Хімія формули: Химические формулы - Энциклопедия MPlast.by - Управленческое образование

Содержание

Химическая формула — ХИМИя и Я

Давайте вспомним формы существования химических элементов:
Записи H, O, h3, O2, h3O — это химические формулы.

Химическая формула — условная запись состава вещества при помощи химических знаков и индексов.

Индекс — это число, которое показывает количество атомов данного химического элемента. Он записывается внизу справа. Индекс 1 в формуле не записывают.

Так, в молекуле воды h3O — 2 атома химического элемента водорода и 1 атом химического элемента кислорода.

Мы сейчас охарактеризовали состав вещества воды.
Состав может быть качественным и количественным.

Качественный состав показывает атомы каких химических элементов образуют молекулу, а количественный — число этих атомов.

Формула вещества и его название	Качественный состав	Количественный состав
СО2 — углекислый газ	С, О	1 атом С, 2 атома О
Н3PO4 — фосфорная кислота	Н, P, O	3 атома H, 1 атом P, 4 атома O

Итак, количество атомов в молекуле мы указываем с помощью индекса.

А как же мы сможем записать количество молекул?

Число молекул указывают с помощью коэффициента.
Коэффициент — это число, которое стоит перед формулой вещества и указывает количество молекул данного вещества или количество свободных атомов. Коэффициент 1 не записывают.

Например,

5О- 5 свободных атомов кислорода,

О2- 1 молекула простого вещества кислорода,

3О2- 3 молекулы простого вещества кислорода,

4СО2 — 4 молекулы сложного вещества углекислого газа,

7 Al — 7 свободных атомов алюминия,

h3SO4- 1 молекула сложного вещества серной кислоты.

Химические формулы.

Как составлять формулы химических соединений? Предлалагаем посмотреть следующий видеоролик.

Формула простого вещества (элемента) или соединения, существующих в форме молекул, состоит из символов одного или нескольких элементов, входящих в молекулу, и указывает число атомов каждого элемента в одной молекуле. Такая разновидность химической формулы называется молекулярной формулой. Например, одна молекула кислорода содержит два атома кислорода. Она имеет формулу O2. Одна молекула аммиака содержит один атом азота и три атома водорода и имеет формулу Nh4.

Формула металлического ионного или координационного ковалентного кристалла указывает простейшее соотношение между числом атомов или ионов каждого вида в его кристаллической решетке. Формула многоатомного (комплексного) иона указывает соотношение между числом атомов каждого элемента, входящего в данный ион. Например, в кристаллической решетке флюорита (фторида кальция) на каждый ион кальция приходится два фторид-иона. Поэтому флюорит имеет формулу CaF2.

Структурная формула ковалентного простого вещества или соединения показывает, как связаны между собой атомы в каждой его молекуле (табл. 4.3). Если в такой формуле полностью указаны все связи, она называется развернутой структурной формулой.

Эмпирическая формула соединения указывает простейшее соотношение между числом различных атомов или ионов в данном веществе. Для кристаллов координационного типа можно указать только эмпирическую формулу. Однако для ковалентных веществ, состоящих из простых молекул, молекулярная формула обычно представляет собой целочисленное кратное их эмпирической формулы (табл. 4.3).

Таблица 4.3. Молекулярная формула

Существуют две наиболее распространенные системы химической номенклатуры. Одна из них разработана Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), а другая-Ассоциацией научного образования (ASE). Обе эти системы имеют много общего. Однако система ИЮПАК в большей мере основана на использовании тривиальных названий. Многие вещества имеют тривиальные названия. Эти названия часто являются традиционными и хорошо установленными, но не согласуются ни с какой систематической номенклатурой. Однако еще важнее то, что они не дают сведений о химическом составе вещества; например, вода (h3O) и озон (O3).

Система ASE в большей мере основана на использовании систематических . названий. Эти названия образуются по вполне определенным правилам. В данной книге используется номенклатура ASE, хотя во многих случаях она совпадает с номенклатурой ИЮПАК.

Важнейшим правилом номенклатуры является требование, чтобы название вещества имело однозначный смысл. Например, оксид магния-однозначное название, поскольку магний образует только один оксид, MgO. Однако оксид углерода — неоднозначное название, поскольку углерод образует два оксида, СО и CO2. Поэтому СО называется моноксид углерода, a CO2-диоксид углерода.

Систематические названия, особенно по номенклатуре ИЮПАК, в значительной мере основаны на использовании численных приставок, указывающих количество одинаковых атомов или групп в формуле вещества (табл. 4.4). Приставку моно- часто опускают. Например, моноксид азота (NO) называют также оксидом азота.

Таблица 4.4. Численные приставки

Названия «медный купорос», «сернокислая медь», «сульфат меди», «гидрат сульфата меди» и «пентагидрат сульфата меди(II)» означают одно и то же соединение с формулой CuSO4 *5h3O.

Оглавление:

Химические Формулы | Химия | Намёткина

Как и в любой другой науке, в химии есть свой специфический язык, то есть определенная терминология, которую нужно знать.

Физические тела — любые предметы, имеющие форму и объем

Все, что нас окружает, в том числе и физические тела, состоит из одного или нескольких веществ: соль, которая стоит в солонке; стиральный порошок; молоко; золотая цепочка; алюминиевая фольга; аккумулятор в телефоне; дисплей ноутбука и т. д. Одно и тоже вещество может быть и телом, и средой. Например, с точки зрения географии океан — физическое тело, так как оно имеет форму и объем, но для водных обитателей океан — это среда, которая их окружает.

В химии кроме терминов “атом” и “молекула” часто употребляется понятие “элемент”. Что общего и чем эти понятия различаются?

Химический элемент – это атомы одного и того же вида

Химические формулы

Молекулы – мельчайшие частицы вещества, состав которых и химические свойства такие же, как у данного вещества. Молекулы – предельный результат механического дробления вещества.

Атомы – это мельчайшие химически неделимые частицы, из которых состоят молекулы. Молекулы, в отличие от атомов, являются химически делимыми частицами.

Состав молекулы можно записать в виде химической формулы.

Химическая формула — это условная запись количественного и качественного состава молекулы с помощью химических символов и математических знаков.

Пример:

молекула воды h3O состоит из трех атомов: из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Сначала записывают символ элемента, а правым нижним индексом — количество атомов этого элемента.

Запись химических формул

Молекулярная формула — это химическая формула, отражающая количественный и качественный состав вещества, составленная с помощью химических символов элементов и индексов, определяющих точное количество атомов каждого элемента.

Пример:

молекулярная формула молекулы глюкозы C6h22O6 показывает, что одна молекула глюкозы содержит 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. То есть можно записать отношение атомов в молекуле как n(C) : n(H) : n(O) = 6 : 12 : 6. В простейшей формуле соотношение атомов должно быть минимальным.

Молекулы характеризуются качественным и количественным составом.

Качественный состав показывает, из каких атомов состоит молекула.

Пример:

молекулы воды и пероксида водорода состоят из атомов водорода и кислорода, а молекула углекислого газа — из атомов углерода и кислорода.

Количественный состав показывает, сколько атомов каждого вида содержится в молекуле.

Пример:

молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, а молекула пероксида водорода — из двух атомов водорода и двух атомов кислорода.

В молекулах может быть разное число атомов.

У инертных газов гелия, неона, аргона, криптона, ксенона, радона молекулы одноатомные. Молекулы кислорода, водорода, азота, хлора, брома, иода двухатомные. Молекула озона состоит из 3 атомов, а серы — из 8.

Химические свойства молекулы определяются тем, сколько и каких атомов в ней содержится, а также в каком порядке они соединены друг с другом.

Пример:

молекулы кислорода и озона отличаются только количественным составом. Кислород — газ без запаха. Необходим живым организмам для дыхания. Озон имеет запах, может вызывать отравление.

В химических реакциях молекулы не сохраняются, а разрушаются до атомов.

Существуют вещества с молекулярным и немолекулярным строением.

Между молекулами возникают силы взаимного притяжения и отталкивания. Наиболее выражены эти силы в твёрдых веществах, а наименее — в газах.

Силы взаимодействия между молекулами слабые, поэтому молекулярные вещества летучи, имеют низкие температуры плавления и кипения.

Все газообразные и жидкие при обычных условиях вещества состоят из молекул. Молекулярные вещества могут быть и твёрдыми, но узнать их можно по легкоплавкости.

Газы, жидкости и легкоплавкие твёрдые вещества имеют молекулярное строение

Все вещества, имеющие запах, имеют молекулярное строение.

Атомы могут соединяться друг с другом и другим способом. Так, в кристаллах алмаза, графита, песка все атомы соединены в единое целое, и молекулу выделить в них невозможно.

В некоторых сложных веществах атомы превращаются в заряженные частицы — ионы — и тоже молекул не образуют. Противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу и образуют твёрдое тугоплавкое вещество. Такое строение имеют поваренная соль, мел, питьевая сода, медный купорос, щёлочь.

Такие вещества называют немолекулярными. В их кристаллах связи между частицами прочные, поэтому все Немолекулярные вещества твёрдые, нелетучие, тугоплавкие.

Относительная атомная масса

Массы атомов очень малы.

Абсолютные массы некоторых атомов:

m(C) =1,99268 ∙ 10-23 г

m(H) =1,67375 ∙ 10-24 г

m(O) =2,656812 ∙ 10-23 г

В настоящее время в физике и химии принята единая система измерения.

Введена атомная единица массы (а.е.м.)

m(а.е.м.) = 1/12 m(12C) = 1,66057 ∙ 10-24 г.

· Ar(H) = m(атома) / m (а.е.м.) =

= 1,67375 ∙ 10-24 г/1,66057 ∙ 10-24 г = 1,0079 а.е.м.

Ar – показывает, во сколько раз данный атом тяжелее 1/12 части атома 12С, это безразмерная величина.

Относительная атомная масса — это 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м.

Относительная атомная масса безразмерная величина

Например, относительная атомная масса атома кислорода равна 15,994 (используем значение из периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева)
Записать это следует так, Ar(O) = 16. Всегда используем округлённое значение, исключение представляет относительная атомная масса атома хлора:

Ar(Cl) = 35,5.

Относительная молекулярная масса

(Mr) — безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода 12C.

Относительная молекулярная масса вещества равна сумме относительных атомных масс всех элементов с учетом индексов.\bullet\rightarrow H_2}$

Некоторые дополнительные замечания.

Переключаться внутри прямого шрифта на наклонный можно командой \mathit:

Код:

$\mathrm{2H_2+O_2\xrightarrow{\gamma}2H_2O+\mathit{E}}$

‎App Store: Химия

Решайте химические уравнения, Таблица Менделеева 2021, Таблица Растворимости и другие — и всё в одном приложении! Незаменимый помощник по химии! Химия — это просто!

Приложение находит Химические Реакции и химические уравнения с одним и несколькими неизвестными. У вас всегда будет под рукой Таблица Менделеева и Таблица Растворимости. И даже калькулятор молярных масс!

Добавляйте виджеты с химическими элементами на рабочий стол – запоминайте полезную информацию подсознательно.

Находит уравнения химических реакций, даже если неизвестна правая или левая часть, поможет с органической и неорганической химией. Вам будут отображен список найденных реакций в обычном и ионном виде и нарисованы формулы органической химии.

Удобная интерактивная Таблица Менделеева с поиском и информацией о всех химических элементах доступной оффлайн. Нажмите на химический элемент в таблице, чтобы посмотреть справочную информацию.

Запоминайте химические элементы подсознательно с использованием виджетов для рабочего стола. Разместите один или несколько виджетов и время от времени смотрите информацию о химических элементах: порядковый номер и расположение в Таблице Менделеева, фотографии химических веществ, даты открытия элементов.

Калькулятор молярных масс. Введите правильно химическое соединение и калькулятор покажет молярные массы и процентные содержания элементов в заданном химическом веществе.

Таблица растворимости будет всегда под рукой, и вы сможете понять какая реакция идет, а какая нет. Теперь не придется открывать учебник, чтобы узнать нужную информацию.

Самый лучший решатель химических уравнений для iPhone и iPad.

* Таблица Менделеева
* Таблица растворимости
* Поиск химических реакций
* Оффлайн доступ к информации о химических элементах
* Калькулятор молярных масс химических веществ
* Ряд электроотрицательности элементов
* Молекулярные массы органических веществ
* Электрохимический ряд активности металлов
* Ряд активности кислот
* Названия кислот и кислотных остатков
* Виджеты для легкого изучения Химии

И все эти таблицы и калькуляторы в бесплатном приложении Химия.

Подробнее про условия использовани приложения можно прочитать по следующим ссылкам:
Terms of Use: http://getchemistry.io/terms-and-conditions/ios/
Privacy policy: http://getchemistry.io/privacy-policy/ios/

Формула массы в химии

Определение и формула для расчета массы

Одним из основополагающих законов в химии является закон сохранения массы (масса веществ, вступивших в химическую реакцию, всегда равна массе образовавшихся веществ), который говорит о том, что зная массу веществ, вступивших в реакцию мы легко можем рассчитать массу продуктов этой реакции и наоборот.

Для того, чтобы определить массу вещества используют следующую формулу:

m = n×M,

где n — количество вещества (моль), а М – молярная масса вещества (г/моль), откуда следует, что единицей измерения массы является [г].

Моль – это количество вещества, которое содержит столько же частиц (молекул, атомов, ионов, электронов), сколько атомов углерода содержится в 12 г изотопа ¹²С.

Масса одного атома ¹²С равна 12 а.е.м., поэтому число атомов в 12 г изотопа ¹²С равно:

N_A = 12 г / 12 × 1,66057×10^-24 г = 1/1,66057×10^-24 = 6,0221×10^-23.

Таким образом, моль вещества содержит 6,0221×10^-23 частиц этого вещества.

Физическую величину N_A называют постоянной Авогадро, она имеет размерность [N_A] = моль^-1. Число 6,0221×10^-23называют числом Авогадро.

Молярная масса (М) – это масса 1 моль вещества. Легко показать, что численные значения молярной массы М и относительной молекулярной массы M_r равны, однако первая величина имеет размерность [M] = г/моль, а вторая безразмерна:

M = N_A × m (1 молекулы) = N_A × M_r × 1 а.е.м. = (N_A ×1 а.е.м.) × M_r = × M_r.

Это означает, что если масса некоторой молекулы равна, например, 44 а.е.м., то масса одного моля молекул равна 44 г.

Постоянная Авогадро является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных отношений к молярным.

Примеры решения задач

Химия запаха Цветов от Блога «Химические Хроники»

Цветы имеют различную окраску, а также широкий диапазон ароматов. Какие же химические соединения скрываются за этими запахами, и что же такое химия запаха цветов? На этот вопрос мы и попытаемся ответить, с более детальным обсуждением некоторых из них.

Во-первых, важно понять, что химия запаха цветов, и аромат цветка никогда не бывает следствием одного единственного химического соединения. Цветы испускают сложные смеси летучих органических веществ, и хотя не все эти соединения будут способствовать приятному аромату, значительное их число все-таки будет влиять в разной степени на запах цветка. На данный момент мы не можем с точностью указать на конкретный химический состав запахов цветов, который является причиной запаха цветов, но мы можем идентифицировать химические соединения, оказывающие главное влияние на аромат, который мы испытываем.

Химия запаха цветов определяется некоторыми органическими молекулами из всего химического состава запахов цветов, которые делают основной вклад, и именно их мы обсудим здесь и сейчас:

Химия запаха цветов

Розы

Розы являются самым популярным праздничным цветком. Химия запаха цветов розы и её аромат главным образом определяется соединением называемым (-)-цис-розового оксида. Эта молекула представляет конкретный изомер розового оксида (который имеет 4 разных изомера). Этот изомер и способствует типичному цветочному аромату розы. Он обнаруживается нашими органами обоняния в очень низких концентрациях в воздухе – 5 частей на миллиард. Чтобы дать более конкретное представление, одна часть на миллиард эквивалентна одной секунде через тридцать два года!!!

Другое соединение, входящее в химический состав запахов, которое способствует аромату роз является бета-дамасценон. Это соединение относится к семейству химических соединений, известных как кетоны розы. Он также имеет еще более низкий порог аромата, чем порог запаха розового оксида, с его ароматом будучи обнаруживаемыми лишь на 0.009 частей на миллиард. Еще одно соединение со сравнительно низким порогом запаха, бета-ионон, также играет важную роль; оба эти соединения являются незначительными элементами эфирного масла растения, но очень большое влияние оказывают на воспринимаемый аромат и химию запаха цветов розы.

Другие соединения из химического состава розы, которые вносят небольшой вклад в аромат гераниол, нерол, (-)-цитронеллол, фарнезол, и линалол.

Химия запаха цветов

Гвоздики

Гвоздики тоже часто используют для составления цветочных композиций. В сравнении с розами, их запах гораздо слабее. Химия запаха цветов Гвоздики и её аромат в основном состоят из химических веществ: эвгенола, бета-кариофиллена и производные бензойной кислоты. Ароматы могут быть различны в зависимости от видов гвоздик, а точнее от химического состава запахов того или иного вида. Однако исследование указывает на их корреляцию зависящую от пропорции между эвгенолом и метилсалицилата ароматических летучих веществ. Эвгенол является на самом деле составной частью, которая обсуждалась раньше, в контексте его содержания в составе гвоздики. Метилсалицилат также содержится во многих других растениях, и более широко известный как масло грушанки.

Химия запаха цветов

Фиалки

Фиалки, пожалуй, реже, чем розы и гвоздики попадают в букеты, но, возможно, гораздо более интересны с точки зрения аромата. Химия запаха цветов фиалки и её аромат в первую очередь обусловлены присутствием соединений, называемых иононис, из которых есть ряд форм с тонко различными структурами. На первый взгляд, это может показаться не так уж интересно – но иононис имеет своеобразное взаимодействие с нашими обонятельными рецепторами.

Мы привыкли к наиболее стойким запахам, поскольку наш мозг регистрирует их как константы и постепенно выводит их. Поэтому вы можете привыкнуть к запаху парфюма, до такой степени, что Вы больше не замечаете его. Это именно то чем иононис отличается в аромате фиалок. Он, по сути, осуществляет короткое замыкание нашему обонянию, связываясь с рецепторами и временно уменьшая чувствительность у них. Так как это отключение носит временный характер, иононис могут скоро обнаруживаться снова, и регистрируется в качестве нового запаха. Следовательно, запах фиалки, как-бы, исчезает – а потом появляются снова!

Химия запаха цветов

Лилии

Лилии, в некоторых странах, часто ассоциируются с похоронами. Их химический состав и химия запаха цветов Лилии различается у разных видов, но (Е)-бета-оксимен и линалол являются основными компонентами аромата у всех видов. Лилии не особо уникальны в производстве линалола – по сути, он производится более чем в 200 видов других растений. Ароматический химический состав запахов лилий входит в состав большого количества продуктов личной гигиены, а так же парфюмерии.

Другое вещество входящее в состав аромата лилии – мирцен, соединение, также находится в хмеле при варке пива. Кроме того, некоторые сорта лилии содержат эвкалиптол (также известный как 1,8-цинеол), названный так потому, что он является основным компонентом эфирного масла эвкалипта.

Гиацинт химический состав запахов

Три ингридиента определяют химический состав запахов гиацинта. Оксименол описывается как свежий и цитрусовый аромат, а коричный спирт имеет бальзамический аромат – его имя происходит от факта, что он также присутствует в корице. Третье соединение влияющее на химию запахов цветов гиацинта – 2-метооксибензоат этил, добавляет цветочный, фруктовый аспект к аромату.

Химический состав запахов

Хризантемы

Членами рода хризантемы могут быть очень не похожи друг на друга. Соответственно и химический состав запахов цветов хризантемы тоже разный. Терпеновые соединения, такие как Альфа-пинен, эвкалиптол, камфара и борнеол были найдены в разных количествах у разных видов. Альфа-пинен также вносит вклад в аромат Рождественских елок. Соединения, названные в честь самих хризантем, хризантенон и хризантенол ацетата, вносят вклад в аромат. Бета-кариофиллен был также обнаружен в некоторых сортах.

Сирень – Химия запаха цветов

Сирень – еще один цветок, который предоставляет свое имя химическим соединениям, которые определяют химию запахов цветов и аромат сирени. В то время как (E) – бета-оксимен – главный компонент химического состава запаха и аромата, сиреневый альдегид и сиреневый спирт также вносят свой вклад. Как и розовый оксид, оба эти соединения имеют ряд различных изомеров, с различными воздействиями на общий запах цветов. Эфир метила бензила также имеет существенное влияние на их аромат, когда они находятся в полном расцвете, внося фруктовый аромат.

Другие цветы. Химический состав запахов

Естественно существуют многочисленные другие сорта цветов, которые мы здесь не рассматривали. В попытке предупредить вопросы о других цветах, стоит отметить, что исследование ароматов цветов довольно немногочислены. В частности, было бы замечательно описать тюльпаны, но информацию о химии запахов цветов тюлпанов и их химическом составе запахов и аромата трудно достать!

Стоит отметить, что эта публикация направлена лишь на то, что бы дать общее представление о химии запахов цветов. Есть много вариации в точной концентрации химических веществ между различными видами, так что это действительно лишь приблизительное описание. Есть несколько видов роз, например, которые практически не имеют аромата! Статья просто служит, для того чтобы подчеркнуть тот факт, что аромат химии может быть весьма сложной (но увлекательной) темой.

Поиск химической формулы

Пожалуйста, следуйте инструкциям ниже, чтобы проведите поиск (Помощь):

Справка по поиску химических формул

Правила химических формул

(Вернуться к поиску)

Введите последовательность символов элементов, за которыми следуют числа. чтобы указать количество желаемых элементов (например, C6H6).
Используйте правильный регистр для символов элементов. Если правильный случай не используется, формула может быть неоднозначной и интерпретация выбранный может оказаться не желаемым.
Элементы могут быть в любом порядке.
Если требуется только один из заданных атомов, вы можете опустить число после символа элемента.
Для группировки атомов можно использовать скобки.
Будет добавлено несколько спецификаций для атома. Это означает, что Ch4 (Ch3) 4Ch4 будет лечится так же, как C6h24 .
Чтобы указать один или несколько заданных атомов, используйте вопросительный знак (?) после символа элемента.
Указать любое количество (включая ноль) заданных элемента используйте звездочку (*) после символа элемента.
Чтобы явно указать ион, поместите заряд в конец формулы. Если заряд больше, чем один заряд должен быть включен после + или символ - (например, C60-2 ).

Примеры химических формул

(Вернуться к поиску)

Химическая формула

Спецификация поиска

C2h5

Виды с двумя C и четырьмя H.

Ch3Ch3

Виды с двумя C и четырьмя H.

Ch4CH

Виды с двумя C и четырьмя H.

(Ch3) 2

Виды с двумя C и четырьмя H.

C2H * F?

Виды с двумя C, нулем или несколькими H и одним или несколькими F.

Параметры поиска (шаг 2)

(Вернуться к поиску)

Точно соответствуют указанным изотопам: Если этот флажок установлен, это означает, что поиск должны соответствовать изотопам, указанным в формуле поиска.Например, если этот параметр не отмечен, поиск по h3 будет соответствовать видам, содержащим атомы дейтерия и трития. Если эта опция была отмечена, дейтерий и тритий будут исключены из поиска.
Разрешить элементы, не указанные в формуле: Если этот флажок установлен, этот параметр указывает, что вид содержащие элементы, не указанные в формуле также будут сопоставлены. Например, поиск Te2 найдет все виды, которые содержат ровно два атома теллура и любое количество другие атомы.Проверка только этой опции эквивалентна к ранее доступному «частичному поиску формулы» с этого сайта.
: Этот параметр указывает на то, что виды, содержащие больше атомы, чем указано для данного элемента, будут сопоставлены. Например, поиск Te только с эта опция включена, будет найден весь теллур, дителлур, трителлур и др.
Исключить ионы из поиска: Когда эта опция отмечена, поиск не будет сопоставлять ионы, если заряд явно не указан в формула.

Правила для типов данных (шаг 4)

(Вернуться к поиску)

Если один или несколько типов данных проверены, поиск будет ограничен видами, которые содержат хотя бы один из указанных типов данных.
Если ни один из типов данных не проверен, там не будет ограничений на поиск.

Химические формулы | Безграничная химия

Молекулярные формулы

Молекулярные формулы — это компактные химические обозначения, которые описывают тип и количество атомов в одной молекуле соединения.

Цели обучения

Определите молекулярную формулу соединения по его названию или структурной формуле.

Основные выводы

Ключевые моменты

Молекулярная формула состоит из химических символов составляющих элементов, за которыми следуют числовые индексы, описывающие количество атомов каждого элемента, присутствующего в молекуле.
Эмпирическая формула представляет собой простейшее целочисленное отношение атомов в соединении.Молекулярная формула соединения может быть такой же или кратной эмпирической формуле соединения.
Молекулярные формулы компактны и просты в передаче; однако им не хватает информации о связи и расположении атомов, которая содержится в структурной формуле.

Ключевые термины

Молекулярная формула : Формула, которая описывает точное количество и тип атомов в одной молекуле соединения.
эмпирическая формула : Формула, которая указывает простейшее целочисленное отношение всех атомов в молекуле.
структурная формула : Формула, которая указывает не только количество атомов, но и их расположение в пространстве.

Молекулярные формулы описывают точное количество и тип атомов в одной молекуле соединения. Составляющие элементы представлены своими химическими символами, а количество атомов каждого элемента, присутствующего в каждой молекуле, показано нижним индексом, следующим за символом этого элемента. Молекулярная формула выражает информацию о пропорциях атомов, составляющих конкретное химическое соединение, с использованием одной строки символов и чисел химических элементов.Иногда он также включает другие символы, такие как круглые скобки, тире, квадратные скобки, а также знаки плюс (+) и минус (-).

Для органических соединений углерод и водород указаны как первые элементы в молекулярной формуле, а за ними следуют остальные элементы в алфавитном порядке. Например, для бутана молекулярная формула C ₄ H ₁₀. Для ионных соединений катион предшествует аниону в молекулярной формуле. Например, молекулярная формула фторида натрия — NaF.

Молекулярная формула — это не химическое название, и оно не содержит слов. Хотя молекулярная формула может подразумевать определенные простые химические структуры, это не то же самое, что полная химическая структурная формула. Молекулярные формулы более ограничивают, чем химические названия и структурные формулы.

Эмпирические и молекулярные формулы

Самые простые типы химических формул называются эмпирическими формулами, которые указывают соотношение каждого элемента в молекуле. Эмпирическая формула — это простейшее целочисленное отношение всех атомов в молекуле.Например:

Молекулярная формула глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆. Молекулярная формула указывает точное количество атомов в молекуле.
Эмпирическая формула выражает наименьшее целочисленное отношение атомов в элементе. В этом случае эмпирическая формула глюкозы: CH ₂ O.

Чтобы преобразовать эмпирическую формулу в молекулярную, эмпирическую формулу можно умножить на целое число, чтобы получить молекулярную формулу.В этом случае эмпирическая формула должна быть умножена на 6, чтобы получить молекулярную формулу.

Примеры эмпирических и молекулярных формул

Соединение гексоксида дихлора имеет эмпирическую формулу ClO ₃ и молекулярную формулу Cl ₂ O ₆
Соединение перекиси водорода имеет эмпирическую формулу HO и молекулярную формулу H ₂ O ₂

Молекулярные формулы и структурные формулы

Молекулярные формулы не содержат информации о расположении атомов.По этой причине одна молекулярная формула может описывать несколько различных химических структур. Структурная формула используется для обозначения не только количества атомов, но и их расположения в пространстве. Структурная формула не так компактна и проста в передаче, но она дает информацию, которую молекулярная формула не касается относительного расположения атомов и связи между атомами. Соединения, которые имеют общую химическую формулу, но имеют различную химическую структуру, известны как изомеры, и они могут иметь совершенно разные физические свойства.

Структурная формула бутана : Химическая структура бутана указывает не только на количество атомов, но и на их расположение в пространстве.

Эмпирические формулы

Эмпирические формулы описывают простейшее целочисленное соотношение элементов в соединении.

Цели обучения

Вывести эмпирическую формулу молекулы с учетом ее массового состава

Основные выводы

Ключевые моменты

Эмпирические формулы — это самая простая форма записи.
Молекулярная формула соединения равна его эмпирической формуле или является целым числом, кратным ей.
Как и молекулярные формулы, эмпирические формулы не уникальны и могут описывать ряд различных химических структур или изомеров.
Для определения эмпирической формулы массовый состав ее элементов может использоваться для математического определения их соотношения.

Ключевые термины

эмпирическая формула : Обозначение, указывающее соотношения различных элементов, присутствующих в соединении, без учета фактических чисел.

Химики используют различные обозначения для описания и обобщения атомных составляющих соединений. Эти обозначения, которые включают эмпирические, молекулярные и структурные формулы, используют химические символы для элементов вместе с числовыми значениями для описания атомного состава.

Эмпирические формулы — самая простая форма записи. Они обеспечивают наименьшее целочисленное соотношение между элементами в составе. В отличие от молекулярных формул, они не предоставляют информацию об абсолютном количестве атомов в одной молекуле соединения.Молекулярная формула соединения равна его эмпирической формуле или является целым числом.

Структурные формулы против эмпирических формул

Эмпирическая формула (например, молекулярная формула) не содержит какой-либо структурной информации о расположении или связывании атомов в молекуле. Таким образом, он может описывать ряд различных структур или изомеров с различными физическими свойствами. Для бутана и изобутана эмпирическая формула для обеих молекул: C ₂ H ₅, и они имеют одну и ту же молекулярную формулу, C ₄ H ₁₀.Однако одно структурное представление для бутана — CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃, в то время как изобутан можно описать с помощью структурной формулы (CH ₃) ₃ CH.

Бутан : Структурная формула бутана.

Изобутан : структурная формула изобутана.

Определение эмпирических формул

Эмпирические формулы могут быть получены с использованием данных о массовом составе. Например, анализ горения можно использовать следующим образом:

Анализатор CHN (прибор, который может определять состав молекулы) может использоваться для определения массовых долей углерода, водорода, кислорода и других атомов в образце неизвестного органического соединения.
Как только относительные массовые доли элементов известны, эту информацию можно преобразовать в моли.
Эмпирическая формула — это наименьшее возможное целочисленное отношение элементов.

Пример 1

Предположим, вам дали такое соединение, как метилацетат, растворитель, обычно используемый в красках, чернилах и клеях. При химическом анализе метилацетата было обнаружено, что он содержит 48,64% углерода (C), 8,16% водорода (H) и 43,20% кислорода (O).Для определения эмпирических формул мы предполагаем, что у нас есть 100 г соединения. В этом случае проценты будут равны массе каждого элемента в граммах.

Шаг 1: Измените каждый процент на выражение массы каждого элемента в граммах. То есть 48,64% C превращается в 48,64 г C, 8,16% H превращается в 8,16 г H, а 43,20% O превращается в 43,20 г O, потому что мы предполагаем, что у нас есть 100 г всего соединения.

Шаг 2: Преобразуйте количество каждого элемента в граммах в его количество в молях.

[латекс] \ left (\ frac {48.64 \ mbox {g C}} {1} \ right) \ left (\ frac {1 \ mbox {mol}} {12.01 \ mbox {g C}} \ right) = 4.049 \ \ text {mol} [/ latex]

[латекс] \ left (\ frac {8.16 \ mbox {g H}} {1} \ right) \ left (\ frac {1 \ mbox {mol}} {1.008 \ mbox {g H}} \ right) = 8.095 \ \ text {mol} [/ latex]

[латекс] \ left (\ frac {43.20 \ mbox {g O}} {1} \ right) \ left (\ frac {1 \ mbox {mol}} {16.00 \ mbox {g O}} \ right) = 2.7 \ \ text {mol} [/ латекс]

Шаг 3: Разделите каждое из мольных значений на наименьшее из мольных значений.

[латекс] \ frac {4.049 \ mbox {mol}} {2.7 \ mbox {mol}} = 1.5 [/ latex]

[латекс] \ frac {8.095 \ mbox {mol}} {2.7 \ mbox {mol}} = 3 [/ латекс]

[латекс] \ frac {2.7 \ mbox {mol}} {2.7 \ mbox {mol}} = 1 [/ latex]

Шаг 4: При необходимости умножьте эти числа на целые числа, чтобы получить целые числа; если операция выполняется с одним из номеров, она должна выполняться со всеми ними.

[латекс] 1,5 \ раз 2 = 3 [/ латекс]

[латекс] 3 \ умножить на 2 = 6 [/ латекс]

[латекс] 1 \ times 2 = 2 [/ латекс]

Таким образом, эмпирическая формула метилацетата: C ₃ H ₆ O ₂.

Пример 2

Эмпирическая формула декана: C ₅ H ₁₁. Его молекулярная масса составляет 142,286 г / моль. Какова молекулярная формула декана?

Шаг 1. Рассчитайте молекулярную массу по эмпирической формуле (молекулярная масса C = 12,011 г / моль и H = 1,008 г / моль)

5 (12,0111 г / моль) + 11 (1,008 г / моль) = C ₅ H ₁₁

60,055 г / моль + 11,008 г / моль = 71,143 г / моль на C ₅ H ₁₁

Шаг 2: Разделите молекулярную массу молекулярной формулы на молекулярную массу эмпирической формулы, чтобы найти соотношение между ними.

[латекс] \ frac {142,286 \ г / моль} {71,143 \ г / моль} = 2 [/ латекс]

Поскольку вес молекулярной формулы в два раза больше веса эмпирической формулы, должно быть вдвое больше атомов, но в том же соотношении. Следовательно, если эмпирическая формула декана C ₅ H ₁₁, молекулярная формула декана вдвое больше, или C ₁₀ H ₂₂.

От молекулярной формулы к эмпирической формуле — YouTube : Это видео показывает, как перейти от молекулярной формулы соединения к соответствующей эмпирической формуле.

Формулы ионных соединений

Ионная формула должна удовлетворять правилу октетов для составляющих атомов и электрической нейтральности для всего соединения.

Цели обучения

Создайте эмпирическую формулу ионного соединения, учитывая его молекулярные составляющие.

Основные выводы

Ключевые моменты

Общая ионная формула соединения должна быть электрически нейтральной, то есть не иметь заряда.
При написании формулы ионного соединения сначала идет катион, затем анион, оба с числовыми индексами, указывающими количество атомов каждого.
Многоатомные ионы — это набор ковалентно связанных атомов, имеющих общий заряд, что делает их ионами.
Многоатомные ионы образуют ионные связи обычным образом, балансируя таким образом, чтобы все соединение было электрически нейтральным.

Ключевые термины

многоатомный ион : набор ковалентно связанных атомов, которые имеют общий заряд, что делает их ионом.
одноатомный ион : Ион, состоящий только из одного атома, например Cl-.

Ионные связи образуются путем переноса одного или нескольких валентных электронов между атомами, обычно между металлами и неметаллами. Перенос электронов позволяет атомам эффективно достигать гораздо более стабильной электронной конфигурации с восемью электронами на внешней валентной оболочке (правило октетов). Когда натрий отдает валентный электрон фтору, чтобы стать фторидом натрия, это является примером образования ионной связи.

Образование фторида натрия : перенос электронов между двумя атомами с образованием двух ионов, которые притягиваются друг к другу, потому что они заряжены противоположно.

Написание ионных формул

Ионные соединения могут быть описаны с использованием химических формул, которые представляют собой отношения взаимодействующих элементов, которые находятся в ионном твердом веществе или соли. Ионные твердые тела обычно представлены их эмпирическими формулами. В обозначениях формул элементы представлены своими химическими символами, за которыми следуют числовые индексы, которые указывают относительные соотношения составляющих атомов. Полная формула ионного соединения может быть определена при выполнении двух условий:

Во-первых, заряд составляющих ионов может быть определен на основе переноса валентных электронов, необходимого для удовлетворения правила октетов.
Во-вторых, катионы и анионы соединяются таким образом, что образуется электрически нейтральное соединение.

Например, при реакции кальция и хлора соединение называется хлоридом кальция. Он состоит из катионов Ca ²⁺ и анионов Cl ^—; эти ионы стабильны, поскольку они заполнили валентные оболочки. Его ионная формула записывается как CaCl ₂, нейтральная комбинация этих ионов. В конечном соединении потребовались два иона хлорида, потому что кальций имел заряд 2+.Чтобы создать нейтральное соединение, CaCl ₂, потребовались два иона 1- хлорида, чтобы сбалансировать заряд 2+ от кальция.

Многоатомные ионы

Многоатомные ионы — это набор ковалентно связанных атомов, имеющих общий заряд, что делает их ионами. Например, гидроксид-ион имеет формулу OH ^-1. Гидроксид — это соединение, состоящее из кислорода и водорода, которые связаны вместе. В процессе превращения в соединение гидроксид откуда-то получил дополнительный электрон, сделав его OH ^-1.Создавая ионные соединения с этими многоатомными ионами, относитесь к ним так же, как к обычным одноатомным ионам (только один атом).

Например, гидроксид кальция имеет формулу Ca (OH) ₂, потому что гидроксид имеет заряд -1, а кальций имеет заряд 2+. Два гидроксида были необходимы, чтобы уравновесить +2 заряда кальция. Скобки использовались, чтобы указать, что ОН был многоатомным ионом и предлагался как «комплексное решение». Два гидроксида нельзя было записать как O ₂ H ₂, потому что это совершенно другое соединение, чем (OH) ₂.Скобки всегда используются, когда соединение содержит многоатомные ионы, кратные числу.

Вот список обычных многоатомных ионов:

Аммоний, NH ₄ ⁺
Карбонат, CO ₃ ^2-
Бикарбонат, HCO ₃ ^—
Цианид, CN ^—
Фосфат, PO ₄ ^3-
Гидроксид, OH ^—
Нитрат, NO ₃ ^—
Перманганат, MnO ₄ ^—
Сульфат, SO ₄ ^2-
Тиоцианат, SCN ^—
Пероксид, O ₂ ^2-

Серия видеороликов «Введение в ионные соединения» от Leah5sci — YouTube : В этом видеоролике объясняются основы работы с ионами.

Образование катионов и анионов — Ионные соединения, часть 2 — YouTube : В этом видео показано, как моноатомные ионы получают свой заряд и как быстро определить заряд ионов, глядя на периодическую таблицу.

молекулярных формул | Введение в химию

Цель обучения

Определите молекулярную формулу соединения по его названию или структурной формуле.

Ключевые моменты

Молекулярная формула состоит из химических символов составляющих элементов, за которыми следуют числовые индексы, описывающие количество атомов каждого элемента, присутствующего в молекуле.
Эмпирическая формула представляет собой простейшее целочисленное отношение атомов в соединении. Молекулярная формула соединения может быть такой же или кратной эмпирической формуле соединения.
Молекулярные формулы компактны и просты в передаче; однако им не хватает информации о связи и расположении атомов, которая содержится в структурной формуле.

Условия

структурная формула Формула, указывающая не только количество атомов, но и их расположение в пространстве.
эмпирическая формула Формула, которая указывает простейшее целочисленное отношение всех атомов в молекуле.
Формула, которая описывает точное количество и тип атомов в одной молекуле соединения.

Молекулярные формулы описывают точное количество и тип атомов в одной молекуле соединения.Составляющие элементы представлены своими химическими символами, а количество атомов каждого элемента, присутствующего в каждой молекуле, показано нижним индексом, следующим за символом этого элемента. Молекулярная формула выражает информацию о пропорциях атомов, составляющих конкретное химическое соединение, с использованием одной строки символов и чисел химических элементов. Иногда он также включает другие символы, такие как круглые скобки, тире, квадратные скобки, а также знаки плюс (+) и минус (-).

Для органических соединений углерод и водород указаны как первые элементы в молекулярной формуле, а за ними следуют остальные элементы в алфавитном порядке.Например, для бутана молекулярная формула C ₄ H ₁₀. Для ионных соединений катион предшествует аниону в молекулярной формуле. Например, молекулярная формула фторида натрия — NaF.

Эмпирические и молекулярные формулы

Молекулярная формула глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆. Молекулярная формула указывает точное количество атомов в молекуле.
Эмпирическая формула выражает наименьшее целочисленное отношение атомов в элементе.В этом случае эмпирическая формула глюкозы: CH ₂ O.

Чтобы преобразовать эмпирическую формулу в молекулярную, эмпирическую формулу можно умножить на целое число, чтобы получить молекулярную формулу. В этом случае эмпирическая формула должна быть умножена на 6, чтобы получить молекулярную формулу.

Примеры эмпирических и молекулярных формул:

Соединение гексоксида дихлора имеет эмпирическую формулу ClO ₃ и молекулярную формулу Cl ₂ O ₆
Соединение перекиси водорода имеет эмпирическую формулу HO и молекулярную формулу H ₂ O ₂

Молекулярные формулы и структурные формулы

Структурная формула бутана Химическая структура бутана указывает не только на количество атомов, но и на их расположение в пространстве. Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

6.3: Химические формулы: как представлять соединения

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Молекулярная формула
Эмпирическая формула
Резюме
Авторы и авторство

Цели обучения

Определите количество различных атомов в формуле.
Определите химическую формулу, молекулярную формулу и эмпирическую формулу.

Химическая формула — это выражение, которое показывает элементы в соединении и относительные пропорции этих элементов. Вода состоит из водорода и кислорода в соотношении 2: 1. Химическая формула воды \ (\ ce {H_2O} \). Серная кислота является одним из наиболее широко производимых химических веществ в Соединенных Штатах и состоит из элементов водорода, серы и кислорода. Химическая формула серной кислоты \ (\ ce {H_2SO_4} \).

Определенные группы атомов связаны вместе, образуя так называемый многоатомный ион, который действует как единое целое. Более подробно многоатомные ионы обсуждаются в разделе 5.5. Многоатомные ионы заключаются в скобки с нижним индексом, если в химической формуле существует более одного иона одного и того же типа. Формула Ca ₃ (PO ₄) ₂ представляет собой соединение со следующим:

3 атома Са

+ 2 PO ₄ ^3- иона

Чтобы подсчитать общее количество атомов в формулах с многоатомными ионами, заключенными в скобки, используйте нижний индекс в качестве множителя для каждого атома или количества атомов.

Ca ₃ (PO ₄) ₂

3 Ca + 2 x1 P + 2 x 4 O = 3 атома Ca + 2 атома P + 8 атомов O

Молекулярная формула

Молекулярная формула — это химическая формула молекулярного соединения, которая показывает виды и количество атомов, присутствующих в молекуле соединения. Аммиак представляет собой соединение азота и водорода, как показано ниже:

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Молекулярная формула аммиака.

Обратите внимание на пример, что существуют некоторые стандартные правила, которым нужно следовать при написании молекулярных формул. Расположение элементов зависит от конкретной конструкции, поэтому сейчас мы не будем касаться этого вопроса. Количество атомов каждого типа указывается нижним индексом после атома. Если имеется только один атом, число не записывается. Если имеется более одного атома определенного типа, число записывается в виде нижнего индекса после атома. Мы не будем писать \ (\ ce {N_3H} \) для аммиака, потому что это будет означать, что в молекуле есть три атома азота и один атом водорода, что неверно.

Эмпирическая формула

Эмпирическая формула — это формула, которая показывает элементы в соединении в их наименьшем целочисленном соотношении. Глюкоза — это важный простой сахар, который клетки используют в качестве основного источника энергии. Его молекулярная формула \ (\ ce {C_6H_ {12} O_6} \). Поскольку каждый из нижних индексов делится на 6, эмпирическая формула для глюкозы равна \ (\ ce {CH_2O} \). Когда химики анализируют неизвестное соединение, часто первым шагом является определение его эмпирической формулы.

молекулярная формула: \ (\ ce {C_6H_ {12} O_6} \)
эмпирическая формула: \ (\ ce {CH_2O} \)

Существует очень много соединений, чьи молекулярные и эмпирические формулы совпадают. Если молекулярная формула не может быть упрощена до меньшего целочисленного отношения, как в случае \ (\ ce {H_2O} \) или \ (\ ce {P_2O_5} \), то эмпирическая формула также является молекулярной формулой.

Сводка

Химическая формула — это выражение, которое показывает элементы в соединении и относительные пропорции этих элементов.
Если присутствует только один атом определенного типа, нижний индекс не используется.
Для атомов, в которых присутствуют два или более атомов определенного типа, после символа этого атома пишется нижний индекс.
Многоатомные ионы в химических формулах заключаются в скобки с нижним индексом, если существует более одного многоатомного иона одного и того же типа.
Молекулярные формулы не указывают, как атомы расположены в молекуле.
Эмпирическая формула показывает наименьшее целочисленное соотношение элементов в соединении.Эмпирическая формула не показывает действительное количество атомов.

Авторы и ссылки

4.3: Формулы и их значение

Цели обучения

Убедитесь, что вы полностью понимаете следующие основные концепции, представленные выше.

Объясните, почему символ элемента часто отличается от формулы элемента.
Определите ион и объясните значение его формулы.
Найдите простейшую («эмпирическую») формулу вещества из более сложной молекулярной формулы. Объясните значение формулы твердого ионного вещества, например NaCl.
Определите молекулярную массу , формульную массу и молярную массу . Вычислите любой из них по любой химической формуле.
Учитывая химическую формулу, выразите молярных отношений любых двух элементов или мольных долей одного из его элементов.
Найдите процентный состав соединения по его формуле.
Рассчитайте массовое соотношение любых двух элементов, присутствующих в соединении, по его формуле.
Найдите эмпирическую формулу бинарного соединения из мольного отношения двух его элементов, выраженного в виде десятичного числа.
Найдите эмпирическую формулу бинарного соединения из массового отношения двух его элементов.
Найдите эмпирическую формулу соединения, исходя из его массового или процентного состава.

В основе химии веществ — элементы или соединения — которые имеют определенный состав , который выражается химической формулой . В этом модуле вы научитесь писать и интерпретировать химические формулы как в молях, так и в массах, а также как двигаться в обратном направлении, когда мы используем экспериментальную информацию о составе соединения для разработки формулы.

Формула соединения определяет количество атомов каждого типа, присутствующих в одной молекулярной единице соединения.Поскольку каждое уникальное химическое вещество имеет определенный состав, каждое такое вещество должно быть описано химической формулой.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): написание молекулярной формулы

Хорошо известный спирт этанол состоит из молекул, содержащих два атома углерода, пять атомов водорода и один атом кислорода. Какова его молекулярная формула?

Решение

Просто напишите символ каждого элемента, за которым следует нижний индекс, указывающий количество атомов, если их больше одного.Таким образом: C ₂ H ₅ O

Обратите внимание:

Число атомов каждого элемента в молекулярной формуле записывается в виде нижнего индекса;
Когда присутствует только один атом элемента в молекулярной формуле, нижний индекс опускается.
В случае органических (углеродсодержащих) соединений в формуле принято помещать символы элементов C, H, (и, если есть,) O, N в указанном порядке.

Формулы элементов и ионов

Символ элемента — это одно- или двухбуквенная комбинация, которая представляет атом определенного элемента, например Au (золото) или O (кислород).Этот символ может использоваться как аббревиатура для названия элемента (проще писать «Mb» вместо «молибден»!). В более формальном химическом использовании символ элемента может также обозначать один атом или, в зависимости от в контексте, для один моль атомов элемента.

Некоторые из неметаллических элементов существуют в форме молекул, содержащих два или более атомов элемента. Эти молекулы описываются формулами , такими как N ₂, S ₆ и P ₄.Некоторые из этих элементов могут образовывать более одного вида молекул; Наиболее известным примером этого является кислород, который может существовать как O ₂ (обычная форма, составляющая 21% молекул в воздухе), а также как O ₃, нестабильная и высокореактивная молекула, известная как озон . Углеродные молекулы в форме футбольного мяча, которые иногда называют buckyballs , имеют формулу C ₆₀.

Аллотроп

Различные молекулярные формы одного и того же элемента (такие как \ (\ ce {O_2} \) и \ (\ ce {O_3}) \) называются аллотропами.{+}} \) ион аммония

Обратите внимание, что количество зарядов (в единицах заряда электрона) всегда должно предшествовать положительному или отрицательному знаку, но это число опускается, если заряд равен ± 1.

Формулы расширенных твердых тел

В твердом CdCl ₂ атомы Cl и Cd организованы в бесконечно протяженные листы. Каждый атом окружен шестью атомами противоположного типа, поэтому в качестве «молекулярной единицы» можно произвольно выбрать любой Cl – Cd – Cl.Одно такое звено CdCl ₂ обозначено двумя связями красного цвета на диаграмме, но оно не составляет дискретную «молекулу» CdCl ₂.

Многие на первый взгляд «простые» твердые вещества существуют только в виде ионных твердых частиц (например, NaCl) или в виде протяженных твердых частиц (например, CuCl ₂), в которых невозможно идентифицировать отдельные молекулы. Формулы, которые мы пишем для этих соединений, просто выражают относительные числа различных типов атомов в соединении в наименьших возможных целых числах.Они идентичны эмпирическим или «простейшим» формулам, которые мы обсудим далее.

Многие минералы и большинство горных пород содержат различные соотношения определенных элементов и могут быть точно охарактеризованы только на структурном уровне. Поскольку это обычно не чистые вещества, «формулы», обычно используемые для их описания, имеют ограниченное значение. Например, оливин обыкновенной породы, который можно рассматривать как твердый раствор Mg ₂ SiO ₄ и Fe ₂ SiO ₄, может быть представлен как (Mg, Fe) ₂ SiO ₄.Это означает, что отношение металлов к SiO ₄ постоянно, и что магний обычно присутствует в большем количестве, чем железо.

Эмпирические формулы

Эмпирические формулы дают относительных номеров различных элементов в образце соединения, выраженных в наименьших возможных целых числах. Термин эмпирический относится к тому факту, что формулы такого рода определяются экспериментально; такие формулы также обычно называют эмпирическими формулами .

Пример \ (\ PageIndex {2} \): Эмпирическая формула из молекулярной формулы

Глюкоза («топливо», на котором работает ваше тело) состоит из молекулярных единиц, имеющих формулу C ₆ H ₁₂ O ₆. Какая эмпирическая формула глюкозы?

Решение

Молекула глюкозы содержит в два раза больше атомов водорода, чем углерод или кислород, поэтому мы разделим на 6, чтобы получить CH ₂ O .

Примечание: эта эмпирическая формула, которая применяется ко всем 6-углеродным сахарам, указывает, что эти соединения «состоят» из углерода и воды, что объясняет, почему сахара известны как углеводов .

Некоторые твердые соединения не существуют в виде дискретных молекулярных единиц, а построены в виде протяженных двух- или трехмерных решеток атомов или ионов. Составы таких соединений обычно описываются их эмпирическими формулами. В очень распространенном случае ионных твердых частиц такая формула также выражает минимальное количество положительных и отрицательных ионов, необходимых для создания электрически нейтрального элемента, как в NaCl или CuCl ₂.

Пример \ (\ PageIndex {3} \): молекулярная формула из ионных зарядов

Напишите формулу бромида трехвалентного железа, учитывая, что ион трехвалентного железа (III) — это Fe ³ ⁺, а ион бромида несет единственный отрицательный заряд.
Напишите формулу сульфида висмута, образующегося при объединении ионов Bi ³ ⁺ и S ^2–.

Решение:

Три иона Br ^— необходимы для уравновешивания трех положительных зарядов Fe ³ ⁺, отсюда формула FeBr ₃ .
Единственный способ получить равное количество противоположных зарядов — иметь по шесть зарядов каждого, поэтому формула будет Bi ₂ S ₃ .

О каких формулах нам не говорят

Формулы, которые мы обычно пишем, не передают никакой информации о структуре соединения — то есть о порядке, в котором атомы связаны химическими связями или расположены в трехмерном пространстве. Это ограничение особенно важно для органических соединений, в которых сотни, если не тысячи различных молекул могут иметь одну и ту же эмпирическую формулу.Например, и этанол, и диметиловый эфир имеют эмпирическую формулу C ₂ H ₆ O, однако структурные формулы показывают совершенно разную природу этих двух молекул:

Более сложные формулы

Часто бывает полезно писать формулы таким образом, чтобы передать хотя бы некоторую информацию о структуре соединения. Например, формула твердого вещества (NH ₄) ₂ CO ₃ сразу идентифицируется как карбонат аммония и по существу представляет собой соединение ионов аммония и карбоната в соотношении 2: 1, тогда как простейший или эмпирическая формула N ₂ H ₈ CO ₃ скрывает эту информацию.

Точно так же различие между этанолом и диметиловым эфиром можно провести, записав формулы как C ₂ H ₅ OH и CH ₃ –O – CH ₃ соответственно. Хотя ни одна из этих формул не определяет точно структуры, любой, кто изучал органическую химию, может их вычислить и сразу же распознает группу –OH (гидроксил), которая является определяющей характеристикой большого класса органических соединений, известных как спирты .Атом –O–, связывающий два атома углерода, также является определяющей чертой простых эфиров .

Несколько связанных терминов используются для выражения массы одного моля вещества.

Молекулярный вес : Это аналог атомного веса: это относительный вес одной формульной единицы соединения по шкале углерода-12. Молекулярная масса определяется сложением атомных масс всех атомов, присутствующих в формульной единице. Молекулярные веса, как и атомные веса, безразмерны; я.е., у них нет агрегатов.
Формула веса : То же, что и молекулярная масса. Этот термин иногда используется в связи с ионными твердыми телами и другими веществами, в которых отсутствуют дискретные молекулы.
Молярная масса: Масса (в граммах, килограммах или любой другой единице) одного моля частиц или формульных единиц. Выраженная в граммах молярная масса численно совпадает с молекулярной массой, но должна сопровождаться единицей массы.

Пример \ (\ PageIndex {4} \): Формула веса и молярной массы

Рассчитайте формулу веса хлорида меди (II), \ (\ ce {CuCl2} \).
Как бы вы выразили это же количество как с молярной массой ?

Решение

Атомные массы Cu и Cl соответственно 63,55 и 35,45; сумма каждого атомного веса, умноженная на номера каждого типа атомов в формульной единице, дает: \ [63.55 + 2 (25,35) = 134,45. \]
Масса одного моля атомов Cu и Cl составляет соответственно 63,55 г и 35,45 г; масса одного моля CuCl ₂ единиц равна: \ [(63,55 г) + 2 (25,35 г) = 134,45 г. \]

Расшифровка формул в мольных соотношениях и мольных долях

Информация, содержащаяся в формулах, может использоваться для сравнения составов родственных соединений, как в следующем примере:

Пример \ (\ PageIndex {5} \): расчет мольного отношения

Отношение водорода к углероду часто представляет интерес при сравнении различных видов топлива.Рассчитайте эти отношения для метанола (CH ₃ OH) и этанола (C ₂ H ₅ OH).

Решение

Соотношение H: C для двух спиртов составляет 4: 1 = 4,0 для метанола и 6: 2 (3,0) для этанола.

Или же иногда используют мольные доли, чтобы выразить то же самое. Мольная доля элемента M в соединении — это просто количество атомов M, деленное на общее количество атомов в формульной единице.

Пример \ (\ PageIndex {6} \): мольная доля и мольный процент

Рассчитайте мольную долю и молярный процент углерода в этаноле (C ₂ H ₅ OH).

Решение

Формульная единица содержит девять атомов, два из которых являются углеродом. Мольная доля углерода в соединении составляет 2/9 = 0,22. Таким образом, 22 процента атомов в этаноле составляют углерод.

Расшифровка формул через массы элементов

Поскольку формула соединения выражает соотношение количества составляющих его атомов, формула также передает информацию об относительных массах элементов, которые оно содержит. Но для того, чтобы установить эту связь, нам нужно знать относительные массы различных элементов.

Пример \ (\ PageIndex {7} \): масса каждого элемента в данной массе соединения

Найдите массы углерода, водорода и кислорода в одном моль этанола (C ₂ H ₅ OH).

Решение

Используя атомные массы (молярные массы) этих трех элементов, получаем

углерод: (2 моль) (12,0 г моль ^–1) = 24 г C
водород: (6 моль) (1,01 г моль ^–1) = 6 г H
Кислород: (1 моль) (16.0 г моль ^–1) = 16 г O

Массовая доля элемента в соединении — это просто отношение массы этого элемента к массе всей формульной единицы. Массовые доли всегда находятся в диапазоне от 0 до 1, но часто выражаются в процентах.

Пример \ (\ PageIndex {8} \): массовая доля и массовый процент элемента в соединении

Найдите массовую долю и массовый процент кислорода в этаноле (C ₂ H ₅ OH)

Решение

Используя информацию, полученную в предыдущем примере, молярная масса этанола составляет (24 + 6 + 16) г моль ^–1 = 46 г моль ^–1.Из них 16 г приходится на кислород, поэтому его массовая доля в соединении составляет (16 г) / (46 г) = 0,35, что соответствует 35%.

Определение процентного содержания соединения по его формуле — это фундаментальный расчет, который вы должны освоить; техника в точности такая, как показано выше. Определение массовой доли часто является первым шагом в решении связанных проблем:

Пример \ (\ PageIndex {9} \): масса элемента в заданной массе соединения

Сколько тонн калия содержится в 10 тоннах KCl?

Решение

Массовая доля K в KCl равна 39.1 / 74,6 = 0,524; 10 тонн KCl содержат (39,1 / 74,6) × 10 тонн K, или 5,24 тонны K. (Атомный вес: K = 39,1, Cl = 35,5.)

Обратите внимание, что нет необходимости явно иметь дело с молями, что потребовало бы преобразования тонн в кг.

Пример \ (\ PageIndex {10} \): Масса соединения, содержащего заданную массу элемента

Сколько граммов KCl будет содержать 10 г калия?

Решение

Массовое отношение KCl / K составляет 74.6 ÷ 39,1; 10 г калия будет присутствовать в (74,6 / 39,1) × 10 граммах KCl, или 19 граммов .

Массовые отношения двух элементов в соединении могут быть найдены непосредственно из мольных соотношений, выраженных в формулах.

Пример \ (\ PageIndex {11} \): массовое соотношение элементов из формулы

Расплавленный хлорид магния (MgCl ₂) может быть разложен на элементы, пропуская через него электрический ток. Сколько кг хлора будет выделено при 2.5 кг магния образуется? (Mg = 24,3, Cl = 35,5)

Решение

Массовое отношение Cl / Mg составляет (35,5 × 2) / 24,3, или 2,9; таким образом, на каждый кг Mg будет производиться 2,9 кг хлора, или (2,9 × 2,5) = 7,2 кг хлора на 2,5 кг Mg. (Обратите внимание, что не обязательно знать формулу элементарного хлора (Cl ₂), чтобы решить эту проблему.)

Эмпирические формулы на основе экспериментальных данных

Как было объяснено выше, эмпирическая формула ( эмпирическая формула ) — это формула, в которой относительные числа различных элементов выражены в наименьших возможных целых числах.Хлорид алюминия, например, существует в виде структурных единиц, имеющих состав Al ₂ Cl ₆; эмпирическая формула этого вещества — AlCl ₃. Некоторые методы анализа предоставляют информацию об относительном количестве различных типов атомов в соединении. Процесс нахождения формулы соединения на основе анализа его состава зависит от вашей способности распознавать десятичные эквиваленты обычных целочисленных соотношений, таких как 2: 3, 3: 2, 4: 5 и т. Д.

Пример \ (\ PageIndex {12} \): Эмпирическая формула из мольного отношения

Анализ соединения алюминия показал, что 1,7 моль Al объединяется с 5,1 моль хлора. Напишите эмпирическую формулу этого соединения.

Решение

Формула Al _1,7 Cl _5,1 выражает относительное количество молей двух элементов в соединении. Его можно преобразовать в эмпирическую формулу, разделив оба нижних индекса на меньший, что даст AlCl ₃ .

Чаще обнаруживается, что произвольная масса соединения содержит определенные массы его элементов. Их необходимо преобразовать в моли, чтобы найти формулу.

Пример \ (\ PageIndex {13} \): Эмпирическая формула для масс сгорания

В студенческом лабораторном эксперименте было обнаружено, что 0,5684 г магния горит на воздухе с образованием 0,9426 г оксида магния. Найдите эмпирическую формулу этого соединения. Атомный вес: Mg = 24,305, O = 16,00.

Решение

Выразите это отношение как 0.375 г C на 1,00 г O

моль углерода: (0,375 г) / (12 г / моль) = 0,03125 моль C;
моль кислорода: (1,00 г) / (16 г / моль) = 0,0625 моль O
мольное соотношение C / O = 0,03125 / 0,0625 = 0,5;

это соответствует формуле C _0,5 O, которую мы выражаем целыми числами как CO ₂ .

Пример \ (\ PageIndex {14} \): Эмпирическая формула на основе масс элементов

Образец соединения алюминия массой 4,67 г содержит 0.945 г Al и 3,72 г Cl. Найдите эмпирическую формулу этого соединения. Атомный вес: Al = 27,0, Cl = 35,45.

Решение

Образец содержит (0,945 г) / (27,0 г моль ^–1) = 0,035 моль алюминия и (3,72 г) (35,45) = 0,105 моль хлора. Формула Al _.035 Cl _.105 выражает относительное количество молей двух элементов в соединении. Его можно преобразовать в эмпирическую формулу, разделив оба нижних индекса на меньший, что даст AlCl ₃ .

Состав бинарного (двухэлементного) соединения иногда выражают через массовое отношение. Самый простой подход здесь — рассматривать числа, выражающие отношение, как массы, таким образом превращая проблему в вид, описанный непосредственно выше.

Пример \ (\ PageIndex {15} \): Эмпирическая формула на основе отношения масс элементов

Соединение, состоящее только из углерода и кислорода, содержит эти два элемента в массовом соотношении C: H 0,375. Найдите эмпирическую формулу.

Решение

Выразите это отношение как 0.375 г C на 1,00 г O

моль углерода: (0,375 г) / (12 г / моль) = 0,03125 моль C;
моль кислорода: (1,00 г) / (16 г / моль) = 0,0625 моль O
молярное соотношение C / O = 0,03125 / 0,0625 = 0,5;

это соответствует формуле C _0,5 O, которую мы выражаем целыми числами как CO ₂ .

Массовый состав соединения обычно выражается в массовых процентах (граммы на 100 граммов соединения).Первый шаг — снова преобразовать их в относительное количество молей каждого элемента в фиксированной массе соединения. Хотя эта фиксированная масса совершенно произвольна (в 100 граммах нет ничего особенного!), Отношения мольных количеств различных элементов в не являются произвольными: эти отношения должны быть выражены в виде целых чисел, поскольку они представляют собой отношения целых чисел атомы.

Пример \ (\ PageIndex {16} \) : Эмпирическая формула для массового процента состава

Найдите эмпирическую формулу соединения, имеющего следующий массовый процентный состав.В скобках указаны атомные массы: 36,4% Mn (54,9), 21,2% S (32,06), 42,4% O (16,0)

. Решение

В 100 г соединения содержится:

Mn: (36,4 г) / (54,9 г моль ^–1) = 0,663 моль
S: (21,2 г) / (32,06 г моль ^–1) = 0,660 моль
O: (42,4 г) / (16,0 г моль ^–1) = 2,65 моль

Формула Mn _.663 S _.660 O _2,65 выражает относительное количество молей трех элементов в соединении.Его можно преобразовать в эмпирическую формулу, разделив все индексы на наименьший, получив Mn _1,00 S _1,00 O _4,01, который мы запишем как MnSO ₄ .

Примечание: поскольку экспериментально определенные массы подвержены небольшим ошибкам, обычно необходимо пренебречь небольшими отклонениями от целых значений.

Пример \ (\ PageIndex {17} \): Эмпирическая формула для массового процента состава

Найдите эмпирическую формулу соединения, имеющего следующий массовый процентный состав.В скобках указаны атомные веса: 27,6% Mn (54,9), 24,2% S (32,06), 48,2% O (16,0).

Решение

Предварительная формула на основе 100 г этого соединения может быть записана как

или

Mn _.503 S _.754 O _3.01

Разделив на наименьший нижний индекс, получим Mn ₁ S _1,5 O ₆. Изучение этой формулы предполагает, что умножение каждого нижнего индекса на 2 дает целочисленную формулу Mn ₂ S ₃ O ₁₂ .

Примечания к экспериментальным методам

Одна из самых фундаментальных операций в химии состоит из разложения соединения на его элементы (процесс, известного как анализ ) и последующего определения эмпирической формулы из относительных количеств каждого типа атомов, присутствующих в соединении. Лишь в очень немногих случаях целесообразно проводить такой процесс напрямую: таким образом, нагревание сульфида ртути (II) приводит к его прямому разложению:

\ [\ ce {2 HgS -> 2Hg + O2}.\]

Аналогичным образом при электролизе воды образуются газы H ₂ и O ₂ в объемном соотношении 2: 1.

Однако большинство элементных анализов необходимо проводить косвенно. Наиболее широко используемым из этих методов традиционно был анализ горения органических соединений. Неизвестный углеводород C _a H _b O _c можно охарактеризовать, нагревая его в потоке кислорода так, чтобы он полностью разложился на газообразный CO ₂ и H ₂ O.Эти газы проходят через трубки, содержащие вещества, которые избирательно поглощают каждый газ. Путем тщательного взвешивания каждой трубки до и после процесса сгорания можно рассчитать значения a и b для углерода и водорода, соответственно. Индекс c для кислорода находится путем вычитания рассчитанных масс углерода и водорода из массы исходного образца.

С 1970-х годов стало возможным проводить анализ горения с помощью автоматизированного оборудования.Также можно определить азот и серу:

Измерения массы или веса долгое время были основным инструментом для количественного понимания химических изменений. Весы и весы используются в коммерческих и фармацевтических целях с начала истории, но этим устройствам не хватало точности 0,001 г, необходимой для количественного химического и элементного анализа, проводимого в лабораторных весах.

Только в середине 18-го века шотландский химик Джозеф Блэк изобрел аналитические весы с равным плечом .Ключевой особенностью этого изобретения была легкая жесткая балка, опирающаяся на острие опоры; дополнительные лезвия поддерживали чаши весов. Лезвия лезвий значительно уменьшили трение, которое ограничивало чувствительность предыдущих моделей; не случайно, что точные измерения сочетания весов и атомных весов начались примерно в это время.

Аналитические весы

помещены в стеклянный корпус, чтобы избежать помех от воздушных потоков, а калиброванные гири обрабатываются пинцетом, чтобы предотвратить адсорбцию влаги или масел с обнаженных пальцев.

Любой, кто был зачислен на курс общей химии в колледж вплоть до 1960-х годов, вспомнит обучение (и скуку), связанное с этими устройствами. Они могут считываться с точностью до 1 миллиграмма и позволяют делать оценки до ± 0,1 мг. Более поздние технические усовершенствования добавили магнитное демпфирование качания балки, тормоза панорамирования и встроенные наборы грузов, управляемые ручками. Самые лучшие весы исследовательского класса достигли точности 0,001 мг.

Начиная с 1970-х годов, электронные весы получили широкое распространение, причем особой популярностью пользовались весы с одной чашей весов.Весы с одной чашкой устраняют необходимость сравнивать вес образца с весом калиброванных гирь. Добавление образца в чашу вызывает смещение нагрузки, , ячейки, , что создает компенсирующее электромагнитное поле достаточной величины, чтобы поднять чашу в исходное положение. Ток, необходимый для этого, измеряется и преобразуется в измерение веса. Лучшие электронные весы исследовательского класса могут показывать до 1 микрограмма, но чувствительность 0,1 мг более характерна для студенческих лабораторий.

Авторы и авторство

2.4 Химические формулы — Химия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Обозначить состав молекул с использованием молекулярных формул и эмпирических формул
Изобразите расположение связей атомов в молекулах, используя структурные формулы

Молекулярная формула представляет собой представление молекулы, в которой используются химические символы для обозначения типов атомов, за которыми следуют нижние индексы, чтобы показать количество атомов каждого типа в молекуле.(Нижний индекс используется только в том случае, если присутствует более одного атома данного типа.) Молекулярные формулы также используются в качестве сокращений для названий соединений.

Структурная формула для соединения дает ту же информацию, что и его молекулярная формула (типы и количество атомов в молекуле), но также показывает, как атомы связаны в молекуле. Структурная формула метана содержит символы для одного атома C и четырех атомов H, обозначающих количество атомов в молекуле (рис. 1).Линии представляют собой связи, удерживающие атомы вместе. (Химическая связь — это притяжение между атомами или ионами, которое удерживает их вместе в молекуле или кристалле.) Мы обсудим химические связи и посмотрим, как предсказать расположение атомов в молекуле позже. А пока просто знайте, что линии указывают на то, как атомы связаны в молекуле. Модель шара и палки показывает геометрическое расположение атомов с атомными размерами не в масштабе, а модель заполнения пространства показывает относительные размеры атомов.

Рис. 1. Молекула метана может быть представлена как (а) молекулярная формула, (б) структурная формула, (в) модель шара и палки и (г) модель заполнения пространства. Атомы углерода и водорода представлены черными и белыми сферами соответственно.

Хотя многие элементы состоят из отдельных отдельных атомов, некоторые существуют в виде молекул, состоящих из двух или более атомов элемента, химически связанных вместе. Например, большинство образцов элементов водорода, кислорода и азота состоят из молекул, каждая из которых содержит по два атома (называемых двухатомными молекулами), и, таким образом, имеют молекулярные формулы H ₂, O ₂ и N ₂, соответственно.Другими элементами, обычно встречающимися в виде двухатомных молекул, являются фтор (F ₂), хлор (Cl ₂), бром (Br ₂) и йод (I ₂). Наиболее распространенная форма элемента сера состоит из молекул, состоящих из восьми атомов серы; его молекулярная формула S ₈ (Рисунок 2).

Рис. 2. Молекула серы состоит из восьми атомов серы и поэтому записывается как S ₈. Его можно представить в виде (а) структурной формулы, (б) модели шара и ручки и (в) модели заполнения пространства.Атомы серы представлены желтыми сферами.

Важно отметить, что нижний индекс после символа и число перед символом не представляют одно и то же; например, H ₂ и 2H представляют собой совершенно разные виды. H ₂ представляет собой молекулярную формулу; он представляет собой двухатомную молекулу водорода, состоящую из двух атомов элемента, которые химически связаны друг с другом. Выражение 2H, с другой стороны, указывает на два отдельных атома водорода, которые не объединены в единое целое.Выражение 2H ₂ представляет две молекулы двухатомного водорода (рис. 3).

Рисунок 3. Символы H, 2H, H ₂ и 2H ₂ представляют собой очень разные объекты.

Соединения образуются при химическом соединении двух или более элементов, в результате чего образуются связи. Например, водород и кислород могут реагировать с образованием воды, а натрий и хлор могут реагировать с образованием поваренной соли. Иногда мы описываем состав этих соединений с помощью эмпирической формулы , которая указывает типы присутствующих атомов, а — простейшее целочисленное отношение числа атомов (или ионов) в соединении .Например, диоксид титана (используемый в качестве пигмента в белой краске и в толстом, белом блокирующем типе солнцезащитного крема) имеет эмпирическую формулу TiO ₂. Это идентифицирует элементы титана (Ti) и кислорода (O) как составляющие диоксида титана и указывает на присутствие в два раза большего количества атомов кислорода элемента, чем атомов элемента титана (рис. 4).

Рис. 4. (a) Белое соединение диоксида титана обеспечивает эффективную защиту от солнца. (б) Кристалл диоксида титана TiO ₂ содержит титан и кислород в соотношении 1: 2.Атомы титана серые, а атомы кислорода красные. (ссылка a: модификация работы «osseous» / Flickr)

Как обсуждалось ранее, мы можем описать соединение с молекулярной формулой, в которой нижние индексы указывают на фактическое количество атомов каждого элемента в молекуле соединения . Во многих случаях молекулярная формула вещества получается из экспериментального определения как его эмпирической формулы, так и его молекулярной массы (суммы атомных масс всех атомов, составляющих молекулу).Например, экспериментально можно определить, что бензол содержит два элемента, углерод (C) и водород (H), и что на каждый атом углерода в бензоле приходится один атом водорода. Таким образом, эмпирическая формула CH. Экспериментальное определение молекулярной массы показывает, что молекула бензола содержит шесть атомов углерода и шесть атомов водорода, поэтому молекулярная формула бензола C ₆ H ₆ (рис. 5).

Рис. 5. Бензол, C ₆ H ₆, производится при переработке нефти и имеет множество промышленных применений.Молекула бензола может быть представлена в виде (а) структурной формулы, (б) шаровой модели и (в) модели заполнения пространства. (d) Бензол — прозрачная жидкость. (кредит d: модификация работы Сахара Атвы)

Если мы знаем формулу соединения, мы можем легко определить эмпирическую формулу. (Это в некотором роде академическое упражнение; на практике обычно придерживаются обратной хронологии.) Например, молекулярная формула уксусной кислоты, компонента, придающего уксусу его острый вкус, — C ₂ H ₄ O ₂.Эта формула показывает, что молекула уксусной кислоты (рис. 6) содержит два атома углерода, четыре атома водорода и два атома кислорода. Соотношение атомов 2: 4: 2. Деление на наименьший общий знаменатель (2) дает простейшее целочисленное отношение атомов 1: 2: 1, поэтому эмпирическая формула CH ₂ O. Обратите внимание, что молекулярная формула всегда является целым числом, кратным эмпирическая формула.

Рис. 6. (a) Уксус содержит уксусную кислоту, C ₂ H ₄ O ₂, которая имеет эмпирическую формулу CH ₂ O.Его можно представить в виде (б) структурной формулы и (в) как шаровой модели. (кредит а: модификация работы «HomeSpot HQ» / Flickr)

Пример 1

Эмпирические и молекулярные формулы
Молекулы глюкозы (сахара в крови) содержат 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. Каковы молекулярные и эмпирические формулы глюкозы?

Раствор
Молекулярная формула: C ₆ H ₁₂ O ₆, потому что одна молекула фактически содержит 6 атомов C, 12 H и 6 O.Простейшее целочисленное отношение атомов C к H и O в глюкозе составляет 1: 2: 1, поэтому эмпирическая формула CH ₂ O.

Проверьте свои знания
Молекула метальдегида (пестицида, используемого для улиток и слизней) содержит 8 атомов углерода, 16 атомов водорода и 4 атома кислорода. Каковы молекулярные и эмпирические формулы метальдегида?

Ответ:

Молекулярная формула, C ₈ H ₁₆ O ₄; эмпирическая формула, C ₂ H ₄ O

Вы можете исследовать построение молекул с помощью онлайн-моделирования.

Ли Кронин

Чем занимаются химики? Согласно Ли Кронин (рис. 7), химики создают очень сложные молекулы, «измельчая» небольшие молекулы и «реинжинируя» их. Он задается вопросом, можем ли мы «сделать действительно крутой универсальный химический набор» с помощью того, что он называет «прикладной» химией. Можем ли мы «приложить» химию?

В своем выступлении на TED 2012 года Ли описывает одну увлекательную возможность: объединить набор химических «чернил» с 3D-принтером, способным создать реакционный аппарат (крошечные пробирки, химические стаканы и т. Д.), Чтобы создать «универсальный химический набор инструментов». .Этот набор инструментов можно использовать для создания индивидуальных лекарств для борьбы с новым супербактерийным микробом или для «печати» лекарств, персонально настроенных в соответствии с вашим генетическим составом, окружающей средой и состоянием здоровья. Кронин говорит: «То, что Apple сделала для музыки, я хотел бы сделать для открытия и распространения рецептурных лекарств». Полный текст его выступления можно найти на сайте TED.

Рис. 7. Химик Ли Кронин был назван одним из 10 самых вдохновляющих ученых Великобритании. Самый молодой председатель Университета Глазго, Ли руководит большой исследовательской группой, сотрудничает со многими учеными по всему миру, опубликовал более 250 статей в ведущих научных журналах и провел более 150 приглашенных выступлений.Его исследования сосредоточены на сложных химических системах и их потенциале для преобразования технологий, а также на отраслях нанонауки, солнечного топлива, синтетической биологии и даже искусственной жизни и эволюции. (кредит: изображение любезно предоставлено Ли Кронином)

Важно знать, что одни и те же атомы могут быть расположены по-разному: соединения с одинаковой молекулярной формулой могут иметь разные межатомные связи и, следовательно, разные структуры. Например, может ли существовать другое соединение с той же формулой, что и уксусная кислота, C ₂ H ₄ O ₂? И если да, то какова будет структура его молекул?

Если вы предсказываете, что может существовать другое соединение с формулой C ₂ H ₄ O ₂, то вы продемонстрировали хорошее химическое понимание и правы.Два атома C, четыре атома H и два атома O также могут быть скомпонованы с образованием метилформиата, который используется в производстве в качестве инсектицида и для быстросохнущих отделочных материалов. Молекулы метилформиата имеют один из атомов кислорода между двумя атомами углерода, что отличается от расположения в молекулах уксусной кислоты. Уксусная кислота и метилформиат являются примерами изомеров — соединений с той же химической формулой, но с разными молекулярными структурами (рис. 8). Обратите внимание, что эта небольшая разница в расположении атомов имеет большое влияние на их соответствующие химические свойства.Вы, конечно, не захотите использовать раствор метилформиата вместо раствора уксусной кислоты (уксуса) при приготовлении заправки для салатов.

Рисунок 8. Молекулы (а) уксусной кислоты и метилформиата (б) являются структурными изомерами; они имеют одинаковую формулу (C ₂ H ₄ O ₂), но разную структуру (и, следовательно, разные химические свойства).

Существует множество типов изомеров (рис. 9). Уксусная кислота и метилформиат — это структурных изомера , соединения, в которых молекулы различаются тем, как атомы связаны друг с другом.Существуют также различные типы пространственных изомеров , в которых относительная ориентация атомов в пространстве может быть разной. Например, составной карвон (содержащийся в семенах тмина, мяты и кожуре мандарина) состоит из двух изомеров, которые являются зеркальным отображением друг друга. S — (+) — карвон пахнет тмином, а R — (-) — карвон пахнет мятой.

Рисунок 9. Молекулы карвона являются пространственными изомерами; они отличаются только относительной ориентацией атомов в пространстве.(кредит внизу слева: модификация работы «Miansari66» / Wikimedia Commons; кредит внизу справа: модификация работы Фореста и Ким Старр)

Выберите эту ссылку, чтобы просмотреть объяснение изомеров, пространственных изомеров и почему они имеют разные запахи (выберите видео под названием «Mirror Molecule: Carvone»).

В молекулярной формуле используются химические символы и индексы для обозначения точного числа различных атомов в молекуле или соединении. Эмпирическая формула дает простейшее целочисленное отношение атомов в соединении.Структурная формула указывает на расположение атомов в молекуле. Шаровидные модели и модели, заполняющие пространство, показывают геометрическое расположение атомов в молекуле. Изомеры — это соединения с одной и той же молекулярной формулой, но с различным расположением атомов.

Химия: упражнения в конце главы

Объясните, почему символ атома элемента кислорода и формула молекулы кислорода различаются.
Объясните, почему символ элемента сера и формула молекулы серы различаются.
Напишите молекулярные и эмпирические формулы следующих соединений:
(а)

(б)

(в)

(г)
Напишите молекулярные и эмпирические формулы следующих соединений:
(а)
(б)
(в)
(г)
Определите эмпирические формулы для следующих соединений:
(а) кофеин, C ₈ H ₁₀ N ₄ O ₂
(б) фруктоза, C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁
(в) пероксид водорода, H ₂ O ₂
(г) глюкоза, C ₆ H ₁₂ O ₆
(e) аскорбиновая кислота (витамин C), C ₆ H ₈ O ₆
Определите эмпирические формулы для следующих соединений:
(а) уксусная кислота, C ₂ H ₄ O ₂
(б) лимонная кислота, C ₆ H ₈ O ₇
(в) гидразин, N ₂ H ₄
(d) никотин, C ₁₀ H ₁₄ N ₂
(е) бутан, C ₄ H ₁₀
Напишите эмпирические формулы для следующих соединений:
(а)
(б)
Откройте симуляцию «Построить молекулу» и выберите вкладку «Большие молекулы».Выберите соответствующий набор атомов, чтобы построить молекулу с двумя атомами углерода и шестью атомами водорода. Перетащите атомы в пространство над «Набором», чтобы создать молекулу. Имя появится, когда вы создадите настоящую существующую молекулу (даже если это не та, которую вы хотите). Вы можете использовать ножницы для разделения атомов, если хотите изменить связи. Нажмите «3D», чтобы увидеть молекулу, и посмотрите на возможности заполнения пространства и шарика и палки.
(a) Нарисуйте структурную формулу этой молекулы и укажите ее название.
(b) Можете ли вы расположить эти атомы каким-либо образом, чтобы получить другое соединение?
Воспользуйтесь имитацией «Построение молекулы», чтобы повторить упражнение 8 в конце главы «Химия», но постройте молекулу с двумя атомами углерода, шестью атомами водорода и одним кислородом.
(a) Нарисуйте структурную формулу этой молекулы и укажите ее название.
(b) Можете ли вы расположить эти атомы так, чтобы образовалась другая молекула? Если да, нарисуйте его структурную формулу и назовите его название.
(c) Как молекулы, изображенные на (a) и (b), одинаковы? Чем они отличаются? Как они называются (тип взаимоотношений между этими молекулами, а не их названия).
Воспользуйтесь имитацией «Построение молекулы», чтобы повторить «Химия» в конце главы упражнения 8, но постройте молекулу с тремя атомами углерода, семью атомами водорода и одним хлором.
(a) Нарисуйте структурную формулу этой молекулы и укажите ее название.
(b) Можете ли вы расположить эти атомы так, чтобы образовалась другая молекула? Если да, нарисуйте его структурную формулу и назовите его название.
(c) Как молекулы, изображенные на (a) и (b), одинаковы? Чем они отличаются? Как они называются (тип взаимоотношений между этими молекулами, а не их имена)?

Глоссарий

эмпирическая формула: Формула, показывающая состав соединения, заданный как простейшее целочисленное отношение атомов

изомеры: соединений с одинаковой химической формулой, но разной структурой

Молекулярная формула: , указывающая состав молекулы соединения и дающая фактическое количество атомов каждого элемента в молекуле соединения.

пространственные изомеры: соединений, в которых взаимная ориентация атомов в пространстве различается

структурная формула: показывает атомы в молекуле и то, как они связаны

структурный изомер: Одно из двух веществ с одинаковой молекулярной формулой, но с разными физическими и химическими свойствами, поскольку их атомы связаны по-разному

Решения

Ответы на упражнения в конце главы по химии

1.Символ кислородного элемента, O, представляет как элемент, так и один атом кислорода. Молекула кислорода O ₂ содержит два атома кислорода; индекс 2 в формуле должен использоваться, чтобы отличать двухатомную молекулу от двух одиночных атомов кислорода.

3. (а) молекулярный CO ₂, эмпирический CO ₂; (б) молекулярный C ₂ H ₂, эмпирический CH; (в) молекулярный C ₂ H ₄, эмпирический CH ₂; (г) молекулярный H ₂ SO ₄, эмпирический H ₂ SO ₄

5.(а) C ₄ H ₅ N ₂ O; (b) C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁; (c) HO; (d) CH ₂ O; (e) C ₃ H ₄ O ₃

7. (а) CH ₂ O; (б) C ₂ H ₄ O

9. (а) этанол

(b) метоксиметан, более известный как диметиловый эфир

(c) Эти молекулы имеют одинаковый химический состав (типы и количество атомов), но разные химические структуры.Это структурные изомеры.

Химическая формула — Энциклопедия Нового Света

Al ₂ (SO ₄) ₃
Вверху: пример химической формулы для сульфата алюминия

Химическая формула — это краткий способ выражения информации об атомах, составляющих конкретное химическое соединение. Это также полезно для демонстрации того, как происходит химическая реакция.

Для молекулярного соединения химическая формула дает химические символы для составляющих элементов и указывает количество атомов каждого элемента, обнаруженного в каждой молекуле этого соединения. Если молекула содержит более одного атома определенного элемента, это количество указывается с помощью нижнего индекса после химического символа (хотя в книгах девятнадцатого века часто использовались верхние индексы). Для ионного соединения или другого немолекулярного вещества нижние индексы указывают соотношение элементов в соединении.

