"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Водородные соединения — это вещества, в состав которых входят водород и другой химический элемент. По их формулам можно увидеть соотношение атомов и, если известна валентность водорода, определить валентность второго элемента. Для неметаллов характерны летучие соединения, например HCl, H₂S, NH₃ и CH₄. Умение составлять такие формулы помогает изучать свойства неметаллов, кислоты и химические реакции.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Водородное соединение — соединение водорода с другим химическим элементом. Например, в H₂S соединены водород и сера, а в NH₃ — водород и азот. Такие вещества важны для изучения свойств элементов и помогают тренироваться составлять формулы по валентностям.
Летучее водородное соединение — водородное соединение, которое легко переходит в газообразное состояние. Многие неметаллы образуют такие вещества: хлор — HCl, сера — H₂S, азот — NH₃, углерод — CH₄. Эти примеры позволяют сравнить состав соединений разных неметаллов.
Валентность — способность атома образовывать определённое число химических связей. В большинстве рассматриваемых водородных соединений водород одновалентен: его атом образует одну связь. Это правило позволяет находить валентность другого элемента по числу атомов водорода в формуле.
Химическая формула показывает, какие элементы входят в соединение и в каком соотношении находятся их атомы. Маленькое число справа внизу от символа — индекс: например, H₂S содержит два атома водорода на один атом серы. Если индекс не указан, атом элемента один, поэтому цифру 1 в формуле не пишут.
При составлении формулы учитывают валентности обоих элементов: каждому атому нужно столько связей, сколько показывает его валентность. Для этого подбирают индексы так, чтобы суммарные валентности совпали, а затем сокращают индексы, если у них есть общий делитель. Так получается наименьшее целое соотношение атомов, а не просто набор чисел, перенесённых из названий элементов.
У водородных соединений неметаллов число атомов водорода связано с валентностью неметалла. Хлор одновалентен, поэтому формула его соединения с водородом — HCl; сера в H₂S двухвалентна, поэтому нужны два атома водорода. Азот в NH₃ образует три связи, а углерод в CH₄ — четыре, поэтому на один атом этих элементов приходится соответственно три и четыре атома водорода.
Для летучих соединений неметаллов можно заметить закономерность по группам периодической системы: у элементов VII группы обычно один атом водорода, у VI — два, у V — три, у IV — четыре. Причина в том, что число связей, которое образует неметалл в таких соединениях, меняется вместе с его положением в группе. Поэтому ряд формул выглядит так: HCl, H₂S, NH₃, CH₄. Это закономерность для рассматриваемых соединений, а не утверждение, что элемент всегда имеет только одну валентность.
Из формулы сразу читается соотношение атомов, но формула также позволяет рассчитывать относительную молекулярную массу. Для этого складывают относительные атомные массы элементов, умножая каждую на её индекс: в CH₄ учитываются один атом углерода и четыре атома водорода. Полученное число помогает, например, находить массовую долю элемента в веществе.
Оксиды и водородные соединения — бинарные соединения, то есть вещества из двух химических элементов; их формулы составляют с учётом валентностей. В оксидах кислород обычно двухвалентен, а в водородных соединениях водород — одновалентен, поэтому индексы в формулах могут быть разными. Например, для хлора(I) формула водородного соединения — HCl, а оксида — Cl₂O. Валентность элемента может меняться от одного соединения к другому, поэтому её определяют для конкретной формулы.
| Элемент | Формула водородного соединения | Соотношение атомов | Валентность элемента в соединении |
|---|---|---|---|
| Хлор | HCl | H : Cl = 1 : 1 | I |
| Сера | H₂S | H : S = 2 : 1 | II |
| Азот | NH₃ | N : H = 1 : 3 | III |
| Углерод | CH₄ | C : H = 1 : 4 | IV |
Сначала прочитайте индексы, чтобы определить соотношение атомов в каждой формуле. Затем, учитывая одновалентность водорода, установите валентность неметалла. Например, три атома водорода в NH₃ показывают, что азот в этом соединении трёхвалентен.
Условие: составить формулу, если сера двухвалентна, а водород одновалентен. Нужно найти наименьшее число атомов каждого элемента, при котором их валентности уравновешиваются. Не следует записывать валентности как готовые индексы, пока не проверено общее соотношение связей.
Ответ: H₂S. Проверка: два одновалентных атома водорода уравновешивают один двухвалентный атом серы.
Условие: определить валентность азота в соединении NH₃. Формула означает, что на один атом азота приходятся три атома водорода. Поскольку каждый атом водорода одновалентен, его три связи соответствуют трём связям азота в этом соединении.
Ответ: азот в NH₃ трёхвалентен. Число атомов водорода здесь не просто показывает состав, но и позволяет определить валентность азота.
Условие: вычислить относительную молекулярную массу CH₄ и массовую долю водорода. Используем относительные атомные массы: Aᵣ(C) = 12, Aᵣ(H) = 1. Индекс 4 означает, что массу водорода нужно учесть четыре раза.
Ответ: Mᵣ(CH₄) = 16, массовая доля водорода равна 25%. Проверка: оставшиеся 75% приходятся на углерод, и доли вместе дают 100%.
Не записывайте индекс 1: формулы H₁Cl₁ и HCl обозначали бы одно и то же соотношение, но в химической записи единицы опускают. Такую ошибку допускают, когда пытаются явно показать число каждого атома. Проверьте формулу: если возле символа нет индекса, значит, этого атома один.
Не переносите валентности в индексы без сокращения. Например, если для элементов с валентностями II и II сначала получить индексы 2 и 2, их нужно сократить до 1 и 1. Иначе формула не покажет наименьшее соотношение атомов. Проверка — разделить все индексы на общий делитель, если он есть.
Не путайте валентность с числом атомов элемента в формуле: это разные характеристики. В H₂S индекс 2 стоит у водорода, но валентность серы равна II, потому что два одновалентных атома водорода соответствуют двум связям серы. Для проверки учитывайте формулу целиком и валентность водорода, а не смотрите только на индекс возле нужного символа.
При расчёте относительной молекулярной массы нельзя забывать множитель-индекс. В CH₄ масса водорода входит в сумму четыре раза, поэтому верная запись — 12 + 4 · 1, а не 12 + 1. Перед вычислением перепишите формулу и проверьте, что вклад каждого элемента умножен на число его атомов.
Для чтения формул понадобятся символы химических элементов и понимание индексов: сначала разберитесь, сколько атомов показывает каждая запись. Затем используйте знания о валентности и правила составления формул бинарных соединений. Этот навык пригодится при изучении кислот и свойств неметаллов, а также при записи формул веществ в химических уравнениях. Умение учитывать индексы потребуется и при расчётах относительной молекулярной массы.
Что называют водородным соединением?
Так называют соединение, состоящее из водорода и другого химического элемента. Например, H₂S содержит водород и серу, а NH₃ — водород и азот.
Почему у водорода в формуле обычно нет индекса?
Если атомов элемента один, индекс 1 не пишут. Например, в HCl по одному атому водорода и хлора, поэтому единицы в формуле не указаны.
Как составить формулу водородного соединения по валентностям?
Нужно подобрать индексы так, чтобы валентности элементов уравновешивались, то есть число связей каждого элемента учитывалось с обеих сторон. Получившееся соотношение атомов сокращают до наименьших целых чисел.
Как определить валентность элемента по формуле его водородного соединения?
Водород в таких примерах одновалентен. Поэтому валентность второго элемента равна числу атомов водорода, приходящихся на один его атом: в NH₃ азот трёхвалентен.
Как по формуле найти относительную молекулярную массу соединения?
Сложите относительные атомные массы всех элементов, умножая каждую на индекс в формуле. Например, для CH₄ это Aᵣ(C) + 4 · Aᵣ(H).
§ 33. Водородные соединения*
