Химическая формула –графическое изображение состава и (или) строения вещества с помощью символов химических элементов и математических знаков (цифр, скобок, штрихов, точек).

Различают несколько типов химических формул.

Стехиометрические формулы отражают качественный и количественный состав веществ с помощью символов химических элементов, цифр, скобок и точек, например: C₆H₁₂O₆, (NH₄)₂CO₃, CuSO₄∙ 5H₂O. Различают простейшие и молекулярные стехиометрические формулы, например, СH₂O и С₆Н₁₂О₆.

Структурные формулы (формулы строения) отображают порядок (последовательность) соединения атомов в молекулах или в атомных кристаллах с помощью символов элементов, штрихов и цифр. Различают сокращённые и развёрнутые структурные (графические) формулы (Рис.1 а, б).

Формульная единица вещества (ФЕ) – реальная или условная частица вещества, состав которой определяет его химическую формулу.

К реальным формульным единицам относятся молекулы (в случае веществ молекулярного строения) и атомы (в случае простых веществ атомного строения). Например, формульной единицей воды является её молекула - H₂O, формульной единицей кремния – его атом - Si.

К условным формульным единицам относят группы атомов или ионов, входящих в состав сложных веществ немолекулярного строения. Например, формульной единицей сульфата калия K₂SO₄ является условная частица, состоящая из двух катионов калия и одного сульфат-аниона, т.е. группа ионов состава «K₂SO₄». Формульной единицей оксида кремния(IV) SiO₂ является условная частица, состоящая из одного атома кремния и двух атомов кислорода, т.е. группа атомов состава «SiO₂».

Химическое количество вещества (n) – физическая величина, пропорциональная числу его формульных единиц. Единица химического количества вещества – моль.

Установлено, что любое вещество химическим количеством 1 моль всегда содержит 6, 02∙ 10²³ его ФЕ. Число 6, 02∙ 10²³ называется числом Авогадро. Это число, отнесённое к количеству вещества, равному 1 моль, называется постоянной Авогадро и обозначают символом N _A:

Химическое количество вещества n( X ) – величина, равная отношению числа ФЕ данного вещества к постоянной Авогадро:

Физический смысл количества вещества: числовое значение n показывает, во сколько раз число ФЕ вещества в данной его порции больше числа Авогадро.

Обратите внимание на различие понятий «моль» и «1 моль». Моль – единица химического количества вещества, но 1 моль – порция вещества, содержащая 6, 02∙ 10²³ его формульных единиц.

Важнейшей количественной характеристикой любого сложного вещества является его количественный состав, который отображает массовое либо молярное соотношение атомов элементов, входящих в его состав.

Массовое соотношение элементов в веществе выражается через их массовые доли. Массовая доля элемента в веществе (w) – величина, показывающая, какую часть от общей массы всего вещества составляет масса атомов данного элемента.

Мольное соотношение атомов определяет простейшую химическую формулу данного вещества. Это соотношение получают исходя из значений массовых долей атомов разных элементов, образующих вещество. Например, массовые доли водорода, серы и кислорода в серной кислоте равны, соответственно, 2, 0554%, 32, 6939% и 65, 2507%. В порции кислоты массой 100 г массы указанных элементов будут составлять 2, 0555 г, 32, 6901 г и 65, 2554 г. Соответствующие количества атомов равны:

n( H ) = моль; n( S ) = моль;

n( O ) = моль.

Числовое соотношение количеств (мольное соотношение) атомов водорода, серы и кислорода равно: n( H ): n( S ): n( O ) = 2, 0392 моль: 1, 0196 моль: 4, 0783 моль = 2 моль: 1 моль: 4 моль. Эти количества указываются в формуле вещества в виде индексов (цифра справа внизу химического символа элемента). Таким образом получается химическая формула серной кислоты - H₂SO₄.

Молярная масса вещества (М) – физическая величина, численно равная отношению массы данного вещества к соответствующему химическому количеству вещества:

Единицы молярной массы – г/моль, кг/моль.

Физический смысл молярной массы: она численно равна массе вещества, взятого в количестве 1 моль.

Числовые значения молярных масс всех сложных веществ и простых веществ молекулярного строения совпадают с соответствующими числовыми значениями относительных молекулярных масс, например: М _r(Н₂О) = 18, 015 и М (Н₂О) = 18, 015 г/моль; M _r(CuSO₄∙ 5H₂O) = 249, 681 и M (CuSO₄∙ 5H₂O) = 249, 681 г/моль.

Значения молярных масс простых веществ немолекулярного строения численно равны соответствующим значениям относительных атомных масс, например: A _r(Si) = 28, 085 и М (Si) = 28, 085 г/моль.

Молярный объём вещества (V _m) – физическая величина, численно равная отношению объёма данного вещества к соответствующему химическому количеству вещества:

Единицы молярного объёма – см³/моль; дм³/моль; м³/моль. Например, V _m(CO₂)_(н.у.) = 22, 392 дм³/моль; V _m(Fe) = 7, 086 см³/моль.

Химический эквивалент вещества Х – -реальная или условная частица вещества, которая в кислотно-основной реакции химически эквивалентна (соответствует) одному катиону водорода, а в окислительно-восстановительной реакции – одному электрону.

Число - число эквивалентности, равное числу ионов водорода (в кислотно-основной реакции) или числу электронов (в окислительно-восстановительной реакции), которое соответствует одной формульной единице данного вещества.

Число - фактор эквивалентности. Оно показывает, какая часть формульной единицы вещества (половина, треть, четверть и т.д.) соответствует одному катиону Н⁺ в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.

Необходимо помнить, что состав эквивалента одного и того же вещества может быть различным в зависимости от характера реакций. Рассмотрим это на примере серной кислоты. В случае реакции обмена состав эквивалента кислоты определяется числом ионов Н⁺, замещающихся в её молекуле на металл. Например, при образовании средней соли:

H₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O

в каждой молекуле кислоты на металл замещаются 2 иона Н⁺, поэтому в данном случае эквивалентом серной кислоты является половина её молекулы, т.е. . В то же время при образовании кислой соли:

H₂SO₄ + KOH = KHSO₄ + H₂O

в каждой молекуле кислоты замещается только один ион водорода, и её эквивалентом является целая молекула H₂SO_4. В окислительно-восстановительных реакциях, в которых Н₂SO₄ играет роль только окислителя, состав эквивалента кислоты определяется числом электронов, принятых одной её молекулой. Например, при взаимодействии концентрированной серной кислоты с иодоводородом:

8HI + H₂S⁺⁶O₄ = H₂S^-2 + 4I₂ + 4H₂O

каждая её молекула принимает по 8 электронов, поэтому в данной реакции эквивалентом кислоты является одна восьмая часть молекулы, т.е.

Химическое количество эквивалентов вещества Х – - физическая величина, пропорциональная числу эквивалентов данного вещества:

Единица химического количества эквивалента – моль.

Химическое количество вещества X и соответствующее ему химическое количество эквивалента связаны соотношением:

Физический смысл химического количества эквивалентов: оно показывает, во сколько раз число эквивалентов вещества в данной его порции больше (или меньше) числа Авогадро.

Молярная масса эквивалентов вещества Х - - физическая величина, численно равная отношению массы данного вещества к соответствующему химическому количеству его эквивалентов:

Единицы молярной массы эквивалентов – г/моль, кг/моль.

Молярная масса эквивалентов и молярная масса вещества Х связаны соотношением:

Физический смысл молярной массы эквивалентов: она численно равна массе вещества, которой соответствует химическое количество эквивалентов, равное 1 моль.

Основные законы химии. Закон сохранения массы веществ. Закон постоянства состава веществ. Закон кратных отношений. Закон эквивалентов. Газовые законы. Закон объёмных отношений Гей-Люссака. Закон Авогадро.

1. с. 9-14; 2. с. 20-24; 3. с. 34-42; 5. с. 17-22; 6. с. 12-15; 8. с. 11-14.

Закон сохранения массы веществ: «Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся веществ с учётом изменения массы, соответствующего тепловому эффекту данной реакции».

В общем виде математическое выражение этого закона для химической реакции

aA + bB → cC + dD

имеет вид:

[m (A) + m (B) ] = [ m (C) + m (D)] ,