Валентность. Химическая формула

Химическая формула

Химическая формула — это условная запись состав вещества с помощью химических знаков и индексов.

Качественный состав показывается с помощью знаков (символов) химических элементов, а количественный — с помощью индексов, которые записываются справа и чуть ниже знаков химических эле­ментов.

Индекс — число атомов данного химического элемента в фор­муле вещества.

Например, химическая формула простого вещества водорода за­писывается так: 

химический знак водорода →Н₂ → индекс и читается «аш-два».

Химические формулы молекулярного строения

Химические формулы веществ молекулярного строения (их назы­вают молекулярными формулами) показывают состав элементарных частей, т. е. условных «кирпичиков», из которых состоят эти веще­ства. Такими элементарными составными частями (элементарными структурными единицами, или просто структурными единицами) в данном случае являются молекулы.

Формулы двухатомных молекул: кислорода - О₂ («о-два»), хло­ра - С1₂ («хлор-два»), азота -N₂ («эн-два»). Трехатомная молекула озона и восьмиатомная молекула серы обозначаются формулами О₃ («о-три») и S₈ («эс-восемь»).

Формулы молекул сложных веществ: воды - Н₂О («аш-два-о»), метана - СН₄ («це-аш-четыре»), а аммиака - NH₃ («эн-аш-три»),сер­ной кислоты - H₂SO₄ («аш-два-эс-о-четыре»), а глюкозы — C₆H₁₂O₆ (« це-шесть-аш-двенадцать-о-шесть »).

Химические формулы немолекулярного строения

А если вещество имеет немолекулярное строение? Химические формулы простых веществ такого типа (например, мталлов) запи­сывают просто знаками соответствующих элементов без индексов (или, вернее, с индексом, равным единице, которая не записывается). Так, формула простого вещества железа — Fe, меди — Cu, алюми­ния — Al.

Состав сложных веществ немолекулярного строения выражают с помощью формул, которые показывают простейшее соотношение чисел атомов разных химических элементов в этих веществах. 

Группа атомов, состав которой соответствует простейшей формуле вещества немолекулярного строения, называется его формульной единицей.

Формульная единица поваренной соли NaCl («натрий-хлор») — группа из одного атома натрия и одного атома хлора. Формульная единица мела CaCO₃ («кальций-це-о-три») — группа из одного атома кальция, одного атома углерода и трех атомов кислорода.

Формулы более сложных соединений немолекулярного строения читаются аналогично. Дополнительно указывается только число групп атомов, заключенных в круглые скобки: Al₂(SO₄)₃ (« алюминий-два - эс-о-четыре-трижды»), Mg(NO₃)₂ («магний-эн-о-три-дважды») 

Валентность

Вы уже знаете, что в химических соединениях атомы разных элементов находятся в определенных числовых соотношениях. От чего зависят эти соотношения?

Рассмрим химические формулы нескольких соединений водорода с атомами других элементов:

               H Cl                         H₂O                      NH₃                       CH₄

хлороводород                 вода                  аммиак                   метан

Нетрудно заметить, что атом хлора связан с одним атомом водо­рода, атом кислорода — с двумя, атом азота — с тремя, а атом угле­рода — с четырьмя атомами водорода. В то же время в молекуле угле­кислого газа СО₂ атом углерода связан с двумя атомами кислорода. Из этих примеров видно, что атомы обладают разной способностью со­единяться с другими атомами. Такая способность атомов выражается с помощью численной характеристики, называемой валентностью.

Валентность — численная характеристика способности атомов данного элемента соединяться с другими атомами.

Поскольку один атом водорода может соединился только с одним атомом другого элемента, валентность атома водорода принята равной единице. Иначе говорят, что атом водорода облает одной единицей валентности, т. е. он одновалентен.

Валентность атома какого-либо другого элемента равна числу со­единившихся с ним атомов водорода. Потому в молекуле HCl у атома хлора валентность равна единице, а в молекуле H₂O у атома кислоро­да валентность равна двум. По той же причине в молекуле NH₃ валент­ность атома азота равна трем, а в молекуле CH₄ валентность атома углерода равна четырем. 

По величине валентности атомов одного элемента можно опре­делить валентность атомов другого элемента. Например, определим валентность атома углерода в молекуле углекислого газа СО₂:

                                                             х II

                                                            CO2.

Согласно вышеприведенному правилу х • 1 = II • 2, откуда х = IV

Элементы с постоянной валентностью		Элементы с переменной валентностью
Элемент	Валентность	Элемент	Валентность
H, Li, Na, K, F	I	S	II, IV, VI
O, Mg, Ca, Ba, Zn	II	N	I, II, III, IV, V
Al, B	III	P	III, V
		Fe	II, III
		Cu	I, II
		C, Si	II, IV
		Cl, Br, I	I, III, V, VII

 

Составление химической формулы по валентности

Зная валентность элементов, можно составлять формулы их би­нарных соединений. Например, необходимо записать формулу кисло­родного соединения хлора, в котором валентность хлора равна семи. Порядок действий здесь таков.

1	Записать символы химических элементов и их валентности	VII II ClO
2	Найти наименьшее общее кратное (НОК) валент­ностей обоих элементов	VII • II = 14
3	Разделить НОК на валентность каждого элемента (т. е. найти значения их индексов)	14 : II = 7  14 : VII = 2
4	Записать индексы возле знаков химических элементов (индекс «1» не пишут)	Cl2O7

В дальнейшем при составлении формул веществ не обязательно указывать цифрами значения валентностей, а необходимые неслож­ные вычисления можно выполнять в уме.

Вопросы и задания:

1.     Охарактеризуйте качественный и количественный состав веществ: H₂S, KClO₃, H₃PO₄, Al₂O₃, CuSO₄, HgCl₂, Fe(OH)₃.

2.     Сколько всего атомов входит в состав формульной едини­цы (ФЕ) каждого из следующих веществ: PbS, CaSO₃, Mg(OH)₂, Ca₃(PO₄)₂, Fe₂(SO₄)₃?

3.     Определите валентность элементов по формулам следую­щих веществ: PH₃, MgO, SO₃, P₂O₅, CaH₂, Mn₂O ₇, NaH, Cl₂O.

4.     Составьте химические формулы соединений с кислородом следующих элементов (в скобках указана их валентность): K, Ba, Fe(II), Fe(III), N(I), N(II), N(IV), P(III).