Количество молекул в химических уравнениях обозначается индексами

Количество молекул в химических уравнениях обозначается индексами

Ключевые слова конспекта: химическая формула, индекс, коэффициент, качественный и количественный состав, формульная единица.

Химическая формула — это условная запись состава вещества посредством химических знаков и индексов.

Цифру, стоящую в формуле справа внизу у знака элемента, называют индексом. Индекс обозначает число атомов элемента, входящих в состав данного вещества.

Если требуется обозначить не одну, а несколько молекул (или отдельных атомов), то перед химической формулой (или знаком) ставят соответствующую цифру, которую называют коэффициентом. Например, три молекулы воды обозначаются 3Н₂О, пять атомов железа — 5Fe. Индекс 1 в химических формулах и коэффициент 1 перед химическими символами и формулами не пишут.

Представленные на рисунке формулы читаются так: три-купрум-хлор-два, пять-алюминий-два-о-три, три-феррум-хлор-три .

Запись 5Н₂О (пять-аш-два-о) следует понимать так: пять молекул воды образованы десятью атомами водорода и пятью атомами кислорода.

По химической формуле мы можем дать веществу название, определить его качественный и количественный состав, а также подсчитать его относительную молекулярную массу.Химическая формула показывает, из атомов каких элементов состоит вещество (то есть качественный состав вещества); и каково соотношение атомов этих элементов (то есть количественный состав вещества).

Формульная единица

Химические формулы веществ, имеющих немолекулярное строение, например FeS, не описывают состав молекулы; а только показывают соотношение элементов, образующих данное вещество.

Так, кристаллическая решётка поваренной соли — хлорида натрия состоит не из молекул, а из ионов. На каждый положительно заряженный ион натрия в ней приходится один отрицательно заряженный ион хлора. Получается, что отношение индексов в записи NaCl совпадает с отношением; в котором химические элементы соединяются между собой, образуя вещество. По отношению к веществам, имеющим немолекулярное строение, такую запись правильнее называть не формула, а формульная единица.

В таком случае величина М_r должна называться не относительной молекулярной массой, а относительной формульной массой. Тем не менее по традиции выражение «относительная молекулярная масса» используют и по отношению к веществам немолекулярного строения.

Конспект урока «Химическая формула. Индекс и коэффициент. Формульная единица«.

Коэффициенты и индексы в химических уравнениях

По коэффициенту можно узнать, сколько всего молекул или атомов принимают участие в реакции. Индекс показывает, сколько атомов входит в молекулу. Уравнением реакции называется запись химического процесса с помощью химических формул и математических знаков.

В такой науке, как химия, такая запись называется схемой реакции. Если возникает знак «=», то называется «уравнение». Давайте расставлять коэффициенты. В Са одна частица, так как коэффициент не стоит. Индекс здесь тоже не написан, значит, единица. Справа уравнения Са тоже один. По Са нам не надо работать. Смотрим следующий элемент. Это кислород.

Индекс говорит о том, что здесь две частицы кислорода, а справа без индексов. То есть слева 2 молекулы, а с правой одна молекула. Что делаем? Никаких дополнительных индексов или исправлений в химическую формулу вносить нельзя, так как она написана правильно.

Коэффициенты

Коэффициенты – это то, что написано перед молекулами. Они уже имеют право меняться. Для удобства саму формулу не переписываем. Справа 1 умножаем на 2, чтобы получить и там 2 частицы кислорода.

После того как мы поставили коэффициент, получилось две частицы кальция. Слева же только одна. Значит, теперь перед кальцием мы должны поставить 2.

Теперь проверяем итог. Если количество молекул элементов равно с обеих сторон, то можем поставить знак «равно».

Следующий пример.

2 водорода слева, и после стрелочки у нас тоже 2 водорода. Смотрим дальше. Два кислорода до стрелочки, а после стрелочки индексов нет, значит, 1 атом. Слева больше, а справа меньше. Выходим из положения и ставим коэффициент 2 перед водой.

Умножили всю формулу на 2, и теперь у нас изменилось количество водорода. Умножаем индекс на коэффициент, и получается 4. А с левой стороны осталось две частицы водорода. Вот чтобы получить 4, мы должны водород умножить на 2.

