"Химия", Габриелян О.С.
Химическая формула коротко записывает, из атомов каких элементов состоит вещество и сколько атомов каждого элемента в нём содержится. По символам и индексам можно прочитать состав, а по относительным атомным массам — вычислить относительную молекулярную массу. Для этого складывают вклад всех атомов, учитывая их количество в формуле. Эти знания помогают сравнивать вещества и проводить расчёты по химическим формулам.
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 символов элементов и чисел. Она показывает, какие элементы входят в вещество и сколько атомов каждого элемента содержится в его молекуле или формульной единице. По формуле можно определить состав вещества, не описывая его словами.
Индекс — маленькая цифра справа внизу от символа элемента, которая показывает число его атомов в формуле. Например, в H₂ два атома водорода. Индексы нужны, чтобы различать вещества с одинаковыми элементами, но разным количеством их атомов.
Относительная атомная масса обозначается Ar и равна отношению массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода-12. Это сравнение показывает, во сколько раз атом тяжелее выбранной доли атома углерода. Ar помогает сопоставлять атомы и рассчитывать массы по формулам.
Относительная молекулярная масса обозначается Mr и равна сумме относительных атомных масс всех атомов в молекуле. Для её нахождения учитывают и значения Ar, и количество атомов каждого элемента. Поэтому Mr позволяет сравнивать молекулы разных веществ по относительной массе.
Символы в химической формуле передают качественный состав: каждый из них обозначает определённый элемент. Количественный состав читают по индексам рядом с символами. Например, формула CO₂ сообщает, что вещество состоит из углерода и кислорода, а цифра 2 показывает наличие двух атомов кислорода. Так одна короткая запись одновременно отвечает на вопросы «из чего?» и «сколько?».
Индекс относится к символу, который стоит непосредственно перед ним, а отсутствие цифры означает один атом. Поэтому в H₂O содержатся два атома водорода и один атом кислорода. Если в формуле есть скобки, индекс после них относится ко всей группе: каждый индекс внутри группы нужно умножить на внешний. В (SO₄)₃ получаются 3 атома S и 4 · 3 = 12 атомов O, потому что группа SO₄ повторена трижды.
Массы атомов очень малы, поэтому их удобно не записывать в граммах, а сравнивать с одной общей мерой — 1/12 массы атома углерода-12. Выбор этой величины позволяет выразить массу любого атома простым относительным числом. Поскольку Ar и Mr показывают отношение одной массы к другой, единицы измерения сокращаются. Значит, к этим величинам не приписывают граммы или другие единицы.
Значение Ar находят в клетке соответствующего элемента Периодической таблицы. У атомов одного элемента может быть разное число нейтронов; такие разновидности называются изотопами и имеют разные массы. Если в природе встречаются несколько изотопов, в таблице указывают усреднённое значение Ar с учётом их распространённости. Поэтому табличное число может быть не целым.
Чтобы получить Mr, нужно учесть вклад каждого атома в формуле. Для этого Ar каждого элемента умножают на число его атомов, заданное индексом, а результаты складывают. Например, для CO₂ складывают Ar углерода и удвоенную Ar кислорода: 12 + 2 · 16. Такой способ работает и для формул со скобками, если сначала правильно подсчитать все атомы.
| Понятие | Обозначение | Что показывает | Как определяют или читают |
|---|---|---|---|
| Химическая формула | Запись символами и индексами | Качественный и количественный состав вещества | Символы называют элементы, индексы задают число атомов |
| Индекс | Маленькая цифра справа внизу | Число атомов элемента | Относится к символу перед ним; без цифры — один атом |
| Относительная атомная масса | Ar | Массу атома относительно 1/12 массы атома углерода-12 | Находят в клетке элемента Периодической таблицы |
| Относительная молекулярная масса | Mr | Сумму относительных масс атомов в молекуле | Умножают Ar каждого элемента на число его атомов и складывают |
Сначала используйте таблицу, чтобы прочитать состав: найдите символы и посчитайте атомы по индексам. Затем для вычисления Mr подставьте значения Ar и учтите каждый атом. Если в формуле есть скобки, перед расчётом раскройте их с учётом внешнего индекса.
Задача 1. Для формулы H₂O укажите, атомы каких элементов и в каком количестве входят в состав молекулы. Здесь нужно отдельно прочитать каждый символ и проверить, стоит ли возле него индекс. Помните, что отсутствие цифры не означает отсутствие атома: такой символ учитывают один раз.
Ответ: в молекуле H₂O два атома водорода и один атом кислорода.
Задача 2. Вычислите Mr углекислого газа CO₂, если Ar(C) = 12, Ar(O) = 16. Сначала определим число атомов: углерод указан без индекса, кислород имеет индекс 2. Значит, массу кислорода нужно учесть дважды, а массу углерода — один раз.
Ответ: Mr(CO₂) = 44. Величина безразмерная, поэтому единицы массы к ответу не приписывают.
Задача 3. Вычислите Mr сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃, если Ar(Al) = 27, Ar(S) = 32, Ar(O) = 16. Сначала посчитаем атомы: внешний индекс 3 умножает количество каждого элемента внутри скобок. Скобки не меняют число атомов алюминия, стоящего перед ними.
Ответ: Mr(Al₂(SO₄)₃) = 342. Проверка подсчёта атомов перед сложением помогает не забыть действие индекса после скобок.
Считать, что отсутствие индекса означает ноль атомов. Так происходит, если воспринимать формулу как запись, где учитываются только явно напечатанные числа. На деле отсутствие индекса означает один атом; проверьте себя, прочитав символ без цифры как «один».
Относить индекс после скобок только к последнему символу внутри них. Это ошибка чтения: скобки обозначают целую повторяющуюся группу. Умножьте на внешний индекс количество атомов каждого элемента в скобках и проверьте, что группа учтена целиком.
Складывать Ar элементов, не обращая внимания на индексы. Так можно поступить, если считать, что в формуле каждого элемента по одному атому. Перед вычислением выпишите число атомов каждого элемента, а затем умножьте соответствующее Ar на это число.
Приписывать к Ar или Mr единицы измерения. Эти величины являются отношениями масс, поэтому единицы сокращаются. После расчёта проверьте запись ответа: у относительной массы должно остаться только число.
Для чтения формул понадобятся знания химических символов элементов и умение находить элементы в Периодической таблице. Особенно важно правильно находить табличные значения Ar. Навык чтения формул и расчёта Mr пригодится при составлении уравнений реакций, вычислении количества вещества и расчётах по формулам соединений. Во всех этих случаях важно верно учитывать состав вещества.
Что показывает химическая формула вещества?
Формула показывает, какие химические элементы входят в состав вещества, то есть его качественный состав. Индексы указывают число атомов каждого элемента в молекуле или формульной единице.
Почему рядом с символом элемента иногда нет индекса?
Если индекс не написан, его считают равным единице. Значит, в формуле указан один атом этого элемента.
Как понять, к каким атомам относится индекс после скобок?
Индекс после скобок умножает число атомов каждого элемента внутри группы. Например, в (SO₄)₃ содержатся 3 атома S и 12 атомов O.
Где в таблице Менделеева найти относительную атомную массу?
Она указана в клетке элемента в Периодической таблице, обычно рядом с его символом. Для элемента с несколькими изотопами приводят усреднённое значение.
Почему при вычислении относительной молекулярной массы учитывают индексы?
Индекс показывает, сколько атомов данного элемента входит в молекулу, и каждый атом вносит свой вклад в массу. Поэтому Ar элемента умножают на его индекс, а затем складывают вклады всех элементов.
§ 6. Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы
