"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Химический язык помогает кратко записывать элементы, состав веществ и происходящие реакции. Его основа — знаки элементов, химические формулы и уравнения. Формула сообщает, какие атомы и в каком количестве входят в состав вещества, а уравнение показывает превращение исходных веществ в продукты. Чтобы правильно читать записи и уравнивать реакции, нужно различать индексы и коэффициенты и помнить: состав вещества задают индексы, а число атомов в уравнении выравнивают коэффициентами.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химический знак — условное обозначение химического элемента, например H — водорода, O — кислорода. Знак позволяет кратко называть элемент в формулах и уравнениях, не записывая его полное название. В некоторых записях он обозначает не только элемент, но и один атом этого элемента. Поэтому H может означать один атом водорода.
Химическая формула — запись состава вещества с помощью химических знаков и индексов. По ней можно определить, какие элементы входят в вещество и сколько атомов каждого элемента указано в его частице. Это нужно, чтобы описывать вещества кратко и однозначно. Например, формула H₂O показывает состав воды: водород и кислород.
Индекс — маленькая цифра справа внизу от химического знака. Она показывает число атомов этого элемента в частице вещества, поэтому помогает точнее передать состав формулой. Индекс относится к знаку непосредственно перед ним. Если цифры нет, подразумевается один атом.
Коэффициент — число перед химической формулой. Оно показывает, сколько частиц вещества обозначено записью, или, если речь идёт о количестве вещества, сколько молей этих частиц взято. Коэффициент относится ко всей формуле, а не только к ближайшему знаку. Он нужен, в частности, чтобы показать количество веществ в уравнении реакции.
Для каждого химического элемента принят собственный знак, потому что в химии важно различать элементы и быстро записывать их названия. Знаки основаны на латинских названиях элементов, поэтому они стали общими для химиков, говорящих на разных языках. Обычно знак состоит из одной или двух букв: первую пишут заглавной, вторую — строчной. Например, C обозначает углерод, а Ca — кальций, поэтому регистр букв имеет значение.
Чтобы составить формулу, сначала определяют, какие элементы входят в вещество, и записывают их знаки. Затем указывают индексы, если в частице есть больше одного атома данного элемента. Так запись передаёт состав компактно: в H₂O два атома водорода и один атом кислорода. Индекс ставят только там, где он нужен; цифра 1 обычно не пишется. Формула тем самым становится кратким описанием частицы вещества.
Формулу читают качественно и количественно. Качественно — значит называют все элементы, чьи знаки в ней записаны; количественно — считают атомы каждого элемента по индексам. Например, в CO₂ есть углерод и кислород, причём на один атом углерода приходятся два атома кислорода. Когда индекс отсутствует, у соответствующего знака подразумевается один атом. Такое чтение позволяет не путать название вещества с его точным составом.
Химическое уравнение передаёт реакцию с помощью формул: слева записывают исходные вещества, справа — продукты, а между ними ставят стрелку. Стрелка показывает направление превращения, а формулы помогают понять, какие именно вещества участвуют в процессе. Например, запись H₂ + O₂ → H₂O схематически показывает образование воды из водорода и кислорода. Однако уравнение должно также отражать сохранение атомов каждого элемента.
При реакции атомы не исчезают и не возникают из ничего, поэтому их число слева и справа от стрелки должно совпадать. Для этого подбирают коэффициенты перед формулами: они изменяют количество частиц, но не состав каждой частицы. Индексы менять нельзя, потому что это превратило бы одну формулу в формулу другого вещества. Например, H₂O и H₂O₂ имеют разный состав, а коэффициент перед H₂O оставляет саму воду неизменной. Проверка числа атомов после расстановки коэффициентов подтверждает, что запись уравнена.
| Элемент записи | Как выглядит | Что обозначает | Пример прочтения |
|---|---|---|---|
| Химический знак | Заглавная буква, иногда с маленькой строчной | Элемент; в записи также может обозначать один его атом | O — кислород или один атом кислорода |
| Химическая формула | Знаки элементов с индексами или без них | Качественный и количественный состав вещества | H₂O — водород и кислород; два атома H и один O |
| Индекс | Маленькая цифра справа внизу от знака | Число атомов элемента в частице | В O₂ два атома кислорода |
| Коэффициент | Число перед формулой | Количество частиц или молей вещества; множитель всей формулы | 3H₂O — три молекулы воды |
| Химическое уравнение | Формулы веществ по сторонам стрелки | Исходные вещества и продукты реакции | H₂ + O₂ → H₂O — образование воды |
Пользуйтесь таблицей как памяткой: сначала найдите, к какому элементу записи относится цифра, а затем определите её положение. Цифра внизу справа — индекс, число перед формулой — коэффициент. После этого прочитайте знаки элементов и установите, какие вещества участвуют в записи.
Нужно сначала узнать формулу вещества, а затем отдельно учесть коэффициент. В записи H₂O содержатся знаки водорода и кислорода, а индекс 2 относится только к водороду. Число 3 перед формулой умножает количество атомов, указанное во всей формуле. Поэтому нельзя принять его только за число атомов водорода.
Ответ: обозначены три молекулы воды, в них всего шесть атомов водорода и три атома кислорода.
Переведём описание состава в знаки элементов и индексы. Знак водорода — H, а знак кислорода — O. Индекс нужен у водорода, потому что его атомов два; у кислорода атом один, поэтому цифру 1 не записываем. Порядок знаков в условии не меняет правила записи количества атомов.
Ответ: H₂O. Формулу читают как молекулу, содержащую два атома водорода и один атом кислорода.
Сначала посчитаем атомы в исходной записи. Слева есть два атома водорода и два атома кислорода, а справа в одной молекуле воды — два атома водорода и один кислорода. Значит, водород уже уравнен, но кислорода справа не хватает. Изменять индексы нельзя, поэтому будем менять только коэффициенты.
Ответ: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Число атомов каждого элемента сохранено, а формулы веществ не изменены.
Индекс иногда ошибочно относят ко всей формуле. Обычно это происходит потому, что индекс и коэффициент оба записаны рядом с формулой, но положение индекса связано с конкретным знаком. Проверьте себя: найдите, справа внизу от какого знака стоит цифра, и считайте только атомы этого элемента. Если индекс относится к группе в скобках, учитывают всю группу.
Индекс и коэффициент могут принять за одинаковые числа, хотя они выполняют разные задачи. Индекс входит в формулу и задаёт состав частицы, а коэффициент умножает число всех частиц, обозначенных формулой. Чтобы проверить чтение, мысленно выпишите одну частицу по индексам и только потом умножьте результат на коэффициент. Например, 3H₂O — это три частицы, в каждой из которых есть два атома водорода и один кислорода.
При уравнивании реакции ошибочно меняют индексы, чтобы числа атомов сошлись. Так поступают, когда пытаются исправить формулу, забывая, что индексы определяют само вещество. Проверка проста: сравните формулы до и после уравнивания — они должны остаться прежними, а изменяться могут только числа перед ними. Затем пересчитайте атомы каждого элемента по обе стороны стрелки.
Химический знак могут читать только как название элемента и забывать, что в записи он может обозначать один атом. Это происходит потому, что знак действительно используют для обозначения элемента, но его смысл зависит от того, где он записан. Проверьте себя: если знак стоит отдельно в записи частиц или формуле без индекса, он соответствует одному атому. Если знак включён в формулу вещества, читайте его как часть состава этой формулы.
Для чтения химических записей нужно знать названия и знаки изученных элементов, а также понимать, что такое атом и молекула. Эти знания помогают соотнести символы с частицами и правильно прочитать число атомов в формуле. Химический язык понадобится при изучении состава веществ и типов химических реакций. С его помощью записывают формулы веществ и составляют уравнения превращений.
Почему у химических элементов есть латинские обозначения?
Латинские обозначения стали общим способом записывать элементы, понятным химикам разных стран. Обычно знак состоит из одной или двух латинских букв; первую пишут заглавной, вторую — строчной.
Что означает цифра внизу справа от химического знака?
Это индекс: он показывает, сколько атомов данного элемента входит в частицу вещества. Если индекс не указан, считают, что атом один.
Чем коэффициент отличается от индекса?
Индекс стоит внизу справа у знака элемента и задаёт число его атомов в формуле. Коэффициент пишут перед формулой: он умножает количество всех частиц, обозначенных этой формулой.
Как по формуле узнать состав вещества?
Сначала назовите элементы по их знакам, а затем прочитайте индексы у каждого знака. Отсутствие индекса означает один атом; так можно определить качественный и количественный состав вещества.
Почему при уравнивании реакции нельзя менять индексы?
Индексы показывают состав вещества, поэтому их изменение означало бы запись другого вещества. Чтобы уравнять реакцию, изменяют коэффициенты перед формулами и сохраняют неизменными все индексы.
§ 22. Химический язык как средство и метод познания химии
