовать с другими атомами в простейших формулах. Её обозначают римской цифрой, например Al(III) или O(II). Валентность используют при составлении формулы, но её нельзя путать с индексом: первая характеризует соединительную способность, второй — состав вещества.
В бинарном соединении есть только два вида атомов, поэтому формула строится из двух символов элементов и, если необходимо, индексов. Например, формула CO₂ содержит углерод и кислород, а H₂S — водород и серу. Если к символу приписана цифра, она относится только к этому элементу; так в CO₂ индекс 2 показывает два атома кислорода, но не меняет число атомов углерода.
В оксидах кислород обычно имеет валентность II. Это связано с тем, что при составлении школьных формул его соединительную способность сопоставляют с валентностью второго элемента. Так, у кальция валентность II, поэтому одному атому Ca соответствует один атом O и получается CaO. Если у элемента другая или переменная валентность, соотношение атомов может измениться.
Чтобы составить формулу по известным валентностям, подбирают наименьшее целое число атомов, при котором общая соединительная способность обоих элементов уравновешена. Например, алюминий имеет валентность III, кислород — II. Два атома алюминия дают суммарно шесть единиц валентности, а три атома кислорода — тоже шесть, поэтому формула оксида алюминия — Al₂O₃. Индексы 2 и 3 уже нельзя сократить на общий делитель.
Тот же способ помогает проверить формулу: умножают индекс каждого элемента на его валентность, и результаты должны совпасть. Для Fe₂O₃ при валентностях Fe(III) и O(II) получаем 2 × 3 = 3 × 2. Если числа не совпали, значит формула или определённая валентность указаны неверно. Когда индексы можно сократить, записывают простейшее соотношение атомов: для валентностей II и II формула будет не X₂Y₂, а XY.
В названии оксида сначала указывают слово «оксид», затем название второго элемента: CaO — оксид кальция. Если элемент может проявлять разные валентности, её уточняют римской цифрой в скобках: FeO — оксид железа(II), Fe₂O₃ — оксид железа(III). Уточнение необходимо, потому что один и тот же элемент может образовать несколько оксидов с разным соотношением атомов.
Водород образует бинарные соединения с некоторыми неметаллами, и соотношение атомов у них различается. В HCl атомы водорода и хлора представлены один к одному, а в NH₃ на один атом азота приходятся три атома водорода. Поэтому формулу нельзя угадывать только по названию или по тому, что вещество содержит водород: нужно знать состав конкретного соединения. Такие вещества называют по принятому для них названию, например хлороводород, сероводород, аммиак и метан.
| Класс и формула | Атомный состав | Название | Как прочитать формулу |
|---|---|---|---|
| Оксид: CaO | 1 атом Ca, 1 атом O | Оксид кальция | Индекса нет — число атомов равно 1 |
| Оксид: CO₂ | 1 атом C, 2 атома O | Оксид углерода(IV) | Индекс 2 относится к кислороду |
| Оксид: Fe₂O₃ | 2 атома Fe, 3 атома O | Оксид железа(III) | Два индекса показывают соотношение атомов |
| Водородное соединение: HCl | 1 атом H, 1 атом Cl | Хлороводород | В формуле нет индексов |
| Водородное соединение: H₂S | 2 атома H, 1 атом S | Сероводород | Индекс 2 относится к водороду |
| Водородное соединение: NH₃ | 1 атом N, 3 атома H | Аммиак | Индекс 3 относится к водороду |
| Водородное соединение: CH₄ | 1 атом C, 4 атома H | Метан | Индекс 4 относится к водороду |
Сначала найдите в формуле два символа элементов, затем прочитайте индексы: они показывают число атомов каждого вида. В оксидах ищите кислород и учитывайте валентность второго элемента, если составляете формулу. Примеры водородных соединений показывают, что одного общего соотношения атомов для всех таких веществ нет.
Задача. Составьте формулу оксида алюминия, если валентность алюминия равна III, а кислорода — II. Затем объясните, как проверить полученную формулу и назовите соединение. Важно не записывать индексы сразу наугад: сначала нужно понять, сколько атомов каждого элемента уравновешивает валентности. Проверка позволит убедиться, что соотношение выбрано правильно.
Записываем символы элементов и их валентности: Al(III) и O(II). Кислород в обычных оксидах имеет валентность II, а алюминий в условии — III. Значит, один атом алюминия не может уравновеситься одним атомом кислорода: их валентности различаются.
Подбираем наименьшее общее число для 3 и 2 — это 6. Чтобы получить шесть единиц валентности алюминия, нужны два атома Al: 2 × 3 = 6. Чтобы получить шесть единиц валентности кислорода, нужны три атома O: 3 × 2 = 6.
Записываем количество атомов как индексы: два атома алюминия и три атома кислорода дают Al₂O₃. Индекс 1 у алюминия не ставится, потому что атомов два, а цифры 2 и 3 относятся к своим символам. Полученная формула показывает состав одной формульной единицы вещества.
Проверяем равенство суммарных валентностей: для алюминия 2 × 3 = 6, для кислорода 3 × 2 = 6. Значения совпадают, значит формула согласована с заданными валентностями. Индексы 2 и 3 не имеют общего делителя, поэтому упростить их нельзя.
Называем соединение: оксид алюминия. Валентность алюминия в данном случае обычно не уточняют в названии, если в рассматриваемой задаче для него установлена одна валентность. Ответ: формула оксида алюминия — Al₂O₃; проверка: 2 × 3 = 3 × 2 = 6.
Этот способ годится и для других формул оксидов, если известны валентности элементов. Например, при валентностях I и II на один атом элемента с валентностью II понадобятся два атома элемента с валентностью I. После подбора индексов всегда проверьте равенство произведений и сократите индексы, если у них есть общий делитель.
Путать индекс и валентность. Индекс показывает число атомов, а валентность — способность атома соединяться с другими атомами. Ошибку допускают, потому что оба числа встречаются рядом с формулой; проверьте себя: индекс записан маленькой цифрой справа внизу, а валентность обычно указывают римской цифрой над символом или рядом с ним.
Ставить индекс 1. В формулах его не пишут, поэтому CaO означает по одному атому кальция и кислорода, а не соединение с пропущенной цифрой. Ошибка возникает из-за желания явно отметить число атомов; чтобы проверить запись, помните: отсутствие индекса всегда означает единицу.
Не сокращать индексы. При валентностях II и II запись X₂Y₂ можно упростить до XY. Лишние индексы появляются, если механически перенести валентности в формулу; проверьте, есть ли у всех индексов общий делитель, и сократите их до наименьшего целого соотношения.
Считать кислород единственным признаком оксида без проверки состава. В оксиде кислород соединён только с одним другим элементом, а не входит в состав более сложного соединения с тремя элементами. Такое упрощение возникает, когда замечают символ O, но не считают все элементы; пересчитайте разные символы в формуле: бинарное соединение содержит ровно два вида атомов.
Считать, что все водородные соединения имеют одну формулу. Формулы HCl, H₂S и NH₃ показывают разные соотношения атомов. Ошибка появляется, если переносить состав одного вещества на другое; сверяйте индексы с конкретным соединением и не выводите формулу только из наличия водорода.
Понятие бинарного соединения опирается на знания о химических элементах, символах и формулах: без них нельзя определить, сколько видов атомов образуют вещество. Составление формул связывает тему с валентностью и умением читать индексы. Названия оксидов помогают подготовиться к изучению других классов неорганических веществ, которые тоже распознают по составу и правилам номенклатуры. Формулы оксидов и водородных соединений пригодятся дальше при записи химических реакций.
Бинарное соединение состоит из атомов двух химических элементов.
Оксид — бинарное соединение кислорода с другим элементом; кислород в обычных оксидах имеет валентность II.
Летучие водородные соединения образованы водородом и некоторыми неметаллами; их формулы имеют разный состав.
Индекс показывает число атомов, а отсутствие индекса означает число 1.
При составлении формулы учитывают валентности, проверяют равенство их суммарных значений и сокращают индексы, если возможно.
В названии оксида указывают второй элемент, а переменную валентность уточняют римской цифрой в скобках.
§ 19. Важнейшие классы бинарных соединений — оксиды и летучие водородные соединения