Проверяем. Если везде одинаково, то ставим «равно».

Последний пример в элементарных реакциях.

Вот как раз случай, когда элемент в одной и в другой формуле с одной стороны до стрелочки. 1 атом серы слева и один — справа. Два атома кислорода да еще плюс два кислорода.

• с левой стороны 4 кислорода;
• с правой же стороны находится 3 кислорода;

То есть с одной стороны получается четное число атомов, а с другой — нечетное. Если же мы умножим нечетное в два раза, то получим четное число. Доводим сначала до четного значения. То есть сначала умножаем на 2 всю формулу после стрелочки. После умножения получаем 6 атомов кислорода, да еще и два атома серы. С левой же стороны имеем 1 атом серы. Уравниваем теперь серу. Ставим с левой стороны уравнения перед серой 2.

Реакция нейтрализации

Второй пример более сложный, так как здесь больше элементов вещества.

Эта реакция называется реакцией нейтрализации. Что здесь надо уравнивать в первую очередь?

• с левой стороны 1 атом натрия;
• с правой же стороны индекс говорит о том, что здесь два атома натрия;

Напрашивается вывод, что надо умножить всю формулу на два.

Теперь дальше смотрим, сколько есть серы. С левой и правой стороны по 1 атому серы. Дальше смотрим на кислород. С левой стороны мы имеем 6 атомов кислорода. С другой стороны – 5. Меньше справа, больше слева. Нечетное количество надо довести до четного значения. Для этого формулу воды умножаем на 2, то есть из одного атома кислорода делаем два.

Теперь с правой стороны уже 6 атомов кислорода. С левой стороны тоже 6. Кислород уравнен. Проверяем водород. Два водорода и еще два водорода будет 4 водорода с левой стороны. Смотрим с другой стороны. Здесь также 4 водорода. Все элементы уравнены. Ставим знак «равно».

Следующий пример:

Он интересен тем, что появились скобки. Скобки говорят о том, что если множитель стоит за скобкой, то каждый элемент, стоящий в скобках, умножается на этот множитель. Здесь надо начать с азота, так как его меньше, чем кислорода и водорода. Слева азот 1, а справа, с учетом скобок, его два.

Справа же 2 атома водорода, а нужно 4. Мы просто выходим из положения и умножаем воду на 2, в результате чего получили 4 водорода. Отлично, водород уравняли. Если все элементы не уравнены, нельзя сказать что-то однозначно. Остался не уравненным кислород. До реакции присутствует 8 атомов кислорода, после – тоже 8.

Отлично, все элементы уравнены, можем ставить «равно».

Смотрим барий. Барий уравнен, его трогать не нужно. До реакции присутствуют два хлора, после — всего 1. Что же нужно сделать? Поставить 2 перед хлором после реакции.

Теперь за счет коэффициента, который только что поставили, после реакции два натрия, до реакции его тоже 2. Отлично, все остальное уравнено.

Видео

Из этого видео вы узнаете, как правильно расставлять коэффициенты в химических уравнениях.

Моль — условное количество вещества

Химия — наука, изучающая взаимодействие веществ на атомном и молекулярном уровнях. Эти процессы значительно отличаются от привычного нам макроуровня и поэтому требуют специфических подходов, в том числе к «подсчету» и «взвешиванию». Школьный курс химии включает понятия «моль» и «молярная масса». Они кажутся сложными, но если разобраться, то вы без труда поймете сущность этих понятий и научитесь ими пользоваться при решении задач.

Моль

Понятие «моль» попытаемся разобрать и, самое главное, понять на примере всем знакомой реакции взаимодействия кислорода и водорода. Когда одна молекула O₂ соединяется с двумя молекулами H₂, получается две молекулы H₂O:

То есть, чтобы максимально полно провести химическую реакцию, мы должны взять на каждую молекулу кислорода две молекулы водорода. Итак, у нас есть 100 г кислорода. Сколько понадобится водорода для протекания процесса? И тут возникает первый вопрос: сколько молекул в 100 г кислорода? Наверное, миллиарды или даже миллиарды миллиардов? И сколько их в 100 г водорода? Уж точно в не в 2 раза меньше. Как вообще подсчитать молекулы, ведь они бывают совершенно разными, «тяжелыми» и «легкими». Этими вопросами задавались и люди, закладывавшие основу современной химической науки.

Был найден простой выход, который помогает легко и изящно решить проблему. Химики решили взять за единицу измерения не одну молекулу, а определенное их количество, причем очень большое. Таким образом эта единица измерения приводит микроуровень к макроуровню. Она называется «моль».

Моль — это количество вещества из 6,02214076⋅10 23 атомов или молекул. Оно не имеет физического смысла и изначально было привязано к массе определенного количества (12 граммов) углерода-12, но позже переопределено, как и многие другие единицы системы СИ. В школьных расчетах количество структурных единиц в моле, которое также называется постоянной Авогадро, обычно округляют до 6,022⋅10 23 и обозначают N_A.

С этой величиной связано другое химическое понятие — «количество вещества», то есть количество структурных единиц в определенной его порции. Оно обозначается буквой ν (ню).

Примеры

В стакане содержится 2 моль воды. Сколько молекул воды находится в стакане?

N = ν⋅ N_A =2 ⋅ 6,022⋅10 23 = 12,044⋅10 23 молекул воды.

Также можно решить обратную задачу. Сколько молей вещества составляют 24,088⋅10 23 молекул воды?

ν⋅ = N / N_A = 24,088⋅10 23 / 6,022⋅10 23 = 4 моля.

Моль и молярная масса: простое объяснение с примерами

Молярная масса

Итак, мы поняли, что моль — условное количество вещества, выбранное для удобства химиков. Это даже не миллиарды миллиардов, как мы предположили ранее, а миллиарды триллионов, что никак не облегчает задачу подсчета этих структурных единиц. Как же все-таки узнать, сколько атомов или молекул в 100 граммах того или иного вещества? Теперь хорошо бы связать количество вещества и его массу, ведь это не одно и то же. Нам поможет «молярная масса» — то есть масса 1 моль вещества или масса 6,022⋅10 23 структурных единиц этого вещества.

Итак, молярная масса равна массе порции вещества m к количеству молекул ν в его порции:

Вооружившись этим знанием, мы можем переводить граммы в число молекул и наоборот. При этом следует учесть, что молярная масса численно идентична молекулярной массе (то есть массе молекулы), выраженной в атомных единицах массы, и относительной молекулярной массе.

Пример

Найдем массу 5 моль воды.

Чтобы решить эту задачу, обратимся к формуле молярной массы и выразим из нее массу:

В этой формуле мы знаем количество вещества ν = 5 моль, а молярную массу сложной молекулы нужно определить, как сумму молярных масс составляющих ее химических элементов:

Моль и молярная масса: простое объяснение с примерами

Где взять молярные массы кислорода и водорода (в соединение входит два атома водорода, поэтому его молярную массу умножаем на 2)?

Для этого нам понадобится таблица Менделеева и значение «относительной атомной массы», которая, как мы уже знаем, идентична молекулярной. Это значение приведено для каждого химического элемента и для водорода равно 1,00797 (то есть близко к 1), для углерода — близко к 6, для кислорода — около 16. Подставим соответствующие значения в исходную формулу и получим:

M (H₂O) = 2 ⋅M (H) + M (O) = 2 ⋅ 1 + 16 = 18 г/моль.

То есть масса 1 моль воды составляет 18 граммов. Теперь можем подсчитать массу 5 моль воды:

m = М ⋅ ν = 18 ⋅ 5 = 90 г.

Аналогичным образом мы можем подсчитать количество вещества, которое содержится в определенном образце заданной массы. Для примера возьмем оксид алюминия Al₂O₃ и узнаем, сколько моль в 400 граммах этого вещества. Для этого выразим количество вещества через молярную массу и подставим исходные данные:

ν = m / М = 400 / (2 ⋅ М (Al) + 3 ⋅ (O)) = 400 / (2 ⋅ 75 + 3 ⋅ 16) = 400 / (150 + 48) = 400 / 198 ≈ 2,02 моль.