"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Вещество состоит из частиц, а химический состав показывает, какие химические элементы и в каком соотношении входят в его состав. Для чистого вещества это соотношение постоянно: так формулируется закон постоянства состава. Химическая формула коротко записывает состав с помощью символов элементов и чисел. Умение читать формулы помогает отличать вещества друг от друга, подсчитывать число атомов и составлять уравнения химических реакций.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Состав вещества — это перечень химических элементов, входящих в вещество, и их количественное соотношение. Например, в воде есть водород и кислород, причём атомов водорода в её частице вдвое больше, чем атомов кислорода. Такое описание нужно, чтобы отличать одно вещество от другого не по внешнему виду, а по строению.
Закон постоянства состава утверждает: каждое чистое химическое соединение имеет постоянный состав независимо от способа его получения. Поэтому вода, полученная из разных источников или в ходе разных реакций, состоит из тех же элементов в том же соотношении. Закон позволяет считать состав вещества устойчивым и записывать его одной формулой.
Химическая формула — условная запись состава вещества с помощью символов химических элементов и индексов. Индекс — маленькая цифра справа внизу от символа; он показывает число атомов этого элемента в частице вещества. Если цифры нет, индекс равен единице, а коэффициент перед формулой показывает число частиц и относится ко всей формуле.
Чистое соединение состоит из частиц определённого состава, поэтому соотношение атомов в нём не меняется при обычном получении или выделении. Если бы у одного и того же соединения это соотношение было разным, оно представляло бы собой уже другое вещество с иными свойствами. Именно поэтому закон постоянства состава помогает химикам распознавать и описывать соединения. Он относится к чистым веществам, а не к смесям: в смеси пропорции компонентов могут изменяться.
Символы формулы сообщают, какие элементы входят в состав, а индексы — сколько атомов каждого элемента приходится на частицу или формульную единицу. Например, H₂O читают как «аш-два-о»: в частице два атома водорода и один атом кислорода. Индекс относится только к символу непосредственно перед ним, поэтому в CO₂ цифра 2 относится к кислороду, а не к углероду. Отсутствие индекса не означает, что элемента нет: оно означает один его атом.
Коэффициент перед формулой меняет количество частиц, но не состав каждой из них. Так, H₂O и 2H₂O — не две разные формулы одного вещества: первая запись обозначает одну частицу воды, вторая — две. Во втором случае всего четыре атома водорода и два атома кислорода. Чтобы подсчитать атомы, нужно умножить каждый индекс на коэффициент; если индекса нет, считать его равным единице.
Формулу соединения можно составить по валентностям, если они известны. Валентность показывает, сколько связей способен образовать атом элемента, и помогает подобрать такое соотношение атомов, при котором их валентности уравновешиваются. Например, для алюминия с валентностью III и кислорода с валентностью II наименьшее общее число связей равно шести: нужны два атома алюминия и три атома кислорода. Поэтому получается Al₂O₃, а индексы 2 и 3 нельзя сокращать.
| Запись | Что показывает | Подсчёт атомов |
|---|---|---|
| H₂O | Одна частица воды | H — 2, O — 1 |
| CO₂ | Одна частица углекислого газа | C — 1, O — 2 |
| 3H₂O | Три частицы воды | H — 6, O — 3 |
| Al₂O₃ | Соединение алюминия и кислорода | Al — 2, O — 3 |
Сначала найдите символы элементов, затем прочитайте индекс у каждого символа; если индекса нет, считайте его равным единице. Если перед формулой стоит коэффициент, умножьте на него число атомов каждого элемента. Так можно не перепутать число частиц с составом одной частицы.
Задача. Определите, сколько атомов каждого элемента содержится в трёх частицах углекислого газа, записанных формулой 3CO₂. Заодно найдите общее число атомов в этой записи. Здесь важно не принять индекс 2 за число всех атомов и учесть, что коэффициент 3 относится к целой формуле.
Прочитайте формулу одной частицы CO₂. Символы C и O показывают, что в составе есть углерод и кислород, а отсутствие индекса у C означает один атом углерода. Индекс 2 у O означает два атома кислорода.
Найдите, сколько частиц задано. Коэффициент 3 перед формулой означает три частицы CO₂, поэтому количество атомов каждого элемента в одной частице нужно умножить на 3.
Посчитайте атомы углерода: 1 × 3 = 3. Значит, во всех трёх частицах вместе три атома углерода.
Посчитайте атомы кислорода: 2 × 3 = 6. Всего атомов в записи 3 + 6 = 9; проверка показывает, что в каждой из трёх частиц по три атома.
Ответ: три атома углерода и шесть атомов кислорода, всего девять атомов. Формула каждой отдельной частицы при этом остаётся CO₂: коэффициент не меняет состав вещества, а только указывает число частиц.
Считать отсутствие индекса нулём. Такую ошибку допускают, потому что цифра возле символа кажется обязательной. Но без индекса подразумевается единица: например, в H₂O есть один атом кислорода. Проверьте себя, прочитав каждый символ формулы и присвоив ему число.
Относить индекс не к тому символу. В CO₂ цифра 2 относится только к O, хотя формула читается целиком. Путаница возникает, если смотреть на запись без разбора по символам. Проверьте, стоит ли цифра справа внизу именно у нужного элемента.
Умножать на коэффициент только последний индекс. Коэффициент относится ко всей формуле, поэтому в 3H₂O нужно умножить и два атома водорода, и один атом кислорода на 3. Ошибка появляется, когда коэффициент принимают за ещё один индекс. Для проверки отдельно подсчитайте атомы каждого элемента в одной частице, а затем умножьте каждое число на коэффициент.
Считать, что состав смеси тоже постоянен. Закон постоянства состава относится к чистому химическому соединению, а не к смеси, доли компонентов которой могут меняться. Это заблуждение возникает из-за того, что и смесь, и соединение могут состоять из нескольких веществ или элементов. Проверьте, записано ли одно соединение формулой или речь идёт о нескольких компонентах смеси.
Символы элементов, которые используются в формулах, собраны в периодической таблице; по ней можно узнать названия элементов и их обозначения. Закон постоянства состава помогает понять, почему у чистого соединения есть одна определённая формула, а у смеси фиксированной формулы обычно нет. Умение читать формулы понадобится при изучении валентности: с её помощью составляют формулы соединений. Позже формулы будут использовать при записи химических реакций и подсчёте числа атомов.
§ 7. Состав веществ. Закон постоянства состава. Химические формулы