Эмпирическая формула

В химии эмпирическая формула химического вещества — это простое выражение относительного количества атомов каждого типа в молекуле или соотношения элементов в соединении. Эмпирические формулы являются стандартными для ионных соединений, таких как CaCl ₂, и для макромолекул, таких как SiO ₂. Эмпирическая формула не ссылается на изомерию, структуру или абсолютное число атомов. Термин эмпирический обозначает процесс элементного анализа, метод аналитической химии, используемый для определения относительного процентного состава чистого химического вещества по элементам.

Рассмотрим формулу перекиси водорода. Каждая молекула перекиси водорода состоит из двух атомов водорода и двух атомов кислорода. Его молекулярная формула (объясненная ниже) будет записана как H ₂ O ₂, но его эмпирическая формула — просто HO, выражающая соотношение составляющих элементов 1: 1.

В случае гексана каждая молекула имеет шесть атомов углерода и 14 атомов водорода. Отношение атомов углерода к атомам водорода составляет 3: 7, поэтому его эмпирическая формула записывается как C ₃ H ₇.

Химическая формула

Рассмотрим метан, простую молекулу, состоящую из одного атома углерода, связанного с четырьмя атомами водорода. Имеет химическую формулу:

CH ₄

В этом случае молекулярная формула такая же, как и эмпирическая формула.

Молекула глюкозы имеет шесть атомов углерода, двенадцать атомов водорода и шесть атомов кислорода. Его молекулярная формула:

C ₆ H ₁₂ O ₆.

Химическая формула может также предоставить информацию о типах и пространственном расположении связей в химическом веществе, хотя она не обязательно указывает точный изомер. Например, этан состоит из двух атомов углерода, одинарно связанных друг с другом, причем каждый атом углерода имеет три связанных с ним атома водорода. Его химическая формула может быть представлена как CH ₃ CH ₃. Если бы между атомами углерода была двойная связь (и, таким образом, каждый углерод имел только два атома водорода), химическая формула может быть записана: CH ₂ CH ₂, и факт наличия двойной связи между атомами углерода равен предполагается.Однако более явным и правильным методом является запись H ₂ C: CH ₂ или H ₂ C = CH ₂. Две точки или линии указывают на то, что двойная связь соединяет атомы по обе стороны от них.

Тройная связь может быть выражена тремя точками или линиями, а если возможна двусмысленность, одиночная точка или линия могут использоваться для обозначения одинарной связи.

Молекулы с несколькими одинаковыми функциональными группами могут быть выражены следующим образом: (CH ₃) ₃ CH.Однако это подразумевает структуру, отличную от других молекул, которые могут быть образованы с использованием тех же атомов (изомеров). Формула (CH ₃) ₃ CH подразумевает цепочку из трех атомов углерода со средним атомом углерода, связанным с другим углеродом:

и оставшиеся связи на атомах углерода, ведущие к атомам водорода. Однако такое же количество атомов (10 атомов водорода и 4 атома углерода или C ₄ H ₁₀) может быть использовано для создания прямой цепи: CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃.

Алкен-бут-2-ен имеет два изомера, которые химическая формула CH ₃ CH = CHCH ₃ не идентифицирует. Относительное положение двух метильных групп должно быть указано с помощью дополнительных обозначений, указывающих, находятся ли метильные группы на одной стороне двойной связи ( цис или Z ) или на противоположных сторонах друг от друга ( транс или E ).

Полимеры

Для полимеров повторяющиеся единицы заключаются в круглые скобки.Например, молекула углеводорода, которая описывается как: CH ₃ (CH ₂) ₅₀ CH ₃, представляет собой молекулу с 50 повторяющимися звеньями. Если количество повторяющихся единиц неизвестно или варьируется, для обозначения этого может использоваться буква n : CH ₃ (CH ₂) _n CH ₃.

Представление ионов

Для ионов заряд на конкретном атоме может быть обозначен правым верхним индексом.Например, Na ⁺ или Cu ²⁺. Таким же образом можно показать полный заряд заряженной молекулы или многоатомного иона. Например: гидроксоний, H ₃ O ⁺ или сульфат, SO ₄ ^2-.

Представление изотопов

Хотя изотопы более важны для ядерной химии или химии стабильных изотопов, чем для традиционной химии, различные изотопы могут указываться левым верхним индексом в химической формуле.Например, ион фосфата, содержащий радиоактивный фосфор-32, равен ³² PO ₄ ^3-. Кроме того, исследование соотношений стабильных изотопов может включать ¹⁸ O: ¹⁶ O.

Левый нижний индекс иногда используется для избыточного, для удобства, атомного номера.

Структурная формула

Структурная формула бутана
Молекулярная формула: C ₄ H ₁₀
Конденсированная или полуструктурная формула: CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₃ Структурная формула изобутана
Молекулярная формула: C ₄ H ₁₀
Конденсированная или полуструктурная химическая формула: (CH ₃) ₃ CH

Структурная формула химического соединения представляет собой графическое представление молекулярной структуры, показывающее, как расположены атомы.Химическая связь внутри молекулы также показана явно или неявно. В публикациях используются три распространенных представления: сжатое, тип Льюиса и формулы линейного угла. Также существует несколько форматов, используемых для структурного представления в химических базах данных, таких как SMILES, InChI и CML.

В отличие от молекулярных формул или химических названий, структурные формулы обеспечивают очень мощное представление молекулярной структуры. Химики почти всегда описывают химическую реакцию или синтез, используя структурные формулы, а не химические названия, потому что структурные формулы позволяют химику визуализировать происходящие изменения.

Многие химические соединения могут существовать в различных изомерных формах, которые имеют разную структуру, но имеют одну и ту же общую химическую формулу. Структурная формула указывает расположение атомов так, как химическая формула не может. Простой пример этого можно увидеть с углеводородным бутаном, который имеет молекулярную формулу C ₄ H ₁₀. Четыре атома углерода могут быть расположены в линейном или разветвленном Т-образном узоре. Первая конфигурация известна как ортобутан или n- бутан, а вторая — изобутан .

Общие типы структурных формул

В химической литературе широко используются три основных типа структурных формул. ^[1]

Сводная формула В ранних публикациях по органической химии, где использование графики было сильно ограничено, возникла текстовая система для описания органических структур в строке текста. Хотя эта система имеет тенденцию разрушаться сложными циклическими соединениями, такими как стрихнин, она остается удобным способом представления простых структур, таких как этанол (CH ₃ CH ₂ OH).

Формула скелета Обратите внимание, что для органических соединений предполагается, что линейные рисунки структурной формулы содержат атомы углерода в вершинах и на концах всех линейных сегментов, не отмеченных атомным символом элемента (кроме углерода). Предполагается, что каждый атом углерода, в свою очередь, несет достаточно атомов водорода, чтобы дать атому углерода четыре связи. Эквивалентные полная и сокращенная формы показаны на соседних рисунках.

Химическая структура может быть точно, однозначно и однозначно описана с использованием номенклатуры IUPAC.В случае изобутана систематическое название IUPAC — метилпропан.

Несколько плоскостей Когда заместители молекулы существуют в разных плоскостях, их положение можно описать с помощью сплошных и пунктирных клиньев, причем первый показывает заместитель, выходящий из плоскости, а второй входит в нее. Эта система полезна для описания различий между хиральными молекулами.

Нестехиометрические формулы

В химических формулах для каждого элемента чаще всего используются натуральные числа.Однако существует целый класс соединений, называемых нестехиометрическими соединениями, которые не могут быть представлены четко определенными натуральными числами. Такая формула может быть записана с использованием действительных чисел, как в Fe _0,95 O, или может включать переменную часть, представленную буквой, как в Fe _{1 – x} O.

Общие формы органических соединений

Химическая формула, используемая для ряда соединений, которые отличаются друг от друга постоянной единицей, называется общей формулой .Такая серия называется гомологической серией, а ее члены — , гомологами .

Горная система

Система Хилла — это система записи химических формул, в которой сначала указывается количество атомов углерода в молекуле, затем количество атомов водорода, а затем количество всех других химических элементов в алфавитном порядке. Если формула не содержит углерода, все элементы, включая водород, перечислены в алфавитном порядке.

Путем сортировки формул в соответствии с количеством атомов каждого элемента, присутствующего в формуле, в соответствии с этими правилами, при этом различия в более ранних элементах или числах рассматриваются как более значимые, чем различия в любом последующем элементе или числе — например, при сортировке текстовых строк в лексикографические порядок — можно сопоставить химические формулы в так называемом порядке системы Хилла .

Система Хилла была впервые опубликована Эдвином А. Хиллом из Патентного ведомства США в 1900 году.

Примеры

Следующие формулы написаны с использованием системы Хилла и перечислены в порядке Хилла:

BrH
BrI
CH ₃ I
C ₂ H ₅ Br
HI

Примечания

↑ L.G. Wade, Organic Chemistry, 4-е изд. (Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 1999, ISBN 978-01317), 17-20.

Список литературы

Браун, Теодор Э., Х. Юджин Лемей и Брюс Э. Бурстен. Химия: Центральная наука, 10-е издание. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2005. ISBN 0131096869
Чанг, Раймонд. Химия, 9-е издание. Нью-Йорк: McGraw-Hill Science / Engineering / Math, 2006. ISBN 0073221031
Housecroft, Кэтрин Э. и Алан Г. Шарп. Неорганическая химия, 4-е издание. Харлоу, Великобритания: Prentice Hall, 2001. ISBN 0582310806
Макмерри, Джон и Роберт К. Фэй.2004. Химия, 4-е издание. Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN 0131402080
Мур, Джон У., Конрад Л. Станицки и Питер К. Юрс. Химия: молекулярная наука. Нью-Йорк: Harcourt College, 2002. ISBN 0030320119
Смит, Роланд. Завоевание химии 908 10. Сидней: Макгроу-Хилл, 1994. ISBN 0074701460
Wade, L.G. Органическая химия . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 1999. ISBN 978-01317

кредитов

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и дополнили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.

Химическая формула — ХИМИя и Я

Химические формулы.

Химические Формулы | Химия | Намёткина

Физические тела — любые предметы, имеющие форму и объем

Химический элемент – это атомы одного и того же вида

Химические формулы

​

Запись химических формул

​

Газы, жидкости и легкоплавкие твёрдые вещества имеют молекулярное строение

​

Относительная атомная масса​

‎App Store: Химия

Формула массы в химии

Определение и формула для расчета массы

Примеры решения задач

Химия запаха Цветов от Блога «Химические Хроники»

Химия запаха цветов

Химия запаха цветов

Химия запаха цветов

Химия запаха цветов

Химический состав запахов

Сирень – Химия запаха цветов

Другие цветы. Химический состав запахов

Поиск химической формулы

Справка по поиску химических формул

Правила химических формул

Примеры химических формул

Параметры поиска (шаг 2)

Правила для типов данных (шаг 4)

Химические формулы | Безграничная химия

Молекулярные формулы

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты

Ключевые термины

Эмпирические и молекулярные формулы

Примеры эмпирических и молекулярных формул

Молекулярные формулы и структурные формулы

Эмпирические формулы

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты

Ключевые термины

Структурные формулы против эмпирических формул

Определение эмпирических формул

Пример 1

Пример 2

Формулы ионных соединений

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты

Ключевые термины

Написание ионных формул

Многоатомные ионы

молекулярных формул | Введение в химию

Цель обучения

Ключевые моменты

Условия

Эмпирические и молекулярные формулы

Примеры эмпирических и молекулярных формул:

Молекулярные формулы и структурные формулы

6.3: Химические формулы: как представлять соединения

Молекулярная формула

Эмпирическая формула

Сводка

Авторы и ссылки

4.3: Формулы и их значение

Формулы элементов и ионов

Аллотроп

Формулы расширенных твердых тел

Эмпирические формулы

Более сложные формулы

Расшифровка формул в мольных соотношениях и мольных долях

Расшифровка формул через массы элементов

Эмпирические формулы на основе экспериментальных данных

Примечания к экспериментальным методам

Авторы и авторство

2.4 Химические формулы — Химия

Цели обучения

Относительная атомная масса